蘇伊士灣N油藏多輪次調驅物理模擬實驗

康 博，王 健，宋陽坤，何 巍,周長江

1.成都北方石油勘探開發技術有限公司，成都 610500；2.西南石油大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，成都 610500；3.中國石油大港油田采油工藝研究院，天津 300280

N油田位于蘇伊士灣裂谷盆地的東南端，盆地南端毗鄰紅海，東西方向發育斷裂帶并以此作為盆地的邊界，盆地整體呈近北西-東南向長條狀分布[1]。該裂谷盆地發育經歷了前裂谷時期、同生裂谷時期和后裂谷時期。目的層沉積發生在同生裂谷時期的后期，盆地沉降速率降低，開始出現陸源碎屑沉積，即中新世的Kareem組扇三角洲沉積，局部隆起剝蝕，盆地被活動的北東向斷層切割形成壘塹模式。蘇伊士灣N油田受區域構造作用的影響，斷裂系統十分發育。復雜的構造運動導致儲層、油層斷失現象嚴重，油藏局部小斷層、裂縫發育，其開發特征表現為：注水開發后見水方向性明顯，含水快速上升，低含水采油期短，個別油井水淹嚴重，單井產量遞減很快等。局部發育的天然裂縫或高滲條帶給生產帶來了一些負面影響，影響油藏開發。近幾年開展以提高采收率為目的的注水參數優化調整，雖然取得了一定的效果，但因儲層平面及縱向的非均質性，導致措施有效期短和措施有效率偏低，使后續穩產工作更加困難。結合國內外穩油控水的經驗，弱凝膠深部調驅技術成熟、投資少、見效快，適合海外油田效益開發的要求[2-6]。為提高調驅應用效果，將常規的單一段塞改變為多輪次段塞。現場應用多輪次調驅的效果尚具有不確定性，調驅機理尚需要深化[7-10]，筆者通過可視化平面模型的設計與實驗，對多輪次調驅的機理進行研究，以期指導現場生產。

1 模型的設計與制作

試驗采用裝填巖心片的微觀可視化模型和填充石英砂的平面可視化模型模擬現場多方向見水的裂縫性或存在優勢通道的油藏進行多輪次調驅。微觀可視化模型采用兩塊面積分別為225 cm2正方形有機玻璃夾持長10 cm，寬10 cm，厚0.25 cm的巖心片，采用環氧樹脂膠進行密封。此物理模型設計有1個注入端和3個采出端，模型示意見圖1。

圖1 微觀可視化模型示意圖

平面可視化模型與微觀可視化模型注采口設置相同。沿左側注入口與右側采出口一帶設置3 cm寬高滲區，用以模擬裂縫，其余為低滲區。平面可視化模型長20 cm，寬20 cm，厚1 cm。

2 實驗方法

安裝好設計的微觀模型及平面可視化模型；飽和水，用質量分數為0.2%的甲基藍兌地層水染成藍色，恒速注水。飽和油，根據油藏條件配制的原油，建立束縛水飽和度； 水驅油，對水驅油過程錄像，記錄剩余油分布；將弱凝膠染成粉紅色并進行多輪次調驅，對微觀驅替、油水流動規律、剩余油分布進行錄像。

3 結果和討論

3.1 微觀可視化模型實驗

實驗按圖1設計的水平放置微觀可視化模型進行，從左側注入端飽和水、飽和油與水驅油，觀察上、下及右側出口端的產出情況，建立剩余油分布模型。飽和水、飽和油、水驅油實物見圖2。水驅、各輪次凝膠調驅后剩余油效果對比見圖3。

圖2 飽和水、飽和油、水驅油實物圖

圖3 水驅、各輪次弱凝膠調驅后剩余油效果對比

從圖2可以看出，水驅油過程中注入水優先選擇高滲透區域，低滲透區域啟動較慢，與實際開采中水驅沿高滲通道水竄現象相符。

由圖3a可知，當注水突破后，表現出多方向見水特征，模型上部、下部和右部的3個出口都見到水產出，而右端出口和上端出口產水量最多，下端出水口產水量較少。由實驗可知，注水后形成主要的水流通道，此區域的剩余油動用較高，而主流線以外左下角、右上角的區域，注入水波及效率低，剩余油相對富集。

由多輪次弱凝膠調驅實驗可知，第一輪調驅弱凝膠優先進入高滲驅并進行封堵，從而使后續水驅改向，驅動剩余油，提高波及面積；第二輪調驅相比第一輪差；而第三輪效果最差，但仍可以驅替剩余油，提高采收率。

3.2 平面可視化模型實驗

通過可視化平面模型實驗得出的凝膠三輪次調驅試驗結果見圖4，驅出油量見表1。

圖4 平面可視化模型試驗效果圖

表1 平面可視化模型調驅效果

由可視化平面模型實驗可以觀察到，在進行第一輪調驅過程中，注入的弱凝膠首先主要進入3 cm寬的高滲區，沿此模擬的裂縫突進，突進的長度大約2 cm，由于前緣注入凝膠的封堵左右，后續凝膠更多的流向低滲透區域，驅動低滲區的原油。由此可知，弱凝膠有效地實現調剖和驅油。當第一輪調驅及后續水驅采出程度達到39.9%，調驅取得良好的增油效果。但模型中剩余油仍較高，因此進行第二輪調驅。第二輪注入的弱凝膠推進第一輪凝膠向前流動，由于阻力，第二輪凝膠的波及面積更大，將第一輪未被波及到的原油驅出。并且由于液流改向及聚合物分子的黏彈力，驅動中形成的瞬時“負壓”，致使孔隙中的油流出，提高了洗油效率。第二輪調驅，弱凝膠明顯擴大了波及面積和掃油效率，可以驅動第一輪未波及到的剩余油，但增油量較第一輪低。第三輪調驅中波及面積和掃油效率進一步擴大，基本驅出了模型中的原油。

從調驅實驗可知，在多輪調驅中，多輪次調驅效果明顯好于一次調驅，最終采收率和波及效率均高于一次調驅，但多輪次調驅后注水壓力抬升幅度降低，調驅效果逐次遞減。

3.3 并聯巖心流動試驗

試驗采用3根并聯填砂管，模擬不同滲透率級差下的多方向見水油藏分別進行單次調驅與多輪調驅結果見表2和表3。

表2 并聯填砂管單次調驅結果

表3 并聯填砂管多輪調驅結果

由表2、表3可以看出，單次調驅對模型吸水剖面改善程度較多輪調驅中的第一輪次調驅的結果好，但和經過二輪、三輪調驅后的結果比則較差，說明多輪調驅可以較好的改善不同滲透率級差的吸水剖面，緩解儲層非均質性對油藏水驅效果的影響。多輪調驅可動態封堵高滲層，啟動低滲層的滲流通道。

4 多輪調驅機理

1)多輪調驅協同調驅機理

對于存在裂縫或優勢通道的油藏，多輪調驅可以充分發揮協同作用提高調驅效果[11]。傳統的單一段塞調驅通過大劑量堵劑對裂縫或高滲層進行封堵，初期效果明顯，使后續水驅改向進入低滲層，但隨注水開發時間增加，又會形成新的滲流通道，從而造成油井水淹。

多輪調驅通過小劑量、多輪次的手段，根據最小阻力動態到達裂縫或優勢通道，進行深部調驅。前一輪堵劑暫堵裂縫后，后一輪堵劑會繼續推動其向裂縫深處運移，當阻力到達一定值后，后續輪次堵劑會改變流向，轉向封堵其他微裂縫或高滲層，從而使后續水驅擴大波及面積，實現多方向見水井組的綜合控水穩油。

2)多輪調驅逐次遞減機理

兩組可視化模型的結果均表明，運用多輪調驅技術，其調驅效果存在逐次遞減現象。多輪調驅是通過將多段塞分時分批次注入地層深部以達到井組整體受效的調驅手段。由于調驅波及面的重疊、調驅徑向距離的增加、調驅時機的選擇、注入工藝的影響以及凝膠性能的不同，其調驅效果會隨調驅級數的增加而減弱。

為了減緩多輪調驅逐次遞減現象造成的影響，可通過優化各輪次弱凝膠的強度、用量、調驅時機等參數進一步控制多輪調驅的調驅效果。

5 結論與建議

1)蘇伊士灣N油藏由于裂縫或高滲條帶的存在，油井含水上升速度快，呈現出暴性水淹的特征，實驗表明多輪次調驅可實現穩油控水。

2)室內設計并制作了多方向見水裂縫性油藏的微觀模型和平面可視化模型，得到了多輪調驅協同調驅機理,并證實了多輪調驅比單次調驅效果好,多輪次調驅效果逐次遞減。

3)影響多輪調驅效果的因素是多方面的，需結合物理模擬實驗，開展數值模擬進行參數優化設計。