基于采收率最優的區塊整體調剖方案設計研究

錢志鴻，姚 峰，湯元春，鄧秀模，聞守斌

1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州 225009；2.東北石油大學，黑龍江大慶 163318

整體調剖技術可同時調整油田含水區塊的縱向與平面非均質性，已發展成為改善油田含水區塊水驅效果的一項綜合治理技術[1-3]。目前，此項技術已在國內各油田相繼進行了現場試驗和規模應用，取得了明顯優于單井調剖的經濟效益[4-6]。區塊整體調剖的成敗與否很大程度上取決于調剖方案的合理性。目前，通常采用以下方法進行設計[7-9]：1)以現場經驗為主要決策依據，通過定性和定量分析，得到調剖劑用量等關鍵參數，該方法操作簡單，但存在主觀因素，無法達科學優化方案的目的；2)以數值模擬為基礎，開展調剖方案設計，該方法通常需地質建模、區塊歷史擬合和方案優化等，工作量大、耗時長，難以滿足現場大規模調剖生產的急需。因此，本著方法簡便、易操作、針對性強的目標，開展整體調剖的物理模擬研究成為一種有效研究手段，可為制定合理的整體調剖方案提供理論指導。本研究中開展了整體調剖三維物模實驗，考察調剖劑用量、調剖順序、調剖劑用量分配等對最終采收率的影響。

1 實驗

1.1 原料和儀器

模擬油，原油加煤油稀釋制得，黏度9.8 mPa·s(實驗溫度77 ℃)；水，模擬油井采出水，礦化度15 032 mg/L，Ca2++Mg2+濃度69.2 mg/L，NaHCO3型;凝膠，酚醛凝膠，聚合物含量0.25%，平均初始黏度為324.2 mPa·s，成膠后平均黏度為2 138 mPa·s。

HBCD-70高溫高壓巖心驅替裝置；高壓無脈沖恒壓恒速計量泵，A260D；HAAKE流變儀，RS6000；氣測滲透率儀，美國巖心公司；恒溫箱。

1.2 三維巖心模型制備

環氧樹脂澆鑄，3層厚度比1∶1∶1，3層氣測滲透率分別為：500×10-3，200×10-3，50×10-3μm2。三維巖心模型油水井位置示意見圖1，圖中標出沿主流線分布的高滲帶，該高滲帶氣測滲透率為1 000×10-3μm2，以模仿水竄嚴重區域；三維巖心模型尺寸4.5 cm×20 cm×40 cm，按現場井組布井，共2個注水井組。調剖井組：A(Y35)、B(Y11-5)井組。所有三維巖心模型的平均孔隙度、平均含油飽和度和平均束縛水飽和度分別為17.76%，66.69%，33.31%。

圖1 三維巖心模型油水井位置示意圖

1.3 實驗步驟

水驅，飽和水，飽和油，水驅至要求的含水率，水驅速度按照實際油藏體積與模型體積比折算。模擬現有情況下不調剖，衰竭開采至含水100%的最終采收率情況。調剖模擬：A井調剖時B井繼續注同量的水； B井調剖時，A井組關閉；候凝；調剖完成后繼續水驅，至2井含水都100%，調剖劑注入速度以小排量注入。記錄每個過程壓力變化并計算提高采收率；其中，調剖劑用量的計算，根據巖心厚度、孔隙度和處理半徑確定，采用容積法計算：

Q=π·R2·H·φ

式中：Q為調剖劑用量，mL；R為調剖半徑，cm；H為巖心厚度，取4.5 cm；φ為巖心孔隙度，%。

本實驗中調剖劑用量的計算除了調剖半徑，其他參數均相同。因此，為了直觀的區別實驗中不同調剖劑用量設計，在實驗結果分析時以調剖半徑表征調剖劑用量，并以井組內最近的油井井距作為基準調剖半徑。

根據水驅過程的監測和分析，發現當水驅進行22 h(即注水量約0.6 PV時)，各對應油井產出液含水情況表現為：A井組，除雙向受效的2口油井以外，井組內其他采油井含水80%；B井組內采油井Y31-2和Y11-3含水高于90%，且產水量大。因此，在實驗分析中，將B(Y11-5)井定為水竄嚴重井，將A(Y35)井定為水竄中等井。

2 結果與討論

2.1 調剖劑用量對調剖效果的影響

實驗中，設計了不同調剖半徑的調剖劑用量：1/3，1/5，1/10調剖半徑；考察不同調剖劑用量下的調剖效果，調剖順序設定為先對水竄嚴重井調剖，后對水竄中等井調剖，結果見表1。隨著調剖半徑增加，調剖后提高采收率明顯增加。實驗中3種不同調剖半徑下，增產幅度的平均差異級差達到8.48%，說明調剖劑用量是影響增產效果的重要因素。實驗中，1/10調剖半徑下調剖提高采收率明顯低于1/5調剖半徑和1/3調剖半徑的，說明按照1/10調剖半徑設計的調剖劑量未達到調剖的最佳效果；而1/5調剖半徑和1/3調剖半徑的提高的采收率相差相對較小，說明此時調剖劑用量設計較為合理。

表1 調剖半徑對采收率的影響

2.2 調剖順序對調剖效果的影響

實驗設計相鄰2口井調剖，分別設計了2口井均以1/3，1/5，1/10井距為半徑的調剖劑用量時，考察調剖順序對調剖效果的影響，結果見表2。

表2 相同調剖劑用量下調剖順序對提高采收率的影響

從表2可知，調剖順序采用先調水竄中等井的方案，其調剖后采收率增加幅度均比先調水竄嚴重井的方案大，且調剖劑用量越大，差距越明顯，平均采收率差異增幅為1.44%。分析認為，主要原因是水竄嚴重井相對非均質程度較高，相同調剖劑用量下，先調剖水竄嚴重井的方案在調剖后起到的主要作用為水竄方向上的注入水繞流提高波及體積；而先調剖中等水竄井的方案在調剖后易實現井組內各注采方向的均衡受效動用的目的，從而與之后的相鄰調剖井產生協同作用，提高2個井組調剖的總采收率幅度。

2.3 調剖劑用量分配對調剖效果的影響

考慮實際施工時，相鄰2井組存在的非均質程度、含水率等均不同，所需調剖劑用量也不同，實驗設計了不同調剖劑用量分配的調剖方案。實驗中水竄嚴重井注入量采用1/5，1/3調剖半徑作為調剖劑用量，水竄中等井注入量以1/3，1/5，1/10調剖半徑作為調剖劑用量，對2個注水井進行用量分配設計，并始終保證水竄嚴重井用量大于或等于中等水竄井，調剖順序設定為先水竄嚴重井，后水竄中等井，結果見表3。

表3 調剖劑用量分配對調剖最終提高采收率的影響

從表3看出，水竄嚴重井和水竄中等井分別采用1/3調剖半徑+1/3調剖半徑時，調剖提高采收率最大，為22.92%；而采用1/5調剖半徑+1/10調剖半徑時，調剖提高采收率最小，為9.88%；水竄嚴重井采用1/3調剖半徑為調剖劑用量的3種分配組合比采用1/5調剖半徑的調剖劑用量平均提高采收率幅度高5.2%。說明調剖劑用量充分的情況下，采取充分調剖效果更好；同時比較了采用1/3調剖半徑+1/10調剖半徑和1/5調剖半徑+1/5調剖半徑的2種調剖劑用量相差不大的分配組合下的調剖效果，從實驗結果看， 1/5調剖半徑+1/5調剖半徑的用量分配的調剖效果好，說明2井均衡分配調剖劑用量更有利于發揮兩井調剖后的協同作用。

2.4 調剖劑用量分配和調剖順序均變化對調剖效果的影響

鑒于前面實驗認識，不同調剖順序下，考察調剖劑用量分配對調剖提高采收率的影響。對水竄嚴重井和中等水竄井分別設計1/3調剖半徑+1/5調剖半徑和1/3調剖半徑+1/10調剖半徑2種調剖劑用量分配，結果見表4。

表4 不同調剖順序下調剖劑用量分配對提高采收率的影響

從表4看出，在不同調剖劑用量時，調剖順序對調剖效果的影響是：先調剖中等水竄井效果略好于先調剖水竄嚴重井，先調剖中等水竄井時，比先調剖嚴重水竄井提高采收率分別提高1.61%和0.26%。

2.5 調剖劑用量固定時調剖方式對調剖效果的影響

2.1～2.4實驗均以2井協同調剖模擬整體調剖，為進一步考察整體調剖的綜合效果優勢，調剖劑用量固定時，對2口井分別實施不同時間段單井調剖和2井整體調剖，結果見表5。

從表5可知，2口井整體調剖明顯好于單調1口井，當2口井采取不同時間段單井調剖后，總計提高采收率為20.06%，比先調水竄嚴重井的整體調剖方案(22.92%)和先調中等水竄井的(25.83%)分別低2.86%，5.77%。即當調剖劑用量一定時，建議開展整體調剖，發揮整體調剖時井與井的協同效應，達到最佳經濟性的目的。

表5 調剖劑用量固定時調剖方式對調剖提高采收率的影響

2.6 整體調剖方案設計影響因素大小排序

綜上所述，調剖方案設計時，在技術和經濟可行的前提下，建議優先采取多井組的整體調剖，本實驗中整體調剖較單井調剖可提高采收率幅度4.32%。整體調剖方案設計時，調剖劑用量、調剖堵劑分配、調剖順序等因素變化對調剖提高采收率的影響幅度分別為8.48%，3.26%，1.44%。說明調剖劑用量是影響整體調剖效果的首要影響因素，在經濟性合理的前提下，可適當加大調剖劑用量；調剖劑用量分配對調剖效果的影響介于調剖劑用量和調剖順序之間，調剖劑用量分配合理，可進一步發揮整體調剖的效果；調剖順序對調剖提高采收率影響最小，實驗結果表明，調剖時應優先開展中等水竄或含水相對較低的井組。

3 結論

1)在調剖堵劑總用量一定的前提下，采用2口井整體調剖的方式調剖效果明顯好于分別單井調剖。

2)整體調剖時，隨著調剖劑用量增加，調剖后采收率明顯增加，考慮經濟因素，1/5和1/3調剖半徑的綜合效益較好的，1/10調剖半徑時，調剖提高采收率增加較少。

3)整體調剖時，2口相鄰注水井組進行整體調剖時，應先調含水相對較低，水竄程度相對較低的1口井，能發揮協同效益，提高調剖效果。

4)整體調剖時，各井組的調剖劑用量分配對調剖效果具有一定的影響，調剖劑的分配原則，主要遵循調剖劑用量充足的前提下，宜充分調剖；調剖劑量相對不足時，則采取均衡調剖的原則。

5)在整體調剖過程中，各因素對采收率影響的大小順序為調剖劑用量>調剖劑用量分配>調剖順序。

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