高注入倍數(shù)油水兩相滲流特征研究

方 越，李洪生，于春生，樊社民，侯雪櫻

（1．中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450000；2．中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101）

目前，我國(guó)陸上已開(kāi)發(fā)油田大多數(shù)都已進(jìn)入高含水甚至特高含水后期[1-8]，比如雙河油田，經(jīng)過(guò)近40年的開(kāi)發(fā)，采出程度已達(dá) 43.39%，綜合含水達(dá)96.99%，注水開(kāi)發(fā)后，仍有相當(dāng)一部分剩余可采儲(chǔ)量需在特高含水階段采出。如何改善特高含水期開(kāi)發(fā)效果，提高驅(qū)油效率，對(duì)老油田的穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義。勝利油田室內(nèi)試驗(yàn)研究表明，增大注入倍數(shù)、提高驅(qū)替壓力梯度，驅(qū)油效率可達(dá) 70%～80%；大慶油田在注入倍數(shù)為26 331 PV時(shí)得到的驅(qū)油效率近100%[9]。在實(shí)際油藏中，受儲(chǔ)層非均質(zhì)性及長(zhǎng)期注水沖刷影響，注入水在平面和縱向上沿著高滲透段發(fā)生突進(jìn)和舌進(jìn)現(xiàn)象，使水油比急劇上升、油水兩相滲流特征發(fā)生改變，在主流線及近水井區(qū)域，注入倍數(shù)可以達(dá)到成百上千倍，而傳統(tǒng)的相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件一般是注水倍數(shù)為30～50 PV，對(duì)應(yīng)驅(qū)油效率為50%～60%[10-12]。因此本文開(kāi)展了高注入倍數(shù)油水兩相滲流實(shí)驗(yàn)，明確特高含水期油藏滲流特征，同時(shí)明確水驅(qū)油效率的影響因素，為改善特高含水期開(kāi)發(fā)效果提供依據(jù)。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)用油

實(shí)驗(yàn)用油是煤油和雙河油田的原油按一定比例配制而成的模擬油，在實(shí)驗(yàn)溫度 50 ℃的條件下黏度為7.63 mPa·s，實(shí)驗(yàn)前抽空過(guò)濾。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)所用的模擬水是根據(jù)雙河油田實(shí)際地層水，礦化度（表 1）用蒸餾水人工配制的，使用前經(jīng)過(guò)濾除去雜質(zhì)，模擬水黏度為0.91 mPa·s。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)巖心

表1 雙河油田地層水性質(zhì)及成分

實(shí)驗(yàn)所用巖心為雙河油田取心井天然巖心及人造巖心，優(yōu)選了4塊天然巖心和5塊人造巖心，具體物性見(jiàn)表2。選取滲透率為271×10-3μm2的天然巖心進(jìn)行高注入倍數(shù)油水滲流實(shí)驗(yàn)；對(duì)4塊天然巖心分析不同滲透率對(duì)水驅(qū)油效率的影響；對(duì)5塊物性條件相似的人造巖心研究不同注入速度對(duì)水驅(qū)油效率的影響。

表2 實(shí)驗(yàn)所用天然巖心物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備見(jiàn)圖 1，實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和計(jì)量器具及其技術(shù)指標(biāo)如下：①巖心夾持器；②驅(qū)替泵：流量精度1.0%；③壓力傳感器：精度0.5%；④油水分離器：20 mL，分度0.05 mL；⑤天平：精度0.001 g；⑥秒表：分度0.01 s。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 油水滲流特征實(shí)驗(yàn)

選用滲透率為271×10-3μm2的天然巖心，采用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定油-水相對(duì)滲透率[10]。首先用油驅(qū)水建立束縛水飽和度，測(cè)定束縛水狀態(tài)下油相相對(duì)滲透率；隨后進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確記錄時(shí)間、累計(jì)產(chǎn)油量、累計(jì)產(chǎn)液量、巖樣兩端的驅(qū)替壓差等數(shù)據(jù)，注水驅(qū)替至200 PV，測(cè)定殘余油下的水相滲透率，研究高注入倍數(shù)下油水兩相滲流特征。

1.3.2 水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

保持注入速度2.0 mL/min，對(duì)滲透率分別為119×10-3μm2、271×10-3μm2、659×10-3μm2、974×10-3μm2的天然巖心進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分析不同滲透率、不同注入倍數(shù)下的驅(qū)油效率。

選取滲透率為650×10-3μm2的人造巖樣，開(kāi)展注入速度分別為 1.5 mL/min、2.0 mL/min、2.5 mL/min、3.0 mL/min、3.5 mL/min時(shí)的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，分析不同注入速度、不同注入倍數(shù)下的驅(qū)油效率。

圖1 非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定油-水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)流程

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 高注入倍數(shù)油水滲流結(jié)果

2.1.1 油水滲流結(jié)果分析

根據(jù)油水相對(duì)滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（圖2），可以看出，隨著含水飽和度的增加，油相相對(duì)滲透率緩慢降低，水相相對(duì)滲透率急劇增加，并且水相增加的幅度遠(yuǎn)大于油相降低的幅度。注入倍數(shù)由30 PV增加至200 PV，含水飽和度由0.66增加至0.75，油相相對(duì)滲透率由 0.01下降到 0.001，水相相對(duì)滲透率由0.185上升至0.659，水油相對(duì)滲透率比值從18.5增至659，水的流動(dòng)能力急劇增加。

圖2 天然巖心2號(hào)巖樣油水相對(duì)滲透率

2.1.2 殘余油飽和度分析

隨著注入倍數(shù)的增加，殘余油飽和度不斷降低，水驅(qū)油效率具有增加的趨勢(shì)。天然巖心 2號(hào)巖樣（271×10-3μm2）水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，注入倍數(shù)由30 PV增加至200 PV，殘余油飽和度由0.34降到0.25，下降9%，驅(qū)油效率由51%提高到59.1%，增加8.1%（圖3）。

圖3 天然巖心2號(hào)巖樣不同注入倍數(shù)下的驅(qū)油效率

2.1.3 水驅(qū)特征曲線分析

根據(jù)室內(nèi)水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到高注入倍數(shù)（200 PV）下2號(hào)天然巖心甲型水驅(qū)特征曲線（圖4）。可以看出，含水率達(dá)99%后，甲型水驅(qū)特征曲線開(kāi)始上翹，“拐點(diǎn)”之前注入倍數(shù)為17.93 PV，消耗的水量占9%，累計(jì)時(shí)間2 209.5 s，占9%，驅(qū)油效率50.0%；“拐點(diǎn)”之后至實(shí)驗(yàn)結(jié)束又注入了181.68 PV的水量，消耗水量占91%，累計(jì)時(shí)間22 544 s，占91%，驅(qū)油效率提高9.1%。由此可見(jiàn)，甲型水驅(qū)特征曲線上翹后，耗水量急劇增加，但驅(qū)油效率提高緩慢，開(kāi)發(fā)效果逐漸變差。

2.1.4 滲流實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

高注入倍數(shù)下相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增加注入倍數(shù)可以提高驅(qū)油效率，但在高注入倍數(shù)下水相滲流能力急劇增加，尤其在甲型水驅(qū)特征曲線出現(xiàn)上翹的“拐點(diǎn)”后，采出相同的油量需要消耗更多的注入水量。因此對(duì)于特高含水后期油藏，在水驅(qū)特征曲線出現(xiàn)“拐點(diǎn)”之前，加大調(diào)整挖潛力度、有效延緩“拐點(diǎn)”出現(xiàn)時(shí)機(jī)是經(jīng)濟(jì)有效提高水驅(qū)采收率的關(guān)鍵。

圖4 天然巖心2號(hào)巖樣甲型水驅(qū)特征

2.2 水驅(qū)油效率影響因素分析

受地質(zhì)因素與開(kāi)發(fā)因素的影響，水驅(qū)油效率與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、物性條件等有關(guān)，也與注入倍數(shù)、注入速度等開(kāi)發(fā)因素有關(guān)。

2.2.1 滲透率的影響

通過(guò)室內(nèi)天然巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究相同注入速度下不同滲透率巖心的驅(qū)油效率。從圖5中可以看出，滲透率為 119×10-3μm2的巖心驅(qū)油效率為56.9%，滲透率為97×10-3μm2的巖心驅(qū)油效率為65.7%。結(jié)果表明，滲透率越大，水驅(qū)油效率越高；在相同滲透率條件下，注入倍數(shù)越大，水驅(qū)油效率越高。

圖5 不同滲透率下的驅(qū)油效率

2.2.2 注入速度的影響

為了驗(yàn)證不同注入速度對(duì)驅(qū)油效率的影響，選取物性條件基本相似的5塊人造巖心，開(kāi)展不同注入速度下的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。從圖6中可以看出，注入速度為1.5 mL/min時(shí)的驅(qū)油效率為62.6%，注入速度為3.5 mL/min時(shí)驅(qū)油效率為70.2%。結(jié)果表明，隨著注入速度的不斷增大，水驅(qū)油效率也逐漸增加。

2.2.3 注入倍數(shù)的影響

在較高的注入倍數(shù)下，殘余油飽和度有所降低，從而對(duì)水驅(qū)油效率產(chǎn)生影響。隨注入倍數(shù)的增大，水驅(qū)油效率不斷增加，但增加的幅度逐漸降低（圖5、圖 6）。

圖6 不同注入速度下的驅(qū)油效率

2.2.4 水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高注入速度、增大注入倍數(shù)均能提高驅(qū)油效率。在礦場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，如果對(duì)特高含水后期油藏整體增大注入速度或注入倍數(shù)，就要向地下注入大量的水，這不僅會(huì)增加生產(chǎn)運(yùn)行成本，而且當(dāng)注入倍數(shù)提高到一定程度后，繼續(xù)增大注入倍數(shù)驅(qū)油效率提高幅度有限，油藏開(kāi)發(fā)效益將會(huì)變差。因此，礦場(chǎng)實(shí)施前需要對(duì)油藏注入狀況進(jìn)行差異化分析，針對(duì)注入倍數(shù)、驅(qū)替程度較低的部位或井組采取措施提高注入倍數(shù)，改善開(kāi)發(fā)效果的同時(shí)也能達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）高注入倍數(shù)（200 PV）下油水兩相表現(xiàn)出新的滲流特征，油相滲透率緩慢下降，水相滲透率大幅提高，水相滲流能力急劇增加，殘余油飽和度有所降低。

（2）特高含水期，甲型水驅(qū)特征曲線出現(xiàn)上翹的“拐點(diǎn)”，“拐點(diǎn)”之后，耗水量急劇增加，有效延緩“拐點(diǎn)”出現(xiàn)時(shí)機(jī)是經(jīng)濟(jì)有效提高水驅(qū)采收率的關(guān)鍵。

（3）水驅(qū)油效率受儲(chǔ)層物性、注入倍數(shù)、注入速度等因素影響。滲透率越大驅(qū)油效率越高；注入速度增加，驅(qū)油效率也增加；提高注入倍數(shù)、注入速度均可以提高驅(qū)油效率。