邊底水油藏開(kāi)發(fā)對(duì)策

./邊底水油藏開(kāi)發(fā)對(duì)策前言一、底水錐進(jìn)機(jī)理二、采水消錐機(jī)理三、底水錐進(jìn)的影響因素四、控制底水錐進(jìn)的方法〔一〕油井控制底水錐進(jìn)的方法1、排水采油法2、雙管同采抑制水錐技術(shù)3、雙層完井采水消錐技術(shù)4、錐進(jìn)控制與井下油水分離技術(shù)5、人工夾層抑制底水錐進(jìn)6、水平井控制底水錐進(jìn)7、注氣抑制水錐8、化學(xué)堵水控制底水錐進(jìn)〔二〕注水井控制底水錐進(jìn)的方法1、注水控制底水錐進(jìn)2、采用注聚合物、油水乳狀液、泡沫和空氣改善注水效果〔三〕綜合治理技術(shù)五、控制底水工藝發(fā)展趨勢(shì)邊底水油藏開(kāi)發(fā)對(duì)策前言目前我國(guó)大部分油田已進(jìn)入中高含水期,進(jìn)入高含水期開(kāi)采之后,產(chǎn)油量遞減加快。在這些高含水油田中,底水油藏所占數(shù)目巨大,儲(chǔ)量豐富。底水油藏儲(chǔ)層厚度大水體大,天然能量充足,開(kāi)發(fā)中面臨的最突出的問(wèn)題是如何防止和抑制底水錐進(jìn)。國(guó)內(nèi)外油田實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：底水油藏開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)是抑制水錐或控制底水錐進(jìn),最大程度地延長(zhǎng)油井無(wú)水采油期和控制底水均勻驅(qū)替,以達(dá)到提高底水油藏開(kāi)發(fā)效果的目的。目前技術(shù)措施主要體現(xiàn)在：優(yōu)化射孔、臨界產(chǎn)量與臨界壓差的控制；采用水平井方案開(kāi)發(fā)底水油藏；在油水界面附近打人工隔板以阻擋底水；開(kāi)發(fā)后期加密井調(diào)整技術(shù)；完井技術(shù)〔如雙層完井〕以與采油技術(shù)〔如油水分采〕等等。一、底水錐進(jìn)機(jī)理在有底水的油藏中,油藏開(kāi)采以前,水位于油層的下部,油位于油層的上部打開(kāi)層段下面將形成半球狀的勢(shì)分布〔圖1〕,由于垂向勢(shì)梯度的影響,油水接觸面就會(huì)發(fā)生變形,在沿井軸方向勢(shì)梯度達(dá)到最大。因而,此時(shí)的接觸面形成喇叭狀,這種現(xiàn)象即為底水錐進(jìn)。從機(jī)理上講,垂向平面上油水接觸面的變形和水平面上水驅(qū)替前緣的變形是類似的,兩者都是由于匯聚于井底的勢(shì)引起的。隨著油井的投產(chǎn),界面的錐狀體將逐漸形成。錐體的上升速度取決于該點(diǎn)處勢(shì)梯度值的大小以與該處巖石的垂向滲透率,錐體的上升高度取決于因水油密度差〔ρw-ρo〕引起的重力與垂向壓力梯度的平衡。如果油井的產(chǎn)量小于臨界產(chǎn)量,將形成某一穩(wěn)定的錐狀體〔圖2〕,其頂部不再向上擴(kuò)展。因此,只要油井的產(chǎn)量qo小于臨界產(chǎn)量qocrit生產(chǎn),底水的錐狀體就是穩(wěn)定的。當(dāng)油井產(chǎn)量qo超過(guò)臨界產(chǎn)量qocrit時(shí),水錐體變得不穩(wěn)定,并一直上升竄入井底〔圖3〕,之后油井開(kāi)始產(chǎn)水,且含水不斷上升。因此,臨界產(chǎn)量可定義為無(wú)水產(chǎn)出時(shí)的最高產(chǎn)量。二、采水消錐機(jī)理油井采油時(shí),油藏周圍產(chǎn)生壓力降,油水接觸面將出現(xiàn)變形,當(dāng)產(chǎn)量增加時(shí),底水層的水越過(guò)油水界面向油層侵入,錐體升高,超過(guò)一定采油量時(shí),錐體逐漸上升到井底,在此之后,水就大量涌入井筒。油水界面發(fā)生變形,水錐高度成為生產(chǎn)量和油藏參數(shù)等外部可控參數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。水錐穩(wěn)定的條件可寫為：式中ho———井底到錐頂?shù)木嚯x,m；Pwoc———水界面處壓力,MPa；Pwf———井底壓力,MPa；hw———油水界面到錐頂?shù)木嚯x,m。在開(kāi)采過(guò)程中,由于Pwf逐漸降低,而要保持平衡,就不可避免地造成hw升高。若要防止水錐,需保持一個(gè)很小的開(kāi)采壓差,這顯然與實(shí)際不相符,也不符合工程要求,同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也不高。從hw的表達(dá)式可知,要保持hw不增加,就必須在油水界面之下作用一個(gè)相當(dāng)于hw高度的壓力差來(lái)阻止底水上升。換句話說(shuō),也就是產(chǎn)生一個(gè)壓力降,使其等于采油生產(chǎn)時(shí)井底產(chǎn)生的hw高度的壓頭。在油水界面附近施加一個(gè)可控流量,形成一定壓差來(lái)平衡采油過(guò)程中造成的油水界面處的壓降。根據(jù)這一壓降條件,可設(shè)計(jì)出消除底水突破油井的工藝方法,即油層和水層兩匯同時(shí)生產(chǎn)。該方法可使油水界面上的壓力處于相對(duì)平衡,油水界面不發(fā)生變形。三、底水錐進(jìn)的影響因素研究文獻(xiàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明,影響底水錐進(jìn)產(chǎn)生和水錐上升速度的因素很多,主要有：生產(chǎn)壓差、射孔打開(kāi)程度、隔夾層發(fā)育與其位置、垂向水平滲透率比、油水粘度比、儲(chǔ)層沉積韻律和邊底水能量。其中生產(chǎn)壓差、隔夾層發(fā)育與其位置、射孔打開(kāi)程度、垂向水平滲透率比是影響底水錐進(jìn)的關(guān)鍵因素。3.1生產(chǎn)壓差在油井產(chǎn)量較低、生產(chǎn)壓差較小的情況下,由于油水重力差異,油水界面在油層中均勻、緩慢、大X圍地向上托進(jìn),當(dāng)托進(jìn)到一定程度或生產(chǎn)壓差達(dá)到一定程度時(shí),水體只在井底附近以很小的X圍向上錐進(jìn)。油井投產(chǎn)初期生產(chǎn)壓差過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致水錐的形成；低含水期,過(guò)大的生產(chǎn)壓差會(huì)加速底水的錐進(jìn)；在中、高含水期,生產(chǎn)壓差過(guò)小又不足以驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)壓力較大的中、低滲透帶油層,特別是當(dāng)儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)或存在低滲透帶、薄夾層時(shí),這種影響會(huì)更加明顯。造成水錐形成和影響水錐上升速度的因素很多,如射孔井段、采油速度、油層厚度、夾層分布、油水密度差等,其中生產(chǎn)壓差是最為敏感而又最難以把握的因素之一。一般來(lái)說(shuō),油井的打開(kāi)程度是不容易改變的,但油井的工作制度是可以改變的。因而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可調(diào)整油井的工作制度,即改變油井的生產(chǎn)壓差使油井的生產(chǎn)狀態(tài)達(dá)到最佳。3.2射孔打開(kāi)程度射孔打開(kāi)程度是指在射孔完井條件下,射孔井段的含油層厚度與含油層總厚度之比。打開(kāi)程度是底水油藏開(kāi)采中的一個(gè)重要參數(shù),打開(kāi)程度高,可以提高油井的產(chǎn)能,但油井見(jiàn)水也快；打開(kāi)程度低,見(jiàn)水慢,但油井產(chǎn)能低。調(diào)研文獻(xiàn)表明關(guān)于底水油藏的射開(kāi)程度,生產(chǎn)實(shí)踐上已有1/3~2/3的大致原則,通常最佳的打開(kāi)程度為30%。西南石油大學(xué)李傳亮對(duì)底水油藏最佳打開(kāi)程度進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)對(duì)于無(wú)隔夾層的底水油藏,油井的生產(chǎn)壓差、最佳打開(kāi)程度以與最佳打開(kāi)程度下的油井產(chǎn)量,相互之間存在密切的相關(guān)性。實(shí)際工作中可以通過(guò)調(diào)整油井的工作制度,即改變油井的生產(chǎn)壓差使油井生產(chǎn)達(dá)到最佳狀態(tài),對(duì)應(yīng)于不同的生產(chǎn)壓差,存在不同的最佳打開(kāi)程度,對(duì)于隔夾層比較發(fā)育的底水油藏,油井應(yīng)根據(jù)隔夾層分布情況進(jìn)行射孔。由于油藏的非均質(zhì)性與各向異性,油井的打開(kāi)程度可以根據(jù)地下油水接觸關(guān)系,在理論值的前提下區(qū)別對(duì)待。在確定底水油層的射開(kāi)程度時(shí),需主要考慮以下兩個(gè)方面：其一,要滿足油層產(chǎn)液能力的需要。由上可知,射開(kāi)程度越低,其臨界產(chǎn)量越高,但由此產(chǎn)生的附加阻力將大大增加,所以說(shuō)底水油層射開(kāi)程度不是越低越好。其二,要能最大限度的抑制水錐。射開(kāi)程度越高,產(chǎn)液能力越強(qiáng),但油井見(jiàn)水時(shí)間越早,所以也不能說(shuō)射開(kāi)程度越高越好。因此,應(yīng)從油井或油田的產(chǎn)能需要、底水油藏的產(chǎn)狀與類型來(lái)綜合確定底水油藏的射開(kāi)程度。3.3隔夾層的發(fā)育與其位置若油層段存在隔夾層,應(yīng)盡量避免射開(kāi)隔夾層以下部分油藏厚度段,盡管隔夾層遮擋的這部分油難以采出,卻可以盡量延緩底水錐進(jìn)速度,增加單井采油量。此外,隔夾層的滲透率性和延伸距離對(duì)油井生產(chǎn)有一定影響。當(dāng)隔夾層具有滲透性即物性?shī)A層,雖然有一定延緩水錐的作用,但底水一旦突破就失去了屏蔽水錐作用。由于隔夾層在底水油藏中具有消錐的作用,工藝上可以在距油水界面以上一定距離注入化學(xué)劑的方法形成人工隔板,延緩底水的錐進(jìn)。國(guó)內(nèi)西南石油大學(xué)的李傳亮等推導(dǎo)了底水油藏中,油井正下方油水界面之上存在一非滲透隔夾層,在均質(zhì)各向同性地層,穩(wěn)定滲流等假設(shè)條件下的臨界產(chǎn)量公式、見(jiàn)水時(shí)間公式以與半滲透性隔板底水油藏見(jiàn)水預(yù)測(cè)公式,對(duì)水錐形狀做了理論上的探討,并得出以下結(jié)論：<1>隔夾層越厚,臨界產(chǎn)量越高；<2>隔夾層半徑越大,臨界產(chǎn)量越高,但由于隔夾層半徑與臨界產(chǎn)量是對(duì)數(shù)關(guān)系,對(duì)臨界產(chǎn)量影響不大。3.4垂向水平滲透率比垂向水平滲透率比kv/kh對(duì)底水水錐的影響也是非常顯著的。kv/kh的值越小,說(shuō)明流體平面上的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)高于縱向上的擴(kuò)散能力,因此底水在驅(qū)替過(guò)程中,必將優(yōu)先向平面上擴(kuò)散,導(dǎo)致底水向上托進(jìn)比較緩慢,其結(jié)果就是水錐突破時(shí)間較晚,無(wú)水采出程度較高。隨著kv/kh的值不斷增大,油井見(jiàn)水時(shí)間將不斷提前,無(wú)水采出程度也將逐漸減小。kv/kh大于1.0以后,油井已無(wú)明顯的無(wú)水采油期。在kv/kh值從0.05到2.0的變化過(guò)程中,油井含水特征曲線逐漸由凹型過(guò)渡到凸型。3.5油水粘度比油水粘度比μo/μw對(duì)底水影響也比較顯著,μo/μw越大,油井無(wú)水采油期越短,無(wú)水采出程度越小。因此,在底水油藏進(jìn)行注水開(kāi)發(fā)的時(shí)候,若能在注入水中加入適當(dāng)?shù)脑稣硠踩缛闋钜?、泡沫、聚合物等?除能增加水淹體積外,還能抑制底水錐進(jìn)。影響底水錐進(jìn)的因素非常多,上面只是提到了一些主要因素,其中生產(chǎn)壓差和射孔打開(kāi)程度的影響尤為突出。四、控制底水錐進(jìn)的方法底水油藏開(kāi)發(fā)所面臨的一個(gè)最大問(wèn)題就是底水錐進(jìn),從而導(dǎo)致生產(chǎn)井大量出水。對(duì)于底水錐進(jìn)的抑制,油田工作者進(jìn)行了許多理論研究,除了制定合理的油田開(kāi)發(fā)方案、合理的油水井工作制度、控制開(kāi)采速度和井底壓力等措施之外,國(guó)內(nèi)外學(xué)者還提出了各種各樣抑制底水錐進(jìn)、提高采收率的方法。其中排水采油、人工打隔板技術(shù)以與水平井技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于底水油藏現(xiàn)場(chǎng)施工和理論研究的熱點(diǎn)以與解決底水錐進(jìn)問(wèn)題的主要措施?！惨弧秤途刂频姿F進(jìn)的方法1、排水采油法若要防止水錐或水脊,可以在油水界面之下作用一可控流量,形成一定壓差來(lái)平衡采油過(guò)程中在油水界面處形成的壓降,來(lái)阻止底水上升,根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)出控制底水竄入油井的方法,就是排水采油或采水消錐法。一般排水采油主要分以下幾種情況:<l>在直井中,采用雙管封隔器在油水界面上部處,封住油水層,用副管采水,主管采油,雙管同采來(lái)抑制水錐；<2>若用單管封隔器,油管采水,油套環(huán)空采油,雙層完井抑制水錐技術(shù);<3>若用水平井開(kāi)采時(shí),在同一直井段中在油水界面之上鉆一水平段進(jìn)行采油,而在油水界面之下鉆另一水平段,用來(lái)采出一部分水,這樣在油水界面附近也造成平衡采出原油所造成的壓差,達(dá)到消錐的目的。2、雙管同采抑制水錐技術(shù)雙管同采抑制水錐技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單,就是主管和副管同時(shí)生產(chǎn),如圖4所示,主管在油層射孔,副管在水層射孔。隨著副管將水采出,水錐回落。3、雙層完井采水消錐技術(shù)底水油藏由于重力的作用自然形成油水界面,雙層完井的目的就是在采油過(guò)程中保持油水界面穩(wěn)定,防止水進(jìn)入采油區(qū),并且不使油進(jìn)入采水區(qū),如圖5所示。該方法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于油和水的開(kāi)采速度以與油、水層射孔段相對(duì)于油水界面的位置。該方法的主要原理是：采油時(shí)因油井周圍的壓力降低導(dǎo)致水錐的產(chǎn)生,若在油水界面以下的水層產(chǎn)生一平衡降壓,就可以防止水錐的發(fā)生。在油水界面以下采水,水從油管采出；在油水界面以上采油,油從油套環(huán)空采出?？刂撇捎?、采水速度,使油水界面上壓力平衡,從而達(dá)到油水界面穩(wěn)定。當(dāng)變化采油、采水速度時(shí),可能造成油水界面不穩(wěn)定；當(dāng)采水速度低于某值時(shí),采出油中就出現(xiàn)水。最終還要變化采油、采水速度以提高產(chǎn)量。雙層完井技術(shù)理論是成功可行的,能有效地防止底水錐進(jìn)；這種技術(shù)比常規(guī)完井技術(shù)的償還成本時(shí)間短,可將采油速度提高到超出特性曲線的X圍,這關(guān)鍵取決于經(jīng)濟(jì)效益；采出的油可直接輸入到油罐中出售,采出的水可直接輸入到污水處理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明,雙層完井技術(shù)在控制水錐和消除采出水污染方面取得了成功,為底水油藏的開(kāi)發(fā)提供了廣闊的前景,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。但該技術(shù)不但與油藏地質(zhì)條件有關(guān),還與采油工藝技術(shù)、井況、井深結(jié)構(gòu)、油井深度、固井質(zhì)量、射孔完井、油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、油井出水原因等諸多因素有關(guān),對(duì)各種技術(shù)都有較高的要求,采水和采油的液量比與水層的射孔位置也很難確定,且該技術(shù)的投資大、風(fēng)險(xiǎn)也大,這些因素勢(shì)必限制該技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展。因此,雙層完井技術(shù)里礦場(chǎng)運(yùn)用仍有很長(zhǎng)的一段距離,有待于進(jìn)一步的完善和發(fā)展。4、錐進(jìn)控制與井下油水分離技術(shù)井下油水分離技術(shù)是加拿大工程研究中心率先提出的設(shè)想,并進(jìn)行了可行性論證。該項(xiàng)技術(shù)通過(guò)將水力旋流器與經(jīng)過(guò)改進(jìn)的多流井下泵相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)采油、井下油水分離和采出水同井回注,具有控水,穩(wěn)油,節(jié)能,節(jié)支,增儲(chǔ),環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)。井下油水分離系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),只有在一定的條件下通過(guò)應(yīng)用才能體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于底水油藏,該項(xiàng)技術(shù)能減緩底水錐進(jìn),提高開(kāi)采效果。底水"錐進(jìn)"可造成大量的油丟棄在地下,從一個(gè)層的頂部很窄的射孔段中采出大量的水可以提高采出量,但往往降低了采油效率。水平井既可減緩水錐趨勢(shì),又可保持經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率。井下油水分離系統(tǒng)能通過(guò)上部地層注水或者向水平井段下方地層注水,達(dá)到減少產(chǎn)至地面的水量。其方法是"錐進(jìn)抑制"或"反錐進(jìn)"。一組炮眼位于油藏含油部分,另一組炮眼位于對(duì)水錐有抑制作用的含水部分。在水錐抑制情況下,液體產(chǎn)自油帶和水帶內(nèi)部。此時(shí),從原理上講,并不要求使用井下油水分離系統(tǒng)而只要求一個(gè)雙流泵設(shè)計(jì)。從圖6的水錐進(jìn)抑制圖中看出,下部井段只產(chǎn)水,產(chǎn)生的水向下注到一地層中,或注到相同的層,但必須有一半連續(xù)性遮擋的地層中。反錐進(jìn)稍不同于錐進(jìn)抑制性。其差別是：下部井段水排量很高,以至于不產(chǎn)凈水。而被分離的水的攜油量又不能傷害注水層或造成儲(chǔ)量損失。圖6展示如何將一個(gè)雙流泵同一井下分離器結(jié)合起來(lái)并安裝于井中,以達(dá)到從"反錐進(jìn)"型式中采油。原理上,一臺(tái)泵從上部射孔段中產(chǎn)油,而另一臺(tái)泵從下部射孔段產(chǎn)生油水濃縮液。5、人工夾層抑制底水錐進(jìn)夾層是指油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)流體運(yùn)動(dòng)具有隔擋作用的不滲透巖層,對(duì)油水運(yùn)動(dòng)具有較大的影響。有的研究者提出了控制底水的"人造夾層減錐工藝"技術(shù),即根據(jù)自然夾層能防止底水上竄的作用,在水平井或直井中靠近油水界面處注入化學(xué)堵劑或水泥制造一個(gè)"人工夾層"。人工夾層在油田底水油藏開(kāi)發(fā)堵水防水中正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。在底水油藏的開(kāi)采中,由于井筒壓力下降,垂向壓力降落產(chǎn)生一個(gè)向上的力,促使油層底部的水上升到一定的高度,在油-水界面處上升動(dòng)力與水油的重力差相平衡。壓降隨著離開(kāi)井筒距離的增加而減小,引起底水上升的動(dòng)力減小,導(dǎo)致油-水界面的高度沿著側(cè)向降低,呈穩(wěn)定的水錐形狀。油在油-水界面以上運(yùn)動(dòng),水在界面以下保持穩(wěn)定。隨著產(chǎn)量的增加,原始油水接觸面上水錐的高度也在增加,直至達(dá)到一定的產(chǎn)量,水錐頂部到達(dá)射孔位置,水進(jìn)入井中。當(dāng)射孔位置下無(wú)夾層時(shí),油水界面形狀如圖7所示。當(dāng)射孔位置下有一水平人工夾層時(shí),由于夾層的不滲透性,當(dāng)錐頂上升到夾層時(shí),油-水界面的錐狀形態(tài)可發(fā)生一系列變化。圖8<a>表示水錐尚未上升到人工夾層時(shí)其形態(tài)未發(fā)生變化；圖8<b>表示水錐上升到夾層時(shí),其峰頂被阻擋??；圖8<c>表示被阻擋的水錐的頂部擴(kuò)大,錐體向兩旁擴(kuò)散；圖8<d>表示水錐的兩端側(cè)翼突破夾層周緣向夾層上部中心匯合；圖8<e>表示形成新的油水界面。這是一個(gè)夾層對(duì)底水上竄抑制的完整過(guò)程。6、水平井控制底水錐進(jìn)20世紀(jì)90年代以來(lái),水平井技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展為經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)發(fā)底水油藏提供了新的思路和方法。底水錐進(jìn)到井底原因是由于井底附近的壓力降大于油水密度差異產(chǎn)生的重力差,降低井底附近的壓降是抑制底水錐進(jìn)的必由之路。直井與油層之間的接觸方式為點(diǎn)接觸,井底附近的壓降漏斗呈對(duì)數(shù)分布；水平井水平段與油層之間的接觸方式為線接觸,水平段附近的壓降呈線性分布。采出同樣的液量,水平井井底附近的壓降將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直井井底,故水平井抑制底水錐進(jìn)更為有效,水平井開(kāi)發(fā)底水油藏的臨界產(chǎn)量也遠(yuǎn)大于直井的臨界產(chǎn)量。對(duì)直井,底水的油水界面會(huì)呈現(xiàn)"錐形"突進(jìn)；而對(duì)于水平井會(huì)形成"脊形"突進(jìn)。水平井水平段控制的儲(chǔ)量和底水上升波與的體積將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直井垂直段控制的儲(chǔ)量和底水上升波與的體積,從而可以提高無(wú)水累積采出量。水平井在開(kāi)采過(guò)程中,油層下部形成了近似垂直向上的壓力梯度,使得水帶向上運(yùn)動(dòng)。但是由于水的密度比油大,在錐進(jìn)上升時(shí),靜水壓力增加,在一定產(chǎn)量X圍內(nèi),水錐趨于穩(wěn)定；當(dāng)油井產(chǎn)量超過(guò)臨界產(chǎn)量時(shí),水錐就變得不穩(wěn)定,水就向井中突破,達(dá)到另一種平衡。油水界面要達(dá)到重力平衡須滿足關(guān)系式<3-1>：式中,ho為井底到錐頂?shù)木嚯x,m；ρo為原油密度,g/m3；ρw為水密度,g/m3；hw為油水界面到錐頂?shù)木嚯x,m；PWOC為油水界面處壓力,MPa；Pwf為開(kāi)采時(shí)的井底壓力,MPa。在開(kāi)采過(guò)程中,Pwf逐漸降低,而要保持平衡,就不可避免地造成hw升高,這就是底水油藏水平井水錐形成的機(jī)理。7、注氣抑制水錐Kismanetal.提出了兩種注氣控制水錐的方法,第一種是通過(guò)生產(chǎn)井向原儲(chǔ)層注入非壓縮的氣體;另一種是注入小段塞帶有親水劑的載體油和一大段塞非壓縮氣體。Pollock和Shelton也提出通過(guò)注氣來(lái)抑制水錐。該方法是注入一種在原油中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在水中溶解度的氣體或者氣狀的混合物,該物質(zhì)在油水界面產(chǎn)生高的氣體飽和度來(lái)降低地層對(duì)水相的相對(duì)滲透率,而且對(duì)于高粘度的原油來(lái)說(shuō),空氣引起的低溫氧化作用會(huì)在底水層上部產(chǎn)生一不滲透的隔板由此降低產(chǎn)水量。向生產(chǎn)井注氣體,這樣就存在從油藏頂部而來(lái)的具有最大壓力梯度的有效氣頂驅(qū)動(dòng),因此,采油過(guò)程中的壓降相對(duì)較小,底水區(qū)的水侵量也最小。注氣抑制水錐的機(jī)理如下：注氣通過(guò)油水界面與生產(chǎn)井連通,形成一高氣體飽和度層,這樣降低了地層對(duì)水的相對(duì)滲透率,從而降低產(chǎn)水量;注入氣體在油相的溶解度大于在水相中的溶解度,并停留在油水界面層;注入氣體使原油粘度降低,降低產(chǎn)液中的水油比；注入氣就地生成水包油乳狀液,該乳狀液起到隔板和抑制水的流動(dòng)的作用。同反水錐技術(shù)相似,注氣抑制水錐技術(shù)不僅對(duì)設(shè)備要求高,還必須有足夠的氣源。8、化學(xué)堵水控制底水錐進(jìn)近年來(lái),許多技術(shù)人員對(duì)化學(xué)堵水控制水錐技術(shù)作了一些研究,同時(shí)這些技術(shù)在一些油田進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?！?〕無(wú)機(jī)加重液控制油井底水錐進(jìn)技術(shù)在某酸溶液加入一種水溶性非離子固體加重劑,形成一種清除Fe3+和Fe2+的酸洗帶,然后將一種酸性樹(shù)脂乳狀液注入地層,該乳狀液以烴類樹(shù)脂顆粒為內(nèi)相,對(duì)酸穩(wěn)定的表面活性劑為外相,它與足夠濃度的多價(jià)陽(yáng)離子接觸后,極易破乳。將該乳狀液入地層后,在其密度和注入壓力的聯(lián)合作用下,與酸洗帶邊緣地層中的金屬離子接觸后破乳,樹(shù)脂顆粒聚結(jié)形成一種水不滲透遮擋層,使底水錐進(jìn)受到控制。但該方法對(duì)技術(shù)要求高,操作繁雜,注入地層后控制困難,不利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和推廣?！?〕無(wú)機(jī)固相化學(xué)封堵技術(shù)選擇無(wú)機(jī)固相顆粒與脫水劑、緩凝劑、懸浮劑與少許交聯(lián)劑,通過(guò)正交優(yōu)選與儲(chǔ)層配伍,利用地面攪拌設(shè)備混合,經(jīng)注入泵注入地層,形成聚合物樹(shù)脂凝膠。該技術(shù)反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜、不容易控制,易污染產(chǎn)層,封堵后不易解堵?！?〕聚丙烯酞胺凝膠堵底水技術(shù)TP型堵劑溶液為含有過(guò)硫酸鹽或偶氮化合物類引發(fā)劑、無(wú)機(jī)或有機(jī)類聚合速率控制劑的丙烯酞胺與少量N,Nˉ甲叉雙丙烯酞胺的水溶液。該堵劑溶液注入欲封堵地層后,丙烯酞胺和甲叉雙丙烯酞胺在地層條件下在水溶液中發(fā)生共聚合,生成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共聚產(chǎn)物,整個(gè)水溶液變?yōu)榫哂懈叨日硰椥缘乃叻肿幽z,形成高強(qiáng)度的堵塞層。但凝膠堵水存在以下缺點(diǎn):溫度影響著堵劑溶液的成膠時(shí)間和熱穩(wěn)定性。當(dāng)溫度升高時(shí),凝膠成膠時(shí)間變短,在溶液未注入到地層深部就可能成膠,這樣不僅注入困難,而且成膠后只在井筒周圍幾米處起作用,同時(shí)溫度越高形成的凝膠越不穩(wěn)定。而且,堵底水難度大,油層水淹后出水層位難以準(zhǔn)確判斷,封堵位置、封堵半徑較難選擇,一般堵底水的成功率不高,有效期較短。同時(shí)要求堵底水作業(yè)所用堵劑溶液應(yīng)具有良好的泵注性能,否則注入困難、注入量少;在工藝上要保證高壓快速注入的堵劑溶液不上竄,否則會(huì)污染油層?！捕匙⑺刂频姿F進(jìn)的方法底水油藏控制水錐,現(xiàn)存的方法中主要都是作用在生產(chǎn)井,而作用在注入井的方法相對(duì)較少,主要有以下幾種。1、注水控制底水錐進(jìn)油藏投入開(kāi)發(fā)以后,隨著原油的采出,地層能量不斷減少,當(dāng)?shù)貙訅毫档揭欢ǔ潭葧r(shí),必然要采取人工補(bǔ)充能量的方式,以維持地下流體的平衡,保證油井能持續(xù)生產(chǎn),其中注水對(duì)提高采油速度、提高最終采收率的效果是公認(rèn)的。這是因?yàn)樽⑷胨拇嬖诩仍黾恿说貙幽芰?提高了地層壓力,又改變了地層內(nèi)含水飽和度的分布。注水是油田開(kāi)發(fā)最主要的辦法,但注水只對(duì)開(kāi)發(fā)初期有效,如果注水開(kāi)發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),反而會(huì)加快底水上竄,使油層水淹嚴(yán)重。這就需要在注水開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,采取一些措施來(lái)彌補(bǔ)在注水過(guò)程中產(chǎn)生的不利條件,使后續(xù)水驅(qū)得以持續(xù)有效的進(jìn)行。2、采用注聚合物、油水乳狀液、泡沫和空氣改善注水效果Islam和Farouq把聚合物溶液用于底水油藏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。聚合物溶液通過(guò)改變"阻力系數(shù)"有選擇地降低高滲透層滲透率,對(duì)于均質(zhì)孔隙介質(zhì)來(lái)說(shuō),通常原油粘度低,最終采收率高。但是對(duì)于底水油藏不可能出現(xiàn)同樣的情況,因?yàn)槭芰鲃?dòng)性控制的介質(zhì)在底水區(qū)中流動(dòng)時(shí)有不同的現(xiàn)象在進(jìn)行對(duì)抗。原油粘度高使原油不易被水替代,但是在底水區(qū)注聚合物,原油粘度高有利于聚合物溶液侵入水區(qū),而水區(qū)中增加聚合物有利于降低水區(qū)中原生水和注入水的流動(dòng)性。在最近20年中,油水乳狀液被選作提高注水效果進(jìn)行選擇性封堵的材料。油水乳狀液注入以后,不斷增多的乳狀液進(jìn)入了滲透率較高的區(qū)域,水流受到限制,被迫流到滲透率較低的區(qū)域,使油層得以水驅(qū),提高了注水效率。Islam認(rèn)為油水區(qū)容量比比較低時(shí),注入空氣的采收率大大低于乳狀液或聚合物采油的采收率,但當(dāng)油水區(qū)容量比比較高時(shí),注入空氣與注入乳狀液或聚合物的性能相差無(wú)幾。歸納起來(lái),現(xiàn)有的技術(shù)主要是單獨(dú)在油井或水井采取措施來(lái)控制底水錐進(jìn)。那么能不能對(duì)油井和水井同時(shí)采取措施呢?這種綜合措施的效果如何?下面將通過(guò)大量的物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)這種油井和水井同時(shí)處理抑制水錐技術(shù)進(jìn)行初步研究和探討?！踩尘C合治理技術(shù)由于底水油藏的復(fù)雜性,開(kāi)采難度大,含水上升快,常規(guī)方法抑制底水的有效率低。探討在底水油藏應(yīng)用穩(wěn)油控水技術(shù)的一種綜合治理技術(shù),即在注水井實(shí)施弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù),同時(shí)在生產(chǎn)井用堵劑凝膠建立人工隔板,抑制底水錐進(jìn)。其中,利用弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)抑制底水錐進(jìn)新技術(shù),屬探索性的研究領(lǐng)域?！?〕弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)是在油藏調(diào)剖和聚合物驅(qū)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的、結(jié)合油藏深部調(diào)剖和聚合物驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)而開(kāi)發(fā)出的新型提高波與效率的提高采收率技術(shù)。弱凝膠<weakGel>是低濃度的聚合物和低濃度的交聯(lián)劑通過(guò)分子間和分子內(nèi)交聯(lián)形成的弱交聯(lián)體系,其粘度比相同濃度聚合物溶液的大,其分子尺寸大于聚合物分子。弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)中的"調(diào)"是指通過(guò)對(duì)油藏進(jìn)行大劑量深部處理,降低高滲透層或微裂縫的滲透率,通過(guò)改善油藏非均質(zhì)性改變后續(xù)注入水的流向,從而擴(kuò)大波與體積,達(dá)到提高原油采收率的目的。該技術(shù)中的"驅(qū)"是指通過(guò)降低油水粘度比,改善水驅(qū)油流度比,同時(shí)弱凝膠能夠在水驅(qū)動(dòng)下向前"漫延",驅(qū)趕前面的流體向前流動(dòng),從而達(dá)到提高波與效率和驅(qū)油的目的。弱凝膠的"弱"是相對(duì)于常規(guī)不可動(dòng)凝膠而言的,常規(guī)凝膠是一種連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),由于聚合物濃度高,交聯(lián)點(diǎn)多,交聯(lián)強(qiáng)度大,又稱為本體凝膠<BulkGel>或不可動(dòng)凝膠,弱凝膠中聚合物濃度相對(duì)較低,雖然交聯(lián)反應(yīng)多發(fā)生于分子間,但交聯(lián)強(qiáng)度弱,在較高的壓差下可以流動(dòng),又可稱為可流動(dòng)凝膠。弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)已在我國(guó)東部和西部油田進(jìn)行了大量的先導(dǎo)試驗(yàn),并取得了很好的效果。弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)主要效果表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：弱凝膠能夠降低高滲透層的滲透率,提高低滲透層吸水能力,改善注水井的吸水剖面,提高注入水的波與效率,同時(shí)弱凝膠的擴(kuò)散能將儲(chǔ)層中的殘余油向前驅(qū)動(dòng),使油匯集于井底,從而降低產(chǎn)水量,提高產(chǎn)油量,使區(qū)塊含水上升速度減緩,產(chǎn)量遞減速度下降,改善注水開(kāi)發(fā)的效果。技術(shù)的發(fā)展背景聚合物驅(qū)主要是通過(guò)在注入水中加入大量的聚合物,增加注入水的粘度,改善水驅(qū)油流度比,從而達(dá)到提高注入水波與效率的目的。但聚合物在長(zhǎng)期運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)許多缺點(diǎn)和不足:一方面對(duì)非均質(zhì)較嚴(yán)重的油藏,采用聚合物驅(qū)時(shí),注入的聚合物溶液會(huì)沿注入井與生產(chǎn)井之間的高滲透帶或大孔道竄入生產(chǎn)井,導(dǎo)致聚合物突破很快,從而降低了聚合物的使用效率和驅(qū)油效果。另一方面,由于聚合物驅(qū)注入量很大,需要大量的投資,從而限制了該技術(shù)在小油田、小斷塊中的應(yīng)用。此外,由于聚合物本身的抗剪切、抗高溫和抗鹽性能差,在惡劣的油藏條件下,聚合物容易發(fā)生水解或分子鏈發(fā)生斷裂而失去粘度,很難達(dá)到預(yù)期效果,這就大大限制了聚合物驅(qū)在高溫、高鹽油藏中的應(yīng)用。常規(guī)凝膠調(diào)剖堵水,確實(shí)能在一定程度上改善油藏縱向非均質(zhì)性,部分解決層內(nèi)矛盾。但是,由于體系成本高,成膠速度快且不易控制,在溶液未達(dá)到地層深部之前就開(kāi)始成膠,導(dǎo)致注入困難,限制了凝膠的注入量和作用距離,一般僅作用在井筒周圍幾米的X圍內(nèi),不能達(dá)到深部調(diào)剖的目的。弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù),結(jié)合了聚合物驅(qū)和常規(guī)凝膠調(diào)剖堵水的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了二者的不足,作為一種新型的技術(shù),必將為提高原油采收率注入新的活力。近年來(lái)國(guó)內(nèi)研究單位如石油勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院、滲流流體力學(xué)研究所、西南石油學(xué)院等在弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)方面也進(jìn)行了廣泛的研究,在配方研究、作用機(jī)理等方面取得了不同程度的進(jìn)展。許多油田單位如勝利、中原、華北、大港等油田則開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并取得良好的效果。理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)都表明弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)可行、工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)的新技術(shù)?！?〕堵劑隔板技術(shù)用性能良好的堵劑凝膠建立人工隔板是一種非常重要的抑制底水錐進(jìn)方法。根據(jù)自然夾層能防止底水上竄的原理,人工隔板法在水平井或直井中靠近油水界面處注入化學(xué)堵劑或注入水泥制造一個(gè)"人工夾層"來(lái)抑制水錐的方法。由于夾層的不滲透性,當(dāng)錐頂上升到夾層時(shí),油一水界面的錐狀形態(tài)可發(fā)生一系列變化,使水錐突破的時(shí)間延后。Karp等提出水平隔板控制水錐理論。設(shè)計(jì)水泥隔板應(yīng)考慮半徑、厚度、垂直位置和滲透性等因素,研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于原油密度大、粘度高或油層較薄、滲透率較低的油藏,使用隔板法效果較差,這些油藏不適合采用隔板法控制水錐。喻高明等模擬計(jì)算了不同半徑尺寸的夾層<人工隔板>在射孔段底部、油水界面、底水區(qū)域的情況。計(jì)算結(jié)果表明:當(dāng)隔板半徑是泄油半徑的l/2,且?jiàn)A層處于射孔段底部時(shí),將底水全部封死;同時(shí),射孔段底部的夾層對(duì)底水的阻隔作用最好,油水界面處次之,而水域夾層的作用不明顯;夾層滲透率大小對(duì)底水錐進(jìn)的影響非常明顯,低滲透夾層的遮擋作用不如非滲透夾層效果明顯。建立隔板的方法一般是:首先在需要建立隔板的位置處加密射孔,井內(nèi)下入封隔器,將油管與套管環(huán)形空間分開(kāi)。從油管注入封堵劑,從補(bǔ)射孔的地方進(jìn)入油層下部,在井底附近建立人工隔板,同時(shí)要從油套管環(huán)形空間注入平衡油,使封堵劑不致上升到油層上部形成堵塞?？偨Y(jié)以往對(duì)底水油藏的研究結(jié)果,在注入井采用弱凝膠調(diào)驅(qū)底水油藏、在生產(chǎn)井注入堵劑隔板,從兩個(gè)方面處理底水油藏水侵還沒(méi)有這方面的研究。通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究了在注水井進(jìn)行弱凝膠調(diào)驅(qū)的同時(shí),在生產(chǎn)井打入堵劑人工隔板來(lái)抑制水錐的可行性。這種綜合處理技術(shù)對(duì)于底水油藏提高采收率效果如何?針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了討論并展開(kāi)了工作。堵劑隔板建立的初探根據(jù)自然夾層能防止底水上竄的原理,在油井靠近油水界面處注入化學(xué)堵劑或注入水泥制造一個(gè)"人工夾層"來(lái)抑制水錐的方法,人工隔板法是一種非常重要的抑制底水錐進(jìn)方法。由于夾層的不滲透性,當(dāng)錐頂上升到夾層時(shí),油一水界面的錐狀形態(tài)可發(fā)生一系列變化,使水錐突破的時(shí)間延后,如圖10所示。隔板位置隔板的位置一般建立在油層中部偏下的位置,如圖11。要對(duì)底水錐進(jìn)產(chǎn)生明顯的阻隔作用,隔板位置越靠近射孔底部延緩水錐的效果越好。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)隔板的位置在油層中部偏下的位置提高的采收率比在其它位置建立隔板提高的采收率要高。注入工藝堵劑隔板既要有效地抑制錐進(jìn)的底水,又不能傷害上部油層,一般在油層下部適當(dāng)位置下封隔器卡封,從油管正擠堵劑溶液,從套管環(huán)空打原油維持平衡油。注入的堵劑大體沿水平方向進(jìn)入地層深部,形成人工隔板,卡封位置與隔板半徑由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)確定堵劑強(qiáng)度篩選的配方要保證堵劑在油層條件下膠體的強(qiáng)度達(dá)到G級(jí)或H級(jí),中等可變形不流動(dòng)凝膠,即凝膠流動(dòng)大約下降一半左右或輕微可變形不流動(dòng)凝膠；倒置僅凝膠表面可輕微形變。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主劑濃度選用6000mg/L時(shí),形成的堵劑強(qiáng)度可達(dá)到H級(jí),完全可以滿足在油藏條件下建立堵劑隔板的要求。堵劑用量堵劑用量V一般由處理半徑R<m>,處理層的有效厚度h<m>,有效孔隙度小<%>來(lái)計(jì)算：v=πR2hφ。一般說(shuō)來(lái)隔板半徑越大、位置越靠近射孔底部以與隔板的強(qiáng)度越高,延緩水錐的效果越好。人工隔板物理模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)6組實(shí)驗(yàn)研究了不同油水層厚度比情況下堵劑隔板的影響。對(duì)比了單獨(dú)在注入井進(jìn)行弱凝膠調(diào)驅(qū)、單獨(dú)在生產(chǎn)井打入堵劑隔板以與同時(shí)在注入井進(jìn)行弱凝膠調(diào)驅(qū)和在生產(chǎn)井打入堵劑隔板對(duì)采收率的影響。單一弱凝膠調(diào)驅(qū)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1、2研究了無(wú)隔板時(shí)弱凝膠調(diào)驅(qū)對(duì)采收率的影響,實(shí)驗(yàn)中,模型的油水層滲透率比為1,弱凝膠中聚合物濃度為1500mg/L、交聯(lián)劑濃度為40mg/L,段塞尺寸為0.3PV,所用的原油粘度為20.4mPa.s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖12。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出,弱凝膠調(diào)驅(qū)的效果比較明顯,所提高的采收率在20%左右,而且發(fā)現(xiàn)弱凝膠所提高的采收率隨著油水層厚度比的降低而增加,最終采收率隨著油層厚度的增加而增加。單一堵劑隔板模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3、4研究了無(wú)弱凝膠調(diào)驅(qū)時(shí)堵劑隔板對(duì)采收率的影響,實(shí)驗(yàn)中,模型的油水層滲透率比為1,堵劑中聚合物濃度為6000mg/L、交聯(lián)劑濃度為500mg/L,甲醛的濃度為0.5%,所用的原油粘度為20.4mPa.s,在模型出口端打入堵劑建立隔板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和圖13。從表3和圖13中可以看出堵劑隔板提高采收率在25%左右,最高的實(shí)驗(yàn)3為28.7%。同時(shí)也可以看出,堵劑隔板所提高的采收率隨著油層厚度的增加而增加。由于隔板在模型出口端中部打入,所以油層越厚,隔板的位置就相對(duì)油水界面越靠上,距離油水界面越遠(yuǎn),反之距離