隔夹层底水油藏水平井水淹特征及氮气抑水机理

0 引 言
大多数油藏中均存在着边底水，其中，底水油藏的开发涉及到 2 个主要问题，一是生产 过程中如何有效地减缓底水的推进速度，延长生产井的无水采油期，改善开发效果；二 是在发生水淹后如何有效地抑制水淹程度发育，延长生产井的生产期限，实现抑水增油。 为了有效抑制底水油藏的水淹及改善其开发效果，国内外应用了气体及泡沫堵水、弱凝 胶堵水、固体颗粒类堵水等多种措施，但关于不连续隔夹层油藏水平井的水淹特征 及治理措施鲜有报道。 GC 油田为一单斜构造，油藏倾角为 11°～16°，主要油层 HⅢ段发育 4 个砂层组，埋 深为 168～430m，单油层厚度不超过 10m，平均孔隙度为 34%，平均渗透率为 2.11μm 2，属 于高孔高渗疏松砂岩油藏。原始含油饱和度为 60%～80%，原始地层压力为 1.2～3.6MPa，原 始地层温度约为 30℃。GC 油田南区 50℃地面脱气原油密度为 0.901～0.963g/cm3，油层温 度下脱气原油黏度为 50～12000mPa∙s，大部分为普通稠油，仅有少量特稠油。各砂层组间存 在较为稳定的泥岩隔夹层，隔夹层厚度主要分布在 0.2～5.4m，平均为 2.6m；但隔夹层厚度小于 1m 的井区主力油组下部存在水层，且该井区生产过程中出现快速水淹问题，说明该油 藏中的油层与水层间存在不连续隔夹层。针对该类型油藏，筛选适宜的开发方式与探索水淹 治理措施具有重要的实用价值。因此，结合 GC 油田油藏特点，利用二维可视化物理模拟装 置开展了相关实验研究。二维可视化物理模拟技术可较为真实地模拟油藏的渗流特征，分析 油藏物性、油井类型和生产参数等对底水油藏开发效果的影响，并探索底水水淹的有效治理 技术，为制订底水油藏的开发策略及调整措施提供依据。

1 实验方法
1.1 实验条件
实验用油为 46 号白油，动力黏度约为 40mPa·s。实验用水为根据 GC 油田地层水分析 而配置的水样，其地层水类型属于重碳酸氢钠型，矿化度为 9051mg/L。注水井与沿程管线安装了电加热装置，实验过程中该装置的加热温度与恒温箱的温度保持一致，使进入到油藏中的地层水、氮气等流体保持与模型内部的温度相同。

1.2 气水渗流规律实验
实验流程主要由 4 部分组成：注入系统、填砂管模型、数据纪录系统和油气水计量系统。 填砂管模型的长度为 60cm，直径为 3.8cm。实验用油样为 GC 油田的地面脱气原油，地面脱 气原油黏度为 1080mPa·s；实验用气体为纯度为 99%的工业氮气；单管填砂后孔隙度为 35.0%， 渗透率为 2.16D，含油饱和度为 70%，实验温度为 30℃。 实验步骤主要包括：
①原油脱水脱砂；
②制作填砂管模型，其绝对渗透率约为 2D；
③ 整个实验系统安装与试压，保证实验流程不漏；
④填砂管饱和度地层水，测定填砂管的孔隙 度和渗透率；
⑤填砂管饱和度原油，建立束缚水条件；⑥用蒸汽进行驱油实验，直至达到残 余油状态；⑦地层水和氮气以一定比例注入的填砂管中，测定填砂管两端的压差变化规律， 分析残余油条件下气水两相的渗流特征。

实验步骤主要包括：
①利用长度为 30cm，直径为 2.5cm 的填砂管测定 40 目玻璃微珠的 水测渗透率；
②用 40 目玻璃微珠填装可视化平板模型，并将模型与其他设备相连；
③将模 型装置嵌入恒温箱内，加热至 70℃，以 0.02mL/min 的流速饱和模拟油（染红色）；而后降 至 30℃，并静置 24h 进行老化；
④用恒流泵将地层水（染蓝色）注入可视化模型，进行生 产，观察顶部水平井的水淹状况和生产动态；
⑤生产过程中，记录水平井的产液、产水、产 油情况，并用高清摄像机实时记录流体分布状态，至含水率为 90%时，注入北京中惠普氮气发生器并观察气相分布特征；
⑥结合水平井的生产动态及油层内宏观与微观的波及状况，分析水平井的水淹特 征及氮气的抑水增油机理。

2 实验结果与分析
2.1 气水渗流特征实验结果
为残余油条件下气水相对渗透率曲线。
（1）气相流动区域：①当水相饱和度很低时，水相滞留于颗粒的间隙内呈不连续状态， 或粘附于颗粒表面呈薄膜状，此时水相不流动；②气相为非润湿相，占据孔隙的中间，流动 能力随含水饱和度的增加而降低。
（2）气相流动能力大幅降低区域：①随 水相饱和度增加，水相逐渐变得连续，流动能 力增强，相对渗透率增加；②气相流动能力随 含水饱和度的增加进一步降低。
（3）气相流动能力缓慢降低区域：①当 气相的饱和度值小于束缚气饱和度时，气相变 得不连续而分散于水相中，部分滞留于孔隙内， 失去流动性；②水相作为润湿相，占据主要流 动通道，流动能力大幅度增加。因此，在注氮气抑水措施实施过程中，一方面，氮气的注入 使得油水两相流动变为油气水三相流动，使水相的流动阻力增加；另一方面，在水淹区域内 氮气变为连续水相中的分散气相存在于多孔介质的喉道处，在贾敏效应作用下大幅度增加水 相的流动阻力。

3 现场试验
为了评价氮气抑水增油的效果，选择 GC 油田的一口水平井开展了氮气抑水试验。该井 的水平段长为 192.8m，其所在区域自上而下有 2 个油层和 1 个水层，纵向上大部分井段距 离底水层较远，但隔夹层在 A 靶点附近逐渐消失，导致水平井短期内达到高含水状态。目前， 该井实施了 2 次氮气抑水措施。措施前，平均日产液为 45m 3 /d，日产油仅为 0.5t/d，含水 率高达 99%。第 1 次措施注入氮气 2×104 m 3，闷井 24h 后生产，日产液量降至 10 m 3 /d，而日 产油达到 4.5t/d，含水率降至 55%；第 2 次措施注入氮气 2×104 m 3，闷井 24h 后生产，日 产液量为 15m 3 /d，日产油达到 6t/d，含水率为 60%。该水平井实施注氮气措施后取得了明显 的抑水增油效果，为不连续隔夹层底水油藏的有效开发与治理措施设计提供了重要的实践指氮气油水油层底水层氮气动用剩余油动用剩余油氮气油水油层底水层氮气油水玻璃珠氮气玻璃珠水导作用，但由于氮气抑水作用有效期较短，后续可考虑采用注泡沫的方式进行抑水增油措施 进行实施。

4 结论及建议
（1）氮气在水淹层运移过程中，使得原本油水两相流动变为油气水三相流动，增加水 相流动阻力；同时，水淹区域内氮气以分散气相存在时，在贾敏效应作用下能大幅度增加水 相的流动阻力。
（2）底水自夹层破裂处突破后向油藏高部位的生产井推进，由于夹层破裂处的渗流面 积小而使得渗流速度高，远离夹层裂口处所在区域的渗流面积大而使得渗流速度低，因而易 于形成辐射状的水淹剖面。
（3）注入中惠普氮气发生器制气后，其优先进入渗流阻力小的水淹区域，利用氮气的重力分异作用而推 水下移，处于分散状态的氮气增加了水相的渗流阻力；同时，注入的氮气不断地分散、运移、 聚并，从而实现对水淹的抑制作用。油层范围内分散的气相使原油的动用范围明显增加，起 到了扩大原油动用范围而增产原油的效果，但由于氮气抑水作用有效期较短，后续可考虑采 用注泡沫的方式对不连续隔夹层底水油藏进行抑水增油措施的实施。