断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟.pdf

第 19 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.19 No.1Jan.2024中 国 科 技 论 文CHINA SCIENCEPAPER断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟孔维军，李立峰，张建宁，苏书震，师国记，黄耀，张美丹（中国石化江苏油田分公司采油一厂，江苏扬州 225265）摘 要：基于微观可视化光刻玻璃模型，从微观角度定性、定量研究了断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律，并开展了影响因素分析。结果表明：水驱后关井期间剩余油再动用类型主要为滴状、柱状和簇状。关井期间剩余油会沿模型倾斜方向向高部位运移聚集，有利于后续水驱阶段进一步提高驱油效率。地层倾角的增大、原油黏度的减小有利于剩余油再动用；关井时间的增加有利于剩余油向高部位采出端接近聚集；后续水驱阶段注入速度的增大会增加波及面积。关键词：高含水；断块油藏；剩余油再动用；运移规律；影响因素中图分类号：TE327 文献标志码：A文章编号：2095-2783（2024）01-0070-07开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Microscopic simulation of the migration law of remaining oil reuse after shut-in of high water cut wells in fault block reservoirsKONG Weijun，LI Lifeng，ZHANG Jianning，SU Shuzhen，SHI Guoji，HUANG Yao，ZHANG Meidan（Oil Production Plant of Sinopec Jiangsu Oilfield Company，Yangzhou，Jiangsu 225265，China）Abstract：Based on the microscopic visual lithography glass model，the remaining oil reuse and migration law of a high water cut fault block reservoir was studied both qualitatively and quantitatively from the microscopic perspective，and the influencing factors were analyzed.The research results show that the remaining oil reuse types during well shut-in at the end of water flooding are mainly drop，column and cluster.During the shut-in period，the remaining oil will migrate and accumulate to a high position along the model tilt direction，which is beneficial to further improving the oil displacement efficiency in the subsequent water flooding stage.The increase in the formation dip angle and the decrease in crude oil viscosity are beneficial to the remaining oil reuse，and the increasing of well shut-in time is conducive to the accumulation of remaining oil toward the high part of the production end.Moreover，the increase of the injection rate in the subsequent water flooding stage results in elevated swept area.Keywords：high water cut；fault block reservoir；reuse of remaining oil；migration law；influencing factors断块油田具有地层倾角大的特点，在油水密度差和重力作用影响下，靠近断块高部位的油井因高含水井关井一段时间后，在采油井附近会出现原油聚集的情况1-5。分析高含水井关井后剩余油的再动用微观运移规律对矿场进一步认识断块油田剩余油位置动态变化规律及关停油井复产具有重要意义。目前对剩余油再动用的研究主要集中在剩余油分布特征、剩余油动用方法、剩余油动用条件、剩余油动用机理及剩余油运移速度、时间公式表征等方面6-12。物理实验方面，一般通过岩心驱替实验和玻璃刻蚀模型驱替实验进行剩余油分布及再动用规律研究。在岩心驱替实验中搭配CT扫描技术和D-T2二维谱技术可以定量表征驱替后岩心中的剩余油赋存状态，并可评价不同措施方法对剩余油的再动用效果。李俊键等13运用CT扫描技术和D-T2二维谱技术定量表征了驱替实验后岩心赋存的剩余油，并研究了低矿化度水驱对不同类型剩余油的动用效果，研究表明，水驱后转注低矿化度水能减少连片状和油膜状剩余油比例，增加网络状和孤岛状剩余油所占比例。孙晨14通过岩心驱替实验提出了砾岩油藏孔表薄膜状、颗粒吸附状、簇状、角隅状和粒间吸附状剩余油的启动方法。利用玻璃刻蚀模型可以研究微观孔隙角度下不同类型剩余油的分布形态及再动用规律。目前对膜状剩余油的剥离再动用方法研究较多，主要包括增大注入速度和降低界面张力2种收稿日期：2023-04-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（51974343）；国家科技重大专项（2016ZX05011-002-003）第一作者：孔维军（1974），男，高级工程师，主要研究方向为油气田开发，孔维军，等：断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟第 1 期方式。黄迎松15利用玻璃刻蚀模型开展了注水速度对孔隙束缚型和油膜状剩余油动用的影响研究，实验表明，增加注水速度可以增大水流和油膜间的剪切应力，有利于提高束缚型和油膜型剩余油的动用程度。夏惠芬等16采用软件模拟和微观物理实验方法研究了三元复合物体系界面张力对薄膜状剩余油动用的影响，研究指出，流场毛管数越大，油膜的变形率越大，即降低界面张力有利于油膜状剩余油的动用。在数值模拟方面，一般通过建立剩余油再动用速度和再富集时间公式来表征剩余油再动用时的运移规律。李伟等17建立了一种油水运聚平衡解析模型，其能快速指导长期停产油藏开展定量、半定量剩余油分布研究，研究表明，储层渗透率、运移距离、运聚角度是影响停产后运聚平衡时间的主要因素。以上研究表明，剩余油在外部驱替条件下可以再动用，在关井后运聚平衡时间较长。但是对断块油藏高部位油水井关停后剩余油再动用的运移规律研究较少，缺少微观角度的精细描述。这不利于油水井关停后油水的微观再动用机制及大尺度宏观渗流规律的分析，导致在油水微观再动用机制中缺少油水的自发再动用运移规律分析，在大尺度宏观渗流规律中缺少地层倾角对油水自发再动用运移方向的影响分析。本文针对矿场实践现状和研究中存在的问题，基于微观可视化光刻玻璃模型，从微观角度定性、定量研究了断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律，并从储层地质特征、储层流体性质及生产工作制度等方面选取地层倾角、原油黏度、关井时间和后续水驱阶段注入速度等因素对剩余油再动用微观运移规律开展分析。此研究对矿场认识断块油藏高含水油井关井后剩余油的微观动态再运移规律具有借鉴指导意义。1微观可视化剩余油再动用运移室内实验1.1实验装置实验所用水驱油可视化仿真物理模拟装置包括：储水量杯、BT100S 恒流泵、管线、带光源载物台、夹具、可视化光刻玻璃模型（75 mm75 mm5 mm）、高清摄像机、模具支架、阀门、量筒和计算机信息采集处理系统。该装置可清晰观察并完整记录收集实验过程中的油水渗流特征。可视化光刻玻璃物理模型如图1所示，实验装置如图2所示。1.2实验材料实验过程中所用的实验材料主要有模拟地层水、地面脱气原油、煤油等。其中，实验用模拟地层水的矿化度为 5 000 mg L-1；原油黏度调配后为2.75.2 mPa s。1.3实验步骤1）模型抽真空：平放夹具，将光刻玻璃模型放进夹具中并夹紧，一端连接真空泵，一端关闭。启动真空泵，使指针降至-0.1 MPa以下，持续5 min后关闭连接处阀门。2）模型饱和油：从夹具一端注入油直至光刻玻璃模型内充满原油，关闭注入端。3）连接实验设备：将夹具一端连接到注入泵上，另一端连接到量筒内，打开图像捕捉软件，准备记录实验过程。将光刻玻璃模型按照实验要求角度倾斜。4）开始驱替实验：打开注入泵，按照实验方案以图1可视化光刻玻璃模型Fig.1Visualization lithography glass model1储水量杯；2BT100S恒流泵；3管线；4带光源载物台；5夹具；6可视化光刻玻璃模型；7高清摄像机；8模具支架；9阀门；10量筒；11计算机信息采集处理系统。图2实验装置Fig.2Experimental device diagram71第 19 卷 中 国 科 技 论 文0.05 mL min-1的注入速度注水至含水率达到实验要求，关闭注入泵，关闭注采端观察一定时间。待关井阶段结束后，开启注采端，打开注入泵，以实验设计速度进行后续水驱，直至不出油。利用图像捕捉软件观察模型内原油的运移情况。5）数据分析：运用剩余油识别软件分析记录各阶段的采出程度。1.4实验方案根据现场地质资料和流体性质，针对不同影响因素设计相应的单因素变化物理模拟实验，共计9 组。具体实验方案见表 1，影响因素取值见表 2。注采方式为低部位注水、高部位采油。2实验结果与讨论2.1剩余油再动用微观运移规律为观察剩余油再动用微观运移规律，取实验参数分别为地层倾角15、原油黏度4.1 mPa s、关井时间5 min及后续水驱阶段注入速度0.05 mL min-1的实验结果进行分析。图3为实验驱替过程，可见，水驱后主流线大孔道被水占据，波及区剩余油被水卡断滞留于小孔隙和结构复杂区域。剩余油主要分布在模型边角部未波及区和波及区喉道窄小的孔隙中。水驱油末期剩余油类型主要包括滴状、柱状、簇状和盲端状。当注采井关闭后，低部位波及区及模型边角部的部分剩余油在水的浮力作用下向采出端主流线运移聚集。后续水驱阶段，关井期间再动用的剩余油及部分前期未波及剩余油会流出采出端，进一步扩大波及面积。结合关井结束后水驱剩余油现象，再动用剩余油类型主要为滴状、柱状和簇状。2.2不同因素对剩余油再动用微观运移规律的影响2.2.1地层倾角对剩余油再动用微观运移规律的影响地层倾角为5、10和15时关井后局部剩余油分布如图4所示。根据实验观察，在地层倾角为15时，较大孔隙内滞留的部分滴状、柱状、簇状剩余油会自发再动用向采出端方向运移；地层倾角越大，运移效果越明显。当地层倾角为5和10时，关井期间模型内原油的运移现象不明显，但关井后注水会观察到上述各类型剩余油的动用现象。地层倾角的增大会使水的浮力在模型倾斜方向的分力增大，从而使更多的剩余油再动用并向高部位运移。图5为不同地层倾角条件下后续水驱阶段采出程度统计。可知，地层倾角越大，后续水驱阶段采出程度越大。地层倾角为5、10和15时后续水驱阶段采出程度分别为13.33%、14.03%和15.02%。地层倾角越大，沿倾角方向的浮力分力越大，关井期间剩余油易于克服阻力向高部位运移，在后续水驱阶段被驱替出采出端，使后续水驱阶段采出程度增大。后续水驱阶段采出程度也反映出关井期间的剩余油表1实验方案设计Table 1Experimental protocol design水驱阶段水驱油至含水率95%观察阶段注采井关闭一定时间后续水驱阶段水驱至不出油表2影响因素取值Table 2Values of influence factors地层倾角/（）51015原油黏度/（mPa s）2.74.15.2注采井关井时间/min357后续水驱阶段注入速度/（mL min1）0.050.100.15图3实验驱替过程Fig.3Experimental displacement process图4不同地层倾角下的局部剩余油分布Fig.4Localized remaining oil distribution at different formation dip angles72孔维军，等：断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟第 1 期再动用程度，即关井期间剩余油再动用范围越大，后续水驱阶段采出程度越高。2.2.2原油黏度对剩余油再动用微观运移规律的影响原油黏度为2.7、4.1、5.2 mPa s时关井后局部剩余油分布如图 6 所示。根据实验观察，在 3 种黏度下，孔隙内滞留的部分滴状、柱状、簇状剩余油会自发向采出端方向运移；黏度越低，运移效果越明显。当黏度为2.7 mPa s时，能观察到部分在关井时期未发生运移的剩余油在开井注水后会发生非常明显的再动用现象。当黏度增大时，部分在关井期间动用的剩余油在开井后会继续向采出端移动，未动用的保持原位不动。黏度的增加会使原油黏滞力增大，降低原油流动性，不利于剩余油向高部位的再动用运移。图7为不同原油黏度条件下后续水驱阶段采出程度统计。可知，原油黏度越小，后续水驱阶段采出程度越高。原油黏度为2.7、4.1、5.2 mPa s时，后续水 驱 阶 段 采 出 程 度 分 别 为 21.53%、17.60%和14.63%。后续水驱阶段，在相同注入速度下，黏度越小，渗流阻力越小，流出高部位采出端的再动用剩余油就越多。2.2.3关井时间对剩余油再动用微观运移规律的影响关井时间为3、5、7 min时关井后剩余油分布如图8所示。根 据 实 验 观 察，在 关 井 时 间 为 3、5、7 min时，较大孔隙内滞留的部分滴状、柱状、簇状剩余油会自发再动用向生产井方向运移；关井时间越长，运移效果越明显，在采出端附近聚集的剩余油越多。图9为不同关井时间条件下后续水驱阶段采出程度统计。可知，关井时间越长，后续水驱阶段采出程度越高。关井时间为3、5、7 min时，后续水驱阶段采出程度分别为13.68%、17.60%和21.35%。关井时间的增加有利于增加剩余油再动用距离，扩大高部位剩余油再聚集区域，从而使后续水驱阶段流出采出端的的剩余油增多。图5不同地层倾角下的后续水驱阶段采出程度Fig.5Recovery degree of the subsequent water flooding stage at different formation dip angles图6不同原油黏度下的局部剩余油分布Fig.6Localized remaining oil distribution at different crude oil viscosities图8不同关井时间下的局部剩余油分布Fig.8Localized remaining oil distribution at different shut-in times图7不同原油黏度下的后续水驱阶段采出程度Fig.7Recovery degree of the subsequent water flooding stage at different crude oil viscosities73第 19 卷 中 国 科 技 论 文2.2.4后续水驱阶段注入速度对剩余油再动用微观运移规律的影响后续水驱阶段注入速度为0.05、0.10、0.15 mL min-1时关井后局部剩余油分布如图 10所示。在关井阶段，滴状、柱状、簇状剩余油会再动用，流向上部采出端再聚集。当后续水驱阶段注入速度为 0.10、0.15 mL min-1时，部分盲端状剩余油也会动用流向采出端。注入速度的增大会使作用在剩余油上的驱替力增加，从而使水驱阶段和关井阶段未动用的部分盲端状剩余油动用流向采出端，增大波及面积，有利于进一步挖潜再动用剩余油。图11为不同注入速度条件下后续水驱阶段采出程度统计。可知，关井结束后注入速度越大，后续水驱阶段采出程度越高。后续水驱阶段注入速度为0.05、0.10、0.15 mL min-1时，阶段采出程度分别为17.60%、18.12%和20.14%。后续水驱阶段，注入速度的增大有利于再动用剩余油向采出端流出，提高阶段采出程度。2.2.5剩余油再动用微观运移主控因素分析基于前述不同地层倾角、原油黏度、关井时间条件下的后续水驱阶段采出程度数据，采用式（1）计算不同因素的敏感度系数：SAF=A/AF/F。（1）式中：SAF为评价指标A对于影响因素F的敏感度系数；A/A为影响因素F发生F的变化时，评价指标A相应的变化率，%；F/F为影响因素F的变化率，%。将各因素在不同取值下的敏感度系数求平均值，计算结果见表3。敏感度系数的绝对值越大，对剩余油再动用的敏感性越强。由表3可知，各因素的敏感度排序为原油黏度关井时间地层倾角。基于物理模拟实验结果，高含水井关井后，剩余油再动用运移的主控因素为原油黏度。在实际储层中，断块油藏高含水井关井后，原油黏度的增大会使剩余油再动用时的黏滞力增加，不利于剩余油的再动用。关井时间的增加则有利于扩大剩余油的再运移范围，使更多的剩余油运移至采出端。地层倾角的增大会使剩余油沿地层倾斜方向的作用力增大，有利于剩余油再动用。2.3高含水井关井后剩余油再动用技术方法建议在高含水井关井前注入表面活性剂会降低油水界面张力，使毛细管阻力减小，有利于关井后剩余油的再动用。采用数值模拟软件Eclipse建立三层均质模型，网格数为 10103，步长为 50 m50 m4 m。x和y方向渗透率为500 mD，z方向渗透率为50 mD，孔隙度为0.21，角度为6，注入和采出速度为120 m3 d-1。以基础模型生产至含水率95%为关井时间点，分别提前3年、1年、0.5年注入表面活性剂。方案运行结果如图12和图13所示。图9不同关井时间下的后续水驱阶段采出程度Fig.9Recovery degree of the subsequent water flooding stage at different shut-in times图10后续水驱阶段不同注入速度下的局部剩余油分布Fig.10Local remaining oil distribution at different injection rates in the subsequent water flooding stage图11后续水驱阶段不同注入速度下的阶段采出程度Fig.11Stage recovery at different injection rates in the subsequent water flooding stage表3不同因素的平均敏感度系数Table 3Average sensitivity coefficient of different factors因素平均敏感度系数地层倾角/（）0.16原油黏度/（mPa s）0.49关井时间/min0.4874孔维军，等：断块油藏高含水井关井后剩余油再动用运移规律微观模拟第 1 期由图12可见：提前注入时间越长，上层注水井处波及范围越大，越能推动剩余油向高部位运移，提高采油井井点含油饱和度；表面活性剂注入后迅速波及中下层主流线，降低主流线附近的剩余油饱和度，使剩余油向高部位及上层运移；关井5年时，提前注入时间越长，采油井点处含油饱和度越高。由图13可知：均质分层模型中，表面活性剂的注入，有利于关井后中上层的井点含油饱和度恢复；提前注入时间越长，中下层的剩余油向上层运移越明显，上层井点含油饱和度恢复越快。3结论1）水驱结束后，剩余油类型主要包括滴状、柱状、簇状和盲端状。关井期间剩余油再动用类型主要为滴状、柱状和簇状。2）关井期间剩余油克服阻力再动用后会沿模型倾斜方向向高部位运移聚集，后续水驱阶段再动用的剩余油会被驱替出采出端，进一步扩大波及面积、提高采收率。3）地层倾角的增大会增加关井期间剩余油驱动力，有利于剩余油再动用；原油黏度的增大会增加剩余油渗流阻力，不利于剩余油再动用；关井时间的增加有利于剩余油向高部位采出端不断接近聚集；后续水驱阶段注入速度的增大会增加波及面积，进一步挖潜剩余油。4）地层倾角为15时的后续水驱阶段采出程度较地层倾角为5时增加1.69%；原油黏度为2.7 mPa s时的后续水驱阶段采出程度较原油黏度为5.2 mPa s时增加6.90%；关井时间为7 min时的后续水驱阶段采出程度较关井中间3 min时增加7.67%；后续水驱阶段注入速度为0.15 mL min-1时的阶段采出程度较注入速度为0.05 mL min-1增加2.54%。5）关井前注入表面活性剂有利于关井后剩余油向高部位再动用运移。（由于印刷关系，查阅本文电子版请登录：http: 张建宁，尤启东，郭文敏.高含水停采油藏剩余油再聚集敏感因素研究 J.油气藏评价与开发，2015，5（3）：39-43.ZHANG J N，YOU Q D，GUO W M.Study on the sensitive factors of the residual oil reaccumulation of high water cut non-mining reservoir J.Reservoir Evaluation and Development，2015，5（3）：39-43.（in Chi图12不同时机注入表面活性剂含油饱和度分布Fig.12Distribution of oil saturation of different surfactants injection times图13不同时机注入表面活性剂采油井点含油饱和度恢复关系曲线Fig.13Recovery curves of oil saturation at production well injected with surfactant at different times75第 19 卷 中 国 科 技 论 文nese）2 王吉涛，李俊键，张博文，等.高含水老油田剩余油再富集质量评价及影响因素 J.油气地质与采收率，2023，30（1）：153-160.WANG J T，LI J J，ZHANG B W，et al.Quality evaluation of remaining oil re-enrichment in high water-cut mature oil reservoirs and its influencing factors J.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2023，30（1）：153-160.（in Chinese）3 方信人.高含水油田剩余油再富集规律研究 J.化学工程师，2019，33（8）：47-49.FANG X R.Study on re-enrichment law of residual oil in high water-cut oil field J.Chemical Engineer，2019，33（8）：47-49.（in Chinese）4 ZHU C Z，GANG W Z，ZHAO X 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