（油气田开发工程专业论文）高含水厚层层内控水提高采收率压裂技术研究.pdf

摘要 f r a c t u r i n gt e c h n i q u es t u d y o fi n t e r n a lc o n t r o l l i n gw a t e rt o i m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c ya th i g hw a t e r b e a r i n g t h i c kb e d s a b s t r a c t a tp r e s e n t ，al o to f o i l f i e l d so nt h ew o r l de n t e rt h em a t u r ep r o d u c t i v el i f e a st h eo i li st h en o n - r e n e w a b l e m i n e r a lr e s o u r c e sf o re x c a v a t i o n ，h o wt og e tm o r ep e t r o l e u mr e s o u r c e st ot h eg r e a t e s te x t e h tw i l lp l a ya n i m p o r t a n tr o l ei nw o r l de c o n o m i cc o n t i n u e dd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，t h et e c h n i q u et oi m p r o v er e c o v e r y e f f i c i e n c yh a sa ne x t e n s i v ea t t e n t i o nw o r l d w i d e t of n r t h e re x c a v a t i o np e t r o l e u mr e s o u r c e s ，s t u d ya n dt e s tt oi m p m v er e c o v e r ye f f i c i e n c yt e c h n i q u eh a v e d e v e l o p e de n t h u s i a s t i c a l l ya th o m ea n da b r o a di n r e c e n ty e a r s t h e ya r ep o l y m e rf l o o d i n gt e c h n i q u e ， p o l y a t o m i cf l o o d i n gt e c h n i q u e ，m i s c i b l ef l o o d i n gt e c h n i q u e ，d e e pp r o f i l ec o n t r o lt e c h n i q u ea n ds oo n t h e s e t e c h n i q u e sg o tg o o da p p l i e dr e s u l t s t og e tb e t t e rr e s u l t s ，w ew o r kh a r dt oe x p l o r et h ei n v e n t i o na n dd i s c o v e r y i np r i n c i p l ei no r d e rt of n l t h e ri m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c ya n db e n e f i to f m e t h o d s t h i c kb e di st h em a i no i lr e s e r v o i ro fd e v e l o p i n gd a q i n go i l f i e l dw h i c hc o n t a i n so v e r6 0 r e s o u r c e sa l l o v e rt h ef i e l d t h eo i l f i e l dh a sd e v e l o p e df o rm a n yy e a r s ，b u ti th a sal o to f n o n - p r o d u c i n gr e m a i n i n gi e s e r v e s t oh a v ee x t e n s i v ee x c a v a t i o np o t e n t i a lt h e r e f o r e ，a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no f d e v e l o p i n gt h i c kb e d sn o w , t h e t e c h n i c a ls t u d ys h o u l db ew o r k e dh a r dt oe f f e c t i v e l yc o n t r o lw a t e rc u ta n dt oi m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c y , i t s s i g n i f i c a n c eb e i n gg r e a t s i n c et h eo i l f i e l de n t e r e dt h eh i 曲w a t e rc u ts t a g e , w a t e r - b e a r i n gs p e e dw a sv e r yf a s t a n dt h ew a t e rc u th i g h t h eo v e r a l lw a t e rc u to f t h ew h o l ef i e l dr e a c h e d8 7 a tt h ee n do f 2 0 0 0 t h ew a t e rc u t o fm a i nr e s e r v o i rp r o d u c e db yb a s i cw e l ln e t w o r k sr e a c h e d9 0 - - 9 5 ，t h ep r o d u c t i o nc o s ti n c r e a s e dy e a rb y y e a r t h e r e f o r e a c c o r d i n gt o t h ed e v e l o p m e n to ft h i c kb e d s 谢血l l i g hw a t e rc u ta n dt h ep r o d u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fo i lw e l l sa th i 曲w a t e rc u ts t a g e ，w ep r e s e n tt h ew e l ls t i m u l a t i o nt oi m p r o v er e c o v e r y e f f i c i e n c y , t h a ti st os a y , w ed e v e l o p e dt h er e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ( r p m ) a n du s e dt h ec o r r e s p o n d i n g t e c h n o l o g i e st oc o m p l e t et h er e s u l to ft h ed i s p r o p o r t i o n a t ep e r m e a b i l i t yr e d u c t i o n ( d p r ) i nt h eo i lr e s e r v o i t , c o n t r o l l i n gt h ew a t e rc u ti n c r e a s eo fo i lw e l l sa n dp r o l o n g i n gt h ep r o d u c t i o nl i f e t h eo b j e c to fi m p r o v i n g r e c o v e r ye f f i c i e n c ya n di n c r e a s i n gp r o d u c t i o no f t h i c kb e d sw i t hh i g hw a t e rc u tw e r eo b t a i n e db yc h a n g i n gt h e f l o ww a t e r - o i lr a t i o ( w o r ) i nt h ef o r m a t i o nt oi m p r o v et h ew a t e rs a t u r a t i o ni nt h eo i lr e s e r v o i r t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dn e wi d e a sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) c r e a t i v i t yp r e s e n t st h et e c h n i c a lp r i n c i p l eo fu s i n gt h er e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ( 砌m ) t o i m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c y t h er e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ( r p m ) a r ec o m p o s e do fh i 曲m o l e c u l a r p o l y m e ro rw e a kc r o s s - l i n k e dg e l i ti sm a i n l yu s e dt op l u gw a t e rs e l e c t i v e l y t h ep a p e rs t u d i e da n dc o n s i d e r e d t h a tr p mh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fd p rt oc h a n g eo i l - w a t e rm o b i l i t yr a t i o t h e r e f o r e ，t h ew a t e rs a t u r a t i o n s h o u l dr i s ea n dt h eo i ls a t u r a t i o ns h o u l dd r o pi nt h eo p e r a t i o n a lz o n ea n dt h ee x t e n to f a c t i o ne f f e c tt oi m p r o v e t h em i c r o s c o p i co i ld i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y a tt h es a m et i m e ，r p ma l s oh a st h ea c t i o no fd r i v i n go i la n d c h a n g i n gs w e p tv o l u m e ，o r i th a sm a n ya c t i o nm e c h a n i s m st or e a c ht h eo b j e c to fi m p r o v i n gr e c o v e r y e f f i c i e n c yt ot h eg r e a t e s te x t e n t ( 2 ) r p mw a sd e v e l o p e df i r s t l ya th o m ew i t ht h ea i mo fc o n t r o l l i n gw a t e rc u ta n di m p r o v i n gr e c o v c r y e f f i c i e n c y o nt h eb a s i so f u s i n gt h el i t e r a t u r ef o rr e f e r e n c e ，r p ms y s t e mw a sd e v e l o p e d t h ec h a r a c t e r i s t i c so f r p m i l 查盎至塑兰堕苎主竺塞生堂垡堡塞 a n dd p rw e r ee v a l u a t e db yai o to f l a b o r a t o r yt e s t s ( 3 ) t h er e s u l to f u s i n gr p mt oi m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c yw a sa n a l y s e db yt h ep h y s i c a lm o d e lt e s t r h r o u g hc o r ef l o wt e s to f o i l w a t e rc y c l ed i s p l a c e m e n t ，w et e s ta n da n a l y s et h er e s u l tt oi m p r o v er e c o v e r y e f f i c i e n c ya td i f f e r e n tw a t e r c u ts t a g ea n da f t e ri n j e c t i n gd i f f e r e n tc o r ed e p t h sa n d 岫e c t i n gr p mw i t hd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s ( 4 ) d ot h ep h y s i c a ls i m u l a t i o nt e s ts t u d yb yo n e - d i m e n s i o n a lh o m o g e n e o u sm o d e lw i t hf r a c t u r es i m u l a t e a n da n a l y s er p mo p e r a t i o n a lz o n ea r o u n dt h ef r a c t u r ea n dw e l l b o r ea r e rm j e c t i n gi 冲mf r o mt h ep r o d u c i n g w e l lt oc o n t r o lw a t e rc u ta n dt oi m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c y ( 5 ) m a c m s c o p i c a l l ye v a l u a t ea n dp r e d i c to i ls a t u r a t i o nd i s t r i b u t i o na r o u n dm e a s u r eb yn u m e r i c a lm o d e l s t u d y s t u d y ”o i lw e l lp e r f o r m a n c em a c r o s c o p i c a l l ya i d e rm e a s u r ea n dc a l c u l a t et h er e c o v e r ye f f i c i e n c yb o t h m e a s u ma n dw i t h o u tm e a s u r e a tt h eb i ga r e a ，s i m u l a t er p mb a n dt h i c k n e s s ，f r a c t u r ep a r a m e t e ra n dm e a s u r e o p p o r t u n i t y a l lt h e s es h o u l dh a v ei n f l u e n c eo nt h er e s u l to f i m p r o v i n gr e c o v e r ye f f i c i e n c y k e y w o r d s ：o i lr e s e r v o i rw i t hh i g hw a t e rc u t ，i m p r o v er e c o v e r ye f f i c i e n c y , f r a c t u r i n g ，r p m ，w a t e rc u t ， p h y s i c a lm o d e lt e s t 大庆石油学院博士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 控水提高采收率技术及其新进展 1 1 1 世界能源需求 在现代石油工业迅猛发展的百年当中，石油成为促进世界经济高速发展的有力助推器。当前，世 界上多数油田相继进入成熟开采期，而石油是不可再生( 与人类进化史相比) 的采掘性资源，在弹性开 采期之后，世界上大多数油田都相继进入高含水开采阶段，随着油田开发的深入，水驱产量递减率逐 年增加【l 。】，油田开发效益不断降低，因此，提高采收率技术受到世界范围的广泛关注。 为了进一步挖掘石油储量，近年来，国内外都积极开展了大量的提高采收率技术研究和试验，主 要包括聚合物驱技术 4 - 7 1 、多元驱技术“”、混相驱技术“、深度调剖技术1 1 7 - 2 t 垮，获得了良好的矿 场应用效果，但是为了取得更好的效果，只有积极探索原理性的发明和发现，才能进一步提高采收率 和措施效益。 长垣厚油层是大庆油田生产开发的的主力油层，蕴藏着全油田6 0 以上的储量，虽经多年开采， 仍有大量未动用的剩余油 2 2 - 2 4 ，具有广阔的挖掘潜力。但目前油田己进入高含水开采阶段，含水高， 含水速度上升较快，2 0 0 5 年底全油田综合含水达8 9 7 1 ，喇萨杏油田主力油层含水已达到9 2 1 2 ， 开采成本逐年增加，迫切需要控水、提高采收率的相关技术研究不断取得进步，通过积极探索控水增 油新方法，充分挖掘高含水期厚油层生产潜力，因此，针对当前长垣厚油层高含水开发形势，积极开 展控制含水提高采收率研究是十分必要。 1 1 2 控水提高采收率技术 1 1 2 1 堵水、压裂结合技术 该项技术在国内外都有文献报道【2 ”，并都进行了现场试验。该项技术的应用有二种方式，一是在 一口井上，对高含水层进行堵水，对低含水层进行压裂，解决层间矛盾：二是对于同一个层，先封堵 厚油层高含水的高渗透带，然后，在动用程度较低的厚油层中、低渗透部位用定位压裂技术压开一条 新裂缝，解决层内矛盾，见图1 - 1 。 图l 一1 堵水、压裂结合技术 f i g 1 1c o m b i n e dt e c h n i q u eo f w a t e rp l u g g i n ga n df r a c t u r i n g 俄罗斯萨莫特洛尔油田应用该技术2 “，取得单井增油7 t d 以上，含水降低1 0 9 ，有效期1 2 个月 以上的效果，其采用的选择性堵剂是一种硅酸盐凝胶组分和聚合物粘弹凝胶组合剂，选择性封堵成功 率达7 5 ，具体组分及配比未有详细报道。 第一章绪论 1 1 2 2 堵老裂缝压新裂缝重复压裂技术 为控水增油，充分发挥油井的生产能力，采用一种高强度的堵剂有选择地进入和封堵原有压裂裂 缝的射孔孔眼，但不进入地层孔隙而伤害其渗透率。采用定向射孔技术在不同于老裂缝的方位上重新 射孔，保证重复压裂时裂缝改向，而形成新裂缝”，见图1 - 2 。 蕾疆毯 图l - 2 堵老裂缝压新裂缝重复压裂技术 f i g 1 - 2r e p e a tf r a c t u r i n gt e c h n i q u eo f p l u g g i n go l df r a c t u r e sa n df r a c t u r i n gn e wf r a c t u r e s 西南石油学院与长庆石油勘探局合作，应用该项技术在马岭油田进行了两口井的现场施工【2 8 i ，堵 剂采用的是西南石油学院开发的x n c q - p g 堵剂，新北6 5 并，施工前日产液1 0 7 m a d ，日产油o 1 7 n 1 3 d ， 含水8 1 3 。施工后日产液1 3 1 7 m 3 d ，日产油4 2 7m 3 d ，含水6 1 8 ，增产有效期1 2 个月。樊7 - 2 井，施工前日产液1 7 5 8 m 3 d ，日产油1 1 2 m 3 d ，含水9 2 4 。施工后日产液2 3 3 4 m 3 d ，日产油3 5 1 m 3 d ， 综合含水降低l o 个百分点，增产有效期1 0 个月。 1 1 2 3 选择性堵水技术 对于油水同层或油水互层的油井，采用适当的工艺，将具有一定选择性的堵水剂笼统挤入施工层 段。选择性堵水剂具有堵水不堵油的性质，因此，可封堵高含水层或油层中高含水带，从而，改善产 液剖面。降低生产井含水( 2 9 - ”，见图l - 3 。 图1 - 3 选择性堵水技术 f i g 1 3s e l e c t i v ew a t e rp l u g g i n gt e c h f i l q u e o m a n 石油公司在m a r m u l 油田利用由中等分子量的聚丙烯酰胺和乙二醛组成的弱凝胶类相渗透 率改善剂，进行了7 口井的现场施工，取得了一定的增油降水的效果，但成功率只有4 0 左右。 国内研究选择性堵剂的油田单位很多，例如，中原石油勘探局化学技术研究所研制的两性聚合物 y h l 9 6 1 堵剂，该聚合物分子链上含有阴离子和阳离子，堵剂进入地层后与表面带负电的岩石表面产 生强烈的亲电力。从室内实验看，该种堵剂堵水率可达到7 0 左右，堵油率不超过3 0 。吉林油田研 制种油基凝胶堵剂，该堵剂包括柴油、两性聚合物、交联剂、表活剂等，进入油流孔道时，由于含 油饱和度较高，聚合物难以水解及交联，因此不会形成凝胶；进入水流孔道时，聚合物充分水解、交 联，形成强度很高的凝胶，从而达到选择性堵水的目的。从室内实验看，该种堵剂体系平均堵水率为 大庆石油学院博士研究生学位论文 9 8 8 ，平均堵油率仅为2 6 ，具有良好的选择性。现场应用1 2e l 井，措施后单井增油o 5 t d ，有效 期超过半年，取得一定的效果。 控制气井产水的方法有二类：一类是气层与水层能明显分开，处理方法是放置一种非渗透性的永 久阻挡物，如水泥浆、固体颗粒、树脂、高强度凝胶：另一类是气层与水层不易分开，处理方法是笼 统注入水溶性聚合物，不需要隔离气和水。 在德国采用聚合物，探索了控水采气方法【3 ”。利用聚合物控制气井出水，提高气井产气量，与常 规排水采气方法不同，它是通过向地层中注入聚合物，减小井筒周围水的渗透率，从而，控制水流入 井筒，并使气顺利采出，这种方法使通过排水采气工艺没有获得经济效益的气井重新获得效益。这项 技术针对气水同层，处理的方法是，采用水溶性聚合物，在这种情况下，聚合物分子吸附在气藏岩石 表面，形成选择性隔挡层，阻止水的流动。采用的聚合物是磺化乙烯，乙烯酰胺，丙烯酰胺s v a a m ) 三元共聚物，它可用于低渗透、高温、高盐产气井，可选择性地降低水的渗透率，而不影响气的流动。 产品有二种，是德国h o e c h s ta g 生产的h o s m d d l l ，平均分子量5 0 万道尔顿，以及h o s t a m e r ，平 均分子量1 0 0 万道尔顿。注入聚合物控水采气成功与否的关键取决于二点：一是在气藏条件下聚合物 在岩石表面的吸附能力；二是在岩石物性条件下，聚合物的注入能力。采用砂子吸附试验，h o s m d r i l l 的吸附量为1 3 5 1 8 5 t g g 之间，而h o s t a m e r 的吸附量要比h o s t a d r i l l 高1 0 ，见图1 4 。在德国北部 气藏s w 8 5 井进行了现场试验，气层深3 4 4 0 m ，井底温度1 3 0 ，气藏受砂岩层序和页岩夹层控制， 渗透率0 0 1 # m 2 ，孔隙度1 2 7 ，三元共聚物饵o s t a m e r ) 用量2 0 0 m 3 ，浓度1 k g m 3 ，井口注入压力5 m p a ， 在聚合物配制时。加入1 8 0 9 l 的n a c l ，处理5 d 后，恢复生产，处理后该井效果良好，产水由原来的 9 0 m 3 d ，下降到1m 3 d 以下，而产气恢复到1x1 0 s m 3 d ，见图1 5 。 2 0 苗 、 31 2 0 盏 昏 0 5 1 0 0 01 5 0 0 曩台钧垃度( 哪，l ) 图1 _ 4 聚合物在碎砂上的等温吸附 f i g 1 - 4i s o t h e r m a la d s o r p t i o no f p o l y m e ro i lb r o k e ns a n d 图1 5h o s t a m e r 处理对气水生产的影响 f i g 1 5i n f l u e n c eo f h o s t a m e rt r e a t m e n to np r o d u c t i o no f g a sa n dw a t e r 令io_)|、啊*钆皿 瑚 5 ； o 第一章绪论 目前，关于选择性堵水的报道及文献很多，室内试验研究取得一定效果，但现场试验时有效期较 短，因此，要寻找适合大庆油田地质条件的选择性堵剂( 相渗透率改善剂) ，还须进行大量的研究工作。 1 1 2 4 裂缝中的冻胶填充技术 该项技术是由新墨西哥石油采收率研究中心的r s s e r i g h t 等专家进行组织研究的p 4 。”，油藏开发 早期进行压裂可提高采收率，但在油藏开发后期，压裂裂缝的存在又成为水淹和水窜的原因，为此， 应对压裂裂缝进行处理。裂缝的渗透率比岩石的渗透率通常高达1 驴1 0 6 倍，因此，冻胶可沿裂缝被 输送到较远的距离，对裂缝前缘进行填充，改善水驱波及体积，见图1 - 6 。对于一个有效的冻胶填充 处理，必须降低裂缝的导流能力，而使油藏中的可动油与井筒间的流动通道保持通畅，即，在近井方 向上，尽量减少其在裂缝的沿程滤失，以减少其对采油指数和采收率的损害。该项技术研究了凝胶黏 度、成胶程度、延缓交联时问和重力( 压裂裂缝为垂直裂缝) 对于填充效果的影响。采用的冻胶体系为 c r ( 1 l i ) 一醋酸盐h p a m 、问苯二酚一甲醛、c r ( h i ) 黄胞胶、a 1 柠檬酸h p a m 等。 i p * 一 产 图1 - 6 裂缝中的冻胶填充技术 f i g 1 6g e lp a c k i n gt e c h n i q u e 尽管以上技术与本项研究都具有一定相关性和借鉴意义，但这些技术研究的目的和研究的目标都 与本论文研究有着本质的区别。 1 1 3 相渗透率改善剂及不等比例降低油水相渗透率机理 相渗透率改善剂f 以下简称r p m ，r e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ) 由高分子聚合物或弱交联凝胶组 成，主要用于选择性堵水旌工。在出水层位不明确、套管状况较差或完井方式不合适( 如砾石填充完 井、割缝完井) 等许多情况下，无法采用封隔器进行分层处理，而相渗透率改善剂由于具有不等比例 降低油水相渗透率( 以下简称d p r ，d i s p r o p o r t i o n a t ep e r m e a b i l i t yr e d u c t i o n ) 的性能，因此，可以笼 统注入地层，解决层内及层间矛盾。 大量室内试验都表明阻5 “，相渗透率改善剂具有不等比例降低油水相渗透率的特点。国内外有关 专家、学者都对d p r 机理进行了大量实验研究，根据这些研究成果可以认为当相渗透率改善剂注入岩 石孔隙后，使水相渗透率大幅下降，而对油相渗透率降低很少，并且，岩石孔隙中充满凝胶后，即使 后续的水无法通过凝胶，油滴却可以克服毛管力穿透凝胶。j l i a n g 等人收集了以往不同专家的大量 d p r 实验结果i s “5 7 1 ，将文献数据绘制在一张图版上，分析了注入不同凝胶后水的端点渗透率与油的端 点渗透率的关系，这些数据都证明了油水相渗透率不等比例降低这种特性，见图1 7 。 4 大庆石油学院博士研究生学位论文 图1 7 相渗透率改善剂造成的渗透率不等比例降低 f i g 1 7d i s p r o p o r t i o n a t ep e r m e a b i l i t yr e d u c t i o nc r e a t e db yr p m 油水相渗透率不等比例降低机理较为复杂，国内外有关专家、学者对此进行了长期和深入的研究， 提出了多种理论，包括重力分异作用、胶体收缩和膨胀效应、凝胶弹性与界面张力的相互作用等，来 解释这一现象，现在，关于油水相渗透率不等比例降低的机理仍有很多争论，总的来说，主要有四种 观点。 1 1 3 1 “流体分割性”模型( s e g r e g a t e dp a t h w a ym o d e i ) 该理论由j l w h i t e 等提出“5 9 】，在多孔介质中，水和油通过不同的流线( 渗流孔道) 流动，注入凝 胶时大部分凝胶进入了水的流线，因此，降低了较高的水相渗透率，见图1 8 ； 水圈_ 岩石 。 图1 - 8 “流体分割性”模型对不等比例降低油水相渗透率的解释 f i g 1 8i n t e r p r e t a t i o no f d i s p r o p o r t i o n a t ep e r m e a b i l i t yr e d u c t i o nb ys e g r e g a t e dp a t h w a ym o d e l 1 1 3 2 “孔壁效应”模型( ii - e e f f e c tm o d e i ) 该理论由法国石油研究院( i n s t i m tf r a n p a i sd up t r o l e ) 的a z a i t o u n 等提出i “，聚合物分子在岩石 表面吸附，在孔壁上形成致密层。聚合物吸附在孔壁上主要产生三种效应：润滑效应、位阻效应、湿 润效应。润滑效应是由于覆盖在孔隙壁上的聚合物层可以使粗糙的岩石表面变的光滑，使非湿润相( 油) 容易流动，图1 9 ( a ) ；位阻效应是由于孔隙壁上吸附的聚合物层引起流动截面积减少，对水流体的流 动几乎不能穿透，见图1 - 9 c o ) ：湿润效应是指亲水聚合物的吸附可能发生在岩石表面的亲油部分，使 其变成水湿，而改善油的流度和降低水的流度，有助于油水相渗透率的不等比例降低( d p r ) 。 警世*褂箱早曩 第一章绪论 图1 9 聚合物吸附对油水相的不同影响 f i g 1 9d i f f e r e n ti n f l u e n c eo f p o l y m e ra d s o r p t i o no no i l - w a t e rp h a s e 例如对于强水湿岩石，在水驱过程中，孔隙中心的残余油滴能大幅度滴降低水流通道的有限宽 度，相反，对丁油驱，这个限制就不存在。因此，这种亲水聚合物层大大降低了水的流动，而对于流 过孔隙的非湿润性流体( 油相) 的流动性几乎没有影响，可以达到选择性改善地层渗透率的目的。有报 道称，分子堂为10 7 道尔顿的高分子聚丙烯酰胺在孔壁上的吸附是币可逆的，这可以保证聚合物降低 水相渗透率的有效期，它可以使粗糙的岩石表面变的光滑，并形成水膜，有助于油通过孔道中心滑动， 见图1 一1 0 。 图l l o “孔壁效应”模型对不等比例降低油水相渗透率的解释 f i g 1 - 1 0 l m e r p r e t a t i o no f d i s p r o p o r t i o n a t e p c r m e a b i l i t yr e d u c t i o n b y w a l l - e e f f e c t m o d e l 1 1 3 3 “凝胶微粒”横型( g a i - - d r o p l e th o d e i ) 该理论由挪威r f - r u g a l a n d 研究所( r f - r o g a l a u d r e s e a r c h i ns t a v a n g e r , n o m a y ) 的s n i s s o n 等提出 ，聚合物或凝胶在岩石于l 隙中心形成“凝胶微粒”。限制了润湿相的流动( 相对于非润湿相) 。例如， 考虑采用水基凝胶对油湿岩心进行处理的情况。处理前，水流过岩心时，限制水流动的只有孔壁上的 一层油膜，相反，当袖流过相同的岩心时，孔隙中残余水滴限制了油的流动。 处理过程中，水基凝胶进入油湿岩心孔隙q j 心。处理后在孔隙巾心形成“凝胶微粒”，如果“凝 胶微粒”的尺寸与水滴的尺寸相同，油在孔隙中可流动的空间与处理前相同：而“凝胶微粒”的存在 大幅度降低了水的可流动空间，这样凝胶就能降低水相渗透率，而不影响油相的渗透率，见图l - 1 1 。 如果“凝胶微粒”的尺寸比水滴的尺寸大，油相和水相的渗透率都会下降。如果“凝胶微粒”的尺寸 比水滴的尺寸小，油、水相渗透率不等比例下降的幅度就会降低。 大庆石油学院博_ 上研究生学位论文 图1 1 l “凝肢微粒”模型对不等比例降低油水相渗透率的解释 f i g 1 - 1 1i n t e r p 删o no f d i s p r o p o r t i o n a t e p e m a e a b i l i t yr e d u c t i o n b y g e b d r o p l e t m o d e l 1 1 3 4 “孔壁妓应凝胶微粒合并”模型0 c 0 曲i n e d i 卜e e f f e o t g e i - d r o p l e tm o d e i ) 该理论由新墨西哥石油采收率研究中心( n g ：wm o x i c op e 扛o l e u mr e c o v e r yr e s e a r c hc e n r t e ri n s o c o r r o , h l e wm o x i c o ) 的r s s e r i g h t 等提, l “ 7 0 - ”i ，“孔壁效应”模型能够在凝胶是润湿相的情况f 对 油水相渗透率的不等比例降低进行解释，而对于凝胶是非润湿相的情况，凝胶不能吸附在孔壁上，因 此，无法对油水相渗透率的不等比例降低作出合理解释。 “凝胶微粒”模型只能在凝胶是非润湿相的情况下，才能对油水相渗透率的不等比例降低进行解 释，而对于凝腔是润湿相的情况，应用这个模型会得出这样的结论：在强水湿岩心中，水基凝胶会与 残余油滴形成水包油型乳液，而完全堵塞孔隙空问，因此，同时，大幅度降低油相和水相的渗透率 这与实验结果相违背。 根据以上二个模型的各自局限提出了“凝胶微粒”模型与“孔壁效应”模型相结合的“台并” 模型根据适合的条件，采用相应的模型。对于水基凝胶处理水湿岩心( 或者，油基凝胶处理油湿岩心) 的情况采用“孔壁效应”模型；对于水基凝胶处理油湿岩心( 或者，油基凝胶处理水湿岩心) 的情况， 采用“凝胶微粒”模型。 在这个模型中，采用油和水残余阻力系数的比值f 伊( 或r 。假n ) ，来定量表示油水相渗透率 不等比例降低的幅度，比值大表明油水相渗透率不等比例降低的幅度大。 从以上的机理分析可以看出，吸附的聚合物层( 厚度0 却m ) 致使水相渗透率大为降低，而润滑和水 湿润性改善有助于油通过孔隙中心流动。要保证相洛透率改善剂的堵水效果，要求聚合物在岩石表面 的吸附力足够强。而一般的砂岩表面是呈负电性的，因此，应选用具有阳离子特性的聚台物。相渗透 率改善剂注入孔隙后，首先封堵水流通道，使水相渗透率大幅下降，而对油相渗透率降低很少，保证 油流通道的畅通。另外，即使岩石孔隙中充满凝胶，后续的水无法通过凝胶，而油滴可以克服毛管力 穿透凝腔，达到堵水不堵油的目的。 1 1 3 5 影响选择性封堵的因素 ( 1 ) 残余油饱和度 根据以上对选择性封堵原理的解释，残余非润湿相在不等比例降低油水相渗透率方面起若非常重 要的作用n 。7 ”。通常，残余非润湿相以液滴的形式被捕集在多孔介质的大的孔隙当中，按照“孔壁效 应，凝胶微粒舍并”模型，随着残余非润湿相液滴占据的孔隙数量的增加，油水相渗透率不等比例降低 的幅度变大，即，随着残余非润湿相的增加，封堵的选择性变好。 不同含油饱和度下的岩心实验表明，残余油饱和度从o2 l 增加到0 3 5 ，油水相渗透率不等比例降 低的幅度增加4 5 倍以从5 0 增加到2 2 3 ) ，这也表明在残余油饱和度高的区域进行选择性堵水， 第一章绪论 会降低对产油量的损害。 ( 2 ) 渗透率 在水湿岩心中，采用水基凝胶处理，随着岩心绝对渗透率从1 3 1 0 。脚2 降低到0 1 6 x 1 0 一t m 2 ， e e ，。从6 5 下降到6 ，对于二块不同渗透率岩心，几乎相同，但0 1 6 x 1 0 。p m 2 岩心的，册比1 3 x 1 0 4 t m 2 岩心增加了1 1 倍，这个结果表明，油驱过程中，在o 1 6 x 1 0 3 , t t m 2 岩心中，凝胶吸附层的厚 度与孔喉半径的比值，在限制油流动方面，比1 3 x 1 0 t i n 2 岩心更重要。 在另外一项实验中，分别采用7 9 3 x1 0 - 3 “m 2 和9 1 0 。a n 2 的岩心，二块岩心都注入相渗透率改善 剂后，水相渗透率降低几乎相同，而油相渗透率分别下降了4 倍和1 1 倍，在l t y d 的注入速度下，f ( f 由6 下降到2 ，这些结果表明，在不等比例降低油水相渗透率方面，高渗透率岩石比低渗透率岩石更 有效。 ( 3 ) 流压 在不同压差下，分别采用二块岩心测量，k 、r 。，压差从l m p a m 增加到4 m p a m ，f 伊从 i m p a m 压差下的2 3 3 ，增加到4 m p a m 压差下的4 1 0 ，压差的增加导致，肿降低5 0 ，而保持不 变。因此，在一定程度上，措施后增加流压可以降低对产油量的损害，而不影响选堵剂降低产水量的 能力，而在5 m p a m 下，f k 大幅度降低，一，f r 。l ，表明凝胶被盐水突破。 1 1 3 6 相渗透率改善剂的选择 相渗透率改善剂( r p m ，r e l a t i v ep e r m e a b i l i t ym o d i f i e r s ) ，是只大幅降低水相渗透率。而对油相渗 透率降低很少的化学剂。这种相渗透率改善剂( r p m ) 多是高分子聚合物，且以聚丙烯酰胺及其衍生物 为主。结合大庆油田开发现状，从原理分析，两性聚丙烯酰胺( 高分子链中含有阳离子和阴离子) 、阴 离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺及其凝胶等都作为参考的选择体系，因此，相渗透率改善剂的筛 选应以以上的高分子类化合物为主。 1 2 控水提高采收率技术综述及本课题的引入 对于油藏提高采收率和油井增产以往开展了多项技术研究和试验，如：堵水与压裂结合技术、堵 老裂缝压新裂缝重复压裂技术、选择性堵水技术、聚合物驱及多元驱技术等。矿场实践取得良好效果， 但也存在一定局限。如：针对高含水油层，增产技术不能提高采收率，且措施后含水率迅速增加： 选择性堵水技术降低油井含水率的有效期短，且措施后生产指数降低；堵水与压裂结合技术主要 针对多层，不能有效解决层内矛盾。 本课题是针对高含水厚油层开发和高含水期油井生产动态特点而提出的一项增产、增效、提高采 收率技术，即，通过采用研制的相渗透率改善剂和相应的工艺措旋，在油层内提高对油的相对渗透率， 降低水的相对渗透率( 或不等比例降低油水渗透率) ，控制压裂后含水增长，延长达到极限含水率前的 采油期；通过在地层内改变流动的水油比，提高油层含水饱和度，实现高含水厚油层增产和提高采收 率目的，提高油藏开发效益，目前，术项技术在国内外尚无研究的先例。 、 1 3 本文的研究目标和主要研究内容 本文研究的目标是结合大庆油田当前开发形势，对高含水厚油层进行处理，通过改变油水相渗关 系，达到降低油井含水，挖掘高含水期厚油层剩余油的目的，通过室内物理模拟和数值模拟方法，完 成控水压裂提高采收率技术研究。 第一章绪论部分主要介绍了本文研究的背景和意义，以及相关的技术，系统介绍了相渗透率改善 剂及不等比例降低油水相渗透率机理。 第二章阐述了本论文的研究思路和应用相渗透率改善剂实现控水提高采收率的原理。 大庆石油学院博士研究生学位论文 第三章介绍了相渗透率改善剂体系的研制，以及相渗透率改善剂体系不等比例降低油水相渗透率 的性能评价。 第四章介绍了应用一维均质模型，测定、分析在不同含水时机、注入不同深度的相渗透率改善剂 和注入不同浓度相渗透率改善剂后提高采收率的效果。 第五章介绍了采用带裂缝的一维均质模型的物理模拟实验结果，实验