一種稠油熱采待施工井的多通道儲層物理模型及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種稠油熱采待施工井的多通道儲層物理模 型及其模擬實驗方法和應(yīng)用，具體而言，涉及一種通過封竄堵水技術(shù)進行稠油熱采的待施 工井的多通道儲層物理模型及其模擬實驗方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，世界石油供給的結(jié)構(gòu)在不斷發(fā)生變化。國內(nèi)原油產(chǎn)量中稠油產(chǎn)量所占比例 逐年上升。稠油由于黏度大，開發(fā)困難，基本都采用熱采開發(fā)方式，與普通原油開發(fā)相比， 具有能耗高、注入蒸汽竄流、油井高含水等難題。隨著稠油油藏開發(fā)的深入，中石化勝利油 田、河南油田等稠油主力產(chǎn)區(qū)已進入中后期開發(fā)階段，普遍存在著嚴重的蒸汽指進、超覆和 井間汽竄等問題。同時，由于汽竄溝通了油井和邊底水層，稠油熱采井往往在生產(chǎn)幾個周期 后，產(chǎn)出液含水即上升至80%W上。因此，稠油熱采開發(fā)中的汽竄、水竄問題使單井產(chǎn)量大 幅下降，產(chǎn)出液處理難度增加，很大程度上降低了稠油熱采開發(fā)的采收率和經(jīng)濟效益。
[0003] 稠油熱采開發(fā)方式，是依據(jù)稠油黏溫特性而發(fā)展起來的采油方式。通常，稠油的黏 度與溫度存在非線性關(guān)系，即溫度升高將大幅度降低稠油的黏度。熱采開發(fā)方式就是向油 藏中注入大量高溫高壓蒸汽，利用蒸汽熱容比高、熱能攜帶能力強的特點，將部分儲層的溫 度加熱到可使稠油黏度降低至抽油機、螺桿泉等常規(guī)機械舉升方式能正常工作的范圍。目 前世界范圍內(nèi)的稠油區(qū)塊，90%W上都采用熱采開發(fā)。
[0004] 稠油熱采開發(fā)方式可W分為兩大類，即蒸汽驅(qū)和蒸汽吞吐。蒸汽驅(qū)方式是將油井 區(qū)分為注汽井和生產(chǎn)井，注汽井不間斷地注入高溫高壓蒸汽，生產(chǎn)井不間斷地采油。蒸汽吞 吐方式是先向稠油井中注入高溫高壓蒸汽，注入一定數(shù)量后，關(guān)井幾天，再向井內(nèi)下入機械 泉進行采油。
[0005] 在蒸汽驅(qū)過程中，由于受稠油儲層非均質(zhì)、蒸汽與稠油的高流度比等不利因素的 影響，往往在油層中發(fā)生蒸汽超覆和蒸汽指進，進而導(dǎo)致井與井之間發(fā)生汽竄現(xiàn)象。汽竄使 得油層垂向上吸氣剖面不均，平面上蒸汽不均勻推進，使蒸汽的波及體積變小，從而降低稠 油熱采采收率和增加能耗。為封堵汽竄，目前通常將耐高溫化學(xué)封堵劑注入儲層中，如各種 無機封堵劑、有機封堵劑、泡沫封堵劑等等，依靠封堵劑固化、沉淀或泡沫粘滯等效應(yīng)來對 汽竄進行封堵。
[0006] 困擾稠油熱采開發(fā)的另一個問題就是地層水的水竄問題。由于稠油黏度很高，通 常情況下，稠油油藏中的稠油處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)向儲層注入高溫高壓蒸汽后，稠油黏度 下降并開始流動。由于汽竄，蒸汽在稠油油藏中發(fā)生指進、竄流等情況，當(dāng)蒸汽竄流進入邊 底水層后，地層水就會進入生產(chǎn)井，降低井內(nèi)溫度，使稠油黏度增加，流動困難。因此，稠油 熱采井在受到地層水侵入后，往往出現(xiàn)產(chǎn)量大幅下降、采出液含水迅速上升等情況，不長的 時間內(nèi)油井就會由于高含水或水淹而停產(chǎn)。
[0007] 針對稠油熱采井的汽竄、邊底水竄進行封竄堵水，是提高稠油資源熱采開發(fā)采收 率和開發(fā)效益的有效手段，也是目前稠油油田開發(fā)的重要任務(wù)。經(jīng)濟有效地封竄堵水，在穩(wěn) 定稠油熱采產(chǎn)量的同時，可提高蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的熱效率、降低噸油生產(chǎn)能耗和減少產(chǎn) 出液的水處理費用，對稠油油藏保持穩(wěn)產(chǎn)和經(jīng)濟開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。
[0008] 在稠油熱采井封竄堵水領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)是利用耐高溫化學(xué)堵劑來對蒸汽、地層水 的竄流通道進行封堵。如付敏杰等（耐高溫改性酪醒樹脂復(fù)合堵劑體系的研制及性能評 價，精細石油化工進展，Vol. 14,2013(3) :8-10)將化學(xué)凝膠部分交聯(lián)的固結(jié)體采用酪醒樹 脂包裹，制成一種耐高溫、高強度的有機無機復(fù)合顆粒堵劑，用于稠油熱采封竄堵水。龍華 等（GH-高溫調(diào)剖劑的研制與應(yīng)用，特種油氣藏，Vol. 9, 2002巧）：88-90)研制出PF樹脂及 無機物復(fù)合的耐高溫堵劑，成膠溫度在50-12(TC之間，成膠時間在8-7化可調(diào)，該體系在注 蒸汽沖刷下，封堵率仍達到90%W上，有良好的耐高溫性能和封堵性能。趙修太等（稠油熱 采調(diào)堵體系研究進展綜述，特種油氣藏，Vol. 20,2013(4) :1-5)結(jié)合中國稠油油藏儲層特 征和注蒸汽開采工藝條件，介紹了常用稠油熱采調(diào)堵劑的作用機理、研究進展和應(yīng)用現(xiàn)狀， 綜述了聚合物凍膠、固相顆粒堵劑、泡沫、W/0型乳狀液和鹽沉析5種稠油熱采調(diào)堵體系，指 出稠油熱采的調(diào)剖堵水的發(fā)展趨勢是合成低成本、高耐溫性的化學(xué)藥劑，開發(fā)復(fù)合調(diào)堵體 系W及研究新型低傷害環(huán)保型調(diào)堵技術(shù)。
[0009] 中國專利CN1594827A公開了一種用于稠油井封堵水層、改善開發(fā)效果的稠油井 堵水工藝方法，利用可降解有機堵劑對油層進行大半徑的選擇性封堵，然后利用耐高溫?zé)o 機堵劑進行封口，不同堵劑采用不同壓力注入，通過壓力控制和有機物的降解實現(xiàn)選擇性 堵水。
[0010] 中國專利CN101824979B公開了一種稠油蒸汽吞吐井乳化法調(diào)剖堵水方法，采用 抗高溫油包水型乳化劑在注蒸汽之前先行注入或隨蒸汽注入蒸汽吞吐井，利用水層中殘余 稠油的乳化液具有高黏度特性對水層進行封堵。
[0011] 在稠油熱采井封竄堵水領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)主要關(guān)注于開發(fā)耐高溫堵劑。在封竄堵水 施工方法方面研究較少，相關(guān)報道也較少。由于稠油熱采井的開發(fā)方式特殊，其封竄堵水施 工方法應(yīng)不同于常規(guī)油田的堵水方法。針對目前稠油熱采井封竄堵水領(lǐng)域?qū)κ┕ぴO(shè)計技術(shù) 的需求和現(xiàn)有技術(shù)局限，研究建立稠油熱采井專用的封竄堵水方法，對于提高封竄堵水施 工成功率，降低施工成本，提升油井封堵后的產(chǎn)量和穩(wěn)產(chǎn)周期都十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種稠油熱采待施工 井的多通道儲層物理模型，該模型采用待施工井產(chǎn)出的地層砂、原油和地層水，或模擬地層 砂、模擬原油和模擬地層水制作成覆蓋高、中、低H個滲透率范圍、不同程度被油水完全充 滿的填充通道組，該模型可W用來較為準(zhǔn)確的模擬現(xiàn)場稠油熱采封竄堵水施工井進行堵劑 注入、固化和封堵效果等模擬試驗。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種對上述儲層物理模型進行堵劑注入的模擬實驗方法，該方法 采用上述儲層物理模型來進行稠油熱采井封竄堵水模擬評價測試、調(diào)節(jié)優(yōu)化堵劑性能和測 取稠油井封竄堵水現(xiàn)場施工控制數(shù)據(jù)，W指導(dǎo)封竄堵水施工設(shè)計的編制。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種稠油熱采封竄堵水施工方法，該方法利用上述模擬實驗方法 所獲得的實驗工藝參數(shù)來求取施工設(shè)計工藝參數(shù)W及相關(guān)堵劑性能參數(shù)，送些參數(shù)可W用 于指導(dǎo)稠油熱采井封堵汽竄和水竄施工設(shè)計的編制，提高封竄堵水施工的成功率和增產(chǎn)效 果。
[0015] 本發(fā)明進一步提供了上述稠油熱采封竄堵水施工方法在稠油熱采選擇性封竄堵 水現(xiàn)場施工中的應(yīng)用。
[0016]為此，本發(fā)明第一方面提供了一種稠油熱采待施工井的多通道儲層物理模型，其 包括H個并聯(lián)設(shè)置的填充通道組，所述填充通道由通道W及通道內(nèi)所裝填的填充物構(gòu)成， 每個填充通道組包括至少2個填充通道，所述填充物包括地層砂、原油和地層水或模擬地 層砂、模擬原油和模擬地層水；
[0017]H個填充通道組分別為；高滲透率填充通道組、中滲透率填充通道組和低滲透率 填充通道組，其中，
[0018] 高滲透率填充通道組；水測滲透率為待施工井儲層最大滲透率的100% -200%， 并按填充通道數(shù)量將滲透率按10% -40%增幅梯級分布，其中的流體100%為地層水或模 擬地層水。
[0019] 中滲透率填充通道組；水測滲透率為待施工井儲層最大滲透率的50% -99%，并 按填充通道數(shù)量將滲透率按10% -40%增幅梯級分布，其中的流體中40% -60%為地層水 或模擬地層水，40% -60%為原油或模擬原油。
[0020] 低滲透率填充通道組；水測滲透率為待施工井儲層最小滲透率的70% -110%，并 按填充通道數(shù)量將滲透率按10% -40%增幅梯級分布，其中的流體100%為原油或模擬原 油。
[0021] 在本發(fā)明的一些實施例中，高滲透率填充通道組和中滲透率填充通道組的水測滲 透率的取值范圍根據(jù)待施工井的蒸汽注入周期數(shù)進行選取，其中，
[0022] 高滲透率填充通道組的水測滲透率：
[0023] 在注入周期為1-2輪次時，選取100% -130%;
[0024] 在注入周期為3-5輪次時，選取131% -150%;
[00巧]在注入周期> 6輪次時，選取151% -200%。
[0026] 中滲透率填充通道組的水測滲透率：
[0027] 在注入周期為1-6輪次時，選取50% -80%;
[0028] 在注入周期> 7輪次時，選取81%-99%。
[0029] 在本發(fā)明的另一些實施例中，在填充通道測試滲透率后，根據(jù)待施工井的采出程 度選取不同流體對中滲透率填充通道組進行充填，W使中滲透率填充通道組的各通道中的 孔隙空間完全充滿，其中，
[0030] 在采出程度大于15%時，其中的流體中50% -70%為地層水或模擬地層水；
[0031] 在采出程度小于15%時，其中的流體中50% -70%為原油或模擬原油。
[0032] 當(dāng)待施工稠油井采出程度高的時候，儲層中含油量下降，因此本發(fā)明的物理模型 孔隙中的含油量也有變化。
[0033] 本發(fā)明中，所述儲層物理模型為采用施工井產(chǎn)出的地層砂、原油和地層水，或模擬 地層砂、模擬原油和模擬地層水制成的覆蓋高、中、低H個滲透率范圍、不同程度被油水完 全充滿的填充通道組。
[0034] 在本發(fā)明的一些實施例中，所述通道的徑向切面為多邊形、圓形或楠圓形。構(gòu)成所 述通道外部輪廓的材料包括金屬、高分子材料或水硬性無機膠凝材料。
[0035]本發(fā)明中，所述金屬包括但不限于普通碳鋼、304不鎊鋼、各種合金鋼、鑄鐵、銅、鉛 等；所述高分子材料包括但不限于聚帰姪、聚氨醋和聚醜胺等，其中聚帰姪，例如可W是高 分子量聚己帰；所述水硬無機膠凝材料包括但不限于娃酸鹽水泥、鉛酸鹽水泥、硫鉛酸鹽水 泥和鐵鉛酸鹽水泥等。
[0036]本發(fā)明中所述用語"無機膠凝材料"又稱"礦物膠凝材料"是指自身經(jīng)過一系列物 理、化學(xué)作用，或與其他物質(zhì)（如水等）混合后一起經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由獎體變 成堅硬的固體，并能將散粒材料（如砂、石等）或塊、片狀材料（如磚、石塊等）膠結(jié)成整體 的物質(zhì)。氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且只能在空氣中保持或發(fā)展其強度，如石 膏、石灰等。而水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展 其強度，如娃酸鹽水泥等。
[0037]在本發(fā)明的一些實施例中，所述通道的截面為圓形，所述通道的長度為 200. 0-1000.Omm,內(nèi)徑為20. 0-200. 0mm。構(gòu)成所述通道外部輪廓的管材為直管。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的稠油熱采封竄堵水待施工井的儲層物理模型，分別設(shè)置了高、中、低H個滲透率級差的填充通道組，其每個填充通道組中包含多個填充通道，通過合理配置各 填充通道組中每個填充通道的滲透率與油水填充比例和程度，可W很好地模擬熱采開發(fā)一 定輪次后的稠油油藏儲層，提高試驗結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此，該儲層物理模型主要用來研究儲 層物性非均質(zhì)性差別大、巖必樣品滲透率級差Kmn> 1. 5的稠油油藏。
[0039]本發(fā)明第二方面提供了一種對本發(fā)明第一方面所述的儲層物理模型進行堵劑注 入的模擬實驗方法，其包括：
[0040]步驟A，將堵劑注入H個填充通道組內(nèi)；
[0041]步驟B，判斷注入堵劑前緣是否到達中滲透率填充通道組的中部，并且在堵劑前緣 未到達中滲透率填充通道組的中部時，調(diào)整堵劑實驗表觀黏度和堵劑實驗注入速度，使得 在堵劑實驗實際注入量等于堵劑實驗理論注入量時，注入堵劑前緣到達中滲透率填充通道 組的中部；
[0042]步驟C，記錄實驗工藝參數(shù)，所述實驗工藝參數(shù)包括堵劑實驗表觀黏度、堵劑實驗 注入速度、堵劑實驗初始注入壓力、堵劑實驗流動壓力梯度、堵劑實驗封堵壓力和實驗稠油 相啟動壓力；
[0043]在步驟B中，保持堵劑實驗實際注入量不變；
[0044]堵劑實驗實際注入量為高滲透率填充通道組中所有通道的孔隙體積與50%中滲 透率填充通道組中所有通道的孔隙體積之和；
[0045]所述堵劑實驗理論注入量為高滲透率填充通道組中所有通道的水相體積和中滲 透率填充通道組中所有通道的油相和/或水相體積的45% -55%之和（或者是被驅(qū)替出的 流體體積的總和）。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，在步驟B中，當(dāng)中滲透率填充通道組中所有通道出口端的出液量相 當(dāng)于中滲透率填充通道組中所有通道的孔隙體積的45% -55%時，則判斷為注入堵劑前緣 已到達中滲透率填充通道組的中部。
[0047]本發(fā)明所述堵劑的前緣到達中滲透率填充通道組的中部是指注入堵劑的前緣沿 注入方向到達中滲透率填充通道組中各通道物理中點截面的+IOcm范圍內(nèi)，優(yōu)選堵劑的 前緣沿注入方向到達中滲透率填充通道組中各通道物理中點截面的±6cm范圍內(nèi)。更為優(yōu) 選的，堵劑的前緣沿注入方向到