层内生气调驱技术是通过向地层中注入生气剂与释气剂^[1-2], 反应生成泡沫体系, 依靠泡沫堵高不堵低的特性实现对高渗窜流通道的封堵; 同时由于释气剂显酸性, 在实际调驱作业时, 在调驱的基础上又可实现酸化解堵的功能, 可以很好地调和“堵”和“解堵”的矛盾。

渤海某油田注水井D3井注水目的层位为东二下段, 分三个防砂段砾石充填防砂, 有效厚度59.8 m, 渗透率(20.3~7 412.9) ×10^-3 μm², 渗透率变异系数为0.54。吸水剖面测试结果显示各段吸水严重不均, 且井组内受效油井呈现含水高(含水率83%)、油井含水上升快等特点。该井为笼统合注管柱, 无法实现分层调配。为此, 研究注水井层内生气调驱技术, 有效改善了D3井的吸水剖面, 降低了井组生产井含水率, 提高了油井产油量, 提高井组水驱效率。

1 层内生气技术驱油机理

在设计的地层深度注入生气剂和释气剂, 在地层条件下相互反应产生大量高温高压二氧化碳气体, 此时二氧化碳气体可以是单相、也可以是混合相, 或者是泡沫状态^[3]。处于超临界状态的二氧化碳气体具有强烈溶蚀性、解析性和提取性。可以达到解除油藏深部污染的目的^[4]。

1.1 热解堵

生气剂在油层深部反应生成二氧化碳的同时产生大量热量, 使地层温度升高。对地层起到了热解堵效果。

1.2 封堵高渗透层

优先在高渗透层生成的二氧化碳与聚合物溶液形成稳定的气-液泡沫体系, 该气-液泡沫体系在地层中形成稳定泡沫屏障, 对后续注入水产生很大附加阻力。从而有效改善高低渗透层注水情况, 扩大了波及体积。

1.3 驱替作用

生气剂在低渗透层融合时, 伴生二氧化碳生成, 系统压力瞬间升高, 使生成二氧化碳气体在地层中更具有穿透性。二氧化碳气体溶解于原油后, 产生体积效应, 驱替剩余油。就地生产二氧化碳能够与原油任何比例混合降低其粘度, 并在注入水前沿形成混相带, 有效提高驱替效率。生气剂在地层深部反应生产的碳酸具有酸化解堵作用, 可进一步解除地层深部污染, 提高地层渗透率。

2 D3井组层内生气调驱技术适应性分析

层内生气调驱技术适用范围广, 主要适用于注采连通性好且层间非均质较强、层间矛盾突出的注水井。

综合统计分析得到渤海某油田D3井各小层厚度和平均渗透率统计图(图 1), 得知:4.2小层为可能主吸水层, 1小层和12小层为可能为次吸水层。

根据渤海某油田D平台2016年测得各注水井PI(吸水指数)值(图 2), 计算得到D平台注水井的PI平均值。D3井PI值为4.6, 低于D平台PI平均值5.79。且D3井储层分布稳定, 与周边油井的井距小、连通性好, 注水动态响应明显, 结合层内生气技术的适应性, 综合认为, D3井适合层内生气调驱技术。

3 层内生气技术室内驱油实验

实验选用对应油田D平台的两块岩芯, 所用油样来自对应油田的D4井, 水样为D3注入水。

室内实验过程^[5]:(1)注入水驱替岩心测定水相渗透率; (2)岩心饱和原油; (3)注入水驱替, 建立残余油; (4)层内生气技术驱替, 观察驱油效率。实验驱替速度为1.2 mL/min, 实验温度为63℃。实验中, 先注入生气剂再注入释气剂。分三个段塞注入, 第一个段塞0.35 PV, 后续两个段塞0.2 PV。通过实验发现:层内生气调驱技术驱油效率与水驱对比能分别提高31.0%和28.8%(表 1)。

4 现场应用及效果分析 4.1 施工参数设计

D3井组生产井共6口:D2/D4/L12/M14/ L06/ L07, 其中最小井间距为348 m, 最大井间距为478 m。根据注采井距、D3井注水地层有效厚度、油层孔隙度等参数, 以非活塞式水驱油理论为基础, 结合室内试验结果, 确定了最佳封堵半径计算公式如下:

$ {L_{\text{c}}} = {L_{\text{e}}}-\frac{{{{f'}_{{\text{w1}}}}\left( {{S_{{\text{wf1}}}}} \right)}}{{{\phi _1}{{A'}_1}}}\int_0^T {{Q_1}{\text{d}}t} $

(1)

式中:L_c为封堵半径, m; L_e为注水井至油井距离, m; f'_w为含水率导数, 无因次; S_wf为前缘含水饱和度, 小数; φ为孔隙度, 小数; Q为注水量, m³/d; 式中A=Bh, B为面积系数, m; h为油层厚度, m; 角标1代表某一小层。

选取D3井组为研究对象, 应用上述数学模型, 进行矿场实例计算, 求解相应的最佳封堵半径Lc。

D3井层内生成CO₂调驱药剂用量计算公式如下:

$ V = {\rm{\pi }}\mathit{L}_{\text{c}}^2{h_{\text{e}}}\phi \lambda $

(2)

式中:L_c为封堵半径, m; h_B为地层有效厚度, m; φ为孔隙度, 小数; λ为经验系数, 小数。

结合段塞组合设计方法计算出优化出段塞组合为6个段塞。

计算出D3井层内生成CO₂注入液体规模(表 2), 优化出段塞组合(表 3)。

4.2 应用效果分析

根据注水井组D3的地质情况, 为保证调驱效果, 本次调驱分6个段塞注入。按照表 3的段塞优化结果, D3井组于2016年10月25日至28日成功进行层内生气作业^[6]。施工曲线见图 3。

施工后降压效果明显, 注入压力由9.2 MPa降至7.3 MPa, 下降1.9 MPa; 视吸水指数由97.5 m³(/ d · MPa)提高至123.5 m³(/ d · MPa), 提高26.8%(图 4)。

D3井组实施层内二氧化碳调驱作业后, 控水增油效果明显, 井组中6口油井, 均不同程度见效(图 5)。施工后180天, 井组净增油量5 328.1 m³, 含水下降2%, 投入产出比1:8, 取得了很好的经济效益。

5 结论

(1) 室内实验和现场应用表明, 层内生气调驱技术对海上注水井调驱控水效果明显, 生气段塞组合优化是关键。

(2) 该技术对注水井井组稳油控水、提高驱油效率有积极作用, 在其它类似井组或油田可推广使用。