CN104653174B - 一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法 - Google Patents

Abstract

一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法，属于油田开发技术领域。采集考虑储层、油水关系、生产情况和水平井测试资料，依据电桥模拟实验的结果，制定合理的堵水/调剖技术对策：对于开发时间短、产液量和含水都较低的水平井宜采用近井带弱堵措施，控水稳油；对于开发时间长、产液量和含水都较高的水平井宜采用深部强堵，降低产液量同时迫使主水流转向。本发明为研究水平井堵水提供了一种新方法，对于油层较多，储层物性复杂的砂岩油藏水平井堵水/调剖具有重要指导意义。

Description

一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法

技术领域

本发明涉及一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法，属于油田开发技术领域。

背景技术

华北油田砂岩油藏的主力油层多为河流相及辫状河河道沉积的薄油层，沉积特点主要呈现缘于水流逐渐减小、向上粒度变细和层理规模逐渐变小等，特别是正韵律油层的注水驱开发过程中，边水或注入水沿正韵律沉积主河道底部突进为主要水淹方式，开发过程易造成注入水沿高渗透通道无效循环，表现为含水急剧上升、产油量下降，中、低渗透储层动用程度差等问题，而堵水/调剖技术是保证水平井控水稳产的主要措施之一。

水平井堵水/调剖技术经过近十年的研究发展，虽在部分油藏试验取得初步效果，但多参照直井的做法，普遍采用笼统堵调工艺。目前底水脊进或裂缝突进的机理和堵水/调剖剂作用机理多通过物理模拟实验，但目前的模型设计简单，仅能观察到现象，不能准确推演本质，用量、压力、段塞的设计只能凭从直井得到的经验，特别对于高渗透条带状分布砂岩油藏储层适应性亟待深入探讨和研究。

现有的电模拟实验中油藏模型为盛有CuSO₄溶液的电解槽，低压系统采用220V交流电，铜带和铜丝模拟供给边界和水平井，方法适用于复杂水平井开采井网、水平井－直井联合开采井网、裂缝油藏水平井井网的渗流机理研究，可直接测量压力、产能参数以及等势线的分布。文献检索电模拟技术对于堵水/调剖提高采收率的研究较少，且水平井堵水理论、手段和方法尚不明确，特别堵剂定位放置技术研究还不成熟，缺少科学的研究方法和量化手段，没有形成统一的认识，尤其在堵调剂的定位放置、封堵强度和储层适应性研究上仍存瓶颈。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法，针对河流相沉积的砂岩油藏进行堵水实施效果预测并提高水驱采收率。能够定量预测堵水措施后水平井渗流和压力分布变化，而且提出了基于电桥模拟试验的堵水剂定位放置技术和封堵强度设计依据，为水平井开发提高采收率提供决策性依据。

一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法,采集考虑储层、油水关系、生产情况和水平井测试资料，依据电桥模拟实验的结果，制定合理的堵水/调剖技术对策：对于开发时间短、产液量和含水都较低的水平井宜采用近井带弱堵措施，控水稳油；对于开发时间长、产液量和含水都较高的水平井宜采用深部强堵，降低产液量同时迫使主水流转向。

含有以下步骤；

建立油藏模型：根据砂岩油藏高渗条带与水平井井眼轨迹的分布状况模拟砂岩油藏储层，层间并列分布着2～4条高、低渗透层带（以2条为例），以定压供给边界正对水平井的开采模式。因此定压边界布置在模型上部第二层，水平井在下部第6层。油藏低渗透层带和高渗透层带的渗透率分别为100ⅹ10^-3μm²和200～1000ⅹ10^-3μm²（以500ⅹ10^-3μm²为例），渗透率极差为2～10（以5为例），地下原油粘度为2mPa·s，定压压差为20MPa。油藏模型x方向网格数为30，网格步长为4m；y方向网格长为2m；z方向划分为6个模拟小层，每层厚度为20m。

理论依据：水电相似性已成功用于研究水平井渗流机理和开发理论，其原理为水压力场和稳恒电流场的物理量相似系数比为1。由油气稳态渗流的达西定律和欧姆定律推导有（1）式

而（n为常数） （2）式

水电相似性系数为:C_L=2，（注:空一格）V/MPa，（3）式

C_k=2×10³MPags/Ωgm³，1/C_Q=172.8m³/d。

Q—流量，m³/d；I—电流，A；U—电压，V；P—驱动压差，MPa；K—渗透率，ⅹ10^-3μm²；R—电阻，Ω；μ—原油粘度，mPa·s；C_k—流度相似系数，MPags/Ωgm³；C_p—压力相似系数，V/MPa；C_Q—流量相似系数，A·d/m³;C_L—几何相似系数。

建立电路模型：由低压电路系统和信号检测系统构成，低压电路系统包括220V稳压直流电源、拨动开关、面包板、高渗电阻、低渗电阻、桥路电阻和铜棒等，其中稳压直流电源型号为PS-305DM，额定电压30V，面包板型号为SYB-120，低渗电阻和桥路电阻为碳膜电阻，高渗电阻为碳膜电阻或电位器（量程0～5KΩ）。信号检测系统包括晶体二极管、数字电流表和数字电压表等，其中二极管型号为7805A，电压表型号为XL5135V-3，精度为10mV，电流表型号为XL5135A-4，精度为0.1mA。辅助工具为电烙铁（220V，20W）等。

联接电路时首先连接面包板上的双臂电桥，将3个等值100Ω和50～10Ω碳膜电阻分别串联，并通过2个桥路电位器和铜棒并联。将220V稳压直流电源正极连接在面包板上铜棒一端，负极与拨动开关相连后接在面包板另一端。信号检测系统联接首先将稳压直流电源正极连接在晶体二极管输入端，晶体二极管接地和输出端分别接电压表和电流表，最后将稳压直流电源负极与晶体二极管接地相连（见附图1）。

电路模型为基于惠斯登电桥的双臂非平衡电桥，高、低渗透条带以并联形式分别由可变电阻串联组成，层间窜层以高渗透层的电阻率表示，水平井采用铜棒。模型中定压边界为高电势，油井为低电势。模型网格中每一格的封堵面积相当于等厚度封堵半径为5m的地层。

试验器材：220V稳压直流电源、晶体二极管、1/4W碳膜电阻、电位器、数字电流表（精度10mA）、数字电压表（精度10mV）、面包板、拨动开关和导线；

试验方法：输入电流后，由接触式调压器调节加在模拟油藏储层和水平井(金属铜管)之间的最大压差，可通过数字电压表测试储层的不同部位得到对应的驱动压差；

结果分析：实验时，保持总电动势不变，依次改变距铜棒不同位置的可变电阻阻值，读取桥路电流和模拟电阻的开路电压,计算得到储层的驱动压力场和流量场分布。

本发明的优点是综合考虑储层、油水关系、生产情况和水平井测试等资料，依据电桥模拟实验的结果，制定合理的堵水/调剖技术对策：对于开发时间短、产液量和含水都较低的水平井宜采用近井带弱堵措施，主要目的是控水稳油；对于开发时间长、产液量和含水都较高的水平井宜采用深部强堵，降低产液量同时迫使主水流转向。

通过在砂岩油藏水平井高渗条带深堵（20～40m）能够显著改善中、低渗透带的驱动压力场和流量场分布，实现提高储层动用程度。

本发明为研究水平井堵水提供了一种新方法，对于油层较多，储层物性复杂的砂岩油藏水平井堵水/调剖具有重要指导意义。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明的非平衡臂桥模拟砂岩油藏堵水电路原理图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1所示，

一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法，

附图说明:1.开关；2.220V直流电源；3.晶体二极管；4.数字电压表；4/1.电压表信号输入端（Hi）；4/2.电压表信号输入端（Lo）；5.数字电流表；5/1.电流表信号输入端（Hi）；5/2.电流表信号输入端（Lo）6-1.高渗电阻；6-2.高渗电阻；6-3.高渗电阻；7-1.低渗电阻；7-2.低渗电阻；7-3.低渗电阻；8-1.桥路电位器；8-2.桥路电阻；9.铜棒10.面包板；

根据水平井注采井网建立油藏模型，确定模型比例系数C_L为2，层间并列分布着2条高、低渗透层带，并以定压供给边界正对水平井的开采模式。储层低渗透层带和高渗透层带的渗透率分别为100ⅹ10^-3μm²和500ⅹ10^-3μm²，渗透率极差为5，地下原油粘度为2mPa·s，定压压差为20MPa，按照公式（3）折算出电路模型中总电压U为20V，由公式（2）计算高渗电阻和桥路电阻都为20Ω，低渗电阻为100Ω。准备试验装置，按照电路图依次连接电路元件。

将稳压直流电源接220V电，打开拨动开关，调试电路，保证电路连通和正常闭合。调节电源电动势为20V，高渗电阻和低渗电阻的阻值分别为20Ω和100Ω，桥路电阻为20Ω，实验时电路正常联通后，将电压表接头4/1和4/2先后接在电阻6-1和电阻6-2、6-1两端，读取高渗电阻的开路电压分别为3.33V和6.63V,将电压表接头4/1和4/2先后接在电阻7-1和电阻7-2、7-1两端，读取低渗电阻的开路电压分别为3.33V和6.64V。电路开关打开，将桥路电阻8-1一端断开后，与电流表接头5-1连接，电流表接头5-2与高渗电阻6-1一端连接，电路开关闭合后，读取桥路电流为0。

假设对油藏模型高渗透带浅部实施强堵，使其渗透率下降99%(即为5ⅹ10^-3μm²)。由公式（2）计算出强堵后高渗电阻6-1阻值变为2000Ω。用电位器将高渗电阻6-1阻值由20Ω调为2000Ω，其它不变。电路连通后按照如上信号检测方法，读取高渗电阻的开路电压分别为7.77V和8.82V，低渗电阻的开路电压分别为6.78V和8.69V，桥路电流为50mA。

接着对油藏模型高渗透带深部实施强堵，使其渗透率下降99%(即为5ⅹ10^-3μm²)。由公式（2）计算出强堵后高渗电阻6-2阻值变为2000Ω。用电位器将高渗电阻6-2阻值由20Ω调成2000Ω，高渗电阻6-1换回20Ω碳膜电阻，其它不变。电路连通后按照如上信号检测方法，读取高渗电阻的开路电压分别为0.97V和9.02V，低渗电阻的开路电压分别为1.85V和8.13V，桥路电流为45mA。

最后由水电相似系数计算得到储层的驱动压力场和流量场分布。相比于堵水前低渗透带流量仅占总渗流量的16.6%，浅部和深部强堵后低渗透带流量所占比例分别提高至46.4%和71.9%，相应位置驱动压力分别增大90.3%和104%。表明深部堵水迫使液流转向后大为改善了低渗透带储层的渗流效果，明显提高了其动用程度。

实施例2：非平衡臂桥电路模拟水平井浅部强堵和弱堵试验方法

根据水平井注采井网建立油藏模型，确定模型比例系数C_L为2，层间并列分布着2条高、低渗透层带，并以定压供给边界正对水平井的开采模式。储层低渗透层带和高渗透层带的渗透率分别为100ⅹ10^-3μm²和500ⅹ10^-3μm²，渗透率极差为5，地下原油粘度为2mPa·s，定压压差为20MPa，按照公式（3）折算出电路模型中总电压U为20V，由公式（2）计算高渗电阻和桥路电阻都为20Ω，低渗电阻为100Ω。准备试验装置，按照电路图依次连接电路元件。

将稳压直流电源接220V电，打开拨动开关，调试电路，保证电路连通和正常闭合。调节电源电动势为20V，高渗电阻和低渗电阻的阻值分别为20Ω和100Ω，桥路电阻为20Ω，实验时电路正常联通后，将电压表接头4/1和4/2先后接在电阻6-1和电阻6-2、6-1两端，读取高渗电阻的开路电压分别为3.33V和6.63V,将电压表接头4/1和4/2先后接在电阻7-1和电阻7-2、7-1两端，读取低渗电阻的开路电压分别为3.33V和6.64V。电路开关打开，将桥路电阻8-1一端断开后，与电流表接头5-1连接，电流表接头5-2与高渗电阻6-1一端连接，电路开关闭合后，读取桥路电流为0。

假设对油藏模型高渗透带浅部实施强堵，使其渗透率下降99%(即为5ⅹ10^-3μm²)。由公式（2）计算出强堵后高渗电阻6-1阻值变为2000Ω。用电位器将高渗电阻6-1阻值由20Ω调成2000Ω，其它不变。电路连通后按照如上信号检测方法，读取高渗电阻的开路电压分别为7.77V和8.82V，低渗电阻的开路电压分别为6.78V和8.69V，桥路电流为50mA。

接着对油藏模型高渗透带浅部实施弱堵，使其渗透率下降50%(即为250ⅹ10^-3μm²)。由公式（2）计算出弱堵后高渗电阻6-1阻值变为40Ω。用电位器将高渗电阻6-1阻值由2000Ω调为40Ω，其它不变。电路连通后按照如上信号检测方法，读取高渗电阻的开路电压分别为4.72V和7.32V，低渗电阻的开路电压分别为4.41V和7.29V，桥路电流为15mA。

最后由水电相似系数计算得到储层的驱动压力场和流量场分布。水平井高渗透带浅部封堵后，强堵的降液效果明显高于弱堵，经计算可达到64.2%。相比于封堵前，强堵和弱堵后低渗透带流量所占比例分别提高至46.4%和20.8%，相应位置驱动压力分别提高104%和32.4%，表明强堵对于改善低渗透带的渗流情况更为有效。

非平衡臂桥电路模拟砂岩油藏堵水试验方法，方法包括：

电路模型，双臂非平衡电桥，可变电阻混联；

油藏模型，以定压供给边界正对水平井开采的模型，渗透率极差为5，定压压差为20MPa；

理论依据，水电相似性原理，水压力场和稳恒电流场的物理量相似系数比为1；

试验器材，低压电路系统，信号检测系统；

试验方法，调节最大压差，测试驱动压差；

结果分析，桥路电流和开路电压,计算驱动压力和渗流量；

定量预测堵水措施后水平井渗流和压力分布变化，提出了基于电桥模拟试验的堵水剂定位放置技术和封堵强度设计依据。特别是在砂岩水平井高渗条带深堵（20～40m）能够显著改善中、低渗透带的驱动压力和流量，进而提高储层动用程度。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种非平衡电桥模拟砂岩油藏水平井堵水试验方法，其特征在于采集储层、油水关系、生产情况和水平井测试资料，依据电桥模拟实验的结果，制定合理的堵水或调剖技术对策：对于开发时间短、产液量和含水都较低的水平井宜采用近井带弱堵措施，控水稳油；对于开发时间长、产液量和含水都较高的水平井宜采用深部强堵，降低产液量同时迫使主水流转向；含有以下步骤；

建立油藏模型：根据砂岩油藏渗透条带与水平井井眼轨迹的分布状况模拟砂岩油藏储层，层间并列分布着2～4条高、低渗透条带，采用定压供给边界正对水平井的开采模式；因此定压边界布置在模型上部第二层，水平井在下部第6层；油藏低渗透条带和高渗透条带的渗透率分别为100×10^-3μm²和200～1000×10^-3μm²，渗透率极差为2～10，地下原油粘度为2mPa·s，定压压差为20MPa；油藏模型x方向网格数为30，网格步长为4m；y方向网格长为2m；z方向划分为6个模拟层，每层厚度为20m；

理论依据：水电相似性己成功用于研究水平井渗流机理和开发理论，其原理为水压力场和稳恒电流场的物理量相似系数比为1；由油气稳态渗流的达西定律和欧姆定律推导

而(n为常数) (2)式

水电相似性系数为：C_L＝2，

C_k＝2×10³MPags/Ω·gm³，1/C_Q＝172.8m³/d，其中C_L为几何相似系数；C_k为流度相似系数，单位mPa·s/Ω·m³；C_p为压力相似系数，单位V/MPa；C_Q为流量相似系数，单位A·d/m³；Q为储层渗流量，单位m³/d；υ为渗流速度，单位m/s；p为压力，单位MPa；U为电压，单位V；I为电流强度，单位A；i为电流密度，单位A/m²；R为电阻，单位Ω；ρ为电阻率，单位Ω·m；K为渗透率，单位10^-3μm²；l为长度，单位m；s为截面积，单位m²；μ为黏度，单位mPa·s；n为流度系数，单位Ω·m³；

建立电路模型：由低压电路系统和信号检测系统构成，低压电路系统包括220V稳压直流电源、拨动开关、面包板、高渗电阻、低渗电阻、桥路电阻和铜棒，其中稳压直流电源型号为PS-305DM，额定电压30V，而面包板型号为SYB-l20，低渗电阻和桥路电阻为碳膜电阻，高渗电阻为量程为0～5KΩ的碳膜电阻或量程为0～5KΩ的电位器；信号检测系统包括晶体二极管、数字电流表和数字电压表，其中二极管型号为7805A，电压表型号为XL5135V-3，精度为10mA，电流表型号为XL5135A-4，精度为0.1mA；辅助工具为电烙铁，额定电压为220V，额定功率为20W；

联接电路时首先连接面包板上的双臂电桥，将3个值l00Ω和50～10Ω碳膜电阻分别串联，并通过2个桥路电位器和铜棒并联；将220V稳压直流电源正极连接在面包板上铜棒一端，负极与拨动开关相连后接在面包板另一端；信号检测系统联接首先将稳压直流电源正极连接在晶体二极管输入端，晶体二极管接地和输出端分别接电压表和电流表，最后将稳压直流电源负极与晶体二极管接地相连；

电路模型为基于惠斯登电桥的双臂非平衡电桥，高、低渗透条带以并联形式分别由可变电阻串联组成，层间窜层以高渗透条带的电阻率表示，水平井采用铜棒表示；模型中定压边界为高电势，油井为低电势；模型网格中每一格的封堵面积相当于厚度封堵半径为5m的地层；

试验器材：220V稳压直流电源、晶体二极管、1/4W碳膜电阻、电位器、精度10mA的数字电流表、精度10mV的数字电压表、面包板、拨动开关和导线；

试验方法：输入电流后，由所述220V稳压直流电源调节加在模拟油藏储层和水平井之间的最大压差，可通过数字电压表测试储层的不同部位得到对应的驱动压差；

实验时，保持总电动势不变，依次改变距铜棒不同位置的可变电阻阻值，读取桥路电流和模拟电阻的开路电压，计算得到储层的驱动压力场和流量场分布。