王偉峰，楊 浩，馮 青，寇雙燕，黃子俊

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300451）

自2002 年開(kāi)展聚合物驅(qū)油技術(shù)以來(lái)，聚驅(qū)增產(chǎn)量每年超過(guò)1×107t[1]。在“十二五”規(guī)劃期間，大慶油田原油產(chǎn)量達(dá)4×107t，聚合物驅(qū)油技術(shù)在其中起到了重要的作用，保證了我國(guó)石油產(chǎn)量長(zhǎng)期穩(wěn)定。大量的實(shí)驗(yàn)及礦場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，聚合物驅(qū)油是一種行之有效提高原油采收率的方法，已在大慶、渤海等多個(gè)油田得到廣泛應(yīng)用并見(jiàn)到增產(chǎn)效果[2]，但隨著注聚時(shí)間和注聚量的增加，聚合物驅(qū)油在中高滲透率油藏帶來(lái)的堵塞問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)量明顯下降。很多注聚井出現(xiàn)了注入困難的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為注入壓力不斷升高，甚至已經(jīng)接近或達(dá)到油層破裂壓力，影響油田的正常生產(chǎn)。

據(jù)大慶等油田相關(guān)研究成果認(rèn)為，致密氣藏具有孔喉細(xì)小、水鎖效應(yīng)影響更加顯著的特點(diǎn)。在長(zhǎng)周期作業(yè)期間，大量液體由于毛管力作用產(chǎn)生“自吸”現(xiàn)象，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，“自吸”半徑逐漸增加，儲(chǔ)層污染越嚴(yán)重，污染半徑可達(dá)5 m 以上，此類(lèi)深部污染采用常規(guī)解堵措施很難解決。為了解決聚合物驅(qū)油帶來(lái)的封堵問(wèn)題，采用深穿透解堵技術(shù)能有效打通封堵帶，溝通原始儲(chǔ)層。目前國(guó)內(nèi)外處理儲(chǔ)層堵塞的常用解堵增產(chǎn)技術(shù)有化學(xué)法解堵技術(shù)、物理法解堵技術(shù)以及物理化學(xué)法協(xié)同解堵技術(shù)三類(lèi)。其中化學(xué)法解堵技術(shù)主要包括酸化解堵和非酸解堵；物理法解堵技術(shù)主要包括水力壓裂、高壓水力射流、聲波和電磁波、水力振蕩以及高能氣體壓裂等五種解堵增產(chǎn)技術(shù)；物理化學(xué)解堵技術(shù)主要有酸壓和氣動(dòng)力深穿透兩項(xiàng)解堵增產(chǎn)技術(shù)[3]。

本文深穿透解堵技術(shù)是一種復(fù)合解堵技術(shù)，先通過(guò)不高于儲(chǔ)層起裂排量的方式擠注解堵液以溶解管柱及近井地帶堵塞物，后注入降阻液提高施工排量，以高于地層起裂排量的方式進(jìn)行泵注，形成一條進(jìn)液通道，最終泵注解堵液體，使解堵液泵入到儲(chǔ)層深部，進(jìn)而解除深部堵塞[4]。深穿透解堵工藝同時(shí)考慮了解除近井地帶和儲(chǔ)層深部的堵塞，能夠大幅提高解堵半徑及改造范圍，提高解堵效果、延長(zhǎng)解堵有效期[5]。以往前人從數(shù)學(xué)模型出發(fā)預(yù)測(cè)深穿透解堵技術(shù)效果，沒(méi)有直觀(guān)地呈現(xiàn)出解堵效果。筆者利用數(shù)值模擬軟件中井網(wǎng)加密的方法直觀(guān)地呈現(xiàn)出了與實(shí)際相似的解堵模型，通過(guò)數(shù)模參數(shù)調(diào)節(jié)可預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下的深穿透解堵技術(shù)適應(yīng)性效果。

1 深穿透解堵物理模型

深穿透解堵是通過(guò)向地層注入一種或幾種酸液，利用酸液與地層及地層堵塞物的化學(xué)反應(yīng)，溶蝕儲(chǔ)層中的連通孔隙或天然裂縫壁面巖石及孔隙中的各種堵塞物，從而增加孔隙空間和裂縫的導(dǎo)流能力[6，7]。儲(chǔ)層孔隙堵塞（見(jiàn)圖1），流體流動(dòng)阻力增大產(chǎn)能下降。通過(guò)深穿透解堵技術(shù)擠注酸液后孔隙中的堵塞物溶解，油井周?chē)蜌鈱拥臐B透率得到恢復(fù)并提高，實(shí)現(xiàn)解堵，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)（見(jiàn)圖2）。

圖1 儲(chǔ)層孔隙堵塞

圖2 儲(chǔ)層孔隙堵塞解除

2 深穿透解堵數(shù)值模型建立

2.1 中高滲油藏深穿透解堵數(shù)值模型建立

根據(jù)渤海L 油田A1 井測(cè)井及試井解釋資料建立數(shù)值模型[8，9]，具體參數(shù)（見(jiàn)表1）。

參考深穿透解堵工藝原理，建立單井三維三相數(shù)值模擬模型，進(jìn)行工藝參數(shù)產(chǎn)能敏感性研究[10-12]。數(shù)模假設(shè)條件：油藏中的滲流為等溫滲流；油藏中為油氣水三相，每一相的滲流均遵守達(dá)西定律；巖石和流體均可壓縮；采用平衡啟動(dòng)；不考慮流體與巖石的反映、不考慮切削巖屑和微粒對(duì)儲(chǔ)層的堵塞作用、不考慮應(yīng)力敏感，不考慮儲(chǔ)層敏感性對(duì)物性的影響。

模型原始網(wǎng)格數(shù)為7×7×1，網(wǎng)格x、y 方向大小為15 m，z 方向大小為30 m，利用局部網(wǎng)格加密方式，對(duì)井周?chē)W(wǎng)格進(jìn)行加密處理，得到與實(shí)際裂縫寬度相似的解堵模型。第一次網(wǎng)格加密時(shí)每一塊原始網(wǎng)格被加密成15×15×1 份，網(wǎng)格x、y 方向大小為1 m，z 方向大小不改變?yōu)?0 m，共加密9 塊原始網(wǎng)格，用于研究深穿透解堵裂縫未穿出污染帶（見(jiàn)圖3b）。第二次網(wǎng)格加密時(shí)每一塊原始網(wǎng)格被加密成15×15×1 份，網(wǎng)格x、y方向大小為1 m，z 方向大小不改變?yōu)?0 m，共加密49塊原始網(wǎng)格，用于研究深穿透解堵裂縫穿出污染帶。第三次網(wǎng)格加密時(shí)每一塊原始網(wǎng)格被加密成150×150×1份，網(wǎng)格x、y 方向大小為0.1 m，z 方向大小不改變?yōu)?0 m，共加密49 塊原始網(wǎng)格，用于研究解堵液濾失解堵半徑。污染帶見(jiàn)圖3a 中藍(lán)色區(qū)域，濾液解堵半徑見(jiàn)圖3a 中黃色區(qū)域，人工裂縫見(jiàn)圖3a 中粉色區(qū)域。模擬示意及滲透率、壓力分布（見(jiàn)圖3a，3b，3c）。

圖3 模擬示意及滲透率壓力分布

2.2 致密氣藏深穿透解堵數(shù)值模型建立

根據(jù)M 氣田M1H 井測(cè)井及試井解釋資料建立數(shù)值模型，具體參數(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 模擬參數(shù)取值

參考深穿透解堵工藝原理及測(cè)井GR 數(shù)據(jù)，可知水平段跟部砂體最純，因此在進(jìn)行深穿透解堵時(shí)，會(huì)在水平段的跟部產(chǎn)生一條裂縫，據(jù)此建立水平井三維三相數(shù)值模擬模型進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)[13-18]。數(shù)模假設(shè)條件：油藏中的滲流為等溫滲流；油藏中為油氣水三相，每一相的滲流均遵守達(dá)西定律；巖石和流體均可壓縮；采用平衡啟動(dòng)；不考慮流體與巖石的反映、不考慮切削巖屑和微粒對(duì)儲(chǔ)層的堵塞作用、不考慮應(yīng)力敏感，不考慮儲(chǔ)層敏感性對(duì)物性的影響。

模型原始網(wǎng)格數(shù)為4×25×1，網(wǎng)格x、y 方向大小分別為20 m、5 m，z 方向大小為10 m，利用局部網(wǎng)格加密方式，對(duì)井周?chē)W(wǎng)格進(jìn)行加密處理，得到與實(shí)際裂縫寬度相似的數(shù)模模型。網(wǎng)格加密部分每一塊原始網(wǎng)格被加密成10×1×1 份，網(wǎng)格x 方向采用公差為-0.4 m的等差公式減小網(wǎng)格尺寸，最大最小網(wǎng)格尺寸分別為3.8 m、0.2 m，網(wǎng)格y、z 方向大小不改變分別為5 m、10 m，共加密50 塊原始網(wǎng)格（見(jiàn)圖4b）。污染帶見(jiàn)圖4a 中藍(lán)色區(qū)域，濾液解堵半徑見(jiàn)圖4a 中黃色區(qū)域。模擬示意及滲透率、壓力分布（見(jiàn)圖4a，4b，4c）。

圖4 模擬示意及滲透率壓力分布

3 中高滲油藏深穿透解堵數(shù)值模擬研究

渤海L 油田長(zhǎng)期注聚，導(dǎo)致油井產(chǎn)液量、產(chǎn)油量持續(xù)下降[19]。經(jīng)研究認(rèn)為長(zhǎng)期注聚造成油井堵塞半徑較大，約10 m，需要進(jìn)行深穿透解堵突破污染帶恢復(fù)并提高油井產(chǎn)能。

3.1 工藝參數(shù)產(chǎn)能敏感性研究

3.1.1 儲(chǔ)層物性恢復(fù)率 儲(chǔ)層物性恢復(fù)率是深穿透解堵后儲(chǔ)層滲透率相較于原始儲(chǔ)層滲透率的恢復(fù)程度。儲(chǔ)層物性恢復(fù)率是解堵工藝的關(guān)鍵參數(shù)，參考工藝實(shí)際技術(shù)性能，在模型中設(shè)置儲(chǔ)層物性恢復(fù)率分別為60%，75%，90%，計(jì)算得到不同儲(chǔ)層物性恢復(fù)率下，深穿透解堵措施后的日產(chǎn)液量（見(jiàn)圖5）。

由圖5 可知，儲(chǔ)層物性恢復(fù)率對(duì)油井日產(chǎn)液量影響較大，儲(chǔ)層物性恢復(fù)率越大，日產(chǎn)液量越大，解堵效果越好[20-22]。通過(guò)計(jì)算得出不同儲(chǔ)層物性恢復(fù)率下初期日產(chǎn)液量，當(dāng)儲(chǔ)層物性恢復(fù)率為60%、75%、90%時(shí)，日產(chǎn)液量分別為226 m3、258 m3、278 m3，產(chǎn)液量提升5～6 倍。儲(chǔ)層物性恢復(fù)率每增加15%，液量增加20～30 m3/d。

圖5 不同儲(chǔ)層物性恢復(fù)率下的產(chǎn)能對(duì)比

3.1.2 深穿透裂縫半長(zhǎng) 深穿透裂縫半長(zhǎng)是深穿透解堵工藝降阻造縫形成的深部?jī)?chǔ)層通道半長(zhǎng)，裂縫半長(zhǎng)影響工藝深部解堵的范圍，從而影響解堵效果[23，24]。設(shè)置深穿透裂縫半長(zhǎng)在污染帶內(nèi)的儲(chǔ)層物性恢復(fù)率為75%，在穿出污染帶后儲(chǔ)層物性恢復(fù)率為120%。分以下兩種情況進(jìn)行模擬。

（1）深穿透解堵裂縫未穿出污染帶。參考工藝實(shí)際技術(shù)性能，在模型中設(shè)置深穿透解堵工藝的裂縫半長(zhǎng)分別為2 m、5 m、10 m，其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算得到不同裂縫半長(zhǎng)下措施后的日產(chǎn)液量（見(jiàn)圖6）。

圖6 不同深穿透裂縫半長(zhǎng)下的產(chǎn)能對(duì)比

由圖6 可知，在污染帶內(nèi)，深穿透裂縫半長(zhǎng)越長(zhǎng)，解堵范圍越大，油井日產(chǎn)液量越高，解堵效果越好。通過(guò)計(jì)算得出不同裂縫半長(zhǎng)下的初期日產(chǎn)液量。當(dāng)深穿透裂縫半長(zhǎng)為2 m、5 m、10 m，日產(chǎn)液量分別為95 m3、128 m3、258 m3，產(chǎn)液量提升了2～5 倍。在不穿透污染帶的前提下，裂縫半長(zhǎng)每增加1 m，日產(chǎn)液量增加10～25 m3。

（2）深穿透解堵裂縫穿出污染帶。模型中設(shè)置深穿透裂縫半長(zhǎng)分別為10 m、30 m、50 m，其他參數(shù)不變，計(jì)算得到不同深穿透裂縫半長(zhǎng)下措施后的日產(chǎn)液量（見(jiàn)圖7）。

圖7 不同深穿透裂縫半長(zhǎng)下的產(chǎn)能對(duì)比

由圖7 可知，在裂縫半長(zhǎng)大于污染半徑10 m 時(shí)，隨著深穿透裂縫半長(zhǎng)的增加，日產(chǎn)液量變化較小，這是由于裂縫半長(zhǎng)在穿出污染帶后的儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)值較原始儲(chǔ)層滲透率變化較小，對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)甚微。

3.1.3 解堵液濾失解堵半徑 解堵液濾失解堵半徑同裂縫長(zhǎng)度一樣影響著解堵范圍。通過(guò)解堵液的注入體積推導(dǎo)出靜態(tài)解堵液濾失解堵半徑ra計(jì)算公式為：

式中：ra-解堵液濾失解堵半徑，m；Qin-解堵液體積，m3；Xf-深穿透裂縫半長(zhǎng)，m；Φ-孔隙度，小數(shù)；h-儲(chǔ)層厚度，m。

通過(guò)達(dá)西公式推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)解堵液濾失解堵半徑ra計(jì)算公式為：

式中：ra－解堵液濾失解堵半徑，m；K－儲(chǔ)層的滲透率，m2；Krf－解堵液的相對(duì)滲透率，m2；Xf－深穿透裂縫半長(zhǎng)，m；h-儲(chǔ)層厚度，m；ΔP－注入壓差，MPa；Vin－注入速度，m3/h。

在其他參數(shù)不變的情況下，參考工藝實(shí)際技術(shù)性能，在模型中設(shè)置深穿透解堵工藝的解堵液濾失解堵半徑為0.2 m、0.5 m、1 m，計(jì)算出不同解堵液濾失解堵半徑下油井日產(chǎn)液量（見(jiàn)圖8）。

由圖8 可知，解堵液濾失解堵半徑越大，解堵效果越好，這是因?yàn)榻舛路秶酱?，解堵液改造?chǔ)層體積越大，產(chǎn)液量也就越高[25，26]。

圖8 不同解堵液濾失解堵半徑下的產(chǎn)能對(duì)比

計(jì)算得出不同解堵液濾失解堵半徑下的初期日產(chǎn)液量，當(dāng)解堵液濾失解堵半徑為0.2 m、0.5 m、1 m，日產(chǎn)液量分別為134 m3，185 m3，258 m3，產(chǎn)液量提升了3～6 倍。解堵液濾失解堵半徑每增加0.1 m，日產(chǎn)液量提高15～17 m3。

4 致密氣藏深穿透解堵數(shù)值模擬研究

海上M 氣田M1H 水平井在鉆井過(guò)程中受到完井液污染，導(dǎo)致氣井產(chǎn)氣量較低。經(jīng)研究認(rèn)為由于完井液長(zhǎng)期浸泡造成污染半徑較大，約為5 m，需要進(jìn)行深穿透解堵突破污染帶恢復(fù)氣井正常產(chǎn)能。

4.1 產(chǎn)能預(yù)測(cè)

4.1.1 深穿透解堵參數(shù)設(shè)置 根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置措施后儲(chǔ)層污染帶滲透率恢復(fù)至原始滲透率的80%，即0.64×10-3μm2，深部擴(kuò)容儲(chǔ)層滲透率為原始滲透率的1.2 倍，即0.96×10-3μm2。

在深穿透解堵裂縫穿出污染帶前提下，深穿透裂縫半長(zhǎng)分別取5 m、35 m、55 m。

4.1.2 深穿透裂縫半長(zhǎng) 在其他參數(shù)不變的情況下，計(jì)算得到不同深穿透裂縫半長(zhǎng)下深穿透解堵措施后日產(chǎn)氣量（見(jiàn)圖9）。

圖9 不同深穿透裂縫半長(zhǎng)下的產(chǎn)能對(duì)比

由圖9 可知，在裂縫半長(zhǎng)大于污染半徑5 m 時(shí)，繼續(xù)增加裂縫半長(zhǎng)，氣井的日產(chǎn)氣量變化較小，這是由于裂縫半長(zhǎng)在穿出污染帶后的儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)值較原始儲(chǔ)層滲透率變化較小，對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)甚微[27，28]。

由圖10 可知，當(dāng)深穿透裂縫半長(zhǎng)大于污染半徑時(shí)，計(jì)算得到深穿透解堵工藝措施后的日產(chǎn)氣量。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，得出深穿透解堵措施后一個(gè)月日產(chǎn)氣量，深穿透解堵后日產(chǎn)氣量為17 500 m3，較該井初期產(chǎn)能提高了3.2 倍。

圖10 深穿透裂縫半長(zhǎng)大于污染半徑情況下的產(chǎn)能

5 結(jié)論

（1）對(duì)于中高滲油藏，儲(chǔ)層物性恢復(fù)率、裂縫長(zhǎng)度、解堵液濾失解堵半徑對(duì)深穿透解堵效果均有較大影響。①對(duì)于中高滲油藏，儲(chǔ)層物性恢復(fù)率越大，解堵效果越好，當(dāng)儲(chǔ)層物性恢復(fù)率為60%、75%、90%時(shí)，產(chǎn)能提升5～6 倍，儲(chǔ)層物性恢復(fù)率每增加15%，產(chǎn)能增加20～30 m3/d；②在不穿透污染帶時(shí)，裂縫半長(zhǎng)越長(zhǎng)，日產(chǎn)液量越高，當(dāng)深穿透裂縫半長(zhǎng)為2 m、5 m、10 m，產(chǎn)能提升2～5 倍，裂縫半長(zhǎng)每增加1 m，產(chǎn)液量增加10～25 m3/d；③當(dāng)裂縫半長(zhǎng)穿過(guò)污染帶，裂縫半長(zhǎng)的大小對(duì)解堵效果影響甚微；④解堵液濾失解堵半徑越寬，解堵范圍越大，日產(chǎn)液量越高，當(dāng)解堵液濾失解堵半徑為0.2 m、0.5 m、1 m，產(chǎn)能提升3～6 倍。解堵液濾失解堵半徑每增加0.1 m，產(chǎn)能提高15～17 m3/d。

（2）對(duì)于致密氣藏，當(dāng)水平井存在污染時(shí)，解堵裂縫半長(zhǎng)一旦突破污染半徑，日產(chǎn)氣量增幅明顯，較該井初期產(chǎn)能提高3.2 倍，但繼續(xù)增加解堵裂縫半長(zhǎng)，日產(chǎn)氣量基本沒(méi)有變化；致密氣藏水平井要提高開(kāi)發(fā)效果，應(yīng)分段壓裂形成多條裂縫才能進(jìn)一步提高產(chǎn)量。