小議油井水鎖傷害模式的建立與應用

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前言

水鎖效應是油田開發中普遍存在的問題，在鉆井、完井、修井、增產措施及熱洗清蠟等作業過程中都不同程度地存在水鎖效應，導致油井減產甚至停產。由于低滲透油田孔隙喉道尺寸很小，毛細管阻力大，水鎖效應更為突出，如河口采油廠采油四礦大王北油田因油井水鎖導致減產的問題就較突出。因此，分析、研究水鎖效應產生的機理和影響因素，尋找防止水鎖損害的方法，建立大王北油田油井水鎖傷害預防管理模式，對改善低滲透油藏的開發效果和提高采收率具有重要意義。

一．大王北油田油井水鎖傷害預防管理模式的產生背景

大王北油田屬深層低滲透多薄層油藏，平均空氣滲透率27.8×10-3um2，孔隙度16.6%。在采油熱洗清蠟、井下作業過程中，時常發生水鎖效應。根據水鎖效應持續的時間，可以將水鎖效應分為二類：

第一類：輕微水鎖井，這類井熱洗或作業后含水大幅上升，日油下降，有的含水甚至達到100%，生產一段時間后（一般3-20天，平均6天），含水、產量才逐漸恢復到正常水平的井。不產生水鎖應的井，熱洗后一般不超過3天含水、產量就恢復正常。這類井由于有效生產時率降低，導致產量下降。

第二類：嚴重水鎖井，這類井熱洗或作業后含水大幅上升，長期居高不下，產量明顯下降，只有采取增產措施，含水、產量才能恢復到正常水平。這類井主要是作業后產生的，水鎖效應不易消除。

從2007年和2008年大王北油田相繼有29口油井作業后產生水鎖效應，日減產50噸，共減產近萬噸,并且產生水鎖效應的井數和影響的產量均呈逐年上升的趨勢。因此，分析、研究水鎖效應產生的機理和影響因素，尋找預防水鎖損害的方法，對改善低滲透油藏的開發效果和提高采收率具有重要意義。

二．大王北油田油井水鎖傷害預防管理模式的基本內涵

油井水鎖傷害預防管理模式就是通過低滲透砂巖儲層水鎖傷害理論分析和礦場井下作業分析，找出產生水鎖效應的主要因素；分析、總結油井產生水鎖后的產狀變化特征，為判斷油井是否產生水鎖效應提供標準；通過滲流機理分析，建立儲層水鎖敏感性評價公式，對各油井主動層進行水鎖敏感性評價，對敏感井層制定相應的對策；對油井進行地層壓力分級，并制定一個合理的洗井壓力上限，防止水鎖的產生，逐步建立一套適合于大王北油田油井水鎖傷害預防的管理模式。

油井水鎖傷害預防管理模式主要特點:一是系統性非常強，從水鎖評價標準、診斷標準、水鎖預測到預防措施，從熱洗水溫、熱洗方式、熱洗壓力到熱洗水量，一環扣一環；二是經礦場檢驗，該管理模式適應性好；三是該管理模式的建立過程緊密結合礦場實踐，所以可操作性強。

三．大王北油田油井水鎖傷害預防管理模式的主要內容

（一）油井產生水鎖傷害的機理分析

1、低孔、低滲、強親水是油井產生水鎖的內因

由于儲層巖石表面性質屬強親水型，毛管力（Pc=(2σcosθ)/r）的方向正好與原油流動方向相反，因而造成毛管力成為原油流動的阻力（見附圖2）。

外來水進入儲層后，會產生大量的乳化液滴，乳化液滴在通過巖心孔隙的喉道處時，會因為賈敏效應而產生一個附加阻力（P乳滴＝2σ（1/R″-1/R′）），這是導致水鎖的主要阻力（見附圖3）。

2、油井產生水鎖的外因

（1）束縛水飽和度高，平均38%。根據加拿大學者D.B.Bennion以及西南石油學院楊建軍等人的研究，束縛水飽和度越高越容易產生水鎖效應。

（2）地層壓力低，地層壓力25MPa，壓降6.0MPa，平均動液面1658m。地層壓力越低，水相侵入地層的深度越深，水鎖傷害越嚴重。

（3）多孔介質中油水微觀分布影響

根據我國著名的油層物理專家何更生教授的研究，一般下，油水系統在儲層中多是以“渠道流態”的形式沿各自的一套相互連通的渠道網流動。這些渠道往往被液-液界面或液-固界面所包圍，盤繞迂回。當流體飽和度變化時，流動渠道網絡的幾何形狀也隨之以改變。我們可以將此理論稱為“渠道流”理論。

根據“渠道流理論”，入井液被泵車壓力和靜水柱壓力擠入地層。一部分進入水流渠道，地層含水飽和度升高，水相滲透率上升，水流渠道增加，產水量增加。一部分進入油流渠道，含油飽和度下降，油流渠道減少，油相滲透率下降，產油量下降。

3、油井產生水鎖的誘因：洗井壓差高，泵車壓力與靜水柱壓力之和高于地層壓力。因為只有泵車壓力與靜水柱壓力之和高于地層壓力，大量的入井液才有可能進入地層，如果開井后油層又無足夠的壓力將水從毛細管中驅出地層，水鎖就產生了。大王北油田平均油層中深3150米，尾管深度2000米，洗井時從井口到尾管處的靜水柱壓力就達20MPa，尾管以下混合液的液柱壓力為10.81MPa，整個液柱壓力為30.81，再加上泵壓（一般情況下為8MPa），達到38.81MPa，而目前平均地層壓力為25MPa，所以入井液很容易進入地層。

（二）油井產生水鎖后的產狀變化特征分析

1、一般情況下，油井產生水鎖前的綜合含水滿足條件：10%≤含水≤40%。

2、油井產生水鎖后：產水量上升，平均單井日產水上升2.5噸；含水大幅度上升，平均單井上升20％；產油量明顯下降，平均單井日油下降2.5噸；絕大部份井液量不降而且還略有上升，平均單井日液上升0.3噸。

（三）建立水鎖敏感性評價數學模型和和評價標準

1、借鑒有關學者的研究成果,并統計分析已產生嚴重水鎖效應井\輕微水鎖井\未產生水鎖井的滲透率和初始含水飽和度的關系,建立了儲層水鎖敏感性評價公式。經驗證，該公式適應性好。

APTi=2.5-(0.25lgKa+2.2Swi)

APTi—水鎖指數；

Ka—氣測滲透率，10-3um2；

Swi—初始含水飽和度，%；

APTi<0.3表示水鎖效應不明顯；

0.3≤APTi<0.4表示對水鎖效應有潛在的敏感性；

APTi≥0.4一般表示如果水基流體被驅替或自吸入地層，會出現明顯的水鎖問題。

2、大王北油田油井水鎖敏感性評價

對各油井關鍵是主動層進行水鎖敏感性評價，發現有58口井對水鎖效應有潛在的敏感性，有39口井屬于水鎖敏感井。油井水鎖敏感性評價為水鎖預防指明了方向

（四）預防水鎖效應的技術對策

1、控制壓差，避免入井液進入地層

（1）制定熱油或熱水不壓井清蠟技術操作規范（不用水泥車），并在85口油井上進行推廣，取得了很好的社會和經濟效益。

（2）優化作業工序和相關參數，重點控制洗井壓力，并設計大王北油田作業洗井壓力控制流程圖。

2、在敏感井作業熱洗清潔井筒時，根據各油井的壓力，制定一個合理的洗井壓力上限，如果壓力高于上限值，則停止洗井或者減小排量，避免作業時產生水鎖傷害。日常熱洗清蠟時采取熱油或熱水低壓熱洗，減少或避免了進入地層的入井液量，縮短了排水時間，減輕或避免第一類水鎖效應產生。

3、提高返排速度，對個別敏感井使用調速電機等技術，作業或熱洗清蠟后初期，通過調高沖次提高理論排量盡快排出入井液，減少入井液在地層的滯留時間，含水正常后再將沖次調整到正常水平。

4、延長油井免修期，減少作業次數。考察嚴重水鎖井，有的井由于頻繁作業導致水鎖效應產生或者加重，所以延長油井免修期，能有效避免或減輕作業時產生的水鎖效應。