張賢松孫福街謝曉慶康曉東李保振

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室; 2.中海油研究總院)

渤海聚合物驅(qū)油藏技術(shù)經(jīng)濟界限及分類

張賢松1,2孫福街1謝曉慶1,2康曉東1,2李保振1,2

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室; 2.中海油研究總院)

根據(jù)油藏特征,利用經(jīng)濟分析和數(shù)值模擬手段,研究了渤海油田聚合物驅(qū)油藏篩選指標(biāo)的技術(shù)經(jīng)濟界限,把該地區(qū)適宜聚合物驅(qū)油藏細(xì)分為4類。潛力評價表明,渤海油田整體聚合物驅(qū)平均提高采收率可達(dá)5.92%,其中Ⅰ類和Ⅱ類油藏聚合物驅(qū)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較好、潛力大、風(fēng)險性小。目前,在渤海油田開展的聚合物驅(qū)礦場試驗取得了明顯的控水降水和增油效果,Ⅰ類和Ⅱ類油藏聚合物驅(qū)將成為該地區(qū)常規(guī)稠油提高采收率的主要技術(shù)方向。

渤海;聚合物驅(qū);油藏篩選指標(biāo);技術(shù)經(jīng)濟界限;油藏分類;潛力評價

陸地油田聚合物驅(qū)研究與實踐證明,油藏深度、油藏溫度、原油粘度以及地層水礦化度是影響其技術(shù)經(jīng)濟效果的主要油藏因素和篩選指標(biāo)。渤海油田以陸相沉積為主,油層非均質(zhì)性較強,原油粘度較大,水驅(qū)采收率不高,聚合物驅(qū)是提高這類油藏采收率的有效技術(shù)[1-3]。

與陸上油田相比,渤海油田聚合物驅(qū)各篩選指標(biāo)的分布區(qū)間大,尤其原油粘度偏大(圖1),地層水礦化度尤其是二價離子含量普遍偏高,有必要對油藏進(jìn)行詳細(xì)分類,并對聚合物驅(qū)提高采收率潛力進(jìn)行分類評價,從而降低該地區(qū)實施聚合物驅(qū)的風(fēng)險[4-5]。本文采用經(jīng)濟分析和數(shù)值模擬方法,給出了渤海油田聚合物驅(qū)篩選指標(biāo)的技術(shù)經(jīng)濟界限,篩選出適宜聚合物驅(qū)油藏33個,并劃分為4類油藏類型,其中Ⅰ類和Ⅱ類油藏聚合物驅(qū)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較好、潛力大、風(fēng)險性小。

圖1 陸地油田實施化學(xué)驅(qū)油藏和渤海油藏深度與地層原油粘度分布

1 聚合物驅(qū)經(jīng)濟及極限經(jīng)濟提高采收率

聚合物驅(qū)經(jīng)濟評價通常采用財務(wù)凈現(xiàn)值法,現(xiàn)金流出量只考慮投資、生產(chǎn)成本和稅收3項。聚合物驅(qū)凈現(xiàn)值的計算公式為

式(1)中:NPV為增量累積凈現(xiàn)值,元;i為計算時間,年,i=1,2,…,t;Qoi為年增油量,m3;Qpi為年注聚量,t;ic為期望收益率,%;Po為原油價格,元/m3;α為原油商品率,%;Is為單井投資增量費用,元/口; n為注入井井?dāng)?shù),口;Cm為增量生產(chǎn)費用,元/m3;Pp為聚合物價格,元/t;R為綜合稅率,%;Rs為資源稅稅率,%。

NPV=0時,由式(1)得到計算聚合物驅(qū)經(jīng)濟提高采收率的表達(dá)式為式(2)中:Roe為經(jīng)濟提高采收率,%;ro為年增油量占總增油量比例,%,∑ro=1;N為地質(zhì)儲量,m3;其他參數(shù)意義同前。

將渤海油田實施聚合物驅(qū)油藏的開發(fā)數(shù)據(jù)及聚合物驅(qū)的投資與成本代入式(2)中,取期望收益率為20%,得到聚合物驅(qū)在確定期望收益率下的經(jīng)濟提高采收率,見式(3)。如取期望收益率為行業(yè)基準(zhǔn)收益率12%,得到的則是極限經(jīng)濟提高采收率。

式(3)中各參數(shù)意義同前。

由式(3)可以得到渤海油田某油藏在不同單井增量投資、不同油價下的聚合物驅(qū)經(jīng)濟提高采收率圖版(圖2)。當(dāng)原油價格為60美元/桶,單井增量投資為400萬元/口時,該油藏聚合物驅(qū)經(jīng)濟提高采收率為5.84%,極限經(jīng)濟提高采收率為4.15%。

圖2 渤海油田某油藏聚合物驅(qū)經(jīng)濟提高采收率圖版(ic=20%)

2 聚合物驅(qū)油藏技術(shù)經(jīng)濟界限

利用數(shù)值模擬方法對地層溫度、原油粘度、地層水礦化度、鈣鎂離子含量等篩選指標(biāo)與聚合物驅(qū)提高采收率指標(biāo)的影響規(guī)律進(jìn)行研究,依據(jù)渤海油田聚合物驅(qū)經(jīng)濟提高采收率和極限經(jīng)濟提高采收率的研究結(jié)果,得到該地區(qū)聚合物驅(qū)油藏的技術(shù)經(jīng)濟界限。

2.1 地層溫度界限

聚合物溶液具有溫敏性,其粘度隨著溫度的升高而降低。從技術(shù)評價來看,目前渤海油田聚合物驅(qū)適用的油藏溫度最大值一般為93℃。根據(jù)聚合物溶液粘度與地層溫度關(guān)系,計算了渤海油田在不同地層溫度條件下的聚合物驅(qū)提高采收率值,如圖3所示,可以看出經(jīng)濟提高采收率值對應(yīng)的地層溫度值為82℃。因此,渤海油田聚合物驅(qū)地層溫度的技術(shù)經(jīng)濟界限為82℃。

圖3 渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率與地層溫度的關(guān)系曲線

2.2 原油粘度界限

研究表明,隨著稠油粘度的增大,水驅(qū)和聚合物驅(qū)的開發(fā)效果都變差[4-5]。利用數(shù)值模擬方法,研究了渤海油田不同原油粘度下聚合物驅(qū)提高采收率的變化規(guī)律,如圖4所示,可以看出原油粘度對聚合物驅(qū)提高采收率值存在最優(yōu)范圍:按經(jīng)濟提高采收率5.84%,聚合物驅(qū)原油粘度較佳范圍為155mPa·s;但按極限經(jīng)濟提高采收率4.15%,對應(yīng)的聚合物驅(qū)原油粘度則為300mPa·s。因此,渤海油田聚合物驅(qū)的原油粘度最大范圍可以放寬到300mPa·s。

圖4 渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率與原油粘度的關(guān)系曲線

2.3 地層水礦化度界限

聚合物溶液具有鹽敏性,其粘度隨著地層水礦化度的升高而降低,因而增粘效果變差,提高采收率的幅度變小。渤海油田篩選的聚合物在抗鹽性方面優(yōu)于其他類型聚合物,該類聚合物適用的最大地層水礦化度界限為20 000mg/L[6]。渤海油田地層水礦化度與聚合物驅(qū)提高采收率的關(guān)系曲線如圖5所示,結(jié)果表明經(jīng)濟提高采收率值5.84%對應(yīng)的地層水礦化度為17 000mg/L。因此,渤海油田聚合物驅(qū)地層水礦化度的技術(shù)經(jīng)濟界限為17 000mg/L。

圖5 渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率與地層水礦化度的關(guān)系曲線

2.4 鈣鎂離子含量界限

聚合物溶液具有顯著的鹽敏效應(yīng),尤其是二價離子含量對聚合物溶液的粘度有較大的負(fù)作用,從而影響聚合物驅(qū)的開發(fā)效果。渤海油田不同二價離子含量與聚合物驅(qū)提高采收率的關(guān)系曲線如圖6所示,可以看出隨著鈣鎂離子含量的增加,聚合物驅(qū)的提高采收率幅度變小,經(jīng)濟提高采收率值5.84%對應(yīng)的鈣鎂離子含量值為850mg/L,即聚合物驅(qū)地層水鈣鎂離子含量技術(shù)經(jīng)濟界限為850mg/L。

圖6 渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率與鈣鎂離子含量的關(guān)系曲線

2.5 油藏滲透率界限

由于聚合物溶液的增粘性,降低了其注入性。要滿足聚合物驅(qū)方案的配注量,則需要油藏具有較高的滲透性,當(dāng)滲透率低至一定的界限時,不能滿足方案要求的注入速度,影響聚合物驅(qū)的開發(fā)效果。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,渤海油田聚合物驅(qū)要求最大注入壓力不高于10 MPa,油藏滲透率與聚合物驅(qū)注入井井口壓力變化關(guān)系如圖7所示,可以看出對應(yīng)最大注入壓力10 MPa下的聚合物驅(qū)油藏滲透率下限為390mD;滲透率大于1 000mD后,注入井井口壓力變化不大。因此,渤海油田聚合物驅(qū)油藏滲透率的技術(shù)經(jīng)濟界限為1 000mD。

圖7 渤海油田不同油藏滲透率下聚合物驅(qū)注入井井口壓力變化曲線

3 聚合物驅(qū)油藏分類

依據(jù)上述聚合物驅(qū)篩選指標(biāo)的技術(shù)經(jīng)濟界限研究結(jié)果,并與美國國家石油委員會推薦的聚合物驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)、Taber1997年提出的聚合物驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)及陸地油田的聚合物驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)[7-11]進(jìn)行對比,可以確定渤海油田聚合物驅(qū)油藏指標(biāo)界限(表1),據(jù)此可篩選出渤海油田適合聚合物驅(qū)的油藏共有33個。

表1 渤海油田聚合物驅(qū)油藏指標(biāo)篩選界限

根據(jù)渤海油田油藏特點和聚合物驅(qū)實踐經(jīng)驗,首先以地下原油粘度為主控因素對油藏分類,然后按地層水礦化度和二價離子含量細(xì)分類,最后按地層溫度再界定類別。表2為渤海油田聚合物驅(qū)油藏分類界限。

表2 渤海油田聚合物驅(qū)油藏分類界限

針對渤海油田適宜聚合物驅(qū)油藏的地層溫度(T)、原油粘度(μ)、地層水礦化度(K)和二價離子含量(CM)等參數(shù)的分布區(qū)間有時存在不一致性,本文采用歐式距離方法確定油藏單元的類型。歐式距離指某油藏類型與分類標(biāo)準(zhǔn)的距離,其值越短,則該油藏屬于某類油藏的可能性就越大。將影響因素權(quán)重引入到歐式距離中,定義加權(quán)歐式距離對渤海油田聚合物驅(qū)油藏進(jìn)行分類。為消除不同參數(shù)間的量綱差異,需要將分類標(biāo)準(zhǔn)和油藏參數(shù)進(jìn)行歸一化處理。本次研究涉及到4個參數(shù),因此,歐式距離表示為4維空間,加權(quán)歐式距離表達(dá)式為

根據(jù)油藏分類指標(biāo),將每個參數(shù)落在某一分類區(qū)間的平均值作為該參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值;根據(jù)單因素影響數(shù)模計算結(jié)果,通過分析各參數(shù)對采收率的敏感程度確定各參數(shù)權(quán)重。針對某具體油藏的參數(shù),代入每類油藏所對應(yīng)的公式,分別求取加權(quán)歐式距離d值,哪類油藏的d值小,就把油藏劃歸到該類油藏。

根據(jù)上述方法,將渤海油田適合聚合物驅(qū)的33個油藏單元劃分到4種油藏類型中,結(jié)果顯示,Ⅰ類至Ⅳ類油藏數(shù)分別為11、12、7和3個,對應(yīng)所占石油地質(zhì)儲量比例分別為14.4%、66.5%、17.0%和2.1%,可見Ⅰ類和Ⅱ類油藏的地質(zhì)儲量比例超過80%。其中,Ⅰ類油藏聚合物驅(qū)條件最好,其地下原油粘度較小,地層水礦化度和二價離子含量較低,油藏溫度低,對聚合物驅(qū)的適應(yīng)范圍寬,提高采收率效果最好;而Ⅳ類油藏進(jìn)行聚合物驅(qū)的條件比較苛刻,屬于高粘或高溫或高鹽油藏,或?qū)儆诟邷馗啕}油藏,對聚合物的類型和性能要求較高,聚合物驅(qū)效果相對較差;Ⅱ類和Ⅲ類油藏條件居中,但Ⅱ類油藏條件好于Ⅲ類,聚合物驅(qū)可以取得相對較好的效果。

4 聚合物驅(qū)油藏潛力評價

按聚合物驅(qū)油藏類型,建立渤海油田聚合物驅(qū)分類潛力預(yù)測回歸模型,進(jìn)行了潛力預(yù)測。結(jié)果表明,渤海油田整體聚合物驅(qū)平均提高采收率可達(dá)5.92%,技術(shù)和經(jīng)濟效益較好。其中,Ⅰ類油藏提高采收率達(dá)7.37%,聚合物驅(qū)效果最好;Ⅱ類油藏提高采收率為6.21%,效果較好;Ⅲ和Ⅳ類油藏提高采收率低于5%。因此,Ⅰ類和Ⅱ類油藏實施聚合物驅(qū)風(fēng)險較小,是該地區(qū)實施聚合物驅(qū)提高采收率的主要油藏類型;而Ⅳ類油藏需要選擇耐溫抗鹽和增粘性能優(yōu)異的聚合物型,適宜在這類油藏的有利部位開展聚合物驅(qū)試驗,以驗證聚合物驅(qū)的可行性和經(jīng)濟性。

目前在渤海開展了3個油田共37口注聚井的礦場試驗,已累積增油達(dá)到350萬m3,取得了明顯的降水控水和增油效果;所實施的聚合物驅(qū)油藏類型均屬于Ⅰ、Ⅱ類,其油藏潛力評價的提高采收率指標(biāo)為6.5%～7.5%,和方案設(shè)計值較一致。

5 結(jié)束語

依據(jù)研究得出的渤海油田聚合物驅(qū)油藏技術(shù)經(jīng)濟界限,將該地區(qū)油藏細(xì)分為4類,篩選出該地區(qū)適宜聚合物驅(qū)油藏共有33個,其中I類和II類油藏的地質(zhì)儲量比例超過80%,聚合物驅(qū)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較好,實施聚合物驅(qū)風(fēng)險較小,是該地區(qū)實施聚合物驅(qū)提高采收率的主要油藏類型。目前在渤海油田Ⅰ類和Ⅱ類油藏開展的礦場試驗取得了明顯的控水降水和增油效果。聚合物驅(qū)將成為該地區(qū)常規(guī)稠油提高采收率的主要技術(shù)方向,而且潛力巨大。

[1]沈平平.提高采收率技術(shù)進(jìn)展[M].北京:石油工業(yè)出版社, 2006:1-24.

[2]周守為.中國海洋石油高新技術(shù)與實踐[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005:407-417.

[3]姜偉.加拿大稠油開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及我國渤海稠油開發(fā)新技術(shù)應(yīng)用思考[J].中國海上油氣,2006,18(2):123-125.

[4]張賢松,王海江,唐恩高,等.渤海油區(qū)提高采收率技術(shù)油藏適應(yīng)性及聚合物驅(qū)可行性研究[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009,16(5): 56-57.

[5]張賢松.渤海稠油油田聚合物驅(qū)適應(yīng)性油藏研究[C]∥高泳生,王志明,祁少云.中國油氣論壇·提高石油采收率專題論文.北京,2007:168-172.

[6]周守為,韓明,向問陶,等,渤海油田化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)研究及應(yīng)用[J].中國海上油氣,2006,18(6):386-389

[7]張愛美.勝利油區(qū)聚合物驅(qū)資源分類標(biāo)準(zhǔn)修訂及其評價[J].油氣地質(zhì)與采收率,2004,11(5):68-70.

[8]王代流.河流相沉積油藏聚合物驅(qū)油開發(fā)效果的影響因素[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009,16(1):62-65,68.

[9]TABER J J,MARTIN F D,SERIGHT R S.EORscreening criteria revisited—Part 1:Introduction toscreening[J].SPE Reservoir Engineering,1997,12(3):189-198.

[10]ALADASANI A,BAI B J.Recent developments and updatedscreening criteria of enhanced oil recovery techniques[C]. SPE 130726,2010.

[11]張賢松,孫福街,馮國智,等.渤海稠油油田聚合物驅(qū)影響因素研究及現(xiàn)場試驗[J].中國海上油氣,2007,19(1):30-34.

Reservoir technical-economic limit ofpolymer flooding and classification in Bohai Sea

Zhang Xiansong1,2Sun Fujie1Xie Xiaoqing1,2Kang Xiaodong1,2Li Baozhen1,2
(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Beijing,100027;2.CNOOC Research Institute, Beijing,100027)

The tools of economic analysis and numericalsimulation were used to research the technical-economic limit of reservoirscreening index forpolymer flooding in Bohai oilfields,and the reservoirssuitable topolymer flooding were divided into 4 types.Apotential evaluation has indicated that the recovery efficiency can averagely increase by 5.9% for the overallpolymer flooding in Bohai oilfields, with TypeⅠandⅡreservoirs being higher in the technical-economic index,greater inpotential and lower in risk forpolymer flooding.Currently,the field tests ofpolymer flooding in Bohai oilfields resulted insignificant effects in controlling and reducing water cut and increasing oilproduction.Thepolymer flooding for TypeⅠandⅡreservoirs has been themain direction of enhanced oil recovery technology in conventional heavy oil reservoirs,Bohai Sea.

Bohai Sea;polymer flooding;reservoirscreening index;technical-economic limit;reservoir classification;potential evaluation

2014-04-10改回日期:2014-05-30

(編輯:楊 濱)

張賢松,男,教授級高級工程師,1986年畢業(yè)于原華東石油學(xué)院,博士,長期從事油田開發(fā)及提高采收率技術(shù)工作。地址:北京市東城區(qū)東直門外小街6號海油大廈1704室(郵編:100027)。E-mail:zxsong6563@126.com。