曹瑞波

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

聚合物交替注入油層壓力擾動及流體竄流規(guī)律

曹瑞波

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對目前部分聚合物驅(qū)區(qū)塊出現(xiàn)的聚合物用量大、噸聚增油下降，致使聚合物驅(qū)效益逐漸變差的問題，提出了交替注入改善聚合物驅(qū)開發(fā)效果的新型驅(qū)油方法。通過建立非均質(zhì)油藏物理模型，應(yīng)用自動化巖心驅(qū)替裝置，研究了交替注入方式和單一段塞注入方式油層壓力擾動和流體竄流規(guī)律。結(jié)果表明:與單一段塞注入方式相比，交替注入方式改變了油層滲流壓力場和流體竄流規(guī)律，該注入方式有利于低滲層吸液，從而提高了低滲層的動用程度;交替注入較單一段塞注入提高采收率2個百分點左右，且降低聚合物用量25%左右。該研究成果一定程度上解釋了交替注入能夠改善開發(fā)效果的原因，為優(yōu)化聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)和注入方式提供指導(dǎo)，為交替注入技術(shù)的推廣提供理論依據(jù)。

聚合物驅(qū);單一段塞注入;交替注入;竄流;油層壓力;大慶油田

0 引言

大慶油田是世界上聚合物驅(qū)應(yīng)用規(guī)模最大的油田，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效果。但隨著注聚對象由一類油層轉(zhuǎn)向二類油層，沿用以往一類油層的注入?yún)?shù)和注入方式設(shè)計方法出現(xiàn)了不適應(yīng)性，表現(xiàn)為聚合物用量大、低滲層動用程度低等問題，致使聚合物驅(qū)效益下降［1-7］。因此，提出了不同黏度聚合物段塞交替注入技術(shù)，即通過不同分子質(zhì)量、不同濃度聚合物段塞交替注入改善非均質(zhì)油藏的聚合物驅(qū)油效果［8-10］。通過自動化巖心驅(qū)替裝置，建立非均質(zhì)油藏物理模型［11-13］，研究了單一段塞注入和交替注入方式下的油層壓力擾動和流體竄流規(guī)律，并驗證了交替注入方式的驅(qū)油效果。

1 實驗方法

1.1 物理模型設(shè)計

依據(jù)大慶油田油層物性及非均質(zhì)狀況，制作了層內(nèi)非均質(zhì)油層物理模型，物理模型由不同粒徑石英砂膠結(jié)而成。模型為長方體，寬和高為4.5 cm，長為60.0 cm。高、低滲透層等厚，高滲層有效滲透率為800×10-3μm2，低滲層有效滲透率為200× 10-3μm2，模型孔隙度為25%。為了研究聚合物交替注入對高、低滲透層壓力場變化的影響規(guī)律，擬通過以點帶面的研究方法，即通過局部壓力點的變化規(guī)律研究油層壓力場的變化規(guī)律。因此，在距物理模型注入端20、40 cm處設(shè)置2對測壓點，每對測壓點分別設(shè)置在高、低滲透層。

1.2 實驗裝置

實驗裝置主要由驅(qū)動系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、注采液量計量系統(tǒng)等組成。整個實驗過程和數(shù)據(jù)處理由計算機完成，實驗全部實現(xiàn)自動化，減少了誤差，提高了測量精確度。壓力控制系統(tǒng)主要由壓力傳感器組成，壓力傳感器與計算機相連，由計算機自動記錄注入壓力數(shù)據(jù)。

1.3 實驗方案

設(shè)計2組聚合物溶液滲流實驗方案［14-17］。方案1是采用高黏段塞和低黏段塞交替注入。高黏段塞聚合物分子質(zhì)量為2 500×104，濃度為2 000 mg/L，低黏段塞聚合物分子質(zhì)量為1 200×104，濃度為1 000 mg/L，高黏段塞黏度為185 mPa·s，低黏段塞黏度為45 mPa·s。方案2是整個聚合物滲流實驗過程只注入高黏段塞。方案1聚合物溶液總注入量為0.560倍孔隙體積，首先注入0.093倍孔隙體積的高黏段塞，然后注入0.093倍孔隙體積的低黏段塞，完成一個高黏段塞和一個低黏段塞的注入稱為一個交替周期，如此重復(fù)3個交替周期。方案2聚合物溶液總注入量為0.560倍孔隙體積，全程注入高黏段塞。

2 油層壓力擾動及流體竄流規(guī)律

2.1 壓力擾動規(guī)律

繪制方案1和方案2注入端壓力隨聚合物注入量變化曲線見圖1。由圖1可知，單一段塞注入方式在整個聚合物驅(qū)階段注入壓力持續(xù)上升，交替注入方式注入壓力呈震蕩上升趨勢，注低黏段塞階段壓力上升幅度減緩，注聚合物完成時，交替注入壓力升幅較單一段塞注入降低26%。該現(xiàn)象說明，交替注入可提高聚合物溶液的注入能力，防止了單一段塞注入造成的注入困難。對于交替注入方式，在注高黏段塞階段，聚合物溶液優(yōu)先進入高滲層，高滲層滲流阻力上升，當其滲流阻力高于低滲層時，低滲層開始優(yōu)勢吸液，而此時后續(xù)注入的低黏段塞分子質(zhì)量及濃度參數(shù)與低滲層較為匹配，于是低黏段塞大部分進入低滲層，且壓力升幅減緩。當?shù)蜐B層滲流阻力高于高滲層時，高滲層開始重新優(yōu)勢吸液，而此時注入的是與高滲層較為匹配的高黏段塞。如此交替若干個周期，可增加低滲透層的吸液量，有效動用低滲層的儲量［18-19］。

圖1 注入端壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

通過以點帶面的方法來研究高低滲透層壓力擾動規(guī)律。繪制距物理模型注入端20 cm處測壓點的低滲層與高滲層壓差隨聚合物注入量的關(guān)系曲線(圖2)。由圖2可知，交替注入改變了非均質(zhì)油層縱向壓力擾動規(guī)律。注聚合物期間，單一段塞注入測壓點的壓差始終為正值，即低滲透層始終處于相對高壓力狀態(tài)，交替注入方式測壓點的壓力正負交互分布，即高、低滲透層壓力交互占優(yōu)，局部壓力場擾動性增強。無論何種注入方式，隨著注聚合物量的增加，高、低滲層壓差呈擴大趨勢。

圖2 距模型注入端20cm處測壓點壓差與注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系

交替注入使非均質(zhì)油層縱向壓力場擾動性增強，有利于驅(qū)替液向低滲層竄流。采用單一段塞注入方式，低滲層始終處于相對高壓力狀態(tài)，其原因在于注入的高黏流體與低滲層不匹配，低滲層吸液比例小，導(dǎo)致滲流阻力大幅增加。低滲層很難大幅吸液，這從現(xiàn)場吸液剖面測試資料可得到證實。采用交替注入方式后，高滲層匹配高黏段塞，低滲層匹配低黏段塞，即注入流體與油層匹配性增強，致使高滲層也會出現(xiàn)相對高壓力時間段，此時高滲層流體會發(fā)生轉(zhuǎn)向，竄流到低滲層;另一方面，單一段塞注入聚合物溶液主要呈水平滲流狀態(tài)，油滴受力單一，使一部分油滴受水平方向束縛力的作用無法參與運移，交替注入后，在高、低滲透層縱向壓差的作用下，聚合物溶液垂向流動性增強，使一部分油滴參與垂向流動從而擺脫水平束縛狀態(tài)，進而在采出井采出。

2.2 流體竄流規(guī)律

繪制方案1和方案2低滲層相對注采液量隨聚合物注入孔隙體積倍數(shù)變化關(guān)系曲線(圖3)。相對注入量是指該層注入的液量占模型總注入液量的百分比，相對采出量是指該層采出的液量占模型總采出液量的百分比。由圖3可知，交替注入改變了不同滲透層之間流體竄流規(guī)律。單一段塞注入方式注入量大于采出量，沒有實現(xiàn)注采平衡，說明在注入過程中以低滲層流體向高滲層竄流為主。交替注入方式采出量大于注入量，說明在注入過程中以高滲層流體向低滲層竄流為主。經(jīng)統(tǒng)計，單一段塞注入低滲層累計采出量比注入量減少4.5%，交替注入低滲層累計采出量比注入量增加7.5%。

圖3 低滲層相對注采量隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

單一段塞注入方式和交替注入方式油層流體竄流規(guī)律不同，其原因可從圖2反映的壓力規(guī)律得到解釋。在圖2中，單一段塞注入方式油層縱向上低滲層始終處于相對高壓力狀態(tài)，為了保持壓力的平衡，在壓差的作用下，低滲層內(nèi)的流體向高滲層竄流。而交替注入方式油層縱向上高、低滲層壓力交互占優(yōu)，但從曲線形態(tài)上看低滲層優(yōu)勢較為明顯，因此，以高滲層流體向低滲層竄流為主。上述現(xiàn)象的最根本原因在于聚合物溶液與油層的匹配性問題，單一段塞注入方式聚合物溶液與油層不匹配，交替注入方式聚合物溶液與油層匹配性增強。

通過上述分析可知，交替注入方式能增大低滲層的吸液量。油田開發(fā)實踐表明，聚合物溶液在高滲層低效、無效循環(huán)，低滲層吸液量低、動用程度低，是制約聚合物驅(qū)開發(fā)效果的主要因素之一。因此，交替注入方式是提高油層動用程度、進一步改善聚合物驅(qū)開發(fā)效果的有效途徑。

3 交替注入開采效果

為驗證交替注入方式對驅(qū)油效果的影響，開展了2組物理模擬驅(qū)油實驗，物理模型長度為30 cm。一組實驗為單一段塞注入方式，注入0.560倍孔隙體積高黏段塞，聚合物濃度為2 000 mg/L;另一組實驗為交替注入方式，先注入0.093倍孔隙體積高黏段塞，再注入0.093倍孔隙體積低黏段塞，如此循環(huán)3個周期，總注入量為0.560倍孔隙體積，高黏段塞與低黏段塞聚合物濃度分別為2 000、1 000 mg/L。驅(qū)油實驗結(jié)果見表1。由表1可知，交替注入方式聚驅(qū)采收率提高值為25.7%，高出單一段塞注入方式2.6個百分點。值得說明的是，交替注入取得較好效果是在聚合物用量大幅下降的基礎(chǔ)上取得的。由上述實驗方案可知，交替注入方式較單一段塞注入節(jié)省聚合物用量25%。實驗結(jié)果說明，交替注入方式可進一步改善開發(fā)效果，且節(jié)省聚合物用量。

表1 驅(qū)油實驗結(jié)果數(shù)據(jù)

鑒于室內(nèi)實驗取得較好驅(qū)油效果，同時在機理研究取得突破的基礎(chǔ)上，2011年4月，大慶油田在采油一、二、三、六廠選擇了4個代表性區(qū)塊，開展了交替注入試驗研究(表2)。試驗實施后，4個試驗區(qū)有效厚度吸液比例明顯提高，薄差層動用程度增大，提高了30%以上。截至2013年12月試驗結(jié)束時，4個試驗區(qū)累計增油4.59×104t，降低聚合物用量26.4%，最終多提高采收率1.58個百分點，經(jīng)濟效益顯著。室內(nèi)實驗及現(xiàn)場試驗效果均表明，聚合物驅(qū)交替注入技術(shù)具有良好推廣應(yīng)用前景。

表2 交替注入試驗區(qū)概況

4 結(jié)論

(1)交替注入改變了非均質(zhì)油層壓力擾動規(guī)律。注聚期間，單一段塞注入方式低滲層始終處于相對高壓力狀態(tài)，交替注入方式高、低滲透層壓力交互占優(yōu)，局部壓力場擾動性增強。

(2)交替注入改變了不同滲透層之間流體竄流規(guī)律。單一段塞注入方式以低滲層流體向高滲層竄流為主，交替注入方式以高滲層流體向低滲層竄流為主，從而增加了低滲層的吸液量。

(3)室內(nèi)驅(qū)油實驗及現(xiàn)場試驗結(jié)果均表明，交替注入方式可較單一段塞注入方式提高采收率2個百分點左右，且降低聚合物用量25%左右。交替注入是改善聚驅(qū)開發(fā)效果、提高聚驅(qū)效率的有效方式。

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編輯王 昱

TE357.43

A

1006-6535(2015)05-0113-04

20150518;改回日期:20150803

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“二類油層聚合物驅(qū)進一步提高采收率配套技術(shù)”(2010F-1207)

曹瑞波(1977-)，男，高級工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學院石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事聚合物驅(qū)油技術(shù)研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.025