鄭 偉，張賢松，陳付真，姜漢橋，陳民鋒

(1.中海油 研究總院，北京 100027； 2.中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京 102249)

渤海油田不同時機聚合物驅油效果研究

鄭 偉1，張賢松1，陳付真2，姜漢橋2，陳民鋒2

(1.中海油 研究總院，北京 100027； 2.中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京 102249)

為研究海上油田不同時機聚合物驅油效果，使用渤海油田的油藏數(shù)據(jù)，采用物理模擬實驗和數(shù)值模擬相結合的方法分析了不同時機聚合物驅在波及面積、無水采油期和驅替前緣形態(tài)等方面的特征。為兼顧不同時機聚合物驅增油及降水效果，定義綜合換油率來表征不同時機聚合物驅油效果。結果表明，與中后期聚合物驅比較，早期聚合物驅前緣推進均勻，注入水突破時間延遲，波及效率高，油藏驅替效果得到改善。注聚合物時機較早，開發(fā)早期綜合換油率較高，早期聚合物驅能在有限的時間內(nèi)將增油和降水的作用發(fā)揮得更好。對于受開發(fā)時間限制及要求高速高效開發(fā)的海上油田，早期聚合物驅技術優(yōu)勢明顯。

海上油田；早期聚合物驅；增油降水效果；綜合換油率

聚合物驅通過改善流度比，有效地提高驅替介質(zhì)的波及效率，降低含油飽和度，從而提高原油采收率[1-3]。聚合物驅已在我國陸上油田得到了廣泛應用，并取得了較好的開發(fā)效果[4-6]。

我國渤海海域蘊藏著豐富的油氣資源[7]，對比各種提高采收率方式，渤海油田形成了以聚合物驅為主的提高采收率技術[8-9]。鑒于海上油田開發(fā)平臺壽命的時效性和開發(fā)投資的風險性，決定了海上油田實施聚合物驅技術應突出一個“早”字[10]。為研究海上油田不同時機聚合物驅驅替效果，采用物理模擬實驗和數(shù)值模擬相結合的方法分析了不同時機聚合物驅在波及面積、無水采油期和驅替前緣形態(tài)等方面的特征，為海上油田早期聚合物驅確定最優(yōu)注聚時機提供一定參考。

1 不同時機聚合物驅效果實驗

1.1 室內(nèi)平板模型物理模擬實驗

根據(jù)渤海L油田實際的油藏流體數(shù)據(jù)，建立相應的物理模擬實驗裝置，模擬均質(zhì)、單層、直井一注一采的條件下，不同時機聚合物驅在波及面積、無水采油期及驅替前緣形態(tài)等方面的差異，為渤海油田早期聚合物驅提供依據(jù)。

1.1.1 實驗準備

(1)實驗材料

①實驗裝置如圖1所示。平板模型大小為40 cm×40 cm×0.8 cm，用不同目數(shù)的石英砂混合裝填模型，滲透率2 500×10-3μm2，用Φ3 mm實驗用鋼管模擬注入、采出井點。

圖1 物理模擬實驗裝置

②實驗用油為人工配制油，65 ℃下模擬油黏度為13.0 mPa·s；水驅用水及配置聚合物用水均為渤海油田注水泵后水樣，礦化度8 877.68 mg/L，65 ℃下測量黏度為0.8 mPa·s(染藍色)。

③聚合物選用AP-P4疏水締合聚合物，分子量約1 250萬，質(zhì)量濃度1 600 mg/L，經(jīng)熟化剪切后測定65 ℃下黏度約為20 mPa·s(染紅色)。

④實驗在恒溫65 ℃下進行。

(2)實驗方案及步驟

方案1：水驅。

方案2：水驅見水后轉聚合物驅，模擬油田早期注聚。

方案3：直接聚合物驅，模擬油田早期注聚。

實驗步驟：

①將填砂管巖心飽和渤海油田注水泵后水樣(模擬地層水)，測量水驅滲透率；

②用事先配制的實驗用白油驅替裝置內(nèi)地層水(模擬原始油藏)；

③恒溫箱內(nèi)65 ℃條件下用平流泵以1 mL/min的速度注水，觀察并記錄不同時間的波及面積。

④根據(jù)方案要求，在與步驟③同等條件下進行聚合物驅。

1.1.2 實驗結果及結論 水驅、直接聚合物驅及水驅后轉聚驅各實驗在不同時間的波及形態(tài)如圖2所示。通過對比可以看出，由于不利的水油流度比，水驅前緣出現(xiàn)明顯的突進現(xiàn)象，而直接聚合物驅由于聚合物溶液改善了流度比，前緣推進較均勻，基本不出現(xiàn)突進現(xiàn)象，因此延緩了見水時間，提高了波及效率。經(jīng)統(tǒng)計，水驅方案見水總耗時90 min，直接聚合物驅方案見聚耗時150 min，可見早期聚合物驅比水驅擁有更長的無水采油期。

不同實驗見水(聚)時波及形態(tài)如圖3?？梢灾庇^看到直接聚合物驅見聚時的波及面積明顯大于水驅轉聚驅方案，水驅方案見水時的波及面積最小。

圖2 不同方案實驗不同時間的波及形狀

圖3 不同方案實驗見聚(水)特征對比

1.2 室內(nèi)物理模擬巖心驅替實驗

1.2.1 實驗準備 實驗材料：①巖心長度50 cm，截面半徑2.5 cm；各方案巖心氣測滲透率見表1；②流體等其他參數(shù)同平板模擬實驗。

表1 各方案對應的巖心滲透率及孔隙度

1.2.2 實驗結果及結論 為對比不同時機聚合物驅效果，設計5種實驗方案并統(tǒng)計相同注入倍數(shù)(2.0 PV)下采出程度提高幅度(表2)。從表2可以看出，轉注聚時機較早，采出程度提高幅度較大，開發(fā)效果較好。

表2 實驗方案結果

2 不同時機聚合物驅數(shù)值模擬效果

2.1 水驅與直接聚驅效果比較

為了對比驗證物理模擬實驗結論，以及進一步量化實驗結果，結合實驗過程中的具體參數(shù)建立了與實驗物理模型相對應的典型數(shù)值模擬模型。

(1)典型模型的建立

為了便于研究，簡化問題，參考渤海L油田相關數(shù)據(jù)，利用Eclipse數(shù)值模擬軟件，建立典型模型：①無氣頂和底水、層狀油藏，構造頂深1 500 m，X、Y、Z方向網(wǎng)格數(shù)分別為50，50，1，網(wǎng)格步長分別為10 m、10 m、10 m；②PVT、相對滲透率曲線等巖石流體數(shù)據(jù)采用渤海L油田實際數(shù)據(jù)(地下原油黏度為13.1 mPa·s)；③平均滲透率為3 000×10-3μm2，平面變異系數(shù)為0.6；④注入聚合物質(zhì)量濃度為1 600 mg/L(地下黏度約為4.5 mPa·s)，聚合物注入總量為320 PV·mg/L，不可及孔隙體積為0.18，殘余阻力系數(shù)為2.5；⑤注采井距300 m；⑥注入速度0.04 PV/a，注采比1.0。

(2)直接聚驅與水驅開發(fā)效果對比

不考慮縱向非均質(zhì)性，對比水驅、直接聚驅2種開發(fā)方式的開發(fā)效果。根據(jù)數(shù)值模擬得到水驅和直接聚合物驅注入水突破時剩余油飽和度分布見圖4，不同開采方式下采出程度與含水率關系見圖5。

圖4 注入水突破時剩余油飽和度分布

圖5 不同方案采出程度與含水率關系

從圖4可以看出，注入水突破時，與水驅相比較，直接聚合物驅波及前緣推進相對均勻，波及面積明顯大于水驅，波及區(qū)域內(nèi)含油飽和度更低。統(tǒng)計水驅與直接聚驅方案注入水突破時間分別為608 d和950 d，聚合物驅推遲注入水突破時間342 d。注入水突破時，兩者的波及效率分別是32.0%和42.4%，采出程度分別為9.7%和14.7%。兩種方案的采出程度與含水率曲線形態(tài)差異較大(圖5)，直接聚驅無水采油期較長，含水上升緩慢，累積產(chǎn)油量主要集中在中低含水期內(nèi)。由此可見，直接聚合物驅能夠有效改善流度比，延緩注入水突破時間，提高波及效率，降低含油飽和度，提高原油采收率。

2.2 不同時機聚合物驅效果對比

針對渤海L油田油層多、非均質(zhì)性強的特點，單層模型不能很好地描述實際油藏的特點，在上述模型的基礎上，考慮油層縱向非均質(zhì)性，建立一注四采模型。模型主要參數(shù)如下：X、Y、Z方向網(wǎng)格數(shù)分別為30、30、5，網(wǎng)格步長分別為20 m、20 m、7 m；縱向變異系數(shù)0.6；井距300 m。

不同時機聚合物驅采出程度與含水率關系曲線見圖6。早期聚合物驅，含水率上升緩慢，沒有出現(xiàn)下降漏斗或者下降漏斗不明顯，隨著注聚合物時機的延后，含水率曲線逐漸出現(xiàn)了下降漏斗，且越來越明顯。早期聚合物驅有推遲油井見水、減緩含水上升的作用。聚合物驅時機越早，中低含水期日產(chǎn)油越高，且相對穩(wěn)定時間明顯延長，這也是早期聚合物驅增油效果特征之一。與水驅比較，各個時期轉注聚合物驅采出程度均有大幅度提高。轉注時機越早，能夠獲得更高的采出程度和更低的含水率，開發(fā)效果越好，在開發(fā)前中期效果尤為明顯，這對于海上油田由于受開發(fā)時間限制及高速高效開發(fā)的需求，早期聚合物驅顯得尤為重要。

圖6 不同時機聚合物驅采出程度與含水率關系

為比較不同時機聚合物驅效果，以水驅方案為基礎，采取3種不同方法統(tǒng)計各方案在不同時間點的采出程度提高值：①統(tǒng)計投產(chǎn)開始后的第10、15年指標；②統(tǒng)計開始注聚后的第10、15年指標；③統(tǒng)計含水率達到90%、95%時的指標。結果見表3。對各種統(tǒng)計方法的指標作橫向對比可以看出，隨著注聚合物時機的提前，不管是以投產(chǎn)后的絕對時間點還是以注聚后的相對時間點亦或是以含水率進行統(tǒng)計，其采出程度提高值呈增大趨勢；聚合物驅時機越早，增油效果越好。同時對不同統(tǒng)計方法的指標作縱向對比，以絕對時間指標為例，投產(chǎn)后第10年直接注聚的采出程度提高值比fw=70%注聚高出5.26%，而投產(chǎn)后第15年降為1.23%?？梢钥闯?，隨著開發(fā)時間的延長，早期聚合物驅與中后期聚合物驅之間的差異越來越小，早期聚合物驅增油優(yōu)勢逐漸被淹沒，即聚合物驅大部分效益集中在開發(fā)前中期。數(shù)值模擬結果也說明了對于受開發(fā)時間限制(或要求高速高效開發(fā)油田)的海上油田，早期聚合物驅技術優(yōu)勢明顯，與物理模擬實驗結果一致。

表3 不同時機聚合物驅采出程度提高值

聚合物驅開發(fā)過程主要包括前期水驅、中間聚合物驅及后續(xù)水驅3個階段，不同聚合物驅時機體現(xiàn)在聚合物驅前注入水量的多少(圖7)。早期聚合物驅前期注水量較小(甚至不注水)；中后期聚合物驅前期水驅時間較長，注水量較大。比較不同時機聚合物驅開發(fā)效果，實質(zhì)上需要比較在整個開發(fā)過程中前期水驅、聚合物驅及后續(xù)水驅不同組合方式下的整體開發(fā)效果。

圖7 不同時機聚合物驅示意圖

聚合物驅開發(fā)效果體現(xiàn)在相同注入倍數(shù)條件下增產(chǎn)油量和少產(chǎn)水量上。為比較不同時機聚合物驅在整個開發(fā)過程中增油降水的綜合驅替效果，定義綜合換油率

不同時機聚合物驅開發(fā)過程綜合換油率如圖8所示?？梢钥闯觯⒕酆衔飼r機較早，開發(fā)早期綜合換油率較高，增油及降水效果優(yōu)勢較明顯。早期聚合物驅能在有限的時間內(nèi)將增油和降水的作用發(fā)揮得更好。因此，從技術角度出發(fā)，注聚合物時機越早，綜合效果越好。

圖8 不同時機聚合物驅綜合換油率

3 結 論

(1)室內(nèi)均質(zhì)玻璃平板模型實驗表明，直接聚驅前緣推進較均勻，延緩見水時間，波及面積明顯大于水驅及水驅轉聚驅方案，波及效率較高。

(2)填砂巖心驅替實驗表明，直接注聚方案含水不產(chǎn)生下降漏斗，油井見水后再注聚會有含水下降漏斗出現(xiàn)，且隨著含水的增加，漏斗出現(xiàn)時間越晚。轉注聚時機較早，提高采出程度幅度較大，開發(fā)效果較好。

(3)利用油藏數(shù)值模擬對實驗結果進行驗證并定量化，同時提出綜合換油率概念來表征不同時機聚合物驅整體效果。模擬結果表明，聚合物驅時機較早，采出程度提高幅度較大，開發(fā)前中期綜合換油率較高，增油及降水效果優(yōu)勢越明顯。早期聚合物驅能在有限的時間內(nèi)將增油和降水的作用發(fā)揮得更好。對于海上油田，由于受開發(fā)時間限制和高速高效開發(fā)的要求，早期聚合物驅技術優(yōu)勢明顯。

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責任編輯：賀元旦

2014-12-10

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”課題“海上稠油化學驅油技術”(編號:2011ZX05024-004)

鄭偉(1984-)，男，博士，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究。E-mail：weizheng_0601@163.com

1673-064X(2015)02-0060-05

TE357.46

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