劉衛(wèi)東 ，王高峰 ，廖廣志，王紅莊 ，王正茂，王強 ，王正波

（1. 提高采收率國家重點實驗室，北京 100083；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007）

0 引言

中國陸上老油田絕大多數(shù)已進入高含水后期，單井產(chǎn)量持續(xù)遞減，水驅(qū)后轉(zhuǎn)變開發(fā)方式、大幅度提高采收率技術的應用效果逼近經(jīng)濟效益零點。“二三結合”開發(fā)模式將水驅(qū)井網(wǎng)整體加密為主的二次采油生產(chǎn)調(diào)整、轉(zhuǎn)換開發(fā)方式為主的三次采油井網(wǎng)部署統(tǒng)一考慮，協(xié)同優(yōu)化，分步實施，實現(xiàn)油田最終采收率最高、全生命周期綜合效益最大[1-7]。目前，化學驅(qū)是中國最成熟的三次采油技術，水驅(qū)后轉(zhuǎn)化學驅(qū)的中高滲油藏是“二三結合”項目的主要實施油藏類型[8-13]。

基于化學復合驅(qū)的“二三結合”項目往往涉及井網(wǎng)加密調(diào)整[4,7]，以建立高效的注采壓力系統(tǒng)，保障足夠高的注采液量與采油速度。準確預測化學復合驅(qū)“二三結合”項目年產(chǎn)量變化對提高開發(fā)方案設計質(zhì)量、確定產(chǎn)能建設投資和保障項目效益具有重要意義。

目前化學復合驅(qū)生產(chǎn)效果研究主要借助室內(nèi)實驗和油藏數(shù)值模擬[5,14]，采用油藏數(shù)值模擬方法可預測化學驅(qū)“二三結合”項目產(chǎn)量，但乳化、流體-巖石作用等復雜驅(qū)油機理很難準確量化表征，在一定程度上影響了其可靠性，尤其對滲透率較低的油藏影響更大；此外，數(shù)值模擬技術要求高，耗費時間長，不便于油田人員使用。預測化學復合驅(qū)“二三結合”項目產(chǎn)量的實用油藏工程方法大致分為 3類：①結合實際區(qū)塊物性參數(shù)，進行大量正交方案的數(shù)值模擬，再采用統(tǒng)計分析方法對模擬結果進行數(shù)理統(tǒng)計，確定計算合理注水量的實用公式，隨后根據(jù)井組注采平衡和地層系數(shù)劈分計算出單井各層段產(chǎn)液量[14-15]，該方法需進行大量的數(shù)值模擬計算，耗時長；②統(tǒng)計分析已實施化學驅(qū)項目產(chǎn)量變化特征并與油藏條件、轉(zhuǎn)驅(qū)時機和化學驅(qū)技術類型等建立定量聯(lián)系[16]，該方法屬經(jīng)驗參照法，應用于新區(qū)局限性明顯；③首先采用油藏工程方法計算注入量，再根據(jù)注采平衡，綜合考慮合理注入速度、注采關系、井網(wǎng)井距等因素，計算化學驅(qū)油井產(chǎn)液量，但不能預測產(chǎn)量[17]。

本文根據(jù)油藏工程基本原理，結合化學復合驅(qū)提高采收率的主要機理和油田開發(fā)實際經(jīng)驗，借鑒改質(zhì)水驅(qū)砂巖油藏生產(chǎn)動態(tài)預測方法[18]，建立了化學驅(qū)“二三結合”項目整體產(chǎn)量預測方法框架，提出了空白水驅(qū)階段結束后轉(zhuǎn)化學復合驅(qū)并見效后“二三結合”產(chǎn)量指標預測油藏工程方法，并以遼河油田錦16和大港油田港西三區(qū)兩個無堿二元驅(qū)項目為例驗證了方法的可靠性。

1 “二三結合”項目產(chǎn)量構成

基于化學驅(qū)的“二三結合”項目往往涉及井網(wǎng)加密調(diào)整，如將井距300 m左右的水驅(qū)井網(wǎng)加密到150 m左右，以建立高效的注采壓力系統(tǒng)，保證足夠高的注采井液量。采用油藏工程方法預測化學驅(qū)“二三結合”項目產(chǎn)量，須明確加密前水驅(qū)老井網(wǎng)的產(chǎn)量、加密后“二三結合”新井網(wǎng)在空白水驅(qū)階段的產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化學驅(qū)后在空白水驅(qū)基礎上提高的產(chǎn)量之間的關系。

加密前水驅(qū)老井網(wǎng)的年產(chǎn)量等于其油井數(shù)與水驅(qū)老井網(wǎng)單井年產(chǎn)量的乘積：

加密后“二三結合”新井網(wǎng)空白水驅(qū)階段的產(chǎn)量等于新井網(wǎng)的油井數(shù)與水驅(qū)單井年產(chǎn)量的乘積：

將“二三結合”新井網(wǎng)和水驅(qū)老井網(wǎng)的生產(chǎn)井數(shù)之比記為rwell3/2，即：

將新老井網(wǎng)的水驅(qū)單井產(chǎn)量之比記為λo，即：

對于砂巖油藏，新井網(wǎng)水驅(qū)單井產(chǎn)量qow2+3往往低于老井網(wǎng)的單井產(chǎn)量qowold；而對于礫巖油藏，新井網(wǎng)水驅(qū)單井產(chǎn)量往往高于老井網(wǎng)（見表1）。

表1 “二三結合”項目水驅(qū)階段單井產(chǎn)量對比

化學驅(qū)“二三結合”項目整體產(chǎn)量可表示為在空白水驅(qū)階段產(chǎn)量基礎上提高的倍數(shù)：

將（1）—（4）式代入（5）式，整理后得到：

在上式中，老井網(wǎng)生產(chǎn)井數(shù)、老井網(wǎng)水驅(qū)單井產(chǎn)量、新老井網(wǎng)生產(chǎn)井數(shù)之比、新老井網(wǎng)水驅(qū)單井產(chǎn)量比為已知，只有化學驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為未知，預測化學復合驅(qū)“二三結合”項目整體產(chǎn)量，首先需確定化學驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)。

2 化學復合驅(qū)產(chǎn)量預測方法

2.1 化學復合驅(qū)采收率計算方法

將轉(zhuǎn)入化學復合驅(qū)開發(fā)時的油藏視為新油藏。該新油藏的地質(zhì)儲量等于轉(zhuǎn)驅(qū)時的剩余地質(zhì)儲量。水驅(qū)波及系數(shù)定義為水驅(qū)采收率與水驅(qū)油效率之比，即：

將化學復合驅(qū)波及體積修正因子η定義為常規(guī)水驅(qū)波及系數(shù)與化學復合驅(qū)波及系數(shù)的比值：

對于該新油藏，化學復合驅(qū)采收率等于化學復合體系的驅(qū)油效率乘以其波及系數(shù)，即：

基于轉(zhuǎn)驅(qū)時剩余地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)采收率和基于原始地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)采收率之間存在關系：

聯(lián)立（7）—（10）式，整理得基于原始地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)采收率：

從推導過程可知，上式對于油藏任意部位的采收率計算都適用。雖然注入時機影響非均質(zhì)油藏化學復合驅(qū)效果，但相同體系驅(qū)替至極限含水率 98%時的殘余油飽和度或驅(qū)油效率受注入時機影響很小（例如大港油田古近系孔店組一段巖心直接進行聚合物-表面活性劑二元驅(qū)的驅(qū)油效率為 66.5%，含水率 80%和含水率 95.8%時轉(zhuǎn)二元驅(qū)的驅(qū)油效率分別為 66.1%和67.2%，3種情況的差異甚?。?，殘余油飽和度可視為定值，則基于轉(zhuǎn)驅(qū)時剩余油飽和度的新油藏的化學體系驅(qū)油效率為：

假設不進行化學復合驅(qū)而是繼續(xù)水驅(qū)，則基于剩余油飽和度的新油藏的水驅(qū)油效率為：

2.2 化學復合驅(qū)產(chǎn)量變化規(guī)律

油藏可被剖分為一系列網(wǎng)格Gi，化學復合驅(qū)階段亦可劃分為一系列時間步 Δti；在 Δti內(nèi)注入流體能夠完全波及網(wǎng)格Gi，則該時間內(nèi)油藏采出程度增量近似等于相應網(wǎng)格Gi的采收率，即：

若新井網(wǎng)不進行化學驅(qū)而是持續(xù)注水，Δti內(nèi)基于剩余地質(zhì)儲量的水驅(qū)階段采出程度為：

聯(lián)立（11）、（14）和（15）式，可得到：

根據(jù)前述采油速度的涵義，（16）式兩端同時乘以原始地質(zhì)儲量No（No=VpSoiBoρo）后整理可得：

化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)FChemW可定義為化學復合驅(qū)產(chǎn)量與同期常規(guī)水驅(qū)產(chǎn)量之比（（18）式），結合“二三結合”新井網(wǎng)的水驅(qū)遞減規(guī)律和化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)可得化學復合驅(qū)產(chǎn)量。

2.3 化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)工程算法

由于化學復合驅(qū)和水驅(qū)的殘余油飽和度可視為定值。將（12）、（13）式帶入（18）式可得：

對于水驅(qū)老油田，在油田長期開發(fā)過程中，存在分層注水、調(diào)剖調(diào)驅(qū)、周期注水、注采壓力調(diào)整等水動力學時間累積效應。根據(jù)油田開發(fā)經(jīng)驗和理論研究，中高滲透油藏常規(guī)井網(wǎng)水驅(qū)波及系數(shù)接近0.900[19-24]，例如港西三區(qū)水驅(qū)波及系數(shù)為 0.880，而錦 16高—特高滲透油藏水驅(qū)波及系數(shù)則高達 0.947。油田開發(fā)實踐中，投產(chǎn)時含水率和產(chǎn)量與油田開發(fā)初期井含水率和產(chǎn)量相近的加密井比例極低，表明注入水幾乎波及全油層。因此，可將實際波及系數(shù)表示為：

權值ω（0<ω<1.0）反映了剩余油分布均勻程度，分布越均勻，ω越大。

理論波及系數(shù)等于基于原始地質(zhì)儲量的常規(guī)水驅(qū)采收率與初始水驅(qū)油效率之比：

對于準備實施化學復合驅(qū)的水驅(qū)老油田，剩余油分布整體呈現(xiàn)“高度分散，相對富集”的格局[19]，可認為剩余油分布總體均勻，故推薦：

水驅(qū)波及區(qū)采出程度顯然高于油層整體采出程度。實際波及區(qū)采出程度與油藏整體采出程度的關系可根據(jù)物質(zhì)平衡得到：

“二三結合”新井網(wǎng)平均井距通常在100～200 m，往往小于砂體展布寬度（見表 2）。不論對于水驅(qū)還是化學復合驅(qū)，這種小井距特點可保障新井網(wǎng)驅(qū)替的高效性，具有很高的儲量動用程度和波及系數(shù)。

表2 “二三結合”項目井距和砂體寬度數(shù)據(jù)

“二三結合”密井網(wǎng)能夠進一步強化砂體控制，井網(wǎng)整體加密通常可使水驅(qū)采收率提高 2%～6%，水驅(qū)油效率按50%估計，水驅(qū)波及系數(shù)將提高0.04～0.12，密井網(wǎng)下的水驅(qū)波及系數(shù)可高達0.92～0.98[25-31]，故認為新井網(wǎng)下的化學復合驅(qū)波及系數(shù)近似等于水驅(qū)情形，即波及體積修正因子：

聯(lián)立（20）—（24）式，整理后即得到化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)的工程計算公式：

上式中有關參數(shù)的取值方法為：水驅(qū)初始驅(qū)油效率、化學復合驅(qū)初始驅(qū)油效率可通過原始含油飽和度下巖心驅(qū)替實驗獲得；轉(zhuǎn)驅(qū)時采出程度為目標油藏累計產(chǎn)量與該油藏的原始地質(zhì)儲量之比。

根據(jù)（25）式繪制化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)隨轉(zhuǎn)驅(qū)時采出程度與水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比的變化曲線（見圖1）。可以看出，化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)隨化學復合驅(qū)和水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比（R1）的升高而均勻升高，隨轉(zhuǎn)驅(qū)時采出程度與水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比（R2）的增加而迅速增加，化學驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)最高超過7.0，說明選區(qū)對提高化學復合驅(qū)增產(chǎn)效果非常重要。

圖1 化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)變化情況

3 應用示例

3.1 大港油田港西三區(qū)無堿二元復合驅(qū)試驗

港西三區(qū)三斷塊西 8-9-3井區(qū)塊在重組層系井網(wǎng)和地面配注系統(tǒng)改造基礎上開展聚合物-表面活性劑二元復合驅(qū)工業(yè)化試驗，一期工程采用標準反五點井網(wǎng)（7注14采），注入層位為NmⅢ-2-1、NmⅢ-3-1（新近系明化鎮(zhèn)組Ⅲ油層組2小層1單砂層、新近系明化鎮(zhèn)組Ⅲ油層組3小層1單砂層），地質(zhì)儲量80×104t。設計注入段塞為0.4 PV（孔隙體積），由前置段塞、主體段塞和保護段塞組成，注入速度0.12 PV/a。自2013年8月開始實施，空白水驅(qū)階段日產(chǎn)油為20 t，二元驅(qū)階段高峰期日產(chǎn)油達74 t，效果好于方案設計，預計可提高采收率17%。該試驗區(qū)聚合物-表面活性劑二元驅(qū)油體系的驅(qū)油效率為54.1%，水驅(qū)油效率42.4%，轉(zhuǎn)驅(qū)前的采出程度為 37.2%，“二三結合”新井網(wǎng)轉(zhuǎn)驅(qū)前 1年內(nèi)水驅(qū)平均日產(chǎn)油約為20.5 t，代入（25）式計算得港西三區(qū)化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為 3.25，二元驅(qū)見效高峰期1年內(nèi)平均產(chǎn)量為70.6 t/d，開發(fā)方案預測值為76.7 t/d，實際值為77.2 t/d，本方法相對誤差為?8.52%（見圖2），預測結果基本可靠。

圖2 港西三區(qū)無堿二元驅(qū)試驗區(qū)產(chǎn)量變化情況

3.2 遼河油田錦16區(qū)塊無堿二元復合驅(qū)試驗

錦 16區(qū)塊無堿二元驅(qū)試驗采用反五點井網(wǎng)（24注35采），注采井距150 m，開采層位為興隆臺高—特高滲透油層，優(yōu)先實施興Ⅱ47—8（古近系沙河街組興隆臺油層Ⅱ油層組4砂層組7、8小層），再接替上返興Ⅱ35—6（古近系沙河街組興隆臺油層Ⅱ油層組3砂層組5、6小層），地質(zhì)儲量298×104t。設計采用前置段塞、主體段塞、副段塞和保護段塞等注入段塞組合，并根據(jù)實際生產(chǎn)動態(tài)對段塞濃度和尺寸進行過兩次調(diào)整，目前配方設計總段塞尺寸為1.3 PV，注入速度為0.15 PV/a。自2011年4月開始前置段塞注入，2011年12月注入主體段塞，2018年5月開始副段塞驅(qū)替，日產(chǎn)油上升到峰值353 t，綜合含水率大幅度下降，實施效果好于方案設計，預計可提高采收率19%。

該油藏二元體系驅(qū)油效率為 56.7%，水驅(qū)油效率47.8%，轉(zhuǎn)驅(qū)前采出程度為 45.3%，“二三結合”新井網(wǎng)轉(zhuǎn)驅(qū)前1年內(nèi)水驅(qū)平均日產(chǎn)油約76.1 t，代入（25）式計算得錦16區(qū)塊化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)為4.56，二元驅(qū)見效高峰期1年內(nèi)平均產(chǎn)量為367.8 t/d，開發(fā)方案預測值為413.0 t/d，實際產(chǎn)量為330.5 t/d，本方法誤差約11.3%（見圖3），精度優(yōu)于開發(fā)方案。

圖3 錦16區(qū)塊無堿二元驅(qū)試驗區(qū)產(chǎn)量變化情況

4 結論

化學復合驅(qū)見效高峰期產(chǎn)量水平取決于化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)和轉(zhuǎn)驅(qū)時的水驅(qū)產(chǎn)量水平?；瘜W復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)隨化學復合驅(qū)和水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比的升高而均勻升高，隨轉(zhuǎn)驅(qū)時采出程度和水驅(qū)油效率之比的增加而迅速增加，在高采出程度油藏實施化學復合驅(qū)更有利于提高增油效果。

經(jīng)現(xiàn)場試驗生產(chǎn)數(shù)據(jù)的檢驗，采用化學復合驅(qū)“二三結合”油藏產(chǎn)量計算方法，所得結果相對誤差約為±10%左右，預測精度滿足油藏工程要求。

符號注釋：

Bo——原油體積系數(shù)，無因次；EDChemi——化學復合體系的初始驅(qū)油效率（原始油藏直接進行化學驅(qū)），%；EDChemn——新油藏基于轉(zhuǎn)驅(qū)時剩余油飽和度的化學體系驅(qū)油效率，%；EDwi——水驅(qū)初始驅(qū)油效率（原始油藏水驅(qū)），%；EDwn——新油藏基于剩余油飽和度的水驅(qū)油效率，%；ERChem——基于原始地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)采收率，%；ERChemn——新油藏化學復合驅(qū)采收率，%；ERw——基于原始地質(zhì)儲量的水驅(qū)采收率，%；ERwn——基于新油藏地質(zhì)儲量的水驅(qū)采收率，%；EV0——理論波及系數(shù)，%；EVChem——化學復合驅(qū)波及系數(shù)，無因次；EVw——新油藏的水驅(qū)波及系數(shù)，無因次；FChemW——化學復合驅(qū)增產(chǎn)倍數(shù)，無因次；Gi——網(wǎng)格；no2+3——新井網(wǎng)的油井數(shù)，口；noold——老井網(wǎng)的油井數(shù)，口；No——油藏原始地質(zhì)儲量，t；qow2+3——新井網(wǎng)單井產(chǎn)量，t/d；qowold——老井網(wǎng)單井產(chǎn)量，t/d；Qow2+3——“二三結合”新井網(wǎng)水驅(qū)年產(chǎn)量或同期的水驅(qū)產(chǎn)量（即假設不轉(zhuǎn)化學驅(qū)而繼續(xù)注水時新井網(wǎng)水驅(qū)產(chǎn)量），t/a；Qowold——水驅(qū)老井網(wǎng)的年產(chǎn)量，t/a；QoChem2+3——化學驅(qū)“二三結合”項目產(chǎn)量水平（即新井網(wǎng)化學復合驅(qū)產(chǎn)量水平），t/a；rwell3/2——“二三結合”新井網(wǎng)和水驅(qū)老井網(wǎng)的生產(chǎn)井數(shù)之比，無因次；R1——化學復合驅(qū)和水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比，%；R2——轉(zhuǎn)驅(qū)時采出程度與水驅(qū)初始驅(qū)油效率之比，%；DRChem——基于原始地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)階段采出程度，%；DRwn——基于新油藏地質(zhì)儲量的水驅(qū)階段采出程度，%；Re0——轉(zhuǎn)驅(qū)時基于原始地質(zhì)儲量的油層整體采出程度，%；Rews——轉(zhuǎn)驅(qū)前基于原始含油飽和度的采出程度，%；Rvwn——基于轉(zhuǎn)驅(qū)時剩余地質(zhì)儲量的水驅(qū)采油速度，%；RvChem——基于轉(zhuǎn)驅(qū)時剩余地質(zhì)儲量的化學復合驅(qū)采油速度，%；Soi——原始含油飽和度，%；So——轉(zhuǎn)驅(qū)時的剩余油飽和度，%；Vp——油藏孔隙體積，m3；Δti——時間步長度，a；η——化學復合驅(qū)波及體積修正因子，無因次；λo——新老井網(wǎng)的水驅(qū)單井產(chǎn)量水平之比，無因次；ρo——原油地面密度，103kg/m3；ω——反映剩余油分布均勻程度的權值，無因次。