張冠宇,李林祥,楊 帥,官敬濤,秦婷婷,宋宏斌

(1.同濟大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院,上海 200092;2.中國石化勝利油田孤東采油廠,山東東營257000)

1 概況

孤東油田整體結(jié)構(gòu)為潛山披覆構(gòu)造,具有多層結(jié)構(gòu),區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育北西向、北東向和近東西向三組斷裂、八條大斷層,將整個背斜劃分為東西兩大部分共八個區(qū)塊,其中東部較平緩,西部坡度較大[1-2]。孤東油田七區(qū)作為最大的區(qū)塊以中間40口排水井為界,以西為七區(qū)西,以東為七區(qū)中(圖1)。

圖1 孤東油田分區(qū)示意圖

孤東油田地層自上而下為明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組,其中館陶組上段為主要含油層系,儲量占全油田的87.5%。館陶組上段屬于典型的河流相沉積,儲層埋藏深度1 195～1 450 m,壓實差,膠結(jié)物含量低,巖石碎屑顆粒以接觸式及孔隙—接觸式膠結(jié)為主,膠結(jié)疏松,儲層物性好,平均孔隙度34%,平均滲透率1 568×10-3μm2。與面積大、連通性好的Ⅰ、Ⅱ類油藏相比,Ⅲ類油藏單層厚度薄,滲透率相對較低,平均滲透率1 193×10-3μm2,層間滲透率差異大、原油黏度較高,平均為64 mPa·s,主力小層儲量分散,多呈土豆?fàn)罘植糩3-4]。

聚合物驅(qū)在主力油層已取得較好的開發(fā)效果,并在勝利、大港、南陽、吉林、遼河、新疆等油田推廣應(yīng)用[5-7]。孤東油田在1994—2005年期間,實現(xiàn)了聚合物驅(qū)技術(shù)的突破,在2006—2015年期間進行了二元驅(qū)推廣并占據(jù)主導(dǎo)地位,2016年至今,非均相驅(qū)技術(shù)實現(xiàn)突破,將單一聚合物驅(qū)拓展到二元復(fù)合驅(qū)和非均相復(fù)合驅(qū),逐步進入到二次聚合物驅(qū)階段;從單元整體實施拓展到零散及高效井組注聚的技術(shù)突破[8-9]。目前,孤東油田19個整裝單元中僅2個單元未開展聚合物驅(qū),其中整裝I、II類油藏普遍轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū),局部實施二次聚合物驅(qū),Ⅲ類油藏(比如六區(qū)Ng31-53、七區(qū)西Ng41-51、八區(qū)Ng3-4等)還未轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)階段[10-11]。

在孤東油田Ⅲ類油藏中實施聚合物驅(qū)的區(qū)塊中,已有二區(qū)(Ng4)、三區(qū)(Ng3-4)、四區(qū)(Ng3-4)三個區(qū)塊正處于后續(xù)水驅(qū)階段,而另外三個區(qū)塊均處于注聚后期,將逐漸轉(zhuǎn)入水驅(qū)階段[12-13]。通過分析孤東油田新近系館陶組上段Ⅲ類油藏聚驅(qū)開發(fā)后期轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)時機,深挖剩余油氣潛能,對提高區(qū)塊采收率、實現(xiàn)孤東油田可持續(xù)開發(fā)有著重要意義。

2 物理模擬實驗

為得到Ⅲ類油藏聚合物驅(qū)后期轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的時機,設(shè)計了轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)聚合物溶液在不同含水狀態(tài)下的注入系數(shù),并對轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的最佳時間和最佳含水邊界進行模擬物理實驗和數(shù)值預(yù)測。

2.1 實驗條件

物理模擬實驗均使用體積為5.0 cm×5.0 cm×30.0 cm的人工巖心,通過三管并聯(lián)實驗巖心模型測得有效滲透率分別為400×10-3、800×10-3、1 200×10-3μm2;實驗用油為模擬原油,試驗過程中采用相對分子質(zhì)量2 500×104的聚合物,配置后保持其約一半的黏度;水驅(qū)過程中的油田水均使用配置好的蒸餾水進行模擬。

實驗過程中,將巖心置于40 ℃的恒溫箱中,可以有效模擬地層溫度,并將聚合物驅(qū)(2 500×104,1.4 g/L)在不同的含水階段(92.0%、95.0%、98.0%)轉(zhuǎn)入水驅(qū),獲得后續(xù)水驅(qū)階段的產(chǎn)油量和產(chǎn)液量。

2.2 實驗結(jié)果及分析

通過實驗分析不同的含水階段聚驅(qū)轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的驅(qū)油過程,實驗結(jié)果見表1和圖2,隨著含水率的增高,轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)時聚合物的用量也會隨之增加,聚驅(qū)時期動用程度也相應(yīng)提高。

表1 轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)最佳時機實驗方案

圖2 不同實驗方案不同滲透率巖心采收率曲線

當(dāng)聚驅(qū)時期含水率為92.0%時轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)開發(fā),高滲透層的采收率增加15.67%,中滲透層的增加16.77%,低滲透層的增加15.63%,差別較小,這說明在聚合物流度可控的情況下,儲層均得到動用;當(dāng)聚驅(qū)時期含水率為95.0%時轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū),高滲透層的收率增加19.85%,中滲透層的增加 23.47%,低滲透層的增加24.98%,可以看出,中、低滲透層的采收率較含水率92.0%時的增加明顯,動用程度也較好,高滲透層采收率增加較少,是因為其在水驅(qū)階段動用較高,剩余油相對較少,增油能力明顯減弱;當(dāng)聚驅(qū)時期含水率在98.0%時轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū),高滲透層的采收率增加18.84%,中滲透層的增加 21.76%,低滲透層的增加22.50%,此時,高滲透層經(jīng)聚合物用量的增多而充分水洗,中、低滲透層在驅(qū)動壓力梯度的影響下達到最大,由于聚合物擴大波及體積,無法進一步提高增油能力,各層采收率的增加主要是由于各層在水洗通道中殘余油的增加,但采收率增幅較小。因此,當(dāng)含水率到達95.0%時,應(yīng)停止聚驅(qū)。

通過實驗發(fā)現(xiàn),聚驅(qū)結(jié)束并經(jīng)過后續(xù)水驅(qū)之后,含水率越來越高,增油效果也越來越差。根據(jù)采收率和分流率的變化規(guī)律可以看出,聚驅(qū)過程中,采收率隨著聚合物用量的增多而提高,但增油能力在含水率達到95.0%時就會減弱;同時,在后續(xù)水驅(qū)過程中的增油能力也明顯減弱,因此,應(yīng)盡早轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)以控制聚合物的成本,實現(xiàn)效益開發(fā)。

3 數(shù)值模擬

為有效挖潛孤東油田Ⅲ類油藏剩余油,基于物理模擬實驗數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析軟件(SPSS)進行各含水期轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的數(shù)值模擬,得到相應(yīng)的規(guī)律特征,通過研究各含水期轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的含水率上升速率差異,評估其經(jīng)濟性,并作為判斷聚驅(qū)轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)時機的重要因素,從而優(yōu)選后續(xù)水驅(qū)的含水率臨界點。

依照擬合結(jié)果,以含水率90.0%為起點,劃分六個不同的含水階段進行模擬,由于孤東油田含水率普遍高于95%,因此,含水率低于95.0%只取 90.0% 和93.0%兩個階段進行模擬,再取95.0%、96.0%、97.0%、98.0%四個階段進行模擬。

從不同含水率階段轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)后含水率變化模擬曲線可知,當(dāng)含水率為90.0%時,聚驅(qū)時含水率平穩(wěn)增高,而后續(xù)水驅(qū)含水率開始時快速升高,達到97.0%后緩慢增加;當(dāng)含水率為93.0%時,聚驅(qū)時含水率持續(xù)增高,后續(xù)水驅(qū)含水率開始時增加較快,達到97.0%后趨于平穩(wěn);當(dāng)含水率為95.0%時,聚驅(qū)時含水率在95.0%之前增加較快,95.0%之后緩慢增加,后續(xù)水驅(qū)含水率在98%之前增加迅速,98.0%之后趨于平穩(wěn); 當(dāng)含水率為96%時,聚驅(qū)的含水率幾乎成線性增加,后續(xù)水驅(qū)的含水率在98.5%之前迅速增加,之后趨于平穩(wěn);當(dāng)含水率為97.0%時,聚驅(qū)的含水率也幾乎呈線性增加,但增加速度較慢,后續(xù)水驅(qū)的含水率98.5%之前迅速增加,之后緩慢增加;當(dāng)含水率為98.0%時,聚驅(qū)含水率隨時間的增加,增加較少,后續(xù)水驅(qū)的增加也十分緩慢(圖3)。

圖3 不同含水率階段轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)含水率變化模擬曲線

通過數(shù)值模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)含水率小于 95.0% 時,持續(xù)聚驅(qū)比轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)驅(qū)油效果好,主要是因為聚驅(qū)階段含水增加速度變慢,比水驅(qū)時驅(qū)油多,同時也使后續(xù)水驅(qū)含水率到98.0%時整體含油量增加。當(dāng)含水率大于95%時轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū),含水上升速率與聚驅(qū)上升速率基本一致,驅(qū)油效果降低,增油量減少。

從圖3也可以看出,在含水率較低的時候轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū),累計增油量也較低,隨著含水率的上升,再轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū),總產(chǎn)油量也隨之增多,后續(xù)水驅(qū)產(chǎn)油量在不同時期的差異減小,產(chǎn)油量也下降(表2)。

表2 不同含水階段轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)預(yù)測增油結(jié)果

從轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)后含水率與采出程度的關(guān)系模擬曲線可知,含水率小于95%轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū),采收率增幅較大,含水率大于95%轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū),采收率增幅明顯變小(圖4)。

圖4 轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)時含水率與采出程度關(guān)系模擬

4 結(jié)論

1)室內(nèi)物理模擬最佳聚驅(qū)轉(zhuǎn)水驅(qū)時機的實驗表明,隨著聚驅(qū)含水率的增高,后續(xù)水驅(qū)的增油效果變差,而聚驅(qū)過程中采收率會因聚合物的增多而增加,聚驅(qū)整體增油能力在聚驅(qū)含水率達到95%以后變差。

考慮聚合物注入成本,應(yīng)適當(dāng)?shù)靥崆稗D(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)。

2)利用數(shù)值模擬方法模擬預(yù)測不同含水階段后續(xù)水驅(qū),確定含水率達到95%時為孤東油田新近系館上段Ⅲ類儲層油藏轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的最佳時機。