聚合物交替注入油層壓力擾動(dòng)及流體竄流規(guī)律

曹瑞波

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

聚合物交替注入油層壓力擾動(dòng)及流體竄流規(guī)律

曹瑞波

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對(duì)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(wèn)題，提出了交替注入改善聚合物驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的新型驅(qū)油方法。通過(guò)建立非均質(zhì)油藏物理模型，應(yīng)用自動(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(dòng)用程度;交替注入較單一段塞注入提高采收率2個(gè)百分點(diǎn)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(kāi)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(jì)效果。但隨著注聚對(duì)象由一類(lèi)油層轉(zhuǎn)向二類(lèi)油層，沿用以往一類(lèi)油層的注入?yún)?shù)和注入方式設(shè)計(jì)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(dòng)用程度低等問(wèn)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(guò)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(guò)自動(dòng)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(dòng)和流體竄流規(guī)律，并驗(yàn)證了交替注入方式的驅(qū)油效果。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 物理模型設(shè)計(jì)

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(zhǎng)方體，寬和高為4.5 cm，長(zhǎng)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(duì)高、低滲透層壓力場(chǎng)變化的影響規(guī)律，擬通過(guò)以點(diǎn)帶面的研究方法，即通過(guò)局部壓力點(diǎn)的變化規(guī)律研究油層壓力場(chǎng)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(duì)測(cè)壓點(diǎn)，每對(duì)測(cè)壓點(diǎn)分別設(shè)置在高、低滲透層。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、注采液量計(jì)量系統(tǒng)等組成。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理由計(jì)算機(jī)完成，實(shí)驗(yàn)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少了誤差，提高了測(cè)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(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄注入壓力數(shù)據(jù)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

設(shè)計(jì)2組聚合物溶液滲流實(shí)驗(yàn)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(gè)聚合物滲流實(shí)驗(yàn)過(guò)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(gè)高黏段塞和一個(gè)低黏段塞的注入稱(chēng)為一個(gè)交替周期，如此重復(fù)3個(gè)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(dòng)及流體竄流規(guī)律

2.1 壓力擾動(dòng)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(xiàn)見(jiàn)圖1。由圖1可知，單一段塞注入方式在整個(gè)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(shì)，注低黏段塞階段壓力上升幅度減緩，注聚合物完成時(shí)，交替注入壓力升幅較單一段塞注入降低26%。該現(xiàn)象說(shuō)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(duì)于交替注入方式，在注高黏段塞階段，聚合物溶液優(yōu)先進(jìn)入高滲層，高滲層滲流阻力上升，當(dāng)其滲流阻力高于低滲層時(shí)，低滲層開(kāi)始優(yōu)勢(shì)吸液，而此時(shí)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(jìn)入低滲層，且壓力升幅減緩。當(dāng)?shù)蜐B層滲流阻力高于高滲層時(shí)，高滲層開(kāi)始重新優(yōu)勢(shì)吸液，而此時(shí)注入的是與高滲層較為匹配的高黏段塞。如此交替若干個(gè)周期，可增加低滲透層的吸液量，有效動(dòng)用低滲層的儲(chǔ)量［18-19］。

圖1 注入端壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

通過(guò)以點(diǎn)帶面的方法來(lái)研究高低滲透層壓力擾動(dòng)規(guī)律。繪制距物理模型注入端20 cm處測(cè)壓點(diǎn)的低滲層與高滲層壓差隨聚合物注入量的關(guān)系曲線(xiàn)(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(dòng)規(guī)律。注聚合物期間，單一段塞注入測(cè)壓點(diǎn)的壓差始終為正值，即低滲透層始終處于相對(duì)高壓力狀態(tài)，交替注入方式測(cè)壓點(diǎn)的壓力正負(fù)交互分布，即高、低滲透層壓力交互占優(yōu)，局部壓力場(chǎng)擾動(dòng)性增強(qiáng)。無(wú)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(kuò)大趨勢(shì)。

圖2 距模型注入端20cm處測(cè)壓點(diǎn)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(chǎng)擾動(dòng)性增強(qiáng)，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(duì)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(chǎng)吸液剖面測(cè)試資料可得到證實(shí)。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(qiáng)，致使高滲層也會(huì)出現(xiàn)相對(duì)高壓力時(shí)間段，此時(shí)高滲層流體會(huì)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(wú)法參與運(yùn)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(dòng)性增強(qiáng)，使一部分油滴參與垂向流動(dòng)從而擺脫水平束縛狀態(tài)，進(jìn)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(duì)注采液量隨聚合物注入孔隙體積倍數(shù)變化關(guān)系曲線(xiàn)(圖3)。相對(duì)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(duì)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(méi)有實(shí)現(xiàn)注采平衡，說(shuō)明在注入過(guò)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(shuō)明在注入過(guò)程中以高滲層流體向低滲層竄流為主。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，單一段塞注入低滲層累計(jì)采出量比注入量減少4.5%，交替注入低滲層累計(jì)采出量比注入量增加7.5%。

圖3 低滲層相對(duì)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(duì)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(xiàn)形態(tài)上看低滲層優(yōu)勢(shì)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(wèn)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(qiáng)。

通過(guò)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(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，聚合物溶液在高滲層低效、無(wú)效循環(huán)，低滲層吸液量低、動(dòng)用程度低，是制約聚合物驅(qū)開(kāi)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(dòng)用程度、進(jìn)一步改善聚合物驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的有效途徑。

3 交替注入開(kāi)采效果

為驗(yàn)證交替注入方式對(duì)驅(qū)油效果的影響，開(kāi)展了2組物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，物理模型長(zhǎng)度為30 cm。一組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(gè)百分點(diǎn)。值得說(shuō)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，交替注入方式可進(jìn)一步改善開(kāi)發(fā)效果，且節(jié)省聚合物用量。

表1 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

鑒于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)取得較好驅(qū)油效果，同時(shí)在機(jī)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(chǎng)選擇了4個(gè)代表性區(qū)塊，開(kāi)展了交替注入試驗(yàn)研究(表2)。試驗(yàn)實(shí)施后，4個(gè)試驗(yàn)區(qū)有效厚度吸液比例明顯提高，薄差層動(dòng)用程度增大，提高了30%以上。截至2013年12月試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，4個(gè)試驗(yàn)區(qū)累計(jì)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(gè)百分點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(yàn)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(dòng)規(guī)律。注聚期間，單一段塞注入方式低滲層始終處于相對(duì)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(chǎng)擾動(dòng)性增強(qiáng)。

(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(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(gè)百分點(diǎn)左右，且降低聚合物用量25%左右。交替注入是改善聚驅(qū)開(kāi)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(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專(zhuān)項(xiàng)“二類(lèi)油層聚合物驅(qū)進(jìn)一步提高采收率配套技術(shù)”(2010F-1207)

曹瑞波(1977-)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)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