渤海油田厚油層聚合物驅(qū)波及規(guī)律數(shù)模研究

史樹有，唐恩高

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

楊勝來

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

李保振，張賢松

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

王智林, 代小川

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

李如茵

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

李芳芳

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

渤海油田厚油層聚合物驅(qū)波及規(guī)律數(shù)模研究

史樹有，唐恩高

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

楊勝來

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

李保振，張賢松

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

王智林, 代小川

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

李如茵

(海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室(中海油研究總院)，北京 100027)

李芳芳

(石油工程教育部重點實驗室(中國石油大學(xué))，北京 102249)

[摘要]為了提高渤海油田厚油層水驅(qū)轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)(以下簡稱“聚驅(qū)”)開發(fā)效果，開展了聚驅(qū)波及規(guī)律研究，力圖定量獲得聚驅(qū)提高厚油層波及效率的幅度。以渤海A油田為基礎(chǔ)建立了油藏模型以開展數(shù)值模擬研究，研究了轉(zhuǎn)聚驅(qū)的時機、注入聚合物段塞大小、滲透率變異系數(shù)和儲層有效厚度等因素對海上油田厚油層聚驅(qū)波及系數(shù)的影響。結(jié)果表明：①注聚后波及系數(shù)(與水驅(qū)相比)明顯提高，聚驅(qū)的波及系數(shù)比水驅(qū)的高0.2～0.3；②注聚段塞越大，波及系數(shù)越高，但從0.3PV以后增加注入聚合物段塞的大小對提高聚驅(qū)波及系數(shù)貢獻幅度減小，建議經(jīng)濟合理的注聚段塞為0.3～0.4PV；③在含水率較低時進行轉(zhuǎn)聚驅(qū)能夠很快地、明顯地提高波及系數(shù)，表明早期注聚較好；④隨著滲透率變異系數(shù)的增大，水驅(qū)的波及系數(shù)降低。當變異系數(shù)較大時，聚驅(qū)可以提高波及系數(shù)；⑤儲層有效厚度大，波及系數(shù)略低。厚度增大水驅(qū)和聚驅(qū)的波及系數(shù)都降低，但聚驅(qū)提高波及系數(shù)的效果明顯好于水驅(qū)。研究建議早期注聚(含水率40%左右開始)，注聚段塞以0.3～0.4PV為宜，可選擇非均質(zhì)性嚴重、預(yù)計水驅(qū)效果差的油層優(yōu)先注聚。

[關(guān)鍵詞]聚合物驅(qū)；波及系數(shù)；轉(zhuǎn)聚合物時機；儲層非均質(zhì)性；海上油田

目前，聚合物驅(qū)已成為大慶、勝利等陸地油田提高原油采收率的主導(dǎo)方法之一[1]，也是渤海稠油油田提高采收率的主攻方向。海上油田受鉆井平臺的制約，存在井距大、井網(wǎng)調(diào)整難度大、對厚油層進行分層開發(fā)難度大等問題；加之儲層非均質(zhì)性嚴重、原油黏度高等特點；受平臺壽命制約要求油藏快速開發(fā)。這些因素對聚驅(qū)提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要對各種影響因素及規(guī)律進行深入細致的超前研究、跟蹤研究，最大限度地提高原油采收率，降低實施聚驅(qū)的技術(shù)風(fēng)險及經(jīng)濟風(fēng)險。

在聚驅(qū)技術(shù)和海上油田聚驅(qū)的應(yīng)用方面，廣大科研工作者已經(jīng)開展了廣泛的室內(nèi)機理研究、數(shù)值模擬研究[2,3]和現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的分析[4,5]。這些研究大多集中在各因素對聚合物驅(qū)提高采收率和經(jīng)濟效果的影響方面，而很少涉及對海上油田聚驅(qū)波及規(guī)律的研究。通過研究波及規(guī)律，可以更好地理解聚驅(qū)的驅(qū)替機理、如何改善開發(fā)效果。因此，現(xiàn)以渤海A油田為基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)聚驅(qū)的時機、注入聚合物段塞大小、滲透率變異系數(shù)和儲層有效厚度等因素對海上油田厚油層聚驅(qū)波及系數(shù)的影響。研究不同油藏性質(zhì)和不同注采條件下聚驅(qū)的波及規(guī)律及開發(fā)效果，確定影響海上油田聚驅(qū)開發(fā)效果的主要因素，為海上油田聚合物驅(qū)油技術(shù)的方案優(yōu)化和高效開發(fā)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1數(shù)值模型及體積波及系數(shù)計算方法

1.1模型的基本參數(shù)

根據(jù)渤海A油田的參數(shù)建立了如下數(shù)值模擬模型?；A(chǔ)模型以X7井組為原型，將Ⅰ油組33個小層采取“留主去次，合同分異”的原則，將主力層系保留，并且將物性相近層系的相鄰小層進行合并，最終劃分為6個地質(zhì)小層及5個隔層?？v向滲透率為水平方向滲透率的0.04倍。網(wǎng)格模型在縱向上劃分為20個網(wǎng)格，平面上劃分為29×29個網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為25m×25m×3m。利用反九點法井網(wǎng)開采，井距350m， 注入速度0.04PV/a，邊井產(chǎn)液速度0.0067PV/a，角井產(chǎn)液速度0.0033PV/a；聚合物質(zhì)量濃度1750mg/L，單井含水率達到95%時關(guān)井，模擬生產(chǎn)30a。采用Eclipse軟件以反九點法井網(wǎng)的一個注采單元進行數(shù)值模擬研究。

1.2研究方案

在反九點井網(wǎng)一個注采單元下，研究轉(zhuǎn)聚驅(qū)的時機、注入聚合物段塞大小、滲透率變異系數(shù)和儲層有效厚度等因素對波及系數(shù)的影響。各個注入方案的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1　考慮多因素的注入方案及參數(shù)設(shè)計

1.3波及系數(shù)評價方法

從聚驅(qū)機理上說，聚驅(qū)主要是通過提高波及系數(shù)來提高采收率[6,7]。通過室內(nèi)測定或相對滲透率曲線實驗數(shù)據(jù)，可計算出驅(qū)油效率:

(1)

式中：Ed為驅(qū)油效率，1；Soi為原始含油飽和度，1；Sor為殘余油飽和度，1。

利用Eclipse軟件可計算出每個方案的采收率[8,9]，再計算出體積波及系數(shù)：

EV=ER/Ed

(2)

式中：EV為體積波及系數(shù)，1；ER為采收率，1。

分析、比較不同注入方案時的波及系數(shù)的變化，可總結(jié)影響聚驅(qū)各因素提高波及系數(shù)的幅度及規(guī)律。

2段塞大小、注聚時機對波及系數(shù)的影響

2.1注聚段塞大小對厚油層波及系數(shù)的影響

在其他各因素數(shù)值保持不變的情況下，僅改變注聚段塞大小，研究其對波及系數(shù)的影響。設(shè)計了不同大小的聚合物注入段塞大小：0、0.3、0.45、0.6、0.75PV。數(shù)值模擬結(jié)果見圖1。

由圖1可見，水驅(qū)后期波及系數(shù)變化不大，基本穩(wěn)定在0.35左右，而聚驅(qū)能夠明顯提高波及系數(shù)。圖2表明，注入段塞小于0.4PV時，波及系數(shù)隨注入段塞增加而提高。大于0.4PV后增加注入聚合物段塞的大小對提高波及系數(shù)的貢獻變緩。因此，當以經(jīng)濟效益最大化為指標時，建議注入聚合物段塞以0.3～0.4PV合適。

圖1　波及系數(shù)隨時間、聚合物段塞大小的變化曲線　　　　圖2　不同聚合物段塞大小條件下的波及系數(shù)

2.2轉(zhuǎn)聚驅(qū)時機對波及系數(shù)的影響

圖3表明，在不同含水率時期轉(zhuǎn)注入相同大小聚合物段塞(0.3PV)的情況下，對前期的波及系數(shù)增加幅度有著較大影響。在低含水率時轉(zhuǎn)聚驅(qū)能迅速提高波及系數(shù)，相對于在含水率較高時轉(zhuǎn)聚驅(qū)能夠較快地提高聚驅(qū)的波及系數(shù)?？紤]到平臺壽命的限制和提高采油速度的需要，建議在含水率較低時(50%左右為宜)進行轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)。

圖3　不同含水率時轉(zhuǎn)聚驅(qū)波及系數(shù)對比　　　　圖4　不同縱向滲透率變異系數(shù)下水驅(qū)和聚驅(qū)波及系數(shù)對比

3儲層非均質(zhì)性、厚度對波及系數(shù)的影響

3.1非均質(zhì)性對聚驅(qū)波及系數(shù)的影響

用滲透率變異系數(shù)表示儲層的非均質(zhì)性，變異系數(shù)對聚驅(qū)縱向波及系數(shù)有較大影響。由圖4、5可見：①聚驅(qū)時的波及系數(shù)均高于水驅(qū)時的波及系數(shù)。特別是聚驅(qū)時的波及系數(shù)整體上在聚驅(qū)后一段時間內(nèi)均超過了水驅(qū)時的波及系數(shù)。②隨著滲透率變異系數(shù)的增加，水驅(qū)和聚驅(qū)時的波及系數(shù)都會下降。③非均質(zhì)性嚴重，如在縱向滲透率變異系數(shù)為0.631和0.7時，聚驅(qū)相對于水驅(qū)時的波及系數(shù)提高幅度較大。

3.2有效油層厚度對聚驅(qū)波及系數(shù)的影響

為了研究不同的有效厚度對聚驅(qū)波及規(guī)律的影響，設(shè)定了如表1所示的不同的儲層有效厚度進行數(shù)值模擬研究。在其他因素不發(fā)生變化的情況下，只對儲層的有效厚度進行調(diào)整，儲層有效厚度的改變對水驅(qū)和聚驅(qū)波及系數(shù)的影響見圖6。由圖6可見：聚驅(qū)的波及系數(shù)高于水驅(qū)的波及系數(shù)；有效厚度對波及系數(shù)的影響較小。

圖5　不同變異系數(shù)下聚驅(qū)相對水驅(qū)的波及系數(shù)提高率　　圖6　不同儲層有效厚度時的水驅(qū)與聚驅(qū)波及系數(shù)對比

4結(jié)論與認識

以渤海A油田為基礎(chǔ)，利用數(shù)值模擬軟件Eclipse研究了轉(zhuǎn)聚驅(qū)時機、段塞大小、滲透率變異系數(shù)和儲層有效厚度等因素對海上油田厚油層聚驅(qū)波及規(guī)律的影響，結(jié)果表明：

1)在含水率較低時進行轉(zhuǎn)聚驅(qū)能夠很快提高聚驅(qū)的波及系數(shù)，從海上油田受采油平臺使用壽命制約的角度出發(fā)，建議海上油田在含水率較低時進行轉(zhuǎn)聚驅(qū)，即早期注聚，這樣有利于較早地實現(xiàn)較高的波及系數(shù)，從而較早得到較高的采收率。

2)聚驅(qū)相對于水驅(qū)的波及系數(shù)有著很大的提高，但大于0.4PV后增加注入聚合物段塞的大小對提高聚驅(qū)波及系數(shù)的貢獻率下降，因此從經(jīng)濟角度考慮，注入聚合物段塞以0.3～0.4PV為宜。

3)不同的縱向滲透率變異系數(shù)對水驅(qū)和聚驅(qū)均有著一定的影響。隨著變異系數(shù)的增大，水驅(qū)的波及系數(shù)降低。當油層變異系數(shù)較大時，聚驅(qū)的波及系數(shù)相對于水驅(qū)的波及系數(shù)提高率較大。因此建議在非均質(zhì)性中等的油層進行聚驅(qū)，改善水驅(qū)開發(fā)效果，而在非均質(zhì)性嚴重的油層應(yīng)考慮分層注聚等輔助措施。

4)儲層有效厚度變化對水驅(qū)和聚驅(qū)的波及系數(shù)影響較小。其他因素如變異系數(shù)、注水時機、段塞大小等對聚驅(qū)的波及系數(shù)影響較大。

[參考文獻]

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[2]周守偉，韓明，向問陶，等.渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)研究及應(yīng)用[J].中國海上油氣，2006，18(6)：386～389.

[3]盧文生.SZ36-1油田聚合物驅(qū)數(shù)值模擬研究[J].中國海上油氣(地質(zhì))，2002，16(5)：333～340.

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[編輯]黃鸝

[引著格式]史樹有，唐恩高，楊勝來，等.渤海油田厚油層聚合物驅(qū)波及規(guī)律數(shù)模研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版) ,2015,12(17):62～65.

58 Simulation Research of Earth Anchor Penetration into the Formation Based on ANSYS/LS-DYNA

Huang Zhiqiang, Bai Dengwen, Zhang Qiang, Chen Zhi(FirstAuthor’sAddress:SchoolofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan430100,Hubei,China)

Abstract:Earth anchor was an essential tool for implementing prestressed cementing technology in heavy oil thermal production wells.It was of great significance for studying if its penetration into the wall was smooth or not, difficulty degree, and the best penetration angle of the anchoring operation.In this article, ?244mm anchor was chosen as the research object. ANSYS DYNA software was applied to analyze the stress distribution, it was considered that the inner wall equivalent stress was the largest, it was declined gradually from the inside to the outside in the radial direction.Different anchor penetration situations were simulated, its results were analyzed by LS-Prepost post-processing software.The favorable penetration is at 36～42°.The research result is of great and practical significance for the anchor structure design and field operation.

Key words:anchor; formation; LS-DYNA; analogue simulation; penetration analysis

[作者簡介]李自平(1961-)，男，工程師，主要從事油田套損防控工作，lizpa@petrochina.com.cn。

[基金項目]國家油氣重大專項(2011ZX05052)。

[收稿日期]2014-10-15

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)17-0062-04

[中圖分類號]TE357.461