渤海油田不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)油效果研究

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(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249)

渤海油田不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)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(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249)

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

海上油田；早期聚合物驅(qū)；增油降水效果；綜合換油率

聚合物驅(qū)通過改善流度比，有效地提高驅(qū)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(qū)已在我國(guó)陸上油田得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的開發(fā)效果[4-6]。

我國(guó)渤海海域蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源[7]，對(duì)比各種提高采收率方式，渤海油田形成了以聚合物驅(qū)為主的提高采收率技術(shù)[8-9]。鑒于海上油田開發(fā)平臺(tái)壽命的時(shí)效性和開發(fā)投資的風(fēng)險(xiǎn)性，決定了海上油田實(shí)施聚合物驅(qū)技術(shù)應(yīng)突出一個(gè)“早”字[10]。為研究海上油田不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)驅(qū)替效果，采用物理模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法分析了不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)在波及面積、無水采油期和驅(qū)替前緣形態(tài)等方面的特征，為海上油田早期聚合物驅(qū)確定最優(yōu)注聚時(shí)機(jī)提供一定參考。

1 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)效果實(shí)驗(yàn)

1.1 室內(nèi)平板模型物理模擬實(shí)驗(yàn)

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

1.1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)實(shí)驗(yàn)材料

①實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用鋼管模擬注入、采出井點(diǎn)。

圖1 物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置

②實(shí)驗(yàn)用油為人工配制油，65 ℃下模擬油黏度為13.0 mPa·s；水驅(qū)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(cè)量黏度為0.8 mPa·s(染藍(lán)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(cè)定65 ℃下黏度約為20 mPa·s(染紅色)。

④實(shí)驗(yàn)在恒溫65 ℃下進(jìn)行。

(2)實(shí)驗(yàn)方案及步驟

方案1：水驅(qū)。

方案2：水驅(qū)見水后轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)，模擬油田早期注聚。

方案3：直接聚合物驅(qū)，模擬油田早期注聚。

實(shí)驗(yàn)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(cè)量水驅(qū)滲透率；

②用事先配制的實(shí)驗(yàn)用白油驅(qū)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(shí)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(jìn)行聚合物驅(qū)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 水驅(qū)、直接聚合物驅(qū)及水驅(qū)后轉(zhuǎn)聚驅(qū)各實(shí)驗(yàn)在不同時(shí)間的波及形態(tài)如圖2所示。通過對(duì)比可以看出，由于不利的水油流度比，水驅(qū)前緣出現(xiàn)明顯的突進(jìn)現(xiàn)象，而直接聚合物驅(qū)由于聚合物溶液改善了流度比，前緣推進(jìn)較均勻，基本不出現(xiàn)突進(jìn)現(xiàn)象，因此延緩了見水時(shí)間，提高了波及效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，水驅(qū)方案見水總耗時(shí)90 min，直接聚合物驅(qū)方案見聚耗時(shí)150 min，可見早期聚合物驅(qū)比水驅(qū)擁有更長(zhǎng)的無水采油期。

不同實(shí)驗(yàn)見水(聚)時(shí)波及形態(tài)如圖3?？梢灾庇^看到直接聚合物驅(qū)見聚時(shí)的波及面積明顯大于水驅(qū)轉(zhuǎn)聚驅(qū)方案，水驅(qū)方案見水時(shí)的波及面積最小。

圖2 不同方案實(shí)驗(yàn)不同時(shí)間的波及形狀

圖3 不同方案實(shí)驗(yàn)見聚(水)特征對(duì)比

1.2 室內(nèi)物理模擬巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)材料：①巖心長(zhǎng)度50 cm，截面半徑2.5 cm；各方案巖心氣測(cè)滲透率見表1；②流體等其他參數(shù)同平板模擬實(shí)驗(yàn)。

表1 各方案對(duì)應(yīng)的巖心滲透率及孔隙度

1.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 為對(duì)比不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)效果，設(shè)計(jì)5種實(shí)驗(yàn)方案并統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)注聚時(shí)機(jī)較早，采出程度提高幅度較大，開發(fā)效果較好。

表2 實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果

2 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)數(shù)值模擬效果

2.1 水驅(qū)與直接聚驅(qū)效果比較

為了對(duì)比驗(yàn)證物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以及進(jìn)一步量化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中的具體參數(shù)建立了與實(shí)驗(yàn)物理模型相對(duì)應(yīng)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(jiǎn)化問題，參考渤海L油田相關(guān)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(gòu)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(zhǎng)分別為10 m、10 m、10 m；②PVT、相對(duì)滲透率曲線等巖石流體數(shù)據(jù)采用渤海L油田實(shí)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(qū)與水驅(qū)開發(fā)效果對(duì)比

不考慮縱向非均質(zhì)性，對(duì)比水驅(qū)、直接聚驅(qū)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(qū)和直接聚合物驅(qū)注入水突破時(shí)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(guān)系見圖5。

圖4 注入水突破時(shí)剩余油飽和度分布

圖5 不同方案采出程度與含水率關(guān)系

從圖4可以看出，注入水突破時(shí)，與水驅(qū)相比較，直接聚合物驅(qū)波及前緣推進(jìn)相對(duì)均勻，波及面積明顯大于水驅(qū)，波及區(qū)域內(nèi)含油飽和度更低。統(tǒng)計(jì)水驅(qū)與直接聚驅(qū)方案注入水突破時(shí)間分別為608 d和950 d，聚合物驅(qū)推遲注入水突破時(shí)間342 d。注入水突破時(shí)，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(qū)無水采油期較長(zhǎng)，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(qū)能夠有效改善流度比，延緩注入水突破時(shí)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(shí)機(jī)聚合物驅(qū)效果對(duì)比

針對(duì)渤海L油田油層多、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，單層模型不能很好地描述實(shí)際油藏的特點(diǎn)，在上述模型的基礎(chǔ)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(zhǎng)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(shí)機(jī)聚合物驅(qū)采出程度與含水率關(guān)系曲線見圖6。早期聚合物驅(qū)，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(shí)機(jī)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(qū)有推遲油井見水、減緩含水上升的作用。聚合物驅(qū)時(shí)機(jī)越早，中低含水期日產(chǎn)油越高，且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間明顯延長(zhǎng)，這也是早期聚合物驅(qū)增油效果特征之一。與水驅(qū)比較，各個(gè)時(shí)期轉(zhuǎn)注聚合物驅(qū)采出程度均有大幅度提高。轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)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(duì)于海上油田由于受開發(fā)時(shí)間限制及高速高效開發(fā)的需求，早期聚合物驅(qū)顯得尤為重要。

圖6 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)采出程度與含水率關(guān)系

為比較不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)效果，以水驅(qū)方案為基礎(chǔ)，采取3種不同方法統(tǒng)計(jì)各方案在不同時(shí)間點(diǎn)的采出程度提高值：①統(tǒng)計(jì)投產(chǎn)開始后的第10、15年指標(biāo)；②統(tǒng)計(jì)開始注聚后的第10、15年指標(biāo)；③統(tǒng)計(jì)含水率達(dá)到90%、95%時(shí)的指標(biāo)。結(jié)果見表3。對(duì)各種統(tǒng)計(jì)方法的指標(biāo)作橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯觯S著注聚合物時(shí)機(jī)的提前，不管是以投產(chǎn)后的絕對(duì)時(shí)間點(diǎn)還是以注聚后的相對(duì)時(shí)間點(diǎn)亦或是以含水率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其采出程度提高值呈增大趨勢(shì)；聚合物驅(qū)時(shí)機(jī)越早，增油效果越好。同時(shí)對(duì)不同統(tǒng)計(jì)方法的指標(biāo)作縱向?qū)Ρ龋越^對(duì)時(shí)間指標(biāo)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%。可以看出，隨著開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，早期聚合物驅(qū)與中后期聚合物驅(qū)之間的差異越來越小，早期聚合物驅(qū)增油優(yōu)勢(shì)逐漸被淹沒，即聚合物驅(qū)大部分效益集中在開發(fā)前中期。數(shù)值模擬結(jié)果也說明了對(duì)于受開發(fā)時(shí)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(qū)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，與物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

表3 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)采出程度提高值

聚合物驅(qū)開發(fā)過程主要包括前期水驅(qū)、中間聚合物驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)3個(gè)階段，不同聚合物驅(qū)時(shí)機(jī)體現(xiàn)在聚合物驅(qū)前注入水量的多少(圖7)。早期聚合物驅(qū)前期注水量較小(甚至不注水)；中后期聚合物驅(qū)前期水驅(qū)時(shí)間較長(zhǎng)，注水量較大。比較不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)開發(fā)效果，實(shí)質(zhì)上需要比較在整個(gè)開發(fā)過程中前期水驅(qū)、聚合物驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)不同組合方式下的整體開發(fā)效果。

圖7 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)示意圖

聚合物驅(qū)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(shí)機(jī)聚合物驅(qū)在整個(gè)開發(fā)過程中增油降水的綜合驅(qū)替效果，定義綜合換油率

不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)開發(fā)過程綜合換油率如圖8所示?？梢钥闯?，注聚合物時(shí)機(jī)較早，開發(fā)早期綜合換油率較高，增油及降水效果優(yōu)勢(shì)較明顯。早期聚合物驅(qū)能在有限的時(shí)間內(nèi)將增油和降水的作用發(fā)揮得更好。因此，從技術(shù)角度出發(fā)，注聚合物時(shí)機(jī)越早，綜合效果越好。

圖8 不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)綜合換油率

3 結(jié) 論

(1)室內(nèi)均質(zhì)玻璃平板模型實(shí)驗(yàn)表明，直接聚驅(qū)前緣推進(jìn)較均勻，延緩見水時(shí)間，波及面積明顯大于水驅(qū)及水驅(qū)轉(zhuǎn)聚驅(qū)方案，波及效率較高。

(2)填砂巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)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(huì)有含水下降漏斗出現(xiàn)，且隨著含水的增加，漏斗出現(xiàn)時(shí)間越晚。轉(zhuǎn)注聚時(shí)機(jī)較早，提高采出程度幅度較大，開發(fā)效果較好。

(3)利用油藏?cái)?shù)值模擬對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證并定量化，同時(shí)提出綜合換油率概念來表征不同時(shí)機(jī)聚合物驅(qū)整體效果。模擬結(jié)果表明，聚合物驅(qū)時(shí)機(jī)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(shì)越明顯。早期聚合物驅(qū)能在有限的時(shí)間內(nèi)將增油和降水的作用發(fā)揮得更好。對(duì)于海上油田，由于受開發(fā)時(shí)間限制和高速高效開發(fā)的要求，早期聚合物驅(qū)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

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責(zé)任編輯：賀元旦

2014-12-10

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”課題“海上稠油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)”(編號(hào):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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