聚合物驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬

高明王強(qiáng)馬德勝劉朝霞劉皖露

1.提高石油采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油勘探開發(fā)研究院

聚合物驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬

高明1，2王強(qiáng)1，2馬德勝1，2劉朝霞1，2劉皖露1，2

1.提高石油采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油勘探開發(fā)研究院

引用格式：高明，王強(qiáng)，馬德勝，劉朝霞，劉皖露. 聚合物驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬［J］.石油鉆采工藝，2016，38（4）：494-498.

聚合物驅(qū)后剩余油分布高度零散、頂部油層剩余油難以動(dòng)用，而聚驅(qū)后的主導(dǎo)技術(shù)尚無明確方法。在原油受力分析的基礎(chǔ)上，提出了油藏頂部注氣、底部三元復(fù)合驅(qū)的思路。針對大慶聚合物驅(qū)后區(qū)塊，進(jìn)行了不同驅(qū)替方式的預(yù)測對比研究。結(jié)果表明，注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)效果最好，提高采收率幅度達(dá)到了13.53%。對比不同驅(qū)替方式的頂部油層剩余油飽和度，注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)能夠?qū)㈨敳康蜐B透油層有效動(dòng)用，剩余油大幅減少。分析不同時(shí)間點(diǎn)的縱向剩余油飽和度分布，頂部注氣后利用縱向壓差驅(qū)替剩余油向下運(yùn)移，底部實(shí)施三元復(fù)合驅(qū)利用平面壓差驅(qū)替剩余油，實(shí)現(xiàn)了立體驅(qū)替。注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)技術(shù)為聚驅(qū)后提高采收率技術(shù)的發(fā)展提供了新思路。

聚合物驅(qū)后；注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)；數(shù)值模擬；剩余油分布

大慶油田實(shí)施聚合物驅(qū)的區(qū)塊陸續(xù)進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)階段，聚合物驅(qū)結(jié)束后的采出程度為50～60%，仍有近一半的地質(zhì)儲(chǔ)量殘留地下［1-5］。近年來，針對聚驅(qū)后如何進(jìn)一步提高采收率，在室內(nèi)和現(xiàn)場開展了微生物采油、泡沫復(fù)合驅(qū)油、熱力采油、聚表劑驅(qū)油和挖掘分流線剩余油等方法的探索性研究，取得了初步性認(rèn)識(shí)和成果，但聚驅(qū)后主導(dǎo)技術(shù)尚不明確［6-11］。

從機(jī)理上看，聚合物驅(qū)后非均質(zhì)變強(qiáng)、后續(xù)驅(qū)油劑面臨“二次波及”的問題，相對聚驅(qū)前難度更大。聚合物吸附于巖石表面、滯留于小孔喉，后續(xù)驅(qū)油劑接觸殘余油條件變差。針對這一難題，提出了聚合物驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)技術(shù)，并利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，研究結(jié)果能夠?yàn)榫酆衔矧?qū)后進(jìn)一步提高采收率技術(shù)的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1　聚合物驅(qū)后油藏剩余油分布特點(diǎn)Distribution features of residual oil in reservoirs after polymer flooding

剩余油分布規(guī)律是聚驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率技術(shù)研究的基礎(chǔ)，搞清聚合物驅(qū)后剩余油分布特征對于研究聚驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法和途徑至關(guān)重要。利用聚驅(qū)前、聚驅(qū)后密閉取心井多個(gè)巖樣塊資料，統(tǒng)計(jì)分析了聚驅(qū)前后剩余油變化特征及剩余儲(chǔ)量潛力。聚驅(qū)后縱向上弱未水洗段與中強(qiáng)水洗段交互分布，油層頂部剩余油富集，縱向剩余油可分為4種類型：油層頂部型、層內(nèi)夾層型、層內(nèi)韻律型、薄差油層型。聚驅(qū)后水洗厚度比例接近90%，油層動(dòng)用狀況得到明顯改善，聚驅(qū)前強(qiáng)水洗厚度占比18.6%，聚驅(qū)后強(qiáng)水洗厚度高達(dá)41.8%，比水驅(qū)增加23.2%，27.6%的厚度處于水驅(qū)殘余油狀態(tài)。

平面上剩余油分布更加零散，剩余油主要分布在河道邊部和砂體變差部位。聚驅(qū)前含油飽和度主要分布為45%～65%，聚驅(qū)后含油飽和度主要分布為35%～45%，聚驅(qū)前平均含油飽和度52.8%，聚驅(qū)后平均剩余油飽和度40.9%，較聚驅(qū)前降低了11.9個(gè)百分點(diǎn)。聚驅(qū)后仍有一定的物質(zhì)基礎(chǔ)和潛力，還有進(jìn)一步挖潛的余地。如圖1所示，通過室內(nèi)微觀實(shí)驗(yàn)分析，聚驅(qū)后油藏微觀剩余油分布以油膜、油滴、窄喉道和盲端等非連續(xù)高度零散形態(tài)賦存［12-13］。

圖1　聚驅(qū)后微觀剩余油分布狀態(tài)Fig.1 Microscopic distribution of residual oil after polymer flooding

2　聚合物驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)基本思路Fundamental thought of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding

目前大慶油田已經(jīng)對多項(xiàng)聚驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率技術(shù)進(jìn)行了積極的探索，自2005年以來，共開展了聚表劑驅(qū)、熱力采油、微生物采油、二元復(fù)合驅(qū)、殘余聚合物調(diào)剖5種類型10項(xiàng)現(xiàn)場試驗(yàn)，依據(jù)對聚驅(qū)后開展時(shí)機(jī)、井網(wǎng)方式和驅(qū)油體系的研究得出，聚驅(qū)后走“調(diào)、堵、驅(qū)”相結(jié)合的技術(shù)路線可以提高采收率5%～8%，雖有效果但不甚理想；有效的升級換代技術(shù)應(yīng)該進(jìn)一步提高采收率達(dá)10%～15%以上。

針對聚驅(qū)后剩余油分布的狀況，提出了油藏頂部注氣、底部三元復(fù)合驅(qū)的思路。如圖2所示，在厚油層內(nèi)部或無隔層小層間，油層頂部水平井注氣，并通過氣頂擴(kuò)張來驅(qū)替原油，剩余油向下驅(qū)替，避免了水平氣驅(qū)因儲(chǔ)層非均質(zhì)性和氣體黏性指進(jìn)引起的氣竄、波及效率低等問題，實(shí)現(xiàn)頂部剩余油的動(dòng)用。油層底部注入三元復(fù)合驅(qū)油體系，驅(qū)替底部以及頂部氣驅(qū)驅(qū)替下來的剩余油，實(shí)現(xiàn)油藏的立體開發(fā)。

圖2　聚驅(qū)后穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)技術(shù)思路Fig.2 Thought of stable gravity flooding after polymer flooding

在高含水期，油層經(jīng)過長期水洗，流體相互之間的浮力，經(jīng)過對流體長期而持久的作用，使油水產(chǎn)生上下分離的趨勢，在孔隙中油、水不斷上、下分離運(yùn)動(dòng)，從而造成油層上部剩余油富集，上部剩余油無法受到較好的水驅(qū)作用。在近注水井和生產(chǎn)井一定區(qū)域內(nèi)，壓力下降很快，驅(qū)替壓力梯度較高，浮力所起的作用很小，浮力和重力的合力與水平方向的夾角很小，有利于使原油驅(qū)向水平方向；但逐漸到了離井點(diǎn)一定距離的油層內(nèi)部，從注水井到油井方向過渡過程中驅(qū)替壓力梯度變得很小，驅(qū)替壓力梯度的方向是從水井指向油井，但浮力沒有大的變化，水對單位體積的浮力與油的重力差在高含水條件下可以看作是恒定的，浮力和重力的合力與水平方向的夾角有所增加且方向向上傾斜，使原油慢慢移向上方。

注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)通過氣頂擴(kuò)張來驅(qū)替油層頂部剩余油，使剩余油從油層頂部流向油層底部。在油層底部進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)替時(shí)，氣體驅(qū)動(dòng)力與重力的聯(lián)合作用，克服流體的浮力及流動(dòng)阻力，抑制油的向上移動(dòng)，使油層底部三元復(fù)合驅(qū)能保證較好的驅(qū)替效果。

3　聚合物驅(qū)后提高采收率技術(shù)對比分析Comparison of available EOR techniques after polymer flooding

利用大慶某聚驅(qū)后正韻律沉積區(qū)塊進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，區(qū)塊面積1.51 km，平面網(wǎng)格步長為10 m，油層厚度24 m，模型縱向劃分為20個(gè)模擬層，聚驅(qū)后采出程度51.48%。

3.1剩余油分布研究

Distribution of residual oil

（1）平均剩余油飽和度場。將各層剩余油飽和度加和平均，得出平均剩余油飽和度場，對比不同驅(qū)替方式剩余油飽和度場，如圖3所示。

圖3　聚驅(qū)后剩余油飽和度場Fig.3 Residual oil saturation field after polymer flooding

從圖中可以看出，泡沫驅(qū)可以有效擴(kuò)大波及體積，但提高驅(qū)油效率有限，總體剩余油飽和度較高；凝膠+三元復(fù)合驅(qū)、注氣穩(wěn)定重力驅(qū)存在局部剩余油；注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)驅(qū)替效率高，剩余油較少，且驅(qū)替均勻。

（2）頂部小層剩余油飽和度場。將頂部1～5小層剩余油飽和度場加和平均，得出頂部小層平均剩余油飽和度場，如圖4所示。常規(guī)化學(xué)驅(qū)技術(shù)頂部油層驅(qū)替效果差、剩余油較多，注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)將頂部低滲透油層有效動(dòng)用、剩余油大幅減少。

圖4　1～5層平均含油飽和度場（共20層）Fig.4 Average oil saturation field of layer 1-5 （with 20 layers in total）

（3）縱向剩余油飽和度場。切取注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)不同時(shí)間縱向剖面，頂部注氣降低殘余油飽和度，利用縱向壓差驅(qū)替剩余油向下運(yùn)移，底部實(shí)施復(fù)合驅(qū)驅(qū)替剩余油，利用平面壓差開采，實(shí)現(xiàn)立體驅(qū)替，如圖5所示。

圖5　注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)縱向剖面剩余油飽和度場Fig.5 Residual oil saturation field in vertical profile after gas injection for stable gravity flooding

3.2提高采收率預(yù)測結(jié)果對比分析

Comparison of predicted EOR performance

進(jìn)行了凝膠調(diào)驅(qū)、泡沫驅(qū)等不同驅(qū)替方式的效果預(yù)測，結(jié)果見表1。聚驅(qū)后不同方法提高采收率差異較大，在凝膠調(diào)驅(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)采收率可達(dá)到11.39%，而注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)效果最好，提高采收率達(dá)到了13.53%，降水增油效果良好，結(jié)果如圖6、圖7所示。

表1　聚驅(qū)后不同驅(qū)替方式提高采收率結(jié)果Table 1 EOR performance of different displacement techniques after polymer flooding

4　結(jié)論Conclusions

（1）針對聚驅(qū)后宏、微觀剩余油高度分散，油層頂部剩余油富集的特點(diǎn)，提出了注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)的思路。進(jìn)行了不同技術(shù)的平均剩余油飽和度場、頂部小層剩余油飽和度場和縱向剩余油飽和度場的分析，結(jié)果表明聚驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)有效驅(qū)替油藏頂部剩余油，實(shí)現(xiàn)油藏的立體開發(fā)。

圖6　聚驅(qū)后不同驅(qū)替方式提高采收率預(yù)測結(jié)果Fig.6 Predicted EOR of different displacement techniques after polymer flooding

圖7　聚驅(qū)后不同驅(qū)替方式含水變化預(yù)測結(jié)果Fig.7 Predicted changes in water cut of different displacement techniques after polymer flooding

（2）對比不同驅(qū)替方式的數(shù)值模擬結(jié)果，提高采收率差異較大，聚驅(qū)后注氣穩(wěn)定重力復(fù)合驅(qū)效果最好，提高采收率幅度達(dá)到了13.53%，為聚驅(qū)后提高采收率技術(shù)的探索提供了新思路。

［1］ 朱友益，侯慶鋒，簡國慶，馬德勝，王哲.化學(xué)復(fù)合驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（1）：90-96. ZHU Youyi， HOU Qingfeng， JIAN Guoqing， MA Desheng， WANG Zhe.Current development and application of chemical combination flooding technique ［J］. Petroleum Exploration and Development， 2013， 40 （1）: 90-96.

［2］ 程杰成，吳軍政，陳國，韓培慧，趙昌明.化學(xué)驅(qū)實(shí)用數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用［J］ .大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2014，33 （1）：116-121. CHENG Jiecheng， WU Junzheng， CHEN Guo， HAN Peihui， ZHAO Changming.Practical mathematical model and its application for chemical flooding［J］.Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing， 2014， 33 （1）: 116-121.

［3］ 趙鳳蘭，岳湘安，侯吉瑞，李凱.堿對復(fù)合驅(qū)油體系與原油乳化作用的影響［J］.石油鉆探技術(shù)，2010，38（2）：62-66. ZHAO Fenglan， YUE Xiang’an， HOU Jirui， LI Kai. Impact of alkali on emulsification of compound flooding system and crude oil ［J］.Petroleum Drilling Techniques，2010， 38（2）: 62-66.

［4］ 沈平平，袁士義，鄧寶榮，宋杰，沈奎友.化學(xué)驅(qū)波及效率和驅(qū)替效率的影響因素研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2004，31（1）：1-4. SHEN Pingping， YUAN Shiyi， DENG Baorong， SONG Jie， SHEN Kuiyou.Influence factors of oil displacement efficiency and sweep efficiency in chemical flooding［J］. Petroleum Exploration and Development， 2004， 31（1）: 1-4.

［5］ 張繼成，張彥輝，戰(zhàn)菲，孫麗艷.聚驅(qū)后油田剩余油潛力分布規(guī)律研究［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2010，40（13）：57-62 ZHANG Jicheng， ZHANG Yanhui， ZHAN Fei， SUN Liyan.Investigation on the distribution rule of potential of remaining oil after polymer flooding［J］.Mathematics in Practice and Theory， 2010， 40（13）: 57-62.

［6］ 曹瑞波，韓培慧，高淑玲.不同驅(qū)油劑應(yīng)用于聚合物驅(qū)油后油層的適應(yīng)性分析［J］.特種油氣藏，2012，19（4）：100-103. CAO Ruibo， HANG Peihui， GAO Shuling. Adaptability of different oil displacement agents in reservoir formations after polymer flooding ［J］. Special Oil and Gas Reservoirs， 2012， 19 （4）: 100-103.

［7］ 韓培慧，蘇偉明，林海川，高淑玲，曹瑞波，李宜強(qiáng).聚驅(qū)后不同化學(xué)驅(qū)提高采收率對比評價(jià)［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，26（5）：44-48. HAN Peihui， SU Weiming， LIN Haichuan， GAO Shuling，CAO Ruibo， LI Yiqiang.Evaluation and comparison of different EOR techniques after polymer flooding［J］. Journal of Xi’an Shiyou University: Natural Science Edition， 2011， 26（5）: 44-48.

［8］ 孫靈輝，劉衛(wèi)東，趙海寧，吳文祥.聚合物驅(qū)油后高彈性聚合物驅(qū)油方法探索［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29 （6）：112-115. SUN Linghui， LIU Weidong， ZHAO Haining， WU Wenxiang. Oil displacement by using high-elastic polymer after polymer flooding ［J］. Journal of Southwest Petroleum University， 2007， 29 （6）: 112-115.

［9］ 李麗娟.大慶油田一類油層聚驅(qū)后聚表劑驅(qū)油技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2013，32（3）：118-122. LI Lijuan.Oil displacing technique by polymer and surfactant after polymer flooding for typeⅠoil reservoir in Daqing Oilfield［J］. Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing， 2013， 32（3）: 118-122.

［10］ 吳莉玲，王惠衛(wèi)，杜勇，蔣彩紅，段小坤.雙河油田聚驅(qū)后二元復(fù)合驅(qū)效果評價(jià)—以核桃園組三段Ⅱ油組5層為例［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2014，36（3）：348-351. WU Liling， WANG Huiwei， DU Yong， JIANG Caihong，DUAN Xiaokun. Performance evaluation of surfactant/ polymer combined flooding after polymer flooding in Shuanghe Oilfield: a case study of 5 layers in No. II oilbearing formation of Interval 3， Hetaoyuan Formation ［J］. Journal of Oil and Natural Gas， 2014， 36（3）: 348-351.

［11］ 王亮，盧祥國，鄧慶軍，肖龍.聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)［J］.油田化學(xué)，2010，27（4）：385-390. WANG Liang ， LU XiangGuo， DENG QingJun， XIAO Long.EOR technology after polymer flooding and it’s technical and economic evaluation ［J］.Oilfield Chemistry， 2010， 27（4）: 385-390.

［12］ 宋考平，李世軍，方偉，吳家文，穆文志.用熒光分析方法研究聚合物驅(qū)后微觀剩余油變化［J］.石油學(xué)報(bào)，2005，26（2）：91-95. SONG Kaoping， Li Shijun， FANG Wei， WU Jiawen， MU Wenzhi.Fluorescence analysis on changeable rules of microscopic remaining oil after polymer flooding ［J］. ACTA Petrolei Sinica， 2005， 26（2）: 91-95.

［13］ 白振強(qiáng)，吳勝和，付志國.大慶油田聚合物驅(qū)后微觀剩余油分布規(guī)律［J］.石油學(xué)報(bào)，2013，34（5）：924-931 BAI Zhenqiang， WU Shenghe， FU Zhiguo.The distribution of microcosmic remaining oils after polymer flooding in Daqing Oilfield ［J］. ACTA Petrolei Sinica，2013， 34（5）: 924-931.

修改稿收到日期 2016-06-12

〔編輯 李春燕〕

Numerical simulation of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding

GAO Ming1，2， WANG Qiang1，2， MA Desheng1，2， LIU Zhaoxia1，2， LIU Wanlu1，2
1. State Kay Laboratory of Enhanced Oil Recovery， Beijing 100083， China；2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development， Beijing 100083， China

Residual oil after polymer flooding is very scattered， and residual oil in top sections of reservoir formations is extremely difficult to develop， yet there is no prevailing technology suitable for development after polymer flooding. Based on analysis of stress on crude oil， the idea of injecting gas at the top section of the reservoir and conducting ASP flooding in bottom section has been proposed in this paper. Performances of different displacement modes have been predicted for some blocks of Daqing Oilfield after polymer flooding. The research results show gas injection for stable gravity flooding has the best performance， with a EOR increment of 13.53%. Comparing residual oil saturation obtained through application of different displacement modes， gas injection for stable gravity flooding can effectively develop low-permeability formations in the top section and reduce residual oil significantly. Vertical distribution of residual oil saturation at different time points was analyzed. After gas injection in the top section， differential pressure in vertical direction may drive residual oil to migrate downward， while ASP flooding conducted in bottom section may drive residual oil by horizontal differential pressure， thus realizing 3-dimensional flooding. Gas injection for stable gravity flooding may provide a viable option for EOR after polymer flooding.

after polymer flooding； gas injection for stable gravity flooding； numerical simulation； residual oil distribution

TE357

A

1000 - 7393（ 2016 ） 04- 0494- 05

10.13639/j.odpt.2016.04.017

GAO Ming， WANG Qiang， MA Desheng， LIU Zhaoxia， LIU Wanlu. Numerical simulation of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（4）: 494-498.

中國石油“十三五”油氣田開發(fā)重大科技項(xiàng)目“礫巖及斷塊油藏化學(xué)驅(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)”（編號：2016B-1104）；中國石油勘探開發(fā)研究院超前儲(chǔ)備研究項(xiàng)目（編號：2015yj-03）。

高明 （1980-），博士，主要從事油氣田開發(fā)方面的研究工作，工程師。通訊地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號中國石油勘探開發(fā)研究院采收率所。 E-mail：gaoming010@petrochina.com.cn