渤海聚合物驱油藏技术经济界限及分类

张贤松孙福街谢晓庆康晓东李保振

(1.海洋石油高效开发国家重点实验室; 2.中海油研究总院)

渤海聚合物驱油藏技术经济界限及分类

张贤松1,2孙福街1谢晓庆1,2康晓东1,2李保振1,2

(1.海洋石油高效开发国家重点实验室; 2.中海油研究总院)

根据油藏特征,利用经济分析和数值模拟手段,研究了渤海油田聚合物驱油藏筛选指标的技术经济界限,把该地区适宜聚合物驱油藏细分为4类。潜力评价表明,渤海油田整体聚合物驱平均提高采收率可达5.92%,其中Ⅰ类和Ⅱ类油藏聚合物驱的技术经济指标较好、潜力大、风险性小。目前,在渤海油田开展的聚合物驱矿场试验取得了明显的控水降水和增油效果,Ⅰ类和Ⅱ类油藏聚合物驱将成为该地区常规稠油提高采收率的主要技术方向。

渤海;聚合物驱;油藏筛选指标;技术经济界限;油藏分类;潜力评价

陆地油田聚合物驱研究与实践证明,油藏深度、油藏温度、原油粘度以及地层水矿化度是影响其技术经济效果的主要油藏因素和筛选指标。渤海油田以陆相沉积为主,油层非均质性较强,原油粘度较大,水驱采收率不高,聚合物驱是提高这类油藏采收率的有效技术[1-3]。

与陆上油田相比,渤海油田聚合物驱各筛选指标的分布区间大,尤其原油粘度偏大(图1),地层水矿化度尤其是二价离子含量普遍偏高,有必要对油藏进行详细分类,并对聚合物驱提高采收率潜力进行分类评价,从而降低该地区实施聚合物驱的风险[4-5]。本文采用经济分析和数值模拟方法,给出了渤海油田聚合物驱筛选指标的技术经济界限,筛选出适宜聚合物驱油藏33个,并划分为4类油藏类型,其中Ⅰ类和Ⅱ类油藏聚合物驱的技术经济指标较好、潜力大、风险性小。

图1 陆地油田实施化学驱油藏和渤海油藏深度与地层原油粘度分布

1 聚合物驱经济及极限经济提高采收率

聚合物驱经济评价通常采用财务净现值法,现金流出量只考虑投资、生产成本和税收3项。聚合物驱净现值的计算公式为

式(1)中:NPV为增量累积净现值,元;i为计算时间,年,i=1,2,…,t;Qoi为年增油量,m3;Qpi为年注聚量,t;ic为期望收益率,%;Po为原油价格,元/m3;α为原油商品率,%;Is为单井投资增量费用,元/口; n为注入井井数,口;Cm为增量生产费用,元/m3;Pp为聚合物价格,元/t;R为综合税率,%;Rs为资源税税率,%。

NPV=0时,由式(1)得到计算聚合物驱经济提高采收率的表达式为式(2)中:Roe为经济提高采收率,%;ro为年增油量占总增油量比例,%,∑ro=1;N为地质储量,m3;其他参数意义同前。

将渤海油田实施聚合物驱油藏的开发数据及聚合物驱的投资与成本代入式(2)中,取期望收益率为20%,得到聚合物驱在确定期望收益率下的经济提高采收率,见式(3)。如取期望收益率为行业基准收益率12%,得到的则是极限经济提高采收率。

式(3)中各参数意义同前。

由式(3)可以得到渤海油田某油藏在不同单井增量投资、不同油价下的聚合物驱经济提高采收率图版(图2)。当原油价格为60美元/桶,单井增量投资为400万元/口时,该油藏聚合物驱经济提高采收率为5.84%,极限经济提高采收率为4.15%。

图2 渤海油田某油藏聚合物驱经济提高采收率图版(ic=20%)

2 聚合物驱油藏技术经济界限

利用数值模拟方法对地层温度、原油粘度、地层水矿化度、钙镁离子含量等筛选指标与聚合物驱提高采收率指标的影响规律进行研究,依据渤海油田聚合物驱经济提高采收率和极限经济提高采收率的研究结果,得到该地区聚合物驱油藏的技术经济界限。

2.1 地层温度界限

聚合物溶液具有温敏性,其粘度随着温度的升高而降低。从技术评价来看,目前渤海油田聚合物驱适用的油藏温度最大值一般为93℃。根据聚合物溶液粘度与地层温度关系,计算了渤海油田在不同地层温度条件下的聚合物驱提高采收率值,如图3所示,可以看出经济提高采收率值对应的地层温度值为82℃。因此,渤海油田聚合物驱地层温度的技术经济界限为82℃。

图3 渤海油田聚合物驱提高采收率与地层温度的关系曲线

2.2 原油粘度界限

研究表明,随着稠油粘度的增大,水驱和聚合物驱的开发效果都变差[4-5]。利用数值模拟方法,研究了渤海油田不同原油粘度下聚合物驱提高采收率的变化规律,如图4所示,可以看出原油粘度对聚合物驱提高采收率值存在最优范围:按经济提高采收率5.84%,聚合物驱原油粘度较佳范围为155mPa·s;但按极限经济提高采收率4.15%,对应的聚合物驱原油粘度则为300mPa·s。因此,渤海油田聚合物驱的原油粘度最大范围可以放宽到300mPa·s。

图4 渤海油田聚合物驱提高采收率与原油粘度的关系曲线

2.3 地层水矿化度界限

聚合物溶液具有盐敏性,其粘度随着地层水矿化度的升高而降低,因而增粘效果变差,提高采收率的幅度变小。渤海油田筛选的聚合物在抗盐性方面优于其他类型聚合物,该类聚合物适用的最大地层水矿化度界限为20 000mg/L[6]。渤海油田地层水矿化度与聚合物驱提高采收率的关系曲线如图5所示,结果表明经济提高采收率值5.84%对应的地层水矿化度为17 000mg/L。因此,渤海油田聚合物驱地层水矿化度的技术经济界限为17 000mg/L。

图5 渤海油田聚合物驱提高采收率与地层水矿化度的关系曲线

2.4 钙镁离子含量界限

聚合物溶液具有显著的盐敏效应,尤其是二价离子含量对聚合物溶液的粘度有较大的负作用,从而影响聚合物驱的开发效果。渤海油田不同二价离子含量与聚合物驱提高采收率的关系曲线如图6所示,可以看出随着钙镁离子含量的增加,聚合物驱的提高采收率幅度变小,经济提高采收率值5.84%对应的钙镁离子含量值为850mg/L,即聚合物驱地层水钙镁离子含量技术经济界限为850mg/L。

图6 渤海油田聚合物驱提高采收率与钙镁离子含量的关系曲线

2.5 油藏渗透率界限

由于聚合物溶液的增粘性,降低了其注入性。要满足聚合物驱方案的配注量,则需要油藏具有较高的渗透性,当渗透率低至一定的界限时,不能满足方案要求的注入速度,影响聚合物驱的开发效果。根据现场实践经验,渤海油田聚合物驱要求最大注入压力不高于10 MPa,油藏渗透率与聚合物驱注入井井口压力变化关系如图7所示,可以看出对应最大注入压力10 MPa下的聚合物驱油藏渗透率下限为390mD;渗透率大于1 000mD后,注入井井口压力变化不大。因此,渤海油田聚合物驱油藏渗透率的技术经济界限为1 000mD。

图7 渤海油田不同油藏渗透率下聚合物驱注入井井口压力变化曲线

3 聚合物驱油藏分类

依据上述聚合物驱筛选指标的技术经济界限研究结果,并与美国国家石油委员会推荐的聚合物驱筛选标准、Taber1997年提出的聚合物驱筛选标准及陆地油田的聚合物驱筛选标准[7-11]进行对比,可以确定渤海油田聚合物驱油藏指标界限(表1),据此可筛选出渤海油田适合聚合物驱的油藏共有33个。

表1 渤海油田聚合物驱油藏指标筛选界限

根据渤海油田油藏特点和聚合物驱实践经验,首先以地下原油粘度为主控因素对油藏分类,然后按地层水矿化度和二价离子含量细分类,最后按地层温度再界定类别。表2为渤海油田聚合物驱油藏分类界限。

表2 渤海油田聚合物驱油藏分类界限

针对渤海油田适宜聚合物驱油藏的地层温度(T)、原油粘度(μ)、地层水矿化度(K)和二价离子含量(CM)等参数的分布区间有时存在不一致性,本文采用欧式距离方法确定油藏单元的类型。欧式距离指某油藏类型与分类标准的距离,其值越短,则该油藏属于某类油藏的可能性就越大。将影响因素权重引入到欧式距离中,定义加权欧式距离对渤海油田聚合物驱油藏进行分类。为消除不同参数间的量纲差异,需要将分类标准和油藏参数进行归一化处理。本次研究涉及到4个参数,因此,欧式距离表示为4维空间,加权欧式距离表达式为

根据油藏分类指标,将每个参数落在某一分类区间的平均值作为该参数的标准值;根据单因素影响数模计算结果,通过分析各参数对采收率的敏感程度确定各参数权重。针对某具体油藏的参数,代入每类油藏所对应的公式,分别求取加权欧式距离d值,哪类油藏的d值小,就把油藏划归到该类油藏。

根据上述方法,将渤海油田适合聚合物驱的33个油藏单元划分到4种油藏类型中,结果显示,Ⅰ类至Ⅳ类油藏数分别为11、12、7和3个,对应所占石油地质储量比例分别为14.4%、66.5%、17.0%和2.1%,可见Ⅰ类和Ⅱ类油藏的地质储量比例超过80%。其中,Ⅰ类油藏聚合物驱条件最好,其地下原油粘度较小,地层水矿化度和二价离子含量较低,油藏温度低,对聚合物驱的适应范围宽,提高采收率效果最好;而Ⅳ类油藏进行聚合物驱的条件比较苛刻,属于高粘或高温或高盐油藏,或属于高温高盐油藏,对聚合物的类型和性能要求较高,聚合物驱效果相对较差;Ⅱ类和Ⅲ类油藏条件居中,但Ⅱ类油藏条件好于Ⅲ类,聚合物驱可以取得相对较好的效果。

4 聚合物驱油藏潜力评价

按聚合物驱油藏类型,建立渤海油田聚合物驱分类潜力预测回归模型,进行了潜力预测。结果表明,渤海油田整体聚合物驱平均提高采收率可达5.92%,技术和经济效益较好。其中,Ⅰ类油藏提高采收率达7.37%,聚合物驱效果最好;Ⅱ类油藏提高采收率为6.21%,效果较好;Ⅲ和Ⅳ类油藏提高采收率低于5%。因此,Ⅰ类和Ⅱ类油藏实施聚合物驱风险较小,是该地区实施聚合物驱提高采收率的主要油藏类型;而Ⅳ类油藏需要选择耐温抗盐和增粘性能优异的聚合物型,适宜在这类油藏的有利部位开展聚合物驱试验,以验证聚合物驱的可行性和经济性。

目前在渤海开展了3个油田共37口注聚井的矿场试验,已累积增油达到350万m3,取得了明显的降水控水和增油效果;所实施的聚合物驱油藏类型均属于Ⅰ、Ⅱ类,其油藏潜力评价的提高采收率指标为6.5%～7.5%,和方案设计值较一致。

5 结束语

依据研究得出的渤海油田聚合物驱油藏技术经济界限,将该地区油藏细分为4类,筛选出该地区适宜聚合物驱油藏共有33个,其中I类和II类油藏的地质储量比例超过80%,聚合物驱的技术经济指标较好,实施聚合物驱风险较小,是该地区实施聚合物驱提高采收率的主要油藏类型。目前在渤海油田Ⅰ类和Ⅱ类油藏开展的矿场试验取得了明显的控水降水和增油效果。聚合物驱将成为该地区常规稠油提高采收率的主要技术方向,而且潜力巨大。

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Reservoir technical-economic limit ofpolymer flooding and classification in Bohai Sea

Zhang Xiansong1,2Sun Fujie1Xie Xiaoqing1,2Kang Xiaodong1,2Li Baozhen1,2
(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Beijing,100027;2.CNOOC Research Institute, Beijing,100027)

The tools of economic analysis and numericalsimulation were used to research the technical-economic limit of reservoirscreening index forpolymer flooding in Bohai oilfields,and the reservoirssuitable topolymer flooding were divided into 4 types.Apotential evaluation has indicated that the recovery efficiency can averagely increase by 5.9% for the overallpolymer flooding in Bohai oilfields, with TypeⅠandⅡreservoirs being higher in the technical-economic index,greater inpotential and lower in risk forpolymer flooding.Currently,the field tests ofpolymer flooding in Bohai oilfields resulted insignificant effects in controlling and reducing water cut and increasing oilproduction.Thepolymer flooding for TypeⅠandⅡreservoirs has been themain direction of enhanced oil recovery technology in conventional heavy oil reservoirs,Bohai Sea.

Bohai Sea;polymer flooding;reservoirscreening index;technical-economic limit;reservoir classification;potential evaluation

2014-04-10改回日期:2014-05-30

(编辑:杨 滨)

张贤松,男,教授级高级工程师,1986年毕业于原华东石油学院,博士,长期从事油田开发及提高采收率技术工作。地址:北京市东城区东直门外小街6号海油大厦1704室(邮编:100027)。E-mail:zxsong6563@126.com。