渤海油田不同时机聚合物驱油效果研究

郑 伟，张贤松，陈付真，姜汉桥，陈民锋

(1.中海油 研究总院，北京 100027； 2.中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京 102249)

渤海油田不同时机聚合物驱油效果研究

郑 伟1，张贤松1，陈付真2，姜汉桥2，陈民锋2

(1.中海油 研究总院，北京 100027； 2.中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京 102249)

为研究海上油田不同时机聚合物驱油效果，使用渤海油田的油藏数据，采用物理模拟实验和数值模拟相结合的方法分析了不同时机聚合物驱在波及面积、无水采油期和驱替前缘形态等方面的特征。为兼顾不同时机聚合物驱增油及降水效果，定义综合换油率来表征不同时机聚合物驱油效果。结果表明，与中后期聚合物驱比较，早期聚合物驱前缘推进均匀，注入水突破时间延迟，波及效率高，油藏驱替效果得到改善。注聚合物时机较早，开发早期综合换油率较高，早期聚合物驱能在有限的时间内将增油和降水的作用发挥得更好。对于受开发时间限制及要求高速高效开发的海上油田，早期聚合物驱技术优势明显。

海上油田；早期聚合物驱；增油降水效果；综合换油率

聚合物驱通过改善流度比，有效地提高驱替介质的波及效率，降低含油饱和度，从而提高原油采收率[1-3]。聚合物驱已在我国陆上油田得到了广泛应用，并取得了较好的开发效果[4-6]。

我国渤海海域蕴藏着丰富的油气资源[7]，对比各种提高采收率方式，渤海油田形成了以聚合物驱为主的提高采收率技术[8-9]。鉴于海上油田开发平台寿命的时效性和开发投资的风险性，决定了海上油田实施聚合物驱技术应突出一个“早”字[10]。为研究海上油田不同时机聚合物驱驱替效果，采用物理模拟实验和数值模拟相结合的方法分析了不同时机聚合物驱在波及面积、无水采油期和驱替前缘形态等方面的特征，为海上油田早期聚合物驱确定最优注聚时机提供一定参考。

1 不同时机聚合物驱效果实验

1.1 室内平板模型物理模拟实验

根据渤海L油田实际的油藏流体数据，建立相应的物理模拟实验装置，模拟均质、单层、直井一注一采的条件下，不同时机聚合物驱在波及面积、无水采油期及驱替前缘形态等方面的差异，为渤海油田早期聚合物驱提供依据。

1.1.1 实验准备

(1)实验材料

①实验装置如图1所示。平板模型大小为40 cm×40 cm×0.8 cm，用不同目数的石英砂混合装填模型，渗透率2 500×10-3μm2，用Φ3 mm实验用钢管模拟注入、采出井点。

图1 物理模拟实验装置

②实验用油为人工配制油，65 ℃下模拟油黏度为13.0 mPa·s；水驱用水及配置聚合物用水均为渤海油田注水泵后水样，矿化度8 877.68 mg/L，65 ℃下测量黏度为0.8 mPa·s(染蓝色)。

③聚合物选用AP-P4疏水缔合聚合物，分子量约1 250万，质量浓度1 600 mg/L，经熟化剪切后测定65 ℃下黏度约为20 mPa·s(染红色)。

④实验在恒温65 ℃下进行。

(2)实验方案及步骤

方案1：水驱。

方案2：水驱见水后转聚合物驱，模拟油田早期注聚。

方案3：直接聚合物驱，模拟油田早期注聚。

实验步骤：

①将填砂管岩心饱和渤海油田注水泵后水样(模拟地层水)，测量水驱渗透率；

②用事先配制的实验用白油驱替装置内地层水(模拟原始油藏)；

③恒温箱内65 ℃条件下用平流泵以1 mL/min的速度注水，观察并记录不同时间的波及面积。

④根据方案要求，在与步骤③同等条件下进行聚合物驱。

1.1.2 实验结果及结论 水驱、直接聚合物驱及水驱后转聚驱各实验在不同时间的波及形态如图2所示。通过对比可以看出，由于不利的水油流度比，水驱前缘出现明显的突进现象，而直接聚合物驱由于聚合物溶液改善了流度比，前缘推进较均匀，基本不出现突进现象，因此延缓了见水时间，提高了波及效率。经统计，水驱方案见水总耗时90 min，直接聚合物驱方案见聚耗时150 min，可见早期聚合物驱比水驱拥有更长的无水采油期。

不同实验见水(聚)时波及形态如图3。可以直观看到直接聚合物驱见聚时的波及面积明显大于水驱转聚驱方案，水驱方案见水时的波及面积最小。

图2 不同方案实验不同时间的波及形状

图3 不同方案实验见聚(水)特征对比

1.2 室内物理模拟岩心驱替实验

1.2.1 实验准备 实验材料：①岩心长度50 cm，截面半径2.5 cm；各方案岩心气测渗透率见表1；②流体等其他参数同平板模拟实验。

表1 各方案对应的岩心渗透率及孔隙度

1.2.2 实验结果及结论 为对比不同时机聚合物驱效果，设计5种实验方案并统计相同注入倍数(2.0 PV)下采出程度提高幅度(表2)。从表2可以看出，转注聚时机较早，采出程度提高幅度较大，开发效果较好。

表2 实验方案结果

2 不同时机聚合物驱数值模拟效果

2.1 水驱与直接聚驱效果比较

为了对比验证物理模拟实验结论，以及进一步量化实验结果，结合实验过程中的具体参数建立了与实验物理模型相对应的典型数值模拟模型。

(1)典型模型的建立

为了便于研究，简化问题，参考渤海L油田相关数据，利用Eclipse数值模拟软件，建立典型模型：①无气顶和底水、层状油藏，构造顶深1 500 m，X、Y、Z方向网格数分别为50，50，1，网格步长分别为10 m、10 m、10 m；②PVT、相对渗透率曲线等岩石流体数据采用渤海L油田实际数据(地下原油黏度为13.1 mPa·s)；③平均渗透率为3 000×10-3μm2，平面变异系数为0.6；④注入聚合物质量浓度为1 600 mg/L(地下黏度约为4.5 mPa·s)，聚合物注入总量为320 PV·mg/L，不可及孔隙体积为0.18，残余阻力系数为2.5；⑤注采井距300 m；⑥注入速度0.04 PV/a，注采比1.0。

(2)直接聚驱与水驱开发效果对比

不考虑纵向非均质性，对比水驱、直接聚驱2种开发方式的开发效果。根据数值模拟得到水驱和直接聚合物驱注入水突破时剩余油饱和度分布见图4，不同开采方式下采出程度与含水率关系见图5。

图4 注入水突破时剩余油饱和度分布

图5 不同方案采出程度与含水率关系

从图4可以看出，注入水突破时，与水驱相比较，直接聚合物驱波及前缘推进相对均匀，波及面积明显大于水驱，波及区域内含油饱和度更低。统计水驱与直接聚驱方案注入水突破时间分别为608 d和950 d，聚合物驱推迟注入水突破时间342 d。注入水突破时，两者的波及效率分别是32.0%和42.4%，采出程度分别为9.7%和14.7%。两种方案的采出程度与含水率曲线形态差异较大(图5)，直接聚驱无水采油期较长，含水上升缓慢，累积产油量主要集中在中低含水期内。由此可见，直接聚合物驱能够有效改善流度比，延缓注入水突破时间，提高波及效率，降低含油饱和度，提高原油采收率。

2.2 不同时机聚合物驱效果对比

针对渤海L油田油层多、非均质性强的特点，单层模型不能很好地描述实际油藏的特点，在上述模型的基础上，考虑油层纵向非均质性，建立一注四采模型。模型主要参数如下：X、Y、Z方向网格数分别为30、30、5，网格步长分别为20 m、20 m、7 m；纵向变异系数0.6；井距300 m。

不同时机聚合物驱采出程度与含水率关系曲线见图6。早期聚合物驱，含水率上升缓慢，没有出现下降漏斗或者下降漏斗不明显，随着注聚合物时机的延后，含水率曲线逐渐出现了下降漏斗，且越来越明显。早期聚合物驱有推迟油井见水、减缓含水上升的作用。聚合物驱时机越早，中低含水期日产油越高，且相对稳定时间明显延长，这也是早期聚合物驱增油效果特征之一。与水驱比较，各个时期转注聚合物驱采出程度均有大幅度提高。转注时机越早，能够获得更高的采出程度和更低的含水率，开发效果越好，在开发前中期效果尤为明显，这对于海上油田由于受开发时间限制及高速高效开发的需求，早期聚合物驱显得尤为重要。

图6 不同时机聚合物驱采出程度与含水率关系

为比较不同时机聚合物驱效果，以水驱方案为基础，采取3种不同方法统计各方案在不同时间点的采出程度提高值：①统计投产开始后的第10、15年指标；②统计开始注聚后的第10、15年指标；③统计含水率达到90%、95%时的指标。结果见表3。对各种统计方法的指标作横向对比可以看出，随着注聚合物时机的提前，不管是以投产后的绝对时间点还是以注聚后的相对时间点亦或是以含水率进行统计，其采出程度提高值呈增大趋势；聚合物驱时机越早，增油效果越好。同时对不同统计方法的指标作纵向对比，以绝对时间指标为例，投产后第10年直接注聚的采出程度提高值比fw=70%注聚高出5.26%，而投产后第15年降为1.23%。可以看出，随着开发时间的延长，早期聚合物驱与中后期聚合物驱之间的差异越来越小，早期聚合物驱增油优势逐渐被淹没，即聚合物驱大部分效益集中在开发前中期。数值模拟结果也说明了对于受开发时间限制(或要求高速高效开发油田)的海上油田，早期聚合物驱技术优势明显，与物理模拟实验结果一致。

表3 不同时机聚合物驱采出程度提高值

聚合物驱开发过程主要包括前期水驱、中间聚合物驱及后续水驱3个阶段，不同聚合物驱时机体现在聚合物驱前注入水量的多少(图7)。早期聚合物驱前期注水量较小(甚至不注水)；中后期聚合物驱前期水驱时间较长，注水量较大。比较不同时机聚合物驱开发效果，实质上需要比较在整个开发过程中前期水驱、聚合物驱及后续水驱不同组合方式下的整体开发效果。

图7 不同时机聚合物驱示意图

聚合物驱开发效果体现在相同注入倍数条件下增产油量和少产水量上。为比较不同时机聚合物驱在整个开发过程中增油降水的综合驱替效果，定义综合换油率

不同时机聚合物驱开发过程综合换油率如图8所示。可以看出，注聚合物时机较早，开发早期综合换油率较高，增油及降水效果优势较明显。早期聚合物驱能在有限的时间内将增油和降水的作用发挥得更好。因此，从技术角度出发，注聚合物时机越早，综合效果越好。

图8 不同时机聚合物驱综合换油率

3 结 论

(1)室内均质玻璃平板模型实验表明，直接聚驱前缘推进较均匀，延缓见水时间，波及面积明显大于水驱及水驱转聚驱方案，波及效率较高。

(2)填砂岩心驱替实验表明，直接注聚方案含水不产生下降漏斗，油井见水后再注聚会有含水下降漏斗出现，且随着含水的增加，漏斗出现时间越晚。转注聚时机较早，提高采出程度幅度较大，开发效果较好。

(3)利用油藏数值模拟对实验结果进行验证并定量化，同时提出综合换油率概念来表征不同时机聚合物驱整体效果。模拟结果表明，聚合物驱时机较早，采出程度提高幅度较大，开发前中期综合换油率较高，增油及降水效果优势越明显。早期聚合物驱能在有限的时间内将增油和降水的作用发挥得更好。对于海上油田，由于受开发时间限制和高速高效开发的要求，早期聚合物驱技术优势明显。

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责任编辑：贺元旦

2014-12-10

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”课题“海上稠油化学驱油技术”(编号:2011ZX05024-004)

郑伟(1984-)，男，博士，主要从事油气田开发方面的研究。E-mail：weizheng_0601@163.com

1673-064X(2015)02-0060-05

TE357.46

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