非均質(zhì)變異系數(shù)對(duì)S／P驅(qū)油效果影響的數(shù)值模擬研究

申乃敏，李華斌，劉 露，鐘 意，黃榮祿

（1.成都理工大學(xué)，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)）

非均質(zhì)變異系數(shù)對(duì)S／P驅(qū)油效果影響的數(shù)值模擬研究

申乃敏1，李華斌2，劉 露1，鐘 意1，黃榮祿1

（1.成都理工大學(xué)，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)）

利用數(shù)值模擬技術(shù)，在45℃及大慶油田地層水和原油條件下，研究了油層非均質(zhì)變異系數(shù)Vk對(duì)聚合物（S／P）二元復(fù)合驅(qū)油效果的影響。結(jié)果表明，水驅(qū)和復(fù)合驅(qū)的最終采出程度隨Vk的增加均呈下降趨勢(shì)。但驅(qū)油體系的表觀黏度越大，S／P驅(qū)的最終采出程度也越高，只是在不同的Vk條件下，采出程度大小不同。當(dāng)油層相對(duì)均質(zhì)和非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時(shí)，驅(qū)油體系的表觀黏度對(duì)最終采出程度的影響程度有所降低。此外，S／P提高采收率與Vk曲線為開口向下的拋物線，存在最大值。采收率最大值對(duì)應(yīng)的Vkmax隨著水油黏度比的增大而增大。這說明對(duì)于特定油田來說，存在一個(gè)最佳黏度值。有利的油水黏度比對(duì)于開發(fā)某特定油藏來說起著至關(guān)重要的作用。

S／P復(fù)合驅(qū)；數(shù)值模擬；非均質(zhì)變異系數(shù)；油水黏度比；采出程度；采收率

表面活性劑／聚合物二元復(fù)合驅(qū)（S／P）是在堿／表面活性劑／聚合物三元復(fù)合驅(qū)（ASP）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它既可以提高驅(qū)油效率又可以提高波及體積，是無化學(xué)堿劑對(duì)油層傷害的高效三次采油新技術(shù)。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，采出程度可由水驅(qū)的40%左右提高到60%左右，相當(dāng)于增加了可采儲(chǔ)量50%，因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，已完成S／P技術(shù)的驅(qū)油機(jī)理與理論研究、室內(nèi)篩選與評(píng)價(jià)研究、合理井網(wǎng)井距研究、采出液處理和利用技術(shù)研究、油藏?cái)?shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究、地面配注及工藝技術(shù)研究等配套技術(shù)［1］。事實(shí)上，影響S／P復(fù)合驅(qū)油效果的因素，除了驅(qū)油體系、地層流體本身性質(zhì)外，還與油層地質(zhì)特征，例如滲透率非均質(zhì)變異系數(shù)Vk等有關(guān)。本文利用數(shù)值模擬技術(shù)，詳細(xì)研究了油層非均質(zhì)變異系數(shù)對(duì)S／P驅(qū)油效果的影響。

1 主要參數(shù)和地質(zhì)模型

1.1 油層參數(shù)

油層有效厚度14 m，每小層2 m；油層頂界深度2 542 m；滲透率1 000×10-3μm2，孔隙度20.2%；巖石壓縮系數(shù)為4.5×10-4MPa-1；油層溫度45℃。

1.2 流體參數(shù)

地下原油黏度10 mPa·s，水黏度0.6 mPa·s，原始含油飽和度75%，地下原油密度0.854 g／cm3，地層水密度1.002 g／cm3，水壓縮系數(shù)4.78×10-6MPa。

1.3 化學(xué)參數(shù)

當(dāng)油水黏度比分別為1～4時(shí)，即驅(qū)油體系表觀黏度分別為10～40 mPa·s時(shí)，S／P體系中聚合物的濃度分別對(duì)應(yīng)為1 000 mg／L、1 200 mg／L、1 500 mg／L和1 650 mg／L，地層水礦化度8 906 mg／L，S／P體系中表面活性劑濃度為0.05%，注采速度0.1 PV／a，聚合物和表面活性劑吸附指數(shù)1，殘余阻力系數(shù)1.8，其最大吸附量分別為9.9×10-2mg／g和5.41 mg／g。

1.4 地質(zhì)模型

縱向上分7個(gè)數(shù)值模擬小層，每層2 m。x和y方向各為20個(gè)網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)長度15 m，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為20×20×7＝2 800，油層為正韻律，油層頂界深度2 542 m，參考點(diǎn)深度2 560 m，井網(wǎng)為五點(diǎn)法（4注1采），液體性質(zhì)及其它參數(shù)均采用大慶油田實(shí)際數(shù)據(jù)［2］，注采井距220 m。利用Dykstra H.方法，計(jì)算出滲透率變異系數(shù)Vk所對(duì)應(yīng)各模擬小層滲透率（表1）。

2 結(jié)果與討論

2.1Vk對(duì) 最終采出程度影響

表1 非均質(zhì)變異系數(shù)所對(duì)應(yīng)的模擬小層滲透率值 滲透率／10-3μm2

圖1給出了水驅(qū)及S／P驅(qū)油段塞為0.40 PV條件下，Vk對(duì)最終采出程度影響的曲線。從中可看出，無論是水驅(qū)還是S／P復(fù)合驅(qū)，Vk越大，最終采收率越低，開發(fā)效果越差。不同的Vk條件下，驅(qū)油體系的表觀黏度越大，驅(qū)油效果越好，最終采出程度也越高。只是在不同的Vk條件下，最終采出程度的大小不同，例如在Vk＝0.3時(shí)，水驅(qū)條件下的最終采出程度為46%，驅(qū)油體系表觀黏度為10 mPa·s和40 mPa·s的最終采出程度分別為60.03%和63.12%，與水驅(qū)采出程度相比分別相差14個(gè)百分點(diǎn)和17個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)Vk＝0.5時(shí)，水驅(qū)條件下的最終采出程度為40%，在驅(qū)油體系表觀黏度為10 mPa·s和40 mPa·s的最終采出程度分別為53.41%和59.21%，與水驅(qū)采出程度相比，分別相差13.35個(gè)百分點(diǎn)和19.15個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)Vk＝0.9時(shí)，水驅(qū)條件下的最終采出程度為25.88%，相同條件下復(fù)合驅(qū)最終采出程度分別為36.95%和40.65%，與水驅(qū)采出程度相比，分別相差11.1個(gè)百分點(diǎn)和14.8個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 VK對(duì)最終采出程度的影響

這說明，油層相對(duì)均質(zhì)和非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時(shí)，驅(qū)油體系的表觀黏度對(duì)最終采出程度的影響程度不大。前者是由于油層相對(duì)均勻，水驅(qū)波及效率較高，油層中的剩余油大部分為水驅(qū)殘余油，因此，水驅(qū)采出程度較高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，但由于油層波及效率增幅不大，S／P驅(qū)增采的原油主要是水驅(qū)殘余油，即提高的采收率的主要貢獻(xiàn)為驅(qū)油效率的提高；相反，在油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時(shí)，盡管高滲層的厚度不大，但由于吸水特別嚴(yán)重，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率極低，這時(shí)，油層中的剩余油主要是低滲層大量的可動(dòng)剩余油以及高滲層中少量的水驅(qū)殘余油組成［3］，因此，水驅(qū)采出程度不高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀粘度較高，但由于油層的非均質(zhì)性極其嚴(yán)重，中低滲透層中吸入的S／P溶液極少，甚至可能沒有吸入。因此，油層波及效率的提高幅度不大，低滲層仍剩余了大量可動(dòng)剩余油。因此，S／P最終采出程度的提高，主要緣由是提高了高滲層驅(qū)油效率，而這部分油量非常有限。而對(duì)于同一驅(qū)油體系來說，當(dāng)驅(qū)油體系表觀黏度為30 mPa·s時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Vk在0～0.3范圍內(nèi)時(shí)，復(fù)合驅(qū)最終采出程度隨著Vk的增加而略有下降，由63.54%平緩下降到62.82%；當(dāng)Vk在0.3～0.74時(shí)，隨著Vk的增加，最終采出程度下降幅度相對(duì)較大，由62.82%下降到46.84%；而當(dāng)Vk在0.74～0.9范圍時(shí)，隨著Vk的增大，最終采出程度從46.84%下降到39.9%；其它油水粘度比條件下的復(fù)合驅(qū)最終采出程度也有相同的變化趨勢(shì)。

2.2Vk對(duì)采收率影響

圖2給出了Vk對(duì)S／P提高采收率影響曲線，從中可以看出，在注入S／P體系0.40 PV條件下：①S／P驅(qū)提高的采收率與Vk的關(guān)系曲線為開口向下的拋物線，這說明存在一個(gè)最適合于S／P驅(qū)的非均質(zhì)變異系數(shù)Vkmax。當(dāng)油層的Vk明顯大于或小于Vkmax時(shí)，S／P驅(qū)提高采收率的值將明顯降低。②Vkmax隨著油水黏度比的增大而增大。例如當(dāng)油水黏度比分別為2和4時(shí)，Vkmax值分別為0.3和0.5，這說明對(duì)于特定油田來說，驅(qū)油體系存在一個(gè)最佳黏度值。③在油水黏度比分別為1、2、3和4時(shí)，即驅(qū)油體系的表觀黏度越大，在不同的Vk范圍內(nèi)，對(duì)采收率的影響程度不同。如S／P體系表觀黏度為10～40 mPa·s條件下，當(dāng)Vk＝0.3時(shí)的采收率分別為14%、15.54%、16.79%和17.09%；當(dāng)Vk＝0.5時(shí)采收率分別為13.35%、15.25%、18.09%和19.15%；當(dāng)Vk＝0.9時(shí)采收率分別為11.07%、12.39%、14.02%和14.77%。④當(dāng)油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重，驅(qū)油體系的表觀黏度對(duì)采收率的作用程度更大；在上述條件下，采收率分別為11.07%、12.39%、14.02%和14.77%。因此，對(duì)于指定油田來說，盡量注入高黏度的驅(qū)油體系，以最大幅度地提高采收率和最終采出程度。

圖2 VK對(duì)復(fù)合驅(qū)提高采收率的影響

另外，對(duì)比圖1和圖2分析可知，當(dāng)Vk在0～0.5時(shí)，Vk的增大，S／P驅(qū)最終采出程度下降，但是復(fù)合驅(qū)采收率下降幅度小于水驅(qū)采收率的下降幅度，因而復(fù)合驅(qū)比水驅(qū)提高采收率要高；Vk在0.5～0.72范圍內(nèi)時(shí)，隨著Vk的增加，水驅(qū)采收率低，而進(jìn)行復(fù)合驅(qū)后，由于復(fù)合段塞的注入提高了波及體積和驅(qū)油效率，使得水驅(qū)后，未開采的油層在一定程度上得到了有效開發(fā)，當(dāng)Vk大于0.72時(shí)，由于油層已嚴(yán)重非均質(zhì)，水驅(qū)和復(fù)合驅(qū)采收率都很低，即使采用復(fù)合驅(qū)提高了采收率，但投入產(chǎn)出的成本太高。雖然大慶油田聚合物驅(qū)提高采收率最大值對(duì)應(yīng)的VK值在0.7左右，但因計(jì)算Vk時(shí)，所采用的方法不同，故本文所得出的復(fù)合驅(qū)提高采收率最大值對(duì)應(yīng)的VK值不同。

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因，分析起來，主要的機(jī)理是，在油層相對(duì)均勻條件下，波及效率較高，油層中的剩余油大部分為水驅(qū)殘余油，因此，水驅(qū)采收率較高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，但油層波及效率在水驅(qū)的基礎(chǔ)上的增加幅度不大，這時(shí)增采的油量主要為水驅(qū)殘余油［4］。顯然，S／P提高的采收率，主要貢獻(xiàn)來自于驅(qū)油效率的提高。相反，在油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時(shí)，盡管高滲層的厚度不大，但由于吸水特別嚴(yán)重，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率極低。這時(shí)，油層中的剩余油主要由高滲層中少量的水驅(qū)殘余油和低滲層大量的可動(dòng)剩余油組成。因此，總采收率低。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，中低滲透層中吸入了有限的驅(qū)油溶液，甚至仍然沒有吸入，波及效率的提高幅度不大，低滲層仍然剩余了大量的可動(dòng)剩余油，最終采出程度的增加，主要是采出了高滲層的驅(qū)油效率，而這部分油量非常有限［5］，且油水黏度比越大，其改善程度越高，最終采出程度也越高。

3 結(jié)論

（1）高黏度驅(qū)油體系能夠明顯提高采收率和采出程度，因此只要注入條件允許，盡量注入高黏度的驅(qū)油體系，以最大幅度地提高采收率和最終采出程度。

（2）對(duì)同一驅(qū)油體系來說，隨著Vk的增加，復(fù)合驅(qū)最終采出程度下降；對(duì)于S／P二元復(fù)合驅(qū)來說，存在一個(gè)最適合于復(fù)合驅(qū)的非均質(zhì)變異系數(shù)Vkmax，當(dāng)油層的Vk明顯大于或小于Vkmax時(shí)，S／P二元復(fù)合驅(qū)提高的采收率的效果將明顯降低。

（3）Vkmax隨油水黏度比的增大而增大。當(dāng)油水黏度比分別為2和4時(shí)，Vkmax值分別為0.3和0.5，這說明對(duì)于某特定油田來說，存在一個(gè)適合于該非均質(zhì)性特征下驅(qū)油體系的最佳黏度值。

［1］ 程杰成，廖廣志，楊振宇，等.大慶油田三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)綜述［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：46-49.

［2］ 李華斌，吳文祥.ASP三元復(fù)合驅(qū)油層適應(yīng)性研究［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22（4）：48-51.

［3］ 吳文祥，張玉豐，胡錦強(qiáng)，等.聚合物及表面活性劑二元復(fù)合體系驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，29（6）：98-100.

［4］ 元福卿.非均質(zhì)性對(duì)聚合物驅(qū)效果影響數(shù)值模擬研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27（2）：239-241.

［5］ 王者琴，夏惠芬，王剛，等.無堿超低界面張力下二元復(fù)合體系對(duì)水驅(qū)殘余油采收率的影響［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，31（3）：25-27.

TE357.43

A

1673-8217（2011）06-0118-03

2011-03-09；改回日期：2011-06-27

申乃敏，1985年生，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，在讀研究生，現(xiàn)主要從事提高采收率及油田化學(xué)技術(shù)研究。

劉洪樹

文章編號(hào)：1673-8217（2011）06-0096-03