注聚井參數(shù)優(yōu)化及合理注采壓力梯度研究

劉義坤 夏麗華 文華 王鳳嬌 王永平 蔣云燕

摘 要：聚合物驅(qū)是提高采收率的重要手段，注聚參數(shù)的選擇和合理聚驅(qū)壓力梯度的構(gòu)建對(duì)聚合物驅(qū)開發(fā)效果尤為重要。注入濃度、注入強(qiáng)度和采出強(qiáng)度是影響聚驅(qū)開發(fā)效果的主要因素，應(yīng)用排列組合的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行方案初步設(shè)計(jì)，根據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)選注聚參數(shù)組合，分別對(duì)含水下降期、含水低值期和含水上升期三個(gè)不同聚驅(qū)開發(fā)階段的儲(chǔ)層合理開發(fā)政策界限進(jìn)行界定和分析，并提出相應(yīng)的挖潛調(diào)整建議。結(jié)合注聚參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，對(duì)采收率和聚驅(qū)波及系數(shù)隨聚合物驅(qū)替壓力梯度的變化規(guī)律進(jìn)行回歸分析。研究表明：含水率下降期采取高濃度，中等注采強(qiáng)度注聚；含水低值期中等濃度、低注采強(qiáng)度較為適宜；含水上升期采取低濃度，高注采強(qiáng)度能有效提高采收率；采收率和波及系數(shù)隨聚驅(qū)壓力梯度增大呈上升趨勢(shì)。該項(xiàng)研究對(duì)調(diào)整聚驅(qū)注聚方案指導(dǎo)油田開發(fā)具有重要意義。

關(guān) 鍵 詞：聚合物驅(qū)；體積波及系數(shù)；提高采收率；驅(qū)替壓力梯度；注聚濃度

中圖分類號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1534-04

Parameter Optimization of Polymer Injection Wells and Research on Reasonable Injection-production Pressure Gradient

LIU Yi-kun1， XIA Li-hua1， WEN Hua1， WANG Feng-jiao1， WANG Yong-ping2， JIANG Yun-yan1

（1. College of Petroleum Engineering ，Northest Petroleum University， Heilongjiang Daqing163318， China；

2. Bohai Oilfield Research Institute， Tianjin Branch of CNOOC Limited， Tianjin 300452， China）

Abstract： Polymer flooding is an important means to enhance oil recovery， so the selection of polymer injection parameters and building a reasonable pressure gradient are important for the development of polymer flooding. In this paper， choosing injection concentration， injection intensity and production intensity as main factors， the scheme was designed by using the way of permutation and combination. The optimal combination of injection parameters in different period was obtained based on the numerical simulation， and then the best range of parameters was determined， and corresponding adjustment suggestions were put forward. Combined with the optimal results of polymer injection parameters， regression analysis of the recovery efficiency and sweep efficiency changing with the polymer displacement pressure gradient was carried out. The results show that， high concentration and medium injection-production strength should be used in water cut descending stage； moderate concentration and low injection-production strength should be used in low water cut stage； low concentration and high injection-production strength should be used to improve the recovery in water cut increasing stage. Recovery efficiency and sweep efficiency increase with the increase of pressure gradient.

Key words： Polymer flooding； Volumetric sweep efficiency； Improving the recovery efficiency； Displacement pressure gradient； Concentration of the polymer injection

隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，大慶油田已進(jìn)入高含水期，因此聚合物驅(qū)油技術(shù)在油田的推廣應(yīng)用，成為油田可持續(xù)發(fā)展的重要措施。近年來(lái)，關(guān)于聚合物驅(qū)注聚方案和參數(shù)有了很多新的進(jìn)展，然而僅僅是針對(duì)井區(qū)注聚過(guò)程整體的分析和優(yōu)選[1]，卻沒有考慮在注聚過(guò)程中含水率和產(chǎn)油量變化較大的不同階段，應(yīng)該應(yīng)用不同注聚參數(shù)的問(wèn)題，這樣就會(huì)對(duì)注聚井的最終采收率造成一定的影響。聚合物驅(qū)的對(duì)采收率影響的因素有很多[2]，其中波及系數(shù)和壓力梯度起著至關(guān)重要的作用，大部分學(xué)者對(duì)于壓力梯度和波及系數(shù)的研究[3]，都是對(duì)啟動(dòng)壓力梯度進(jìn)行分析說(shuō)明，而將壓力梯度對(duì)波及系數(shù)和采收率影響進(jìn)行分析的相對(duì)較少。本文針對(duì)大慶油田S區(qū)塊展開注聚參數(shù)優(yōu)化和注采壓力梯度研究。

目前S區(qū)塊綜合含水已達(dá)到92.46%，已進(jìn)入高含水后期開采，剩余油分布零散，水驅(qū)調(diào)整難度越來(lái)越大，聚合物驅(qū)調(diào)剖籠統(tǒng)，調(diào)剖強(qiáng)度控制難度大，調(diào)剖強(qiáng)度過(guò)大、過(guò)小都影響調(diào)剖效果，且部分注聚井由于壓力太高達(dá)不到配注要求，嚴(yán)重影響了聚驅(qū)開發(fā)效果。為減緩產(chǎn)量遞減，改善油田開發(fā)效果，需要在S區(qū)塊開展了注聚參數(shù)優(yōu)化的研究。聚合物驅(qū)開發(fā)效果不僅與流體的性質(zhì)和油層的非均質(zhì)性有關(guān)，還與聚合物注入強(qiáng)度、聚合物溶液濃度與采液強(qiáng)度等因素有關(guān)。通過(guò)對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行數(shù)值模擬研究，選取注入濃度、注入強(qiáng)度和采液強(qiáng)度為因素應(yīng)用排列組合設(shè)計(jì)方法，對(duì)各方案進(jìn)行了開發(fā)效果預(yù)測(cè)。通過(guò)優(yōu)選方案得到含水下降期、含水低值期（含水量達(dá)到最低值）和含水上升期（注水量為0.8 PV）三個(gè)不同階段的各個(gè)參數(shù)，進(jìn)而分析他們對(duì)采收率的影響規(guī)律[4-7]，采取更為有效的措施改善油田開發(fā)效果，提高原油采收率。

1 注聚方案的確定

通過(guò)Petrel建立區(qū)塊地質(zhì)模型，該試驗(yàn)井組地質(zhì)模型的總網(wǎng)格數(shù)為867 360個(gè)網(wǎng)格，Eclipse建立數(shù)值模型，并進(jìn)行儲(chǔ)量擬合和歷史擬合，全區(qū)擬合符合率達(dá)到98%以上，單井符合率在85%以上，擬合精度達(dá)到要求，可進(jìn)行方案預(yù)測(cè)。跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和注入?yún)?shù)情況對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)如表1所示。

表1 方案設(shè)計(jì)表

Table 1 The scheme design

水平數(shù) 注入濃度/

（mg·L-1） 注入強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 采液強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1）

1 1 000 5 5

2 1 100 6 6

3 1 200 7 7

4 1 300 8 8

5 1 400 9 9

6 1 500 10 10

7 1 600 11 11

8 1 700 12 12

9 1 800

10 1 900

11 2 000

根據(jù)自由組合得到注采濃度、注入強(qiáng)度和采液強(qiáng)度的水平數(shù)分別為11、8和8，共有11×8×8=704組方案，經(jīng)過(guò)Eclipse數(shù)值模擬得到方案的各個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)，三個(gè)時(shí)期采收率范圍分別為0.73%～0.99%，7.55%～9.89%，8.21%～20.34%。結(jié)合目標(biāo)區(qū)塊礦場(chǎng)實(shí)際資料，注聚井井底壓力低于15 MPa難以啟動(dòng)低滲透層，地層的破裂壓力為25 MPa，故井底流壓處于15～25 MPa，含水下降期合理流壓范圍是4.5～6 MPa，含水低值期流壓范圍是3.5～4.5 MPa，含水上升期流壓合理流壓范圍是4～5.5 MPa，分別優(yōu)選出這三個(gè)時(shí)期采收率最高的兩個(gè)方案作為該時(shí)期的優(yōu)化方案。

2 注聚方案優(yōu)化

通過(guò)對(duì)以上方案進(jìn)行模擬得到三個(gè)不同階段的采收率、井底流壓和含水率等。

以壓力梯度、采收率、井底流壓等作為優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選出三個(gè)時(shí)期的最佳合理注入?yún)?shù)，通過(guò)Eclipse數(shù)值模擬得到優(yōu)化方案的采收率和含水率隨時(shí)間變化的關(guān)系圖和聚合物驅(qū)替圖，計(jì)算得到各個(gè)時(shí)期的波及系數(shù)。

2.1 含水下降期優(yōu)化方案和參數(shù)

通過(guò)Eclipse數(shù)值模擬得到最優(yōu)方案采收率和含水率隨注入PV數(shù)變化的關(guān)系曲線（圖1）和聚合物波及范圍示意圖（圖2）。

圖1 含水下降期優(yōu)化方案最優(yōu)方案

含水率和采收率隨注入量的變化曲線

Fig.1 Moisture content and recovery curve change with the injection rate in water cut descending stage in the best plan

圖2 含水下降期優(yōu)化最優(yōu)方案和其次方案聚合物驅(qū)替圖

Fig.2 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in water cut descending stage

通過(guò)以上研究得到含水下降期的兩個(gè)最優(yōu)方案相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 含水下降期最優(yōu)方案與其次方案注入?yún)?shù)

Table 2 Injection parameters of the best plan and the second plan in water cut descending stage

方案 注入濃度/

（mg·L-1） 采液強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 注入強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度/（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數(shù)

1 1 700 9 9 17.94 0.071 3 0.98 95.82 0.17

2 1 800 10 10 17.68 0.071 0 0.97 96.44 0.16

含水下降期優(yōu)化最優(yōu)方案的注入濃度范圍是

1 700～1 800 mg/L，采液強(qiáng)度范圍是9～10 m3/（d·m），注入強(qiáng)度范圍是9～10 m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是17～18 MPa，合理壓力梯度范圍是0.071～0.071 3 MPa/m，采收率范圍是0.97%～0.99%，波及系數(shù)范圍是0.16～0.17。含水下降期優(yōu)化后選擇的是較高的注聚濃度，注采強(qiáng)度中等，在高濃度的聚合物的作用下如果注采強(qiáng)度較高地層壓力很快會(huì)達(dá)到地層的破裂壓力故只能選擇注采強(qiáng)度中等。

2.2 含水低值期優(yōu)化方案和參數(shù)

通過(guò)Eclipse數(shù)值模擬得到最優(yōu)方案采收率和含水率隨注入PV數(shù)變化的關(guān)系曲線（圖3）和聚合物波及范圍示意圖（圖4）。

圖3 含水低值期最優(yōu)方案采收率和含水率與時(shí)間關(guān)系圖

Fig.3 Relation graph of moisture content ， recovery curve and time of the best plan in low water cut stage

圖4 含水低值期優(yōu)化最優(yōu)方案

和其次方案含水低值期聚合物驅(qū)替圖

Fig.4 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in low water cut stage

通過(guò)以上研究得到含水低值期優(yōu)化的方案如表3所示。

表3 含水低值期最優(yōu)方案與其次方案注入?yún)?shù)

Table 3 Injection parameters of the best plan and the second plan in low water cut stage

方案 注入濃度

/（mg·L-1） 采液強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 注入強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度/（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數(shù)

1 1 600 6 5 20.91 0.099 6 8.74 81.57 0.84

2 1 500 7 6 20.52 0.098 0 8.58 83.44 0.80

含水低值期優(yōu)化最優(yōu)方案的注入濃度范圍是

1 500～ 1 600 mg/L，采液強(qiáng)度范圍是6～7 m3/（d·m），注入強(qiáng)度范圍是5～6 m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是20～21 MPa，合理壓力梯度范圍是0.0996～0.098 MPa/m，采收率范圍是8.58%～8.74%，波及系數(shù)范圍是80%～85%。兩個(gè)方案相比，最優(yōu)方案有較大的注入濃度，較大的壓力梯度，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)提高注入濃度可提高采收率，高濃度的聚合物溶液的前緣更加均勻，聚合物溶液接觸的油藏的容積更大，即波及系數(shù)更大。

2.3 含水上升期優(yōu)化方案和參數(shù)

通過(guò)Eclipse數(shù)值模擬研究得到最優(yōu)方案采收率和含水率隨注入PV數(shù)變化的關(guān)系曲線（圖5）和聚合物波及范圍示意圖（圖6）。

圖5 含水上升期最優(yōu)方案采收率和含水率與時(shí)間關(guān)系圖

Fig.5 Relation graph of moisture content ， recovery curve and time of the best plan in water cut increasing stage

圖6 含水上升期優(yōu)化最優(yōu)方案和

其次方案含水上升期聚合物驅(qū)替圖

Fig.6 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in water cut increasing stage

通過(guò)以上研究得到含水上升期優(yōu)化的方案如表4所示：

表4 聚驅(qū)含水上升期最優(yōu)方案與其次方案注入?yún)?shù)

Table 4 Injection parameters of the best plan and the second plan in water cut increasing stage

方案 注入濃度

/（mg·L-1） 采液強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 注入強(qiáng)度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數(shù)

1 1 300 9 9 22.24 0.108 3 18.26 92.53 0.93

2 1 400 10 9 21.78 0.108 0 17.98 92.32 0.93

含水上升期優(yōu)化最優(yōu)方案的注入濃度范圍是

1 300～1 400 mg/L，采液強(qiáng)度范圍是9～10 m3/（d·m），注入強(qiáng)度是9m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是21～23 MPa，合理壓力梯度范圍是0.108～0.1083 MPa/m，采收率范圍是17.98%～18.26%，波及系數(shù)范圍是0.93。區(qū)塊進(jìn)入含水上升期后，油層吸入厚度明顯降低，尤其未得到充分動(dòng)用的滲透率較低的薄差層下降幅度大，相對(duì)吸入量同時(shí)下降；而已得到較充分動(dòng)用的滲透率較高的厚層，相對(duì)吸入量相應(yīng)增加，吸入剖面反轉(zhuǎn)，無(wú)效注聚嚴(yán)重，故在注聚后期，注入低濃度的聚合物適當(dāng)提高注采速度，控制含水回升速度效果更明顯，能有效提高采收率。

3 不同時(shí)期壓力梯度與采收率和波及

系數(shù)關(guān)系分析

聚合物驅(qū)能有效提高采收率的主要是隨著增加壓力梯度，進(jìn)而擴(kuò)大波及面積增加采收率。下面對(duì)三個(gè)時(shí)期優(yōu)化后最優(yōu)方案的聚合物驅(qū)替壓力梯度與采收率和聚驅(qū)波及系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行作圖分析，如圖7所示。

圖7 壓力梯度和采收率與波及系數(shù)的關(guān)系圖

Fig.7 The relationship between pressure gradient and the recovery rate and the sweep coefficient

通過(guò)上圖可知采收率和壓力梯度的關(guān)系滿足y=0.0036e78.952x，R?=0.9994，呈現(xiàn)指數(shù)的增長(zhǎng)；壓力梯度和波及系數(shù)的關(guān)系滿足y=1.8759 ln（x）+5.1295，R?=0.9944，呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)；因此含水低值期是提高含水率的關(guān)鍵時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期增大壓力梯度，對(duì)該時(shí)期采收率影響不大但能較大幅度提高含水上升期的采收率。

如圖7所示，從左到右依次對(duì)應(yīng)的是含水下降期、含水低值期和含水上升期三者之間的關(guān)系。含水下降期采收率較低，注入高濃度的聚合物，使井底流壓迅速增大，故壓力梯度迅速增大，有利于后期提高采收率；從含水下降期到含水低值期波及系數(shù)迅速增大，這個(gè)時(shí)期壓力梯度增幅明顯，主要是為了啟動(dòng)滲透率較低層，但是采收率增加幅度較??；含水上升期波及系數(shù)和采收率隨壓力梯度的增加而增大，含水上升期壓力梯度增加較小采收率增加較大，該研究成果為下一步聚驅(qū)井調(diào)整指明方向，更好地改善聚驅(qū)效果。

4 結(jié) 論

（1）優(yōu)化后得到三個(gè)時(shí)期的最優(yōu)方案分別為：含水下降期采取高濃度，中等注采強(qiáng)度，含水低值期采取中等濃度，較低的注采強(qiáng)度，含水上升期采取低濃度高注采強(qiáng)度的注采方案較為合適。

（2）通過(guò)對(duì)最優(yōu)方案的壓力梯度與采收率和波及系數(shù)的研究分析可知，聚合物能有效提高波及系數(shù)和壓力梯度，進(jìn)而提高采收率，其中含水低值期是提高含水率的關(guān)鍵時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期采取適當(dāng)?shù)拇胧┰龃髩毫μ荻?，?duì)該時(shí)期采收率影響不大但能較大幅度提高含水上升期的采收率。

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（上接第1533頁(yè)）

而層段一、層段二注聚強(qiáng)度為7、10.5 m3/（d·m）的采收率提高0.13%，最低含水值為80.19%；層段一、層段二注聚強(qiáng)度為11、7.2 m3/（d·m）的采收率提高0.34%，最低含水值為79.84%。因此優(yōu)選出分層注聚強(qiáng)度層段一、層段二均為9 m3/（d·m）。

5 結(jié) 論

（1）分層注聚可以改善聚合物驅(qū)注聚剖面，解決注聚層間吸聚差異大的問(wèn)題，全區(qū)含水下降，含水穩(wěn)定期延長(zhǎng)，累產(chǎn)油增加。

（2）在含水下降期分層注聚比含水穩(wěn)定期及含水回升期注聚效果好，因此，分層注聚時(shí)機(jī)越早越好。

（3）分層注聚強(qiáng)度層段一、層段二均為9 m3/（d·m）效果最好，階段采出率提高0.55%。

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