非均質(zhì)儲層中聚合物流度控制對驅(qū)油效果影響

夏惠芬， 劉瀟瀟， 徐 淼， 王慎銘

(東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江大慶 163318)

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非均質(zhì)儲層中聚合物流度控制對驅(qū)油效果影響

夏惠芬， 劉瀟瀟， 徐 淼， 王慎銘

(東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江大慶 163318)

為了進一步研究非均質(zhì)儲層中聚合物溶液流度控制對低滲透層的作用，采用室內(nèi)巖心實驗模型，應用數(shù)值模擬方法，采用有效滲透率分別為1 000×10-3、300×10-3、50×10-3μm2巖心模擬非均質(zhì)儲層條件，注入3種質(zhì)量濃度的聚合物溶液，通過改變注入3種質(zhì)量濃度聚合物溶液的方式實現(xiàn)流度控制。注入方案分析了注入聚合物段塞大小，注入順序?qū)︱?qū)油效果的影響。結(jié)果表明，在注入聚合物溶液PV數(shù)相同的條件下，高、中、低質(zhì)量濃度段塞比例2∶3∶4時，低滲透層驅(qū)油效果最好。改變注入聚合物溶液的段塞大小對高滲透層驅(qū)油效果影響不大，對低滲透層驅(qū)油效果影響明顯。分析認為，合理的流度控制可以有效地提高低滲透層采收率。

非均質(zhì)； 流度控制； 聚合物驅(qū)； 驅(qū)油效果； 低滲透

聚合物驅(qū)是向注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相黏度和降低水相滲透率來改善流度比、提高波及系數(shù)的方法[1]。聚合物驅(qū)提高采收率主要靠增加注入聚合物溶液的黏度，但大部分油氣儲層非均質(zhì)性較強，使得聚驅(qū)后仍有50%左右的剩余油，單一黏度的聚合物與儲層之間存在矛盾。然而，聚合物溶液黏度的可調(diào)性，為解決這一問題提供了有利條件[2]。剩余油分布特征研究結(jié)果表明，非均質(zhì)儲層中，聚驅(qū)后的剩余油主要分布在中、低滲層[3]。因此本文主要研究流度控制對低滲透層驅(qū)油效果的影響。吳文祥等[4]指出聚合物驅(qū)流度控制是通過不同質(zhì)量濃度的聚合物段塞組合實現(xiàn)。流度控制的不利會導致聚合物的竄流和指進，造成注入聚合物溶液的浪費導致開發(fā)效果差[5]。高明等[6]通過高濃聚合物室內(nèi)研究，認為高質(zhì)量濃度聚合物用量越大，采收率提高幅度越大。鄧慶軍等[7]利用現(xiàn)代物理模擬方法，得出使用聚合物的段塞尺寸和黏度是影響聚合物驅(qū)采收率的決定因素。盧祥國等[8]通過室內(nèi)實驗表明滲透率變異系數(shù)越大，二元復合體系流度控制對采收率貢獻率越高。通過室內(nèi)物理模擬實驗，吳文祥等[9]研究了不同注入方式對壓力梯度的影響，認為交替注入方式的壓力梯度高于籠統(tǒng)注入方式。廖廣志等[10]通過室內(nèi)巖心實驗得出，合理的流度比可以提高聚驅(qū)采收率16.8%。孟令偉等[11]通過驅(qū)替后巖心照片觀察不同驅(qū)替部位的驅(qū)油效果，得出流度控制方法對聚驅(qū)后提高采收率十分有效。

以上研究均是在室內(nèi)試驗條件下得到，工作量大，同時只得到流度控制對整體驅(qū)油效果的影響，并沒有定量的給出其對各層的采收率貢獻，并不能準確得出流度控制對低滲透層的作用。因此，本文采用數(shù)值模擬的方法，利用Eclipse-E100模擬器，根據(jù)室內(nèi)巖心實驗參數(shù)建立三層非均質(zhì)模型，通過計算對不同組合的聚合物段塞對各滲層的驅(qū)油效果進行評價，證明合理的流度控制可以更好的提高低滲透層采收率，為現(xiàn)場試驗提供依據(jù)。

1 模型建立

1.1 物理模型

物理模型選用由不同滲透率巖心并聯(lián)組成巖心實驗模型?；緟?shù)：巖心長為0.6 m，寬為0.045 m。選用3種巖心均為人造非均質(zhì)巖心，高、中、低滲透層有效滲透率分別為1 000×10-3、300×10-3、50×10-3μm2，平均孔隙度Φ=0.2。

1.2 理想模型

利用Eclipse商業(yè)軟件的E100模塊進行模擬。根據(jù)物理模型建立理想模型，平面網(wǎng)格數(shù)為40×3=120個，網(wǎng)格步長為1.5 cm，縱向上劃分為3個模擬單元，總網(wǎng)格數(shù)為360個，井網(wǎng)為一注一采。原始含油飽和度為68%。由于正韻律地層和較強的層間滲透性會由于重力作用導致高滲層竄流[12]，因此，本文建立反韻律巖心模型，設計kz/kx=0.001，即層間滲透性很小，這樣更有利于研究流度控制作用對各層采收率的貢獻。

2 模型選用主要參數(shù)的確定

2.1 流體參數(shù)

(1) 原油的黏度μo=10 mPa·s，原油的密度為850 kg/m3。

(2) 水的黏度μw=0.6 mPa·s，水的密度為1 000 kg/m3。

(3) 聚合物吸附量參數(shù)：選用數(shù)據(jù)中較大的靜態(tài)吸附量值[13]。

(4) 聚合物流變性參數(shù): 利用HAAKE-RS150流變儀測定聚合物溶液的黏度與剪切速率的關(guān)系。通過式(1)對測出的曲線回歸[14]：

(1)

式中：γeq為剪切速率，1/s；n為冪律指數(shù)；V為達西速度，cm/s；kw為巖心水測滲透率，μm2；Φ為巖心孔隙度；C為與孔隙形狀有關(guān)的常數(shù)，C=25/12。

(5) 聚合物黏度-濃度參數(shù)：根據(jù)流變儀測出的流變曲線，整理出模擬所需參數(shù)。

2.2 滲流參數(shù)

(1) 相滲曲線：水驅(qū)與聚驅(qū)的相對滲透率曲線參考文獻[15]。

(2) 殘余阻力系數(shù):文獻[16]通過室內(nèi)實驗計算出不同質(zhì)量濃度、不同相對分子質(zhì)量聚合物溶液的殘余阻力系數(shù)。在計算中，取聚合物溶液質(zhì)量濃度為2 500 mg/L，對應的殘余阻力系數(shù)為26.8～200，需根據(jù)計算結(jié)果進一步確定相應參數(shù)。

3 聚合物驅(qū)油數(shù)值模擬方案設計

3.1 方案優(yōu)化設計

研究表明，各段塞的流度應控制在 0.1～5.0[17]，考慮模型所選用聚合物溶液黏度的大小，故設計各段塞的流度均為2.5。根據(jù)流度控制公式：

(2)

計算得到所需聚合物的零剪切黏度為400、120、20 mPa·s[18]。因此選取相對分子質(zhì)量為2 500×104，質(zhì)量濃度分別為2 500、1 500、1 000 mg/L的聚合物溶液。根據(jù)室內(nèi)巖心實驗經(jīng)驗，確定注采速度均為1 m/d，注入聚合物總量為0.63 PV。

為了更好地研究非均質(zhì)儲層中的低滲層采收率低的問題，本文共設計6個方案，方案6為單一段塞注入方案，其他方案為不同段塞注入方案。高質(zhì)量濃度段塞為相對分子質(zhì)量為2 500×104、質(zhì)量濃度為2 500 mg/L聚合物段塞，中質(zhì)量濃度段塞為質(zhì)量濃度為1 500 mg/L聚合物段塞，低質(zhì)量濃度段塞為質(zhì)量濃度1 000 mg/L聚合物段塞。

方案1：0.21 PV高質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV中質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV低質(zhì)量濃度段塞；方案2：0.11 PV高質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV中質(zhì)量濃度段塞+0.31 PV低質(zhì)量濃度段塞；方案3：0.14 PV高質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV中質(zhì)量濃度段塞+0.28 PV低質(zhì)量濃度段塞；方案4：0.32 PV高質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV中質(zhì)量濃度段塞+0.10 PV低質(zhì)量濃度段塞；方案5：0.14 PV低質(zhì)量濃度段塞+0.21 PV中質(zhì)量濃度段塞+0.28 PV高質(zhì)量濃度段塞；方案6：注入0.63 PV高質(zhì)量濃度段塞。

根據(jù)配置段塞的大小計算成本，假設0.1 PV、1 000 mg/ L聚合物溶液需要的干粉量成本為a元，則配置等量的1 500、2 500 mg/L質(zhì)量濃度的聚合物溶液所需成本為1.5a元、2.5a元。

3.2 設計步驟

水驅(qū)至全區(qū)含水率為98%，計算水驅(qū)采收率；聚驅(qū)，根據(jù)設計方案注入聚合物段塞組合，共計0.63 PV；后續(xù)水驅(qū)至全區(qū)含水率為98%，計算采收率提高值。

4 結(jié)果與討論

4.1 水驅(qū)采收率

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，利用Eclipse軟件模擬水驅(qū)，計算結(jié)果如下：水驅(qū)至含水率98%時，高滲透層采收率47.91%，中滲透層采收率37.65%，低滲透層采收率1.83%，說明水驅(qū)注入水主要沿中、高滲透層流動，幾乎沒有進入低滲層。

4.2 注聚段塞大小對采收率的影響

方案1到方案4在注入PV數(shù)相同的條件下，分析注入聚合物溶液段塞大小對采收率的影響，計算結(jié)果見表1。運行結(jié)果表明，聚驅(qū)后，各方案高滲透層采收率相差不大，說明注入的聚合物溶液段塞大小對高滲透層影響不大。方案1注入的高、中、低質(zhì)量濃度段塞大小相等，聚驅(qū)采收率和低滲透層采收率提高幅度均不是最高，且成本不是最低，因此不是最佳方案。方案2注入低質(zhì)量濃度段塞最大，高質(zhì)量濃度段塞最小，成本最低，但聚驅(qū)采收率和低滲透層采收率提高值均為最低，驅(qū)油效果最差。方案4注入高質(zhì)量濃度段塞最大，聚驅(qū)采收率最高，但低滲透層采收率提高幅度為21.55%，不及方案1和方案3，且成本高出其他方案20%～30%。方案3中注入的3種段塞大小比例為2∶3∶4,低滲透層采收率提高22.49%, 為4種方案最佳，與方案1和方案4相比，節(jié)約成本10%～30%。說明注入聚合物溶液的段塞大小影響采收率。綜合曹瑞波[19]提出的非均質(zhì)儲層中聚驅(qū)的改善程度主要決定于低滲層能否有效的啟動和經(jīng)濟因素，優(yōu)選方案3。

表1 不同注入方案聚驅(qū)采收率提高值

4.3 注入順序?qū)Σ墒章实挠绊?/p>

注入段塞大小相同的方案3和方案5驅(qū)油效果不同。方案3先注入高質(zhì)量濃度段塞，方案5先注入低質(zhì)量濃度段塞。方案3效果好于方案5，說明改變段塞的注入順序影響采收率。先注入高質(zhì)量濃度聚合物溶液降低高滲透層滲透率，使得后續(xù)注入的低質(zhì)量濃度溶液能更有效進入中、低滲透層，高、中、低滲透層溶液同步沿驅(qū)替方向運移，提高采收率[9]。由此可知，先注入高質(zhì)量濃度段塞采收率增幅明顯，因此優(yōu)選先注入高質(zhì)量濃度聚合物溶液的注入順序。

4.4 單一段塞注入方式對采收率的影響

在注入聚合物溶液相同PV數(shù)的條件下，方案6只注入2 500 mg/L高質(zhì)量濃度段塞，聚驅(qū)采收率提高20.11%，低滲透層采收率提高11.48%。與方案1到方案4交替注入方案相比，采收率低。模擬結(jié)果表明，非均質(zhì)儲層中只注入高質(zhì)量濃度聚合物溶液對低滲透層驅(qū)油效果不好。說明合理的流度控制能進一步改善油層的驅(qū)油效果，且相對于配置高質(zhì)量濃度聚合物溶液所需的聚合物干粉質(zhì)量，低質(zhì)量濃度聚合物溶液用量更少，成本更低。

5 結(jié)論

(1) 數(shù)值模擬結(jié)果表明，非均質(zhì)儲層中，合理的流度控制可以改善驅(qū)油效果，大幅度提高低滲透層采收率。

(2) 在注入聚合物溶液PV數(shù)相同的條件下，合理的段塞大小可以更好的控制流度，優(yōu)選注入的高、中、低質(zhì)量濃度段塞比例2∶3∶4。且先注入高質(zhì)量濃度段塞比先注入低質(zhì)量濃度段塞提高聚驅(qū)采收率3.25%，提高低滲透層采收率10.05%，驅(qū)油效果好。

(3) 高、中、低質(zhì)量濃度段塞交替注入方案，無論是聚驅(qū)采收率還是低滲透層采收率，均高于單一段塞注入方案，尤其對于低滲透層采收率提高幅度大、成本較低，取得了很好的經(jīng)濟效果。

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(編輯 宋官龍)

Study on Mobility Control of Polymer Flooding in Heterogeneous Reservoir

Xia Huifen, Liu Xiaoxiao, Xu Miao, Wang Shenming

(KeyLaboratoryofEnhanceOilandGasRecoveryofEducationMinistry,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In order to further study the effect of mobility control on low permeability layers of heterogeneous reservoir, a numerical simulation model for polymer flooding is established which based on the data of indoor core simulation experiment. This model is used for simulating heterogeneous reservoir with 1 000×10-3μm2, 300×10-3μm2and 50×10-3μm2of the effective permeability respectively. Three kinds of polymer solutions which have different concentrations are injected into core, by changing the way of injection to achieve mobility control. The effect of polymer slug size and sequence on oil displacement is analyzed. The results show that under the same conditions of polymer solution number, slugs-injection schemes achieve better effect with polymer concentration ratio of 2∶3∶4.The effect of slugs size on high permeability layers is little, while the effect on low permeability layers is obvious. So it can be indicated that measure of mobility control is an effective action to enhance oil recovery.

Heterogeneous reservoir; Mobility control; Polymer flooding; Dis-placement effect; Low permeability

1006-396X(2015)03-0070-04

2014-11-10

2015-04-04

黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究項目(12541z004)。

夏惠芬(1962-)，女，博士，教授，博士生導師，從事提高油氣采收率研究；E-mail:757581676@qq.com。

TE327

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.015