稠油厚油層聚驅(qū)驅(qū)油效率和波及系數(shù)貢獻(xiàn)研究

焦鈺嘉，楊二龍

（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318）

M斷塊是典型的近海整裝稠油油田，油藏為疏松砂巖油藏，具有孔隙度高、含油飽和度高、原油黏度高的特點[1]。儲層平均有效滲透率475×10-3μm2，滲透率變異系數(shù)0.85，非均質(zhì)系數(shù)2.0，層間非均質(zhì)性嚴(yán)重。油層平均溫度62℃，地層油黏度88.2 mPa·s，地層水總礦化度 5 900～10 820 g/L，研究區(qū)目標(biāo)厚度54.9 m，為稠油厚油層油藏[2]。

采收率等于波及體積與驅(qū)油效率之積，研究表明[3-7]，聚合物溶液的黏彈性不但可以提高驅(qū)油效率,而且對提高采收率的貢獻(xiàn)與提高波及系數(shù)的貢獻(xiàn)程度相當(dāng)。目前驅(qū)油效率和波及系數(shù)的確定方法較多，有關(guān)一維水驅(qū)驅(qū)油效率及波及系數(shù)的計算模型的研究比較成熟，研究方法主要有實驗方法[8-11]、數(shù)值模擬方法[12-13]和相滲曲線法[14-15]等。由于非均質(zhì)儲層構(gòu)造復(fù)雜性以及波及系數(shù)影響因素的多樣性，通過上述方法確定波及系數(shù)和驅(qū)油效率，無法克服精確度低的缺陷，而建立三維非均質(zhì)儲層驅(qū)油效率和波及系數(shù)的計算模型困難很多，且無法驗證計算得到的驅(qū)油效率及波及系數(shù)的準(zhǔn)確性。本文考慮聚合物、礦化度等因素的影響，基于電阻值-飽和度關(guān)系曲線，研究繪制驅(qū)替過程中含油飽和度分布圖；觀察含油飽和度變化規(guī)律，研究M斷塊平面和縱向上的聚驅(qū)波及規(guī)律，并深入探討了聚合物驅(qū)驅(qū)油效率和波及體積對提高采收率的貢獻(xiàn)。

1 物理模型設(shè)計

參照模擬M斷塊儲層，選擇東營組下段厚油層正韻律典型區(qū)塊進(jìn)行儲層分析，從而確定物理模型的參數(shù)。測井資料分析結(jié)果見表1。

表1 東營組下段儲層物性參數(shù)表Table 1 Reservoir physical parameters of lower member of Dongying formation

為了模擬儲層厚油層的特點，采用分層加厚設(shè)計，針對實際儲層的四層特點，模型按照四層設(shè)計（見圖1），模型尺寸為135 mm×60 mm×300 mm，設(shè)計模型厚度是常規(guī)模型厚度（45 mm）的3倍。M斷塊研究目標(biāo)區(qū)域油層厚度為54.9 m，注采井距350 m，按照相似準(zhǔn)則計算，實驗流速為4 mL/min，四層非均質(zhì)加厚模型對應(yīng)到實際油層中的厚度為11.6 m，與實際小層數(shù)據(jù)較為相符；模型滲透率、孔隙度等參數(shù)與現(xiàn)場實際參數(shù)保持一致，模型自上而下滲透率分別為 500×10-3、1 500×10-3、3 500×10-3、4 500×10-3μm2,從而實現(xiàn)礦場到實驗?zāi)Ｐ偷霓D(zhuǎn)化。模型設(shè)計參數(shù)見表2。

圖1 四層非均質(zhì)加厚模型（帶電極）Fig.1 Four layer heter ogeneous thickening model(with electrodes)

表2 四層非均質(zhì)加厚模型基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of four layer heter ogeneous model

2 實驗內(nèi)容

以電阻-含油飽和度關(guān)系曲線為主要研究基礎(chǔ)，采用四層非均質(zhì)模型模擬了主流線縱向剖面，開展單純水驅(qū)以及聚合物驅(qū)驅(qū)替實驗，通過監(jiān)測不同時刻電阻值變化，基于電阻值與飽和度對應(yīng)關(guān)系，最終得到不同時刻不同位置含油飽和度數(shù)值，并繪制飽和度分布圖；通過觀察不同時刻各層含油飽和度變化情況，分析其流場內(nèi)部變化規(guī)律，系統(tǒng)地研究了M斷塊多油層聚驅(qū)波及規(guī)律。

模型的外形尺寸為60 mm×135 mm×300 mm；實驗用油為M斷塊脫水原油與煤油混合而成的模擬油，62℃條件下黏度為88.2 mPa·s；實驗用水為飽和模型用水（人工配制鹽水），礦化度為9 374.13 mg/L；實驗用聚合物為疏水締合聚合物溶液HNT 300，聚合物質(zhì)量濃度與現(xiàn)場保持一致，為1 500 mg/L。具體實驗方案如表3所示，記錄各時間段模型出口端產(chǎn)液、產(chǎn)水、壓力的數(shù)值，并采集電阻值。

表3 聚合物驅(qū)波及規(guī)律對比實驗方案Table 3 Contrast experiment scheme of polymer flooding

3 實驗結(jié)果

3.1 單純水驅(qū)

四層非均質(zhì)加厚模型進(jìn)行單純水驅(qū)至出口端含水率95%，實驗結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在注水初期，模型中壓力迅速升高，隨著模型含水率上升，壓力逐漸下降并最終趨于穩(wěn)定，可以看出實驗過程中壓力變化情況與實際儲層壓力變化規(guī)律一致。為了定性地觀測模型驅(qū)替后的剩余油分布是否合理，繪制模型不同層位的飽和度分布圖，以便觀察各層位不同階段剩余油分布情況（見圖3）。

圖2 四層非均質(zhì)模型水驅(qū)曲線Fig.2 Water drive curve of four layer heterogeneous model

圖3 水驅(qū)模型主流線含油飽和度分布Fig.3 Oil saturation distribution map of main stream line in water flooding model

由圖3可以看出,模型按照正韻律儲層自下而上,滲透率由高變低的特點放置，且處于最上方的小層滲透率最低，含油飽和度最高；水驅(qū)結(jié)束時，高滲層含油飽和度相對較低，剩余油分布較少，隨著滲透率降低，含油飽和度逐漸變高，剩余油逐漸增加，表明注入水沿特高、高滲層突進(jìn)。從圖3還可看出，離注入端越遠(yuǎn)，中、低滲透率儲層含油飽和度越高，即油層中上部剩余油越多，該現(xiàn)象表明，距離注入端越遠(yuǎn)，壓力越小，波及區(qū)域越小，更容易發(fā)生流體沿著滲流率大、滲流阻力小的通道流動，即發(fā)生高滲層竄流的現(xiàn)象越明顯。

3.2 聚驅(qū)

對四層加厚模型進(jìn)行聚合物驅(qū)油實驗，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，聚合物注入模型后壓力升高，擴大了驅(qū)替相流體的波及體積，隨著注入量的增加模型中壓力趨于穩(wěn)定，同時模型中含水率下降，說明聚驅(qū)見效，聚驅(qū)階段含水率最大降幅約10%，聚驅(qū)結(jié)束時含水率約為66%，后續(xù)水驅(qū)階段含水率迅速上升至80%以上，生產(chǎn)壓差隨之迅速降低，后續(xù)水驅(qū)末期含水率與壓力趨于平穩(wěn)，表明巖心中已經(jīng)形成了無效循環(huán)的大孔道。最終采收率為43.47%，相比水驅(qū)提高9.83%。

圖4 四層非均質(zhì)模型聚驅(qū)曲線Fig.4 Polymer drive curve of four layer heterogeneous model

圖5 為注聚階段模型主流線方向剖面含油飽和度分布。從圖5可知，聚驅(qū)前期各模擬層內(nèi)由于聚合物的注入形成油墻，較為均衡的向采出端推進(jìn)，當(dāng)特高滲層的油墻到達(dá)采出端時，含水率開始下降；當(dāng)聚合物用量達(dá)到0.3 PV時，高滲透率小層油墻驅(qū)替至采出端，模型壓力升高、含水率下降至66.49%。高滲層油墻推進(jìn)過程中，高滲層中的聚合物溶液會流向低滲層油墻的前側(cè)，并在驅(qū)動壓力梯度的作用下向前推進(jìn)，采出端含水率在中滲層油墻突破時達(dá)到最低值。

圖5 注聚階段模型主流線方向剖面含油飽和度分布Fig.5 Oil saturation distribution map of main stream line in polymer flooding model

與單純水驅(qū)相比，聚驅(qū)實驗結(jié)束時注入端附近飽和度下降，說明聚合物擴大了波及體積；隨著與注入端距離增大壓力越來越小，流體會沿著滲流阻力較小的通道推進(jìn)，導(dǎo)致油墻在特高滲層與高滲層推進(jìn)較快。綜上所述，聚合物的注入在特高滲層以及高滲層內(nèi)形成油墻并向采出端推進(jìn)，大幅度地動用了特高滲層以及高滲層剩余油并使模型整體含水率下降。

3.3 結(jié)果分析

綜上所述，聚合物主要擴大了模型縱向上的波及體積，這是由于實驗中選用的聚合物是疏水締合型聚合物，部分疏水基團(tuán)被引入到部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上，聚合物分子間通過疏水基團(tuán)的締合作用，發(fā)生具有一定強度的物理作用且該物理作用可逆，從而形成超分子結(jié)構(gòu)，使聚合物在較低質(zhì)量濃度下便可具備高黏度，可以形成可逆空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的抗溫、耐鹽性及流度控制能力，可以提高注入溶液的波及體積，調(diào)節(jié)了吸水剖面，聚合物在模型中形成油墻，驅(qū)替高、中、低滲層的原油向采出端移動，當(dāng)聚合物用量達(dá)到0.3 PV時，高滲層油墻首先到達(dá)采出端，模型含水率下降至64.97%且壓力上升。在高滲層油墻移動的過程中，高滲層中的聚合物向中滲層流動，竄流至滯后的油墻前側(cè)，并向采出井推進(jìn)，中滲層油墻突破時含水率下降到最低值。與聚合物驅(qū)油效果相比，水驅(qū)整體采收率提高9.83%。

4 聚驅(qū)驅(qū)油效率和波及體積對提高采收率的貢獻(xiàn)

4.1 波及系數(shù)的計算

基于電阻值-飽和度關(guān)系曲線，利用電極監(jiān)測點得到的電阻值求得四層加厚模型各層各位置含油飽和度，若含油飽和度值低于初始含油飽和度，則認(rèn)為被波及。如果前后監(jiān)測時間點含油飽和度相差較大，認(rèn)為該位置完全波及；若含油飽和度相差較大或較小，則認(rèn)為波及一半。通過上述方法計算水驅(qū)以及聚合物驅(qū)波及系數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 波及系數(shù)計算結(jié)果Table 4 Table of calculation results of volumetric sweep efficiency %

4.2 驅(qū)油效率的計算

實驗通過監(jiān)測點飽和度的變化量結(jié)合波及系數(shù)計算結(jié)果確定四層加厚非均質(zhì)模型各層驅(qū)油效率，計算結(jié)果如表5所示。

表5 驅(qū)油效率計算結(jié)果Table 5 Table of calculation results of displacement efficiency %

4.3 波及體積及驅(qū)油效率對提高采收率的貢獻(xiàn)

波及體積（或驅(qū)油效率）對提高采收率的貢獻(xiàn)值是指對于某一儲層在某一階段由于波及體積（或驅(qū)油效率）的增大而多采出的油量占該儲層多采出總油量的百分比。提高的采收率等于最終采收率與采取措施前的采收率之差，而采收率又等于波及系數(shù)與驅(qū)油效率的乘積，所以有：

式中，R為采收率，%；EV為波及系數(shù)，%；△EV為波及系數(shù)的提高值，%；ED為驅(qū)油效率，%；△ED為驅(qū)油效率的提高值；A為變化幅度，分別取10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。

從式（1）可以看出，提高的采收率可以分為：波及系數(shù)的變化而引起的采收率的變化值；驅(qū)油效率的變化而引起的采收率的變化值。

通過計算以上這些值從而求得在不同A值條件下的波及系數(shù)及驅(qū)油效率對提高采收率的貢獻(xiàn)，結(jié)果如圖6、7所示。

圖6 波及系數(shù)及驅(qū)油效率貢獻(xiàn)Fig.6 Contribution of sweep efficiency and oil displacement efficiency

圖7 四層非均質(zhì)模型各層聚驅(qū)階段貢獻(xiàn)Fig.7 Contr ibution of four level heterogeneous model to polymer flooding stage

對于四層非均質(zhì)模型聚驅(qū)后特高及高滲層的驅(qū)油效率對提高采收率的貢獻(xiàn)為100%，這是因為在水驅(qū)階段特高及高滲層全部被波及，所以在聚驅(qū)階段提高的是這兩層的驅(qū)油效率，而中、低滲透層的波及系數(shù)對提高采收率的貢獻(xiàn)在90%之上，說明聚驅(qū)主要提高了中、低滲層的波及體積；無論是多油層還是非均質(zhì)儲層聚合物驅(qū)的作用均以擴大波及體積為主。

4.4 各層對提高采收率的貢獻(xiàn)

通過不同滲透率巖心的實驗結(jié)果，利用各層波及系數(shù)與驅(qū)油效率計算各層對提高采收率貢獻(xiàn)（見表6）。由表6可以看出，聚驅(qū)主要擴大中滲層波及體積，對于采收率貢獻(xiàn)率達(dá)到61.79%，其次是高滲及特高滲透層，貢獻(xiàn)率為34.48%，而低滲層僅為3.73%。

表6 多油層不同階段對于提高采收率的貢獻(xiàn)Table 6 Contribution of different stages of oil reservoir to enhanced oil recovery

綜合不同儲層各階段貢獻(xiàn)分析，聚合物縱向上以擴大各層的波及體積為主；聚驅(qū)主要潛力表現(xiàn)在中、高滲層，且大幅度降低中、高滲層平面剩余油。

5 結(jié) 論

（1）設(shè)計的四層加厚模型（帶電極）可以較好地模擬區(qū)塊正韻律儲層高孔、高滲的特點，并監(jiān)測各階段含油飽和度的變化情況；選用現(xiàn)場常用的1 500 mg/L的聚合物進(jìn)行聚合物驅(qū)油實驗，結(jié)果表明，聚合物驅(qū)油效果相比水驅(qū)整體采收率提高9.83%。

（2）對于M斷塊多油層，聚合物主要擴大了模型縱向上的波及體積，聚合物在模型中形成油墻，驅(qū)替高、中、低滲層的原油向采出端移動，當(dāng)聚合物用量達(dá)到0.3 PV時，高滲層油墻首先到達(dá)采出端，模型含水率下降至64.97%且壓力上升。在高滲層油墻移動的過程中，高滲層中的聚合物向中滲層竄動，竄流至滯后的油墻前側(cè)，并向采出井推進(jìn)，中滲層油墻突破時含水率下降到最低值。

（3）聚合物驅(qū)驅(qū)油效率和波及系數(shù)對提高采收率貢獻(xiàn)率的計算結(jié)果表明，聚驅(qū)后特高及高滲層的驅(qū)油效率對提高采收率的貢獻(xiàn)率為100%，這是因為在水驅(qū)階段特高及高滲層全部被波及，所以在聚驅(qū)階段提高的是這兩層的驅(qū)油效率，而中、低滲透層的波及系數(shù)對提高采收率的貢獻(xiàn)率在90%之上，說明聚驅(qū)主要提高了中、低滲層的波及體積。