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)

?

非均質儲層中聚合物流度控制對驅油效果影響

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儲層中聚合物溶液流度控制對低滲透層的作用，采用室內巖心實驗模型，應用數值模擬方法，采用有效滲透率分別為1 000×10-3、300×10-3、50×10-3μm2巖心模擬非均質儲層條件，注入3種質量濃度的聚合物溶液，通過改變注入3種質量濃度聚合物溶液的方式實現流度控制。注入方案分析了注入聚合物段塞大小，注入順序對驅油效果的影響。結果表明，在注入聚合物溶液PV數相同的條件下，高、中、低質量濃度段塞比例2∶3∶4時，低滲透層驅油效果最好。改變注入聚合物溶液的段塞大小對高滲透層驅油效果影響不大，對低滲透層驅油效果影響明顯。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； 流度控制； 聚合物驅； 驅油效果； 低滲透

聚合物驅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、提高波及系數的方法[1]。聚合物驅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性較強，使得聚驅后仍有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果表明，非均質儲層中，聚驅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油效果的影響。吳文祥等[4]指出聚合物驅流度控制是通過不同質量濃度的聚合物段塞組合實現。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研究，認為高質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采收率的決定因素。盧祥國等[8]通過室內實驗表明滲透率變異系數越大，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]通過室內巖心實驗得出，合理的流度比可以提高聚驅采收率16.8%。孟令偉等[11]通過驅替后巖心照片觀察不同驅替部位的驅油效果，得出流度控制方法對聚驅后提高采收率十分有效。

以上研究均是在室內試驗條件下得到，工作量大，同時只得到流度控制對整體驅油效果的影響，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，本文采用數值模擬的方法，利用Eclipse-E100模擬器，根據室內巖心實驗參數建立三層非均質模型，通過計算對不同組合的聚合物段塞對各滲層的驅油效果進行評價，證明合理的流度控制可以更好的提高低滲透層采收率，為現場試驗提供依據。

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組成巖心實驗模型。基本參數：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。根據物理模型建立理想模型，平面網格數為40×3=120個，網格步長為1.5 cm，縱向上劃分為3個模擬單元，總網格數為360個，井網為一注一采。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 模型選用主要參數的確定

2.1 流體參數

(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：選用數據中較大的靜態(tài)吸附量值[13]。

(4) 聚合物流變性參數: 利用HAAKE-RS150流變儀測定聚合物溶液的黏度與剪切速率的關系。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；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為與孔隙形狀有關的常數，C=25/12。

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

2.2 滲流參數

(1) 相滲曲線：水驅與聚驅的相對滲透率曲線參考文獻[15]。

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

3 聚合物驅油數值模擬方案設計

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量為2 500×104，質量濃度分別為2 500、1 500、1 000 mg/L的聚合物溶液。根據室內巖心實驗經驗，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。高質量濃度段塞為相對分子質量為2 500×104、質量濃度為2 500 mg/L聚合物段塞，中質量濃度段塞為質量濃度為1 500 mg/L聚合物段塞，低質量濃度段塞為質量濃度1 000 mg/L聚合物段塞。

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

根據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

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

4 結果與討論

4.1 水驅采收率

根據上述數據，利用Eclipse軟件模擬水驅，計算結果如下：水驅至含水率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，計算結果見表1。運行結果表明，聚驅后，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、低質量濃度段塞大小相等，聚驅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注入低質量濃度段塞最大，高質量濃度段塞最小，成本最低，但聚驅采收率和低滲透層采收率提高值均為最低，驅油效果最差。方案4注入高質量濃度段塞最大，聚驅采收率最高，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]提出的非均質儲層中聚驅的改善程度主要決定于低滲層能否有效的啟動和經濟因素，優(yōu)選方案3。

表1 不同注入方案聚驅采收率提高值

4.3 注入順序對采收率的影響

注入段塞大小相同的方案3和方案5驅油效果不同。方案3先注入高質量濃度段塞，方案5先注入低質量濃度段塞。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替方向運移，提高采收率[9]。由此可知，先注入高質量濃度段塞采收率增幅明顯，因此優(yōu)選先注入高質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數的條件下，方案6只注入2 500 mg/L高質量濃度段塞，聚驅采收率提高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。模擬結果表明，非均質儲層中只注入高質量濃度聚合物溶液對低滲透層驅油效果不好。說明合理的流度控制能進一步改善油層的驅油效果，且相對于配置高質量濃度聚合物溶液所需的聚合物干粉質量，低質量濃度聚合物溶液用量更少，成本更低。

5 結論

(1) 數值模擬結果表明，非均質儲層中，合理的流度控制可以改善驅油效果，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、低質量濃度段塞比例2∶3∶4。且先注入高質量濃度段塞比先注入低質量濃度段塞提高聚驅采收率3.25%，提高低滲透層采收率10.05%，驅油效果好。

(3) 高、中、低質量濃度段塞交替注入方案，無論是聚驅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，取得了很好的經濟效果。

[1] 孫煥泉.聚合物驅油技術[M].東營:石油大學出版社,2002：1-10.

[2] 宋考平.變黏度驅提高采收率方法[J].大慶石油學院學報，2010,34(5):71-74.

Song Kaoping. Variable viscosity enhanced oil recovery methods[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute,2010,34(5):71-74.

[3] 盧祥國,高振環(huán),趙小京,等.聚合物驅油之后剩余油分布規(guī)律研究[J].石油學報，1996,17(4):55-61.

Lu Xiangguo, Gao Zhenhuan, Zhao Xiaojing, et al. Distrbution regularities of remaining oil in heterogeneous reservoirs after polymer flooding[J]. Acta Petrolei Sinica,1996,17(4):55-61.

[4] 吳文祥,侯吉瑞,夏惠芬,等.不同分子量聚合物及其段塞組合對驅油效果的影響[J].油氣采收率技術，1996,3(4):1-6.

Wu Wenxiang, Hou Jirui，Xia Huifen, et al. Effects of polymer with different molecular weight and its slug combination on oil displacement efficiency[J]. Oil & Gas Recovery Techinology,1996, 3(4):1-6.

[5] 蔡文斌,李兆敏,胥元剛,等.聚合物驅竄聚影響因素及防竄對策[J].油氣地質與采收率，2010，17(1):74-76.

Cai Wenbin, Li Zhaomin, Xu Yuangang, et al. Influencing factors and prevention treatment of polymer channeling in polymer flooding[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2010,17(1):74-76.

[6] 高明, 宋考平,葉銀珠,等. 喇嘛甸油田二類油層高濃度聚合物驅提高采收率實驗研究[J].油田化學，2010，27(2)：158-161.

Gao Ming, Song Kaoping, Ye Yinzhu, et al. An experiments research of high concentration polymer flooding EOR to the sublayers in Lamadian oil field[J].Oilfield Chemistry,2010，27(2)：158-161.

[7] 鄧慶軍，趙曉京，盧祥國.聚合物段塞組合及其對驅油效果影響實驗研究[J].大慶石油地質與開發(fā),2005，24(2)：78-79.

Deng Qingjun, Zhao Xiaojing, Lu Xiangguo. Laboratory evaluation of the polymer slug combination and its influence upon oil recovery[J].Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing,2005，24(2)：78-79.

[8] 牛麗偉，盧祥國，楊懷軍.二元復合驅流度控制作用效果及其合理流度比研究[J].中國石油大學學報,2014,38(1)：148-151.

Niu Liwei，Lu Xiangguo，Yang Huaijun. Study on mobility control of polymer/surfactant oil-displacing agent and reasonable mobility ratio[J]. Journal of China University of Petroleum，2014,38(1)：148-151.

[9] 吳文祥，鄒積瑞.聚合物段塞交替注入參數優(yōu)化研究[J].科學技術與工程,2013,13(9)：7808-7811.

Wu Wenxiang, Zou Jirui. The research of parameter optimization in polymer slug alternative injection[J]. Seience Technology and Engineering，2013, 13(9)：7808-7811.

[10] 廖廣志,王克亮,閆文華.流度比對化學驅驅油效果影響實驗研究[J].大慶石油地質與開發(fā).2001，20(4)：14-16.

Liao Guangzhi, Wang Keliang, Yan Wenhua. Experimental study on the effect of mobility ratio on the displacement efficiency of chemical flooding[J]. Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing, 2001，20(4)：14-16.

[11] 孟令偉，康萬利，王志偉.聚驅后等流度提高采收率室內驅油實驗研究[J].中國科技論文在線，2009，6(4)：436-440.

Meng Lingwei, Kang Wanli, Wang Zhiwei.Experimental research in laboratory on equi-mobility improving oil recovery after polymer flooding[J]. Sciencepaper Online, 2009，6(4)：436-440.

[12] 元福卿.非均質性對聚合物驅效果影響數值模擬研究[J].石油天然氣學報，2005，27(4)：239-241.

Yuan Fuqing. Numerical simulation on the effect of heterogeneity on polymer flooding[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2005，27(4)：239-241.

[13] 蘆文生.綏中36-1油田聚合物驅數值模擬研究[J].中國海上油氣，2002，16(5)：333-340.

Lu Wensheng. A numerical simulation of polymer flooding in SZ36-1 oilfield[J].China Offshore Oil and Gas, 2002，16(5)：333-340.[14] 張宏方，王德民，王立軍．不同類型聚合物溶液在多孔介質中的滲流規(guī)律[J]．新疆石油地質，2002，23(5)：404-407．

Zhang Hongfang,Wang Demin,Wang Lijun. Flow laws of various polymer solutions in porous media[J]. Xinjiang Petroleum Geology,2002,23(5):404-407.

[15] 原野.基于數值模擬的聚合物驅粘彈性貢獻定量描述與注入參數優(yōu)選[D].大慶：東北石油大學，2012：8-10．

[16] 黃斌.變滲流阻力體系驅油提高采收率實驗研究[D].大慶：東北石油大學，2013：19-23．

[17] Cheng Jiecheng, Sui Xinguang, Bai Wenguang, et al. Cases studies on polymer flooding for poor reservoirs in Daqing oilfield[R]. SPE 108661,2007.

[18] 韓修廷,劉春天,蓋德林.聚能等流度驅油方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：38-48.

[19] 曹瑞波.聚合物驅多段塞交替注入方式及現場應用[J].油氣地質與采收率,2012，19(3)：71-73.

Cao Ruibo. Multi-sulg alternative injection method and field application of polymer flooding[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2012,19(3):71-73.

(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