殷代印， 周　軒

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

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應(yīng)用分步射孔改善油層動(dòng)用不均勻現(xiàn)象研究

殷代印， 周軒

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

針對油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重，聚驅(qū)后低滲透層動(dòng)用程度仍較低，厚油層內(nèi)部剩余油仍大量存在，縱向動(dòng)用不均勻的問題，提出了一種應(yīng)用分步射孔改善聚驅(qū)油效果的方法，即在水驅(qū)結(jié)束后，對厚油層選擇性射孔并水驅(qū)挖潛后再轉(zhuǎn)注聚。應(yīng)用室內(nèi)物理三管并聯(lián)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和理論公式，分析分步射孔聚合物驅(qū)油機(jī)理，并結(jié)合數(shù)值模擬，以北北塊二區(qū)為目標(biāo)，研究了分步射孔后聚驅(qū)對開發(fā)效果的影響。結(jié)果表明，采用大前置段塞、高相對分子質(zhì)量、梯次降濃段塞組合，聚驅(qū)效果最好；分步射孔后注聚相較于不經(jīng)過分步射孔直接注聚，低滲透層動(dòng)用程度更大，驅(qū)油效果更好，最終采收率提高了1.28%。

聚驅(qū)；厚油層；三管并聯(lián)；分步射孔；數(shù)值模擬

聚合物驅(qū)通過改善流度比、增加波及體積提高原油采收率[1-2]，目前普遍依靠優(yōu)化注聚參數(shù)、縮短井距等來提高聚合物驅(qū)油效果，有關(guān)從油層內(nèi)部改善層間非均質(zhì)性的研究較少。由于中國油田大多為陸相沉積，油藏非均質(zhì)性嚴(yán)重[3]，聚合物驅(qū)竄流量較大，驅(qū)替液突進(jìn)現(xiàn)象突出[4-5]，波及體積尚有一定的提升空間，厚油層中上部在聚合物驅(qū)后仍有相當(dāng)?shù)氖Ｓ嘤痛嬖?，?yán)重制約了聚合物驅(qū)油的效果[5-7]。本文提出一種應(yīng)用分步射孔從內(nèi)部改善聚驅(qū)油層縱向動(dòng)用不均勻現(xiàn)象的方法：在水驅(qū)結(jié)束后，對厚油層選擇性射孔并繼續(xù)進(jìn)行水驅(qū)挖潛，以此改善層間非均質(zhì)性，水驅(qū)挖潛結(jié)束后補(bǔ)開目的層剩余層段并轉(zhuǎn)注聚。通過理論公式，研究聚合物驅(qū)驅(qū)油機(jī)理，定性分析了剖面反轉(zhuǎn)的特征，以及分步射孔注聚方案各層層間物性變化特點(diǎn)。并通過數(shù)值模擬研究分步射孔聚合物驅(qū)的實(shí)際應(yīng)用，研究區(qū)塊為大慶油田北北塊二區(qū)，實(shí)施“二三結(jié)合”開發(fā)模式；針對其實(shí)際開發(fā)情況，研究分流率變化特點(diǎn)、采收率提高幅度差異，比較直接聚驅(qū)和分步射孔后聚驅(qū)驅(qū)油效果。

1　分步射孔聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究

1.1實(shí)驗(yàn)條件

(1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：FY-3恒溫箱，南通市飛宇石油科技開發(fā)有限公司；平流泵2pb00系列，北京衛(wèi)星制造廠；中間容器以及其他輔助設(shè)備。

(2) 實(shí)驗(yàn)溫度及速度：實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，恒速驅(qū)油。

(3) 實(shí)驗(yàn)巖心：外形尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm的均質(zhì)巖心，有效滲透率分別為300×10-3、500×10-3、800×10-3μm2。

(4) 實(shí)驗(yàn)試劑：實(shí)驗(yàn)中所使用的油是原油和煤油配置的模擬油，模擬油黏度為10.0 mPa·s(45 ℃)；實(shí)驗(yàn)過程中所用的聚合物均為大慶煉化公司生產(chǎn)的相對分子質(zhì)量為1 600×104、1 900×104和2 500×104聚合物，用0.508 g/L水(清水)配制5.0 g/L母液，用礦化度為3.7 g/L(污水)水稀釋，配置后人為剪切使黏度保留率為60%；水驅(qū)過程中用水礦化度為3.7 g/L的模擬鹽水。

1.2實(shí)驗(yàn)方案

模擬現(xiàn)場原射孔層段驅(qū)替過程，直接注聚實(shí)驗(yàn)方案分別將高、中、低滲透模型水驅(qū)至采出程度40.5%、38.6%、37%；分步射孔后注聚實(shí)驗(yàn)方案分別將高、中、低滲透模型模擬現(xiàn)場原射孔層段驅(qū)替過程水驅(qū)至采出程度41.8%、41.4%、41.2%。實(shí)驗(yàn)方案分別采用不同相對分子質(zhì)量、不同濃度的聚合物組合段塞進(jìn)行三管并聯(lián)注聚實(shí)驗(yàn)，聚合物溶液注入量為1 PV，各方案見表1。

表1　實(shí)驗(yàn)方案

1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

(1) 直接注聚效果分析

各方案聚驅(qū)階段采出程度、含水率對比如圖1所示。由圖1可見，方案2聚驅(qū)階段采出程度最高，含水率下降幅度最大，驅(qū)油效果最好。方案2與方案1相比，段塞組合相同，前置段塞越大，聚驅(qū)采出程度越高；方案2與方案3相比，采用梯次降濃段塞，聚驅(qū)采出程度要大于非梯次降濃段塞聚驅(qū)采出程度；方案2與方案4、方案5相比，聚合物相對分子質(zhì)量越大，聚驅(qū)采出程度越高。

圖1　各方案聚驅(qū)階段采出程度、含水率對比曲線

(2) 直接注聚與分步射孔后注聚驅(qū)油效果對比

分步射孔后注聚與直接注聚階段采出程度對比結(jié)果如表2所示,分流率曲線如圖2、3所示。

表2　分步射孔后注聚與直接注聚階段采出程度對比

由表2可知，分步射孔后注聚開發(fā)效果要好于直接注聚方案，聚驅(qū)后采出程度普遍提高1.2%～1.5%。在常規(guī)水驅(qū)結(jié)束后對低滲透層射孔，并繼續(xù)水驅(qū)，水驅(qū)階段采出程度大于直接注聚開方案水驅(qū)階段采出程度，聚驅(qū)階段采出程度小于直接注聚實(shí)驗(yàn)聚驅(qū)階段采出程度，總采收率大于直接注聚采收率。

圖2　方案1、方案6各層分流率對比

圖3　方案2、方案7各層分流率對比

通過對比分步射孔后注聚與直接注聚分流率曲線(見圖2、3)，可以看出，與直接注聚方案相比，分步射孔后，各方案高滲透層分流率較小，低滲透層分流率普遍較大；且吸液剖面反轉(zhuǎn)時(shí)間較晚，低滲透層受效時(shí)間更長。

分步射孔后，低滲透層水驅(qū)采出程度提高至41.8%，層內(nèi)含水飽和度升高，驅(qū)替液與被驅(qū)替液流度比減小，低滲透層與高、中滲透層之間吸液壓差減小。與直接注聚相比，注入聚合物溶液后，更多聚合物溶液進(jìn)入低滲透層，低滲透層聚合物溶液波及體積增大，剩余油動(dòng)用程度變大，因此采出程度變大(見圖4)。

圖4　方案1分步射孔后與直接注聚各層相對產(chǎn)液量、采出程度對比

2　分步射孔聚合物驅(qū)驅(qū)油機(jī)理

注聚后，分層產(chǎn)液量公式如式(1)所示：

(1)

式中，k為油藏絕對滲透率， mD；h為油藏厚度，m；Cp為驅(qū)替液濃度，mol/L；Rk為殘余阻力系數(shù)；μ為驅(qū)替液黏度，Pa·s。

低滲透層與高滲透層產(chǎn)液量之比為：

(2)

2.1注聚階段產(chǎn)液量分析

(1) 注聚前Cp=0，Rk=1

(3)

式中，k和h分別是油藏絕對滲透率和油藏厚度，是油藏靜態(tài)參數(shù)，是不變量；Cp和Rk分別是驅(qū)替液濃度和殘余阻力系數(shù)。低滲透層與高滲透層產(chǎn)液量之比Q1/Q2主要取決于油水相對滲透率的大小。

(2) 注聚初期

(3) 注聚后期

注入聚合物后期，由于高、低滲透層驅(qū)替液的濃度和巖心表面吸附的聚合物的濃度達(dá)到平衡，繼續(xù)注入聚合物，高、低滲透層驅(qū)替液的濃度和巖心表面吸附的聚合物的濃度不再增加，此時(shí)高、低滲透層的和相差不大，影響聚合物溶液滲流阻力的主要因素是krw(Sw)，影響krw(Sw)的主要因素是Sw，高滲透油層物性好，相對于低滲透油層來說，高滲透層的Sw遠(yuǎn)大于低滲透層的Sw，使得高滲透層的krw(Sw)大于低滲透層的krw(Sw)。這一階段，聚合物在高滲透油層中的滲流阻力小于在低滲透油層的滲流阻力，聚合物溶液更多地進(jìn)入高滲透層，高滲透層產(chǎn)液量增加，且高于空白水驅(qū)階段它的產(chǎn)液量，出現(xiàn)聚合物后期的“剖面反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

2.2分步射孔后注聚各階段產(chǎn)液量分析

(1) 注聚前Cp=0,Rk=1

分步射孔由于首先射開厚頂部油層進(jìn)行水驅(qū)，在一定程度上減小了層間的非均質(zhì)矛盾，低滲透油層中上部的剩余油得到動(dòng)用，經(jīng)過水驅(qū)后，低滲透油層的剩余油飽和度減小，低滲透油層的剩余油飽和度和高滲透油層的剩余油飽和度差別減小。

(2) 注聚初期

3　“二三結(jié)合”開發(fā)模式數(shù)值模擬

應(yīng)用數(shù)值模擬驗(yàn)證分步射孔聚合物驅(qū)油效果。研究區(qū)塊為大慶油田北北塊二區(qū)，該區(qū)塊于2006年開展“二三結(jié)合”水驅(qū)挖潛礦場試驗(yàn)，即實(shí)施分步射孔，先水驅(qū)頂部中低滲透油層，聚驅(qū)時(shí)打開高滲透層。

為與“直接注聚”進(jìn)行對比設(shè)計(jì)了5個(gè)不同方案，與物理實(shí)驗(yàn)方案相同。其中“直接注聚”2007年4月開始注聚，不經(jīng)“二三結(jié)合”水驅(qū)開發(fā)，2013年7月注聚結(jié)束；“二三結(jié)合”開發(fā)模式2007年4月進(jìn)行水驅(qū)加密調(diào)整，2012年7月開始注聚，2018年10月注聚結(jié)束。其中，“二三結(jié)合”開發(fā)模式水驅(qū)采收率為45.67%，直接注聚開發(fā)模式水驅(qū)采收率42.77%。

兩種開發(fā)模式下方案2開發(fā)效果對比及各層分流率如圖5-7所示?！爸苯幼⒕邸彼?qū)一次性射開所有小層，“二三結(jié)合”水驅(qū)實(shí)施分步射孔，即先水驅(qū)低滲透層，聚驅(qū)時(shí)打開高滲透層。“直接注聚”水驅(qū)的采收率為42.77%，“直接注聚”聚驅(qū)采收率為56.12%，“直接注聚”聚驅(qū)采收率提高13.35%；“二三結(jié)合”水驅(qū)采收率為45.67%，“二三結(jié)合”聚驅(qū)采收率57.4%，“二三結(jié)合”聚驅(qū)采收率提高11.73%，較“直接注聚”低1.62%。但“二三結(jié)合”水驅(qū)較“直接注聚”水驅(qū)采收率提高2.9%，所以“二三結(jié)合”采收率仍比“直接注聚”采收率提高1.28%。

圖5　兩種開發(fā)模式下方案2開發(fā)效果對比

4　結(jié)論

(1) 通過直接注聚實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選出方案2為最佳注聚方案——高分高濃、梯次降濃段塞，保護(hù)段塞足夠大。

(2) 通過分步射孔后注聚開發(fā)模式和直接注聚開發(fā)模式對比，分步射孔方案低滲透層動(dòng)用程度較大，最終采收率較大，開發(fā)效果較好，為大慶油田二類油層的聚合物驅(qū)開發(fā)提供了可借鑒的開發(fā)模式。

圖6　“直接注聚”方案2各層分流率曲線

圖7　“二三結(jié)合”方案2各層分流率曲線

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(編輯王亞新)

Improvement of Inhomogeneous Producing Degree for Polymer-Flooding Layers Applying Step Perforation

Yin Daiyin, Zhou Xuan

(FacultyofPetroleumEngineering，NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318，China)

A method which applies step perforation to improve the effect of polymer flooding is presented against the problems of poor producing degree of low permeability, remaining oil in the inner thick oil layer abounds, and uneven vertical producing degree. After water flooding, the thick layers are perforated selectively followed by water flooding potential tapping, and the polymer flooding is performed ultimately. By carrying out laboratory physical oil displacement experiment of three-tube parallel cores and applying theoretical formulas, reasonable polymer injection parameters are determined and the impacts of polymer flooding after step perforation on development effectiveness are also studied. The results showed that the better effect of polymer flooding was obtained by using big pre-slug, high molecular weight polymer, and echelon descending concentration slug combinations. And projects which had adopted step perforation showed a bigger producing degree on low permeability layers and a better effectiveness on polymer flooding compared to the ones not adopted step perforation. The ultimate recovery was increased by 1.28%.

Polymer flooding; Thick oil layer; Three-tube parallel; Step perforation; Numerical stimulation

1006-396X(2016)01-0041-05

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-09-06

2016-01-05

國家自然基金資助項(xiàng)目“低滲透油藏表面活性劑驅(qū)微乳液滲流機(jī)理及數(shù)值模擬研究”(51474071) 。

殷代印(1966-)，男，博士，教授，從事油氣藏?cái)?shù)值模擬和油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)分析方面研究;E-mail：yindaiyin@163．com。

TE327

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.008