优化注聚浓度提高采收率非均质界限研究

2010-11-15中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院山东东营257015

石油天然气学报 2010年5期

翟亮（中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

优化注聚浓度提高采收率非均质界限研究

翟亮（中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

聚合物驱在一定程度上能改善注入剖面，提高波及体积，但在非均质严重情况下，层间层内矛盾依然比较突出。根据建立的非均质模型，运用数值模拟方法研究了注聚浓度对低、中、高渗层采收率的影响，剖析了各层采收率对总采收率的贡献程度，明确了改善聚驱效果的方向，确定了优化注聚浓度提高采收率的非均质界限，这对认识聚合物在各层中的驱油规律、改善聚驱开发效果具有积极的意义。

注聚浓度；分层采收率；非均质性界限；数值模拟

聚合物驱（简称“聚驱”）是改善流度比、提高注入水的波及体积，改善非均质油田开发效果的一种有效方法，聚驱已在我国大庆、胜利、大港、河南等油田广泛应用［1～4］。在聚驱开发过程中发现，聚驱在一定程度上使注入剖面得到改善，但层间矛盾依然没有从根本上得以解决。在笼统注入方式下，层间矛盾依然比较突出。

针对聚驱开发过程中暴露出来的聚合物溶液在高渗层低效注入以及低渗层聚驱动用程度低等问题，在三维非均质模型基础上，利用VIP－POLYMER模型［5，6］对聚合物驱油过程中注聚浓度变化对模型分层采收率的影响进行了研究，剖析了各层采收率对总采收率的贡献程度，确定了优化注聚浓度有效提高采收率的非均质界限。

1 模型的建立

针对层内层间非均质情况，设计了2种模型，一种是三维非均质模型（图1），纵向上平均分为3层，分为低、中、高渗层，各层之间纵向传导系数为零，模拟实际地层中各层之间存在隔层的情况。另一种为平面非均质模型（图2），纵向上只有1个层，平面上根据渗透率不同分为低、中、高不同的渗透带。模型采用五点法井网的四分之一，对角线上分别有1口注入井和1口生产井。

图1 三维地质模型

图2 平面非均质模型

2 纵向非均质模型

2.1 总采收率的影响

在三维模型基础上，取聚合物用量为450mg/（L·PV），聚合物浓度分别为0（即水驱）、1000、1200、1500、1700、2000和2500mg/L，在这7种浓度下研究了模型在变异系数分别为0.31、0.53、0.66、0.72和0.76情况下聚驱的开发效果。模型在水驱到含水90%时注聚，注聚完成后继续水驱到98%时计算结束。

图3 0.72变异系数模型含水与注聚浓度关系曲线

图4 不同变异系数模型采收率与注聚浓度关系曲线

由图3可以看出，在注入聚合物量一定情况下，含水变化规律是随注入段塞浓度增大，含水漏斗的谷底越低，含水漏斗面积越小；而注入段塞浓度越小，含水漏斗的谷底越高，含水漏斗面积越大。这主要是因为在聚合物用量一定的情况下，浓度越高，粘度越高，油水粘度比越小，含水越低；但段塞体积越小，含水漏斗面积也越小，反之成立。

由图4可以看出，在聚合物用量一定情况下，无论地层非均质性强弱，模型采收率都随聚合物浓度的提高而先增大后减小。其原因是当聚合物段塞浓度由低向高变化时，段塞的粘度增加，油水粘度比降低，波及能力增强，采出程度增加，在相应的优化浓度附近，采出程度达到最大值；在此之后，进一步提高段塞浓度，虽然段塞粘度继续增加，但段塞的体积进一步变小，容易被后续水驱段塞过早突破，形成窜聚，采出程度出现下降趋势。当然最佳浓度与地质特征、原油物性以及聚合物性质有关，即不同油藏对应一个最佳浓度，其中存在着最优化的问题。

聚合物的最佳注入浓度随地层非均质性的增强而增大。当地层变异系数分别为0.31、0.53和0.66时，聚合物的最佳注入浓度分别为1500、1700和2000mg/L，这主要是因为聚驱相对水驱提高采收率的一个重要机理就是其调剖作用，当地层非均质性增大时，需要聚合物溶液的粘度增大才能起到更好的调剖作用，因此其对应的采收率最大值的最佳注入浓度也随之增大，但当地层变异系数大于0.66时，通过优化注聚浓度提高采收率的幅度大大减小。

2.2 分层采收率的影响

根据建立的三维地质模型，计算了不同聚合物浓度下低、中、高渗层的分层采收率的情况，结果见图5～7。剖析了各层采收率对总采收率的贡献程度，明确了提高潜力方向。

由图5可以看出，在低渗层，优化聚合物浓度对采收率的影响在地层变异系数小于0.66时是存在的，当地层变异系数大于0.66时注聚浓度变化对采收率基本没有影响。这主要是由于当聚合物用量一定的情况下，随着非均质性的增强，聚合物溶液进入低渗层的量会越来越少，在聚合物侵入量越来越少的情况下，无论怎么优化浓度，对其采收率的影响都不大。

由图6和图7可以看出，对于中、高渗层，其分层采收率均会随注聚浓度的增加而先增大后减小，并且受地层非均质性的影响不大，这主要是因为在中、高渗层分流量差不多的情况下，随地层非均质性增加，中、高渗层的聚合物进入量虽然都同时有所增加，但增加不大（主要是低渗层可供分配的量本来就很少），这就造成了两种结果，一是中、高渗层的采收率受地层非均质影响减弱，二是地层非均质性强的中、高渗层的采收率比非均质性弱的要略大一些。

当在地层变异系数小于0.66时，可以通过优化聚合物溶液浓度来提高采收率，当地层变异系数大于0.66时优化聚合物浓度虽然也可以小幅度提高采收率，但这部分采收率的提高主要是来自于中、高渗地层，而采出程度最低的低渗层，由于低渗层的分流量本来就少，无论如何优化聚合物浓度，其采收率基本不变。因此通过注聚浓度来提高聚驱开发效果在地层变异系数小于0.66时是比较有效的，当地层变异系数超过0.66，这种做法效果不明显。

图5 低渗透层采收率随浓度的变化曲线

图6 中渗透层采收率随浓度的变化曲线

图7 高渗透层采收率随浓度的变化曲线

3 平面非均质模型

在平面非均质模型基础上，取聚合物用量为450mg/（L·PV），聚合物浓度分别为0（即水驱）、1000、1500、2000、2500 和3000mg/L，在这6种浓度下研究了平面非均质模型在变异系数分别为 0.31、0.53、0.66、0.72和0.76情况下聚驱的情况。模型在水驱到含水90%时注聚，注聚完成后继续水驱到98%时计算结束，结果见图8。

图8 不同变异系数模型采收率与注聚浓度关系曲线

由图8可以看出，在聚合物用量一定情况下，平面非均质模型采收率随注聚浓度的变化规律与纵向上非均质模型基本一致，都是随聚合物注入浓度的提高，采收率呈先增大后减小的趋势，但优化注聚浓度有效提高采收率的非均质界限减小为0.53的变异系数，即变异系数小于0.53的平面非均质地层通过优化注聚浓度可有效提高采收率，当变异系数大于0.53后非均质性的影响变小，无论如何优化注聚浓度，提高采收率幅度不大。

另外，在相同非均质系数下，平面非均质模型最佳注入浓度比三维模型要大，原因是平面非均质模型注入的聚合物相对于三维模型中的低渗透层，注入聚合物量相对较多，在注入聚合物量多的情况下，提高聚合物浓度有利于减小水油流度比，降低含水，提高开发效果。