西达里亚h1-1油藏交联聚合物驱参数优化

2013-07-04刘志森

石油化工应用 2013年9期

阳磊，刘志森，王川

（长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100）

西达里亚h1-1油藏DK15 井组是已确定的调剖试验区，位于h1-1油藏北部，边缘有弱边水，原始地层压力46.3 MPa，原始油层温度97℃，原始含油饱和度0.56，饱和压力8.4 MPa；地下原油粘度2.88 mPa·s，地面原油密度0.8839 g/cm3，有效孔隙度18%，平均渗透率92 mD，高矿化度CaCl2水型，非均质性严重。

Dk15 井组中DK15 井于1995年5月30日开始投产出油，2010年7月14日转为注水井，对应DK27X、DK11、DK30H、S22 四口油井。DK15 井距周围油井最近的为DK27X 井，井距为200 m，距离最远的油井为DK30H 井，与DK11 井距360 m，与S22 井距320 m。该井组控制地质储量15.2×104t，目前仅动用3.1×104t，动用程度只有20.4%，具有巨大的挖潜增油能力。截止到2012年9月4日，DK15 井日注水量10 m3，注水压力15.3 MPa，累积注水量1.42×104t。调剖聚合物拟选用分子式为1200 ×104的HPAM，交联剂使用铬盐。

1 交联聚合物驱参数优化

1.1 交联聚合物段塞组合优化

在历史拟合效果较好的前提下结合现场经验，设计了单一段塞水驱、单一段塞聚合物驱、单一段塞交联聚合物驱以及多级段塞交联聚合物驱[1]。其中，多级段塞中，考虑到聚合物吸附的影响，设计了“凝胶+凝胶+凝胶”和“聚合物+凝胶+凝胶”两种方案。所有方案都是在综合含水率为77%时注剂，日注水量为10 m3。为了保证最优段塞组合的有效性，多级段塞的注入时间为120、75、45天，共240天；各段塞聚合物和交联剂浓度分别为2000、2500、3000 mg/L 和150、200、250 mg/L。单一聚合物和单一凝胶方案中的聚合物用量与多级段塞中的用量相同。数值模拟结果（见表1）。

从累积产油量上来看：（1）单一凝胶驱调剖效果要明显好于单一聚合物调剖和不进行调剖；（2）多级交联聚合物调剖效果要优于单一凝胶驱调剖；（3）在多级交联聚合物调剖的两个方案中，“凝胶+凝胶+凝胶”方案对产油量的贡献比“聚合物+凝胶+凝胶”方案要高，且前者的聚合物和交联剂用量要低于后者。同时经过相同的生产时间，“凝胶+凝胶+凝胶”方案的含水率上升最慢，凝胶展布范围最大。因此，应优先使用三段塞凝胶调剖方案。

1.2 注入时机优化

从已有的交联聚合物驱经验来看，交联聚合物驱在整个油田开发阶段中所处的时期越早越好，但若考虑到注剂前水驱的采收率，则还是先水驱至一定程度后再实施交联聚合物驱[2]。交联聚合物在改善油水流度比[3]、堵塞地层大孔道等方面有着和聚合物相近的作用。我国大多数油田都已进入开发中后期，综合含水普遍偏高。结合h1-1 目前开发情况，在拟定注入时机方案时，以选出的三段塞凝胶组合为基础，选择在含水71%、74%、77%、78.5%、80%时分别对选定组合进行模拟。各方案注入时间、日注水量、聚合物和交联剂浓度和上文相同。

图1 不同注入时机与方案结束时对应含水率下降值关系曲线

截至方案结束时五种方案对应的累积增油量分别为972.82、738.78、448.93、178.38、84.52 m3。单从增油量可知调剖越早，到后期时累积增油量越高，增油效果越好。但从实际情况来看太早的注剂并不一定是最好的，与理论模拟不同的是，实际水驱开采过程中，地层渗流通道会因注入水的不断冲刷发生改变，小孔道逐渐形成大孔道，地层渗透率发生改变，造成注采井之间形成高渗通道，地层非均质性更严重。已有的研究表明：地层渗透率级差越大，注入交联聚合物调剖效果越好，同时较早的注入调剖剂也会增大地层的污染程度。结合数值模拟得到的不同注入时机与方案结束时对应含水率下降值关系曲线（见图1）可知，至方案结束时在综合含水率77%附近注剂调剖，综合含水率下降值最大，表明调剖效果最好。

表1 不同段塞组合方案模拟结果

1.3 注入速度优化

为了确定井组合理的注聚速度，在综合含水率77%，三段塞聚合物浓度和交联剂浓度分别为2000、2500、3000 mg/L 和150、200、250 mg/L，设计注入时间分别在6、7、8、9、10个月内注入相同的凝胶组合进行预测。考虑到凝胶在地层岩石空隙间的吸附滞留[4]作用以及注入速度对聚合物剪切作用[5]的影响，需要对注入压力做出适当的限制，以保证在不超过地层破裂压力80%的情况下能达到正常的措施效果。h1-1的地层破裂压力约为74.5 MPa，故最大注入压力不能超过59.6 MPa。

模拟结果显示，随着注入速度的增加，至模拟结束时累增油量快速上升，当注入速度达到11.43 m3/d 时，累增油量最大，随着注入速度的继续增加，累增油量又逐渐减少。注入速度的增加会导致井底流压增大，不同注入速度对应的井底流压和累增油量数据（见表2），注入速度为10 m3/d 时才能保证在工程作业安全情况下获得最大累增油量。

1.4 注入浓度优化

一般而言聚合物溶液浓度越高，调剖效果越好，采收率增幅愈大[6]。为了确定井组合理的注聚浓度，在综合含水率77%，注入速度为10 m3/d，三段塞交联剂浓度分别为150、200、250 mg/L的条件下，对聚合物浓度设计了五组方案进行模拟预测，并设定注剂8个月后转注水。模拟结果显示（见表3），当第一段塞聚合物浓度低于2000 mg/L 时随着注入浓度的增加注水井井底附近成胶效果越好，大孔道得到了有效堵塞，波及体积有效提高。井组产油量、井组增油幅度均随注入浓度的增加而逐步提高，当超过2000 mg/L 时，成胶速度快，成胶强度过大，导致注入压力增大，井组增油幅度降低。综合增油量和注入压力考虑，各段塞浓度应与方案3的浓度接近。

2 试验设计优化注入浓度

在对聚合物段塞组合，注入时机，注入浓度，注入速度优化的基础上，选定在综合含水率为77%时以三段塞凝胶的方式日注10 m3聚合物水溶液进行调剖，三段塞注剂时间分别为120天，75天，45天。以优化得到的注入浓度为基础确定了试验设计的取值范围（见表4）。表中各因子依次为三段塞的聚合物浓度和交联剂浓度。基于表4可以设计出6 变量3 水平的实验设计方案共729个。利用试验设计软件Design Expert 从中优选出典型的80个方案，并用数值模拟软件进行拟合。模拟结果表明当三段塞聚合物和交联剂浓度分别为1900，2400，3100，140，190，240 mg/L 时能获得最大增油量460.03 m3，且所用聚合物和交联剂的用量也较少，具有较好的经济效益。