不同井网条件下高渗透油层采收率室内试验研究

2013-08-11张立辉中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂黑龙江大庆163111

长江大学学报(自科版) 2013年10期

张立辉（中石油大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163111）

水平井是通过扩大油层泄油面积来提高油井产量，与直井相比具有生产压差小、产量高等特点［1-4］。目前，国内外有关水平井与化学驱技术结合的研究较少，同时水平井与直井联合开发方面的研究均是在一定简化和假设条件下的数学模型研究，而室内物理模型研究却很少［5-10］。一些学者［11-12］通过室内物理模拟实验认识到，水平井与化学驱结合有其独特的技术优势。利用水平井注聚时，水平井可以增大砂体连通方向，减轻聚合物沿主流线突进现象，提高聚合物对油层的控制程度，实现聚合物平面均匀推进，降低聚合物采出量，提高聚驱采收率和经济效益。

1 试验部分

1.1 试验材料

选择油田常用的化学药剂、水及油田采出原油。

1）聚合物选择大庆炼化公司生产的部分水解聚丙烯酰胺：①相对分子质量（1200～1600）×104，固相质量分数90.7%；②相对分子质量2500×104，固相质量分数90.4%；③相对分子质量3500×104，固相质量分数90.3%。

2）表面活性剂 ①二元体系表面活性剂。选择试验区在用的HLX无碱表面活性剂，有效物质量分数65%～68%；②三元体系表面活性剂。选择试验区在用的阴离子型表面活性剂，有效物质量分数约50%。NaOH碱液质量分数为3%。

3）聚表剂聚表剂为Ⅲ型聚表剂，固相质量分数88.9%。

4）试验用油选择采油厂脱水、脱气原油与煤油配制而成的模拟油，45℃条件下黏度为9.8mPa·s。

5）试验用水试验用水为室内配制现场模拟水。

1.2 主要仪器设备

SG83-1双联自控恒温箱、平流泵、真空泵、控温磁力搅拌器、压力传感器、布氏黏度计、电子天平、气瓶、容器、多通阀座和多量程计量管等。

1.3 试验模型

根据试验区储层渗透率变化规律及地质特征，制作含黏土的纵向非均质正韵律模型。

模型几何尺寸60cm×60cm×4.5cm，为三层叠加纵向非均质，渗透率分布呈现正韵律变化，从上到下有效渗透率依次为（200、500、1000）×10-3μm2。2口水平井位于低渗透层，2端端点位于中线上（见图1）。

1.4 试验步骤

2 水平井优选化学驱油方式

参照油田开展的重点试验采用的驱油方式，设计为高质量浓度聚合物驱、二元复合驱、三元复合驱和聚表剂驱4种。

图1 试验模型侧视图

2.1 试验方案

采用直井一注四采的五点法井网模式，水驱至含水98%，再注入中分子聚合物至含水92% （聚合物相对分子质量1500×104，质量浓度1000mg／L），后续水驱至含水98%。

在上述试验基础上，开展水平井组驱油试验，直井（注入井、采出井）全部关闭。

1）方案1 聚驱后利用水平井一注一采井网，注高质量浓度聚合物1PV（聚合物相对分子质量2500×104，质量浓度2000mg／L），后续水驱至含水98%。

2）方案2 聚驱后利用水平井一注一采井网，注二元复合体系1PV （聚合物相对分子质量2500×104，质量浓度1800mg／L；非离子型表面活性剂，质量分数0.3%），后续水驱至含水98%。

3）方案3 聚驱后利用水平井一注一采井网，注三元复合体系1PV （前置段塞0.05PV：聚合物相对分子质量3500×104，质量浓度2500mg／L；主段塞0.65PV：聚合物相对分子质量2500×104，质量浓度2000mg／L，非离子型表面活性剂质量分数0.3%，NaOH碱液质量分数1.2%；后续保护段塞0.3PV：聚合物分子量2500×104，质量浓度1000mg／L，后续水驱至含水98%。

4）方案4 聚驱后利用水平井一注一采井网，注聚表剂1PV （相对分子质量（400～800）×104，质量浓度1800mg／L），后续水驱至含水98%。

2.2 结果与讨论

1）过程分析采用恒速的注入方法，用注入压力控制试验结束时间。方案1和方案2均注入1PV，方案3注入0.6875PV （设计值）。结果显示，提高采收率幅度的顺序为：高质量浓度聚合物体系＞二元复合体系＞三元复合体系＞聚表剂体系。

由图2可知，聚驱后利用水平井注二元体系和三元复合体系注入压力较低，而高质量浓度聚合物和聚表剂的注入压力随着试验的进行持续上升，且上升幅度很大，说明二元体系和三元复合体系流注入能力较强。

由图3可知，4种化学驱方案的含水率曲线均有2次降低。含水第1次下降，由于水平井的开发模式完善了注采井网，增加了泄油面积，采出井附近压降大，改变了聚驱后的液流方向，致使聚驱后分散的剩余油向水平井采出井井口流动；含水第2次降低是受化学剂的扩大波及体积和提高驱油效率的影响，但各种驱油体系效果差异较大，其中二元体系含水下降幅度大，说明更适于聚驱后提高采收率。

2）试验结果利用水平井注二元复合体系，能够提高采收率17.69%。其含水曲线在一次聚驱基础上大幅度降低，主要原因是，该二元复合体系具有较高的黏度和超低界面张力，通过扩大波及体积和提高驱油效率，很好地挖潜剩余油。当注入二元复合体系0.6PV时进入高含水期，后续注入段塞采收率提高幅度较小（见表1）。建议在注入二元复合体系0.6PV时停止注入，开展后期剩余油挖潜工作。

表1 4种不同驱油体系驱油试验结果

图2 水平井化学驱的注入压力

图3 水平井化学驱的含水率

3 井网优化

3.1 试验方案

在井网优化研究试验中，优选驱油方案中注入顺利、提高采收率高的二元复合体系（聚合物相对分子质量2500×104，质量浓度1800mg／L，非离子表面活性剂质量分数0.3%）作为所有试验的驱油剂，开展聚驱后水平井组及水平井与直井结合的化学驱井网优化。

试验仍然采用三层叠加纵向非均质模型，在井网优化试验前，采用一注四采的五点法井网模式，水驱至含水98%，再注入中分子聚合物至含水92% （聚合物质量浓度1000mg／L），后续水驱至含水98%。作为每一个井网优化方案的基础条件，进行方案设计。

1）方案1 聚驱后封堵所有的直井，利用2口水平井一注一采，注二元复合体系1PV，后续水驱至含水98%。

2）方案2 聚驱后利用2口水平井作为注入井，5口直井作为采出井，注二元复合体系1PV，后续水驱至含水98%。

3）方案3 聚驱后利用5口直井作为注入井，2口水平井作为采出井，注二元复合体系1PV，后续水驱至含水98%。

4）方案4 聚驱后封堵3口直井，利用1口水平井与一口直井作为注入井，另1口水平井和一口直井作为采出井，注二元复合体系1PV，后续水驱至含水98%。

5）方案5 聚驱后利用直井1注四采开展二元复合体系驱油实验研究，注二元复合体系1PV，后续水驱至含水98%。

3.2 结果与讨论

5种井网在注入试验过程中，均能够实现顺利注入，起到提高采收率的作用。从含水率变化规律看，方案1含水率有2次下降，见效早、含水下降幅度大，效果最好；方案3含水下降点出现滞后现象，而水平井作为注入井的方案，含水在注入初期就出现下降趋势，这体现了水平井注入见效快的特点；方案4同样有2次下降过程，但下降幅度小、含水回升较快，效果最差（见图4）。说明聚驱后水平井二元体系驱油效果好。

图4 不同井网二元复合驱含水率曲线

从提高采收率幅度看，不同方案存在较大差异（见表2）。1口水平井和1口直注入、1口水平井和1口直井采出的井网模式开发效果最差。分析原因，水平井一注一采能够增加渗流面积、减少渗流阻力，即扩大了波及体积又提高了驱油效率；而直井和水平井间注间采，会造成相邻注采井之间井距长短变化大，即垂直于水平井轨迹方向距离最小，与水平井跟端（趾端）距离最大，导致注入剂沿着最小注采井距方向突进，扩大波及体积作用不明显，没有发挥出水平井的优势。其他水平井与直井结合的井网开发效果都好于聚驱后利用直井一注四采的井网模式；水平井作为注入井效果要好于其作为采出井的效果；同时采用直井作为注入井，其注入压力较高，不利于开发。综合对比采收率提高幅度和注入压力情况，聚驱后利用水平井一注一采井网，开发效果最好。