聚合物交替注入油层压力扰动及流体窜流规律

2015-02-17曹瑞波

特种油气藏 2015年5期

关键词：渗层驱油采收率

曹瑞波

(中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆 163712)

聚合物交替注入油层压力扰动及流体窜流规律

曹瑞波

(中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆 163712)

针对目前部分聚合物驱区块出现的聚合物用量大、吨聚增油下降，致使聚合物驱效益逐渐变差的问题，提出了交替注入改善聚合物驱开发效果的新型驱油方法。通过建立非均质油藏物理模型，应用自动化岩心驱替装置，研究了交替注入方式和单一段塞注入方式油层压力扰动和流体窜流规律。结果表明:与单一段塞注入方式相比，交替注入方式改变了油层渗流压力场和流体窜流规律，该注入方式有利于低渗层吸液，从而提高了低渗层的动用程度;交替注入较单一段塞注入提高采收率2个百分点左右，且降低聚合物用量25%左右。该研究成果一定程度上解释了交替注入能够改善开发效果的原因，为优化聚合物驱注入参数和注入方式提供指导，为交替注入技术的推广提供理论依据。

聚合物驱;单一段塞注入;交替注入;窜流;油层压力;大庆油田

0 引言

大庆油田是世界上聚合物驱应用规模最大的油田，取得了显著的技术经济效果。但随着注聚对象由一类油层转向二类油层，沿用以往一类油层的注入参数和注入方式设计方法出现了不适应性，表现为聚合物用量大、低渗层动用程度低等问题，致使聚合物驱效益下降［1-7］。因此，提出了不同黏度聚合物段塞交替注入技术，即通过不同分子质量、不同浓度聚合物段塞交替注入改善非均质油藏的聚合物驱油效果［8-10］。通过自动化岩心驱替装置，建立非均质油藏物理模型［11-13］，研究了单一段塞注入和交替注入方式下的油层压力扰动和流体窜流规律，并验证了交替注入方式的驱油效果。

1 实验方法

1.1 物理模型设计

依据大庆油田油层物性及非均质状况，制作了层内非均质油层物理模型，物理模型由不同粒径石英砂胶结而成。模型为长方体，宽和高为4.5 cm，长为60.0 cm。高、低渗透层等厚，高渗层有效渗透率为800×10-3μm2，低渗层有效渗透率为200× 10-3μm2，模型孔隙度为25%。为了研究聚合物交替注入对高、低渗透层压力场变化的影响规律，拟通过以点带面的研究方法，即通过局部压力点的变化规律研究油层压力场的变化规律。因此，在距物理模型注入端20、40 cm处设置2对测压点，每对测压点分别设置在高、低渗透层。

1.2 实验装置

实验装置主要由驱动系统、加热保温系统、压力控制系统、注采液量计量系统等组成。整个实验过程和数据处理由计算机完成，实验全部实现自动化，减少了误差，提高了测量精确度。压力控制系统主要由压力传感器组成，压力传感器与计算机相连，由计算机自动记录注入压力数据。

1.3 实验方案

设计2组聚合物溶液渗流实验方案［14-17］。方案1是采用高黏段塞和低黏段塞交替注入。高黏段塞聚合物分子质量为2 500×104，浓度为2 000 mg/L，低黏段塞聚合物分子质量为1 200×104，浓度为1 000 mg/L，高黏段塞黏度为185 mPa·s，低黏段塞黏度为45 mPa·s。方案2是整个聚合物渗流实验过程只注入高黏段塞。方案1聚合物溶液总注入量为0.560倍孔隙体积，首先注入0.093倍孔隙体积的高黏段塞，然后注入0.093倍孔隙体积的低黏段塞，完成一个高黏段塞和一个低黏段塞的注入称为一个交替周期，如此重复3个交替周期。方案2聚合物溶液总注入量为0.560倍孔隙体积，全程注入高黏段塞。

2 油层压力扰动及流体窜流规律

2.1 压力扰动规律

绘制方案1和方案2注入端压力随聚合物注入量变化曲线见图1。由图1可知，单一段塞注入方式在整个聚合物驱阶段注入压力持续上升，交替注入方式注入压力呈震荡上升趋势，注低黏段塞阶段压力上升幅度减缓，注聚合物完成时，交替注入压力升幅较单一段塞注入降低26%。该现象说明，交替注入可提高聚合物溶液的注入能力，防止了单一段塞注入造成的注入困难。对于交替注入方式，在注高黏段塞阶段，聚合物溶液优先进入高渗层，高渗层渗流阻力上升，当其渗流阻力高于低渗层时，低渗层开始优势吸液，而此时后续注入的低黏段塞分子质量及浓度参数与低渗层较为匹配，于是低黏段塞大部分进入低渗层，且压力升幅减缓。当低渗层渗流阻力高于高渗层时，高渗层开始重新优势吸液，而此时注入的是与高渗层较为匹配的高黏段塞。如此交替若干个周期，可增加低渗透层的吸液量，有效动用低渗层的储量［18-19］。

图1 注入端压力随注入孔隙体积倍数变化

通过以点带面的方法来研究高低渗透层压力扰动规律。绘制距物理模型注入端20 cm处测压点的低渗层与高渗层压差随聚合物注入量的关系曲线(图2)。由图2可知，交替注入改变了非均质油层纵向压力扰动规律。注聚合物期间，单一段塞注入测压点的压差始终为正值，即低渗透层始终处于相对高压力状态，交替注入方式测压点的压力正负交互分布，即高、低渗透层压力交互占优，局部压力场扰动性增强。无论何种注入方式，随着注聚合物量的增加，高、低渗层压差呈扩大趋势。

图2 距模型注入端20cm处测压点压差与注入孔隙体积倍数的关系

交替注入使非均质油层纵向压力场扰动性增强，有利于驱替液向低渗层窜流。采用单一段塞注入方式，低渗层始终处于相对高压力状态，其原因在于注入的高黏流体与低渗层不匹配，低渗层吸液比例小，导致渗流阻力大幅增加。低渗层很难大幅吸液，这从现场吸液剖面测试资料可得到证实。采用交替注入方式后，高渗层匹配高黏段塞，低渗层匹配低黏段塞，即注入流体与油层匹配性增强，致使高渗层也会出现相对高压力时间段，此时高渗层流体会发生转向，窜流到低渗层;另一方面，单一段塞注入聚合物溶液主要呈水平渗流状态，油滴受力单一，使一部分油滴受水平方向束缚力的作用无法参与运移，交替注入后，在高、低渗透层纵向压差的作用下，聚合物溶液垂向流动性增强，使一部分油滴参与垂向流动从而摆脱水平束缚状态，进而在采出井采出。

2.2 流体窜流规律

绘制方案1和方案2低渗层相对注采液量随聚合物注入孔隙体积倍数变化关系曲线(图3)。相对注入量是指该层注入的液量占模型总注入液量的百分比，相对采出量是指该层采出的液量占模型总采出液量的百分比。由图3可知，交替注入改变了不同渗透层之间流体窜流规律。单一段塞注入方式注入量大于采出量，没有实现注采平衡，说明在注入过程中以低渗层流体向高渗层窜流为主。交替注入方式采出量大于注入量，说明在注入过程中以高渗层流体向低渗层窜流为主。经统计，单一段塞注入低渗层累计采出量比注入量减少4.5%，交替注入低渗层累计采出量比注入量增加7.5%。

图3 低渗层相对注采量随注入孔隙体积倍数变化

单一段塞注入方式和交替注入方式油层流体窜流规律不同，其原因可从图2反映的压力规律得到解释。在图2中，单一段塞注入方式油层纵向上低渗层始终处于相对高压力状态，为了保持压力的平衡，在压差的作用下，低渗层内的流体向高渗层窜流。而交替注入方式油层纵向上高、低渗层压力交互占优，但从曲线形态上看低渗层优势较为明显，因此，以高渗层流体向低渗层窜流为主。上述现象的最根本原因在于聚合物溶液与油层的匹配性问题，单一段塞注入方式聚合物溶液与油层不匹配，交替注入方式聚合物溶液与油层匹配性增强。

通过上述分析可知，交替注入方式能增大低渗层的吸液量。油田开发实践表明，聚合物溶液在高渗层低效、无效循环，低渗层吸液量低、动用程度低，是制约聚合物驱开发效果的主要因素之一。因此，交替注入方式是提高油层动用程度、进一步改善聚合物驱开发效果的有效途径。

3 交替注入开采效果

为验证交替注入方式对驱油效果的影响，开展了2组物理模拟驱油实验，物理模型长度为30 cm。一组实验为单一段塞注入方式，注入0.560倍孔隙体积高黏段塞，聚合物浓度为2 000 mg/L;另一组实验为交替注入方式，先注入0.093倍孔隙体积高黏段塞，再注入0.093倍孔隙体积低黏段塞，如此循环3个周期，总注入量为0.560倍孔隙体积，高黏段塞与低黏段塞聚合物浓度分别为2 000、1 000 mg/L。驱油实验结果见表1。由表1可知，交替注入方式聚驱采收率提高值为25.7%，高出单一段塞注入方式2.6个百分点。值得说明的是，交替注入取得较好效果是在聚合物用量大幅下降的基础上取得的。由上述实验方案可知，交替注入方式较单一段塞注入节省聚合物用量25%。实验结果说明，交替注入方式可进一步改善开发效果，且节省聚合物用量。

表1 驱油实验结果数据

鉴于室内实验取得较好驱油效果，同时在机理研究取得突破的基础上，2011年4月，大庆油田在采油一、二、三、六厂选择了4个代表性区块，开展了交替注入试验研究(表2)。试验实施后，4个试验区有效厚度吸液比例明显提高，薄差层动用程度增大，提高了30%以上。截至2013年12月试验结束时，4个试验区累计增油4.59×104t，降低聚合物用量26.4%，最终多提高采收率1.58个百分点，经济效益显著。室内实验及现场试验效果均表明，聚合物驱交替注入技术具有良好推广应用前景。