稠油厚油层聚驱驱油效率和波及系数贡献研究

焦钰嘉，杨二龙

（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318）

M断块是典型的近海整装稠油油田，油藏为疏松砂岩油藏，具有孔隙度高、含油饱和度高、原油黏度高的特点[1]。储层平均有效渗透率475×10-3μm2，渗透率变异系数0.85，非均质系数2.0，层间非均质性严重。油层平均温度62℃，地层油黏度88.2 mPa·s，地层水总矿化度 5 900～10 820 g/L，研究区目标厚度54.9 m，为稠油厚油层油藏[2]。

采收率等于波及体积与驱油效率之积，研究表明[3-7]，聚合物溶液的黏弹性不但可以提高驱油效率,而且对提高采收率的贡献与提高波及系数的贡献程度相当。目前驱油效率和波及系数的确定方法较多，有关一维水驱驱油效率及波及系数的计算模型的研究比较成熟，研究方法主要有实验方法[8-11]、数值模拟方法[12-13]和相渗曲线法[14-15]等。由于非均质储层构造复杂性以及波及系数影响因素的多样性，通过上述方法确定波及系数和驱油效率，无法克服精确度低的缺陷，而建立三维非均质储层驱油效率和波及系数的计算模型困难很多，且无法验证计算得到的驱油效率及波及系数的准确性。本文考虑聚合物、矿化度等因素的影响，基于电阻值-饱和度关系曲线，研究绘制驱替过程中含油饱和度分布图；观察含油饱和度变化规律，研究M断块平面和纵向上的聚驱波及规律，并深入探讨了聚合物驱驱油效率和波及体积对提高采收率的贡献。

1 物理模型设计

参照模拟M断块储层，选择东营组下段厚油层正韵律典型区块进行储层分析，从而确定物理模型的参数。测井资料分析结果见表1。

表1 东营组下段储层物性参数表Table 1 Reservoir physical parameters of lower member of Dongying formation

为了模拟储层厚油层的特点，采用分层加厚设计，针对实际储层的四层特点，模型按照四层设计（见图1），模型尺寸为135 mm×60 mm×300 mm，设计模型厚度是常规模型厚度（45 mm）的3倍。M断块研究目标区域油层厚度为54.9 m，注采井距350 m，按照相似准则计算，实验流速为4 mL/min，四层非均质加厚模型对应到实际油层中的厚度为11.6 m，与实际小层数据较为相符；模型渗透率、孔隙度等参数与现场实际参数保持一致，模型自上而下渗透率分别为 500×10-3、1 500×10-3、3 500×10-3、4 500×10-3μm2,从而实现矿场到实验模型的转化。模型设计参数见表2。

图1 四层非均质加厚模型（带电极）Fig.1 Four layer heter ogeneous thickening model(with electrodes)

表2 四层非均质加厚模型基本参数Table 2 Basic parameters of four layer heter ogeneous model

2 实验内容

以电阻-含油饱和度关系曲线为主要研究基础，采用四层非均质模型模拟了主流线纵向剖面，开展单纯水驱以及聚合物驱驱替实验，通过监测不同时刻电阻值变化，基于电阻值与饱和度对应关系，最终得到不同时刻不同位置含油饱和度数值，并绘制饱和度分布图；通过观察不同时刻各层含油饱和度变化情况，分析其流场内部变化规律，系统地研究了M断块多油层聚驱波及规律。

模型的外形尺寸为60 mm×135 mm×300 mm；实验用油为M断块脱水原油与煤油混合而成的模拟油，62℃条件下黏度为88.2 mPa·s；实验用水为饱和模型用水（人工配制盐水），矿化度为9 374.13 mg/L；实验用聚合物为疏水缔合聚合物溶液HNT 300，聚合物质量浓度与现场保持一致，为1 500 mg/L。具体实验方案如表3所示，记录各时间段模型出口端产液、产水、压力的数值，并采集电阻值。

表3 聚合物驱波及规律对比实验方案Table 3 Contrast experiment scheme of polymer flooding

3 实验结果

3.1 单纯水驱

四层非均质加厚模型进行单纯水驱至出口端含水率95%，实验结果如图2所示。由图2可以看出，在注水初期，模型中压力迅速升高，随着模型含水率上升，压力逐渐下降并最终趋于稳定，可以看出实验过程中压力变化情况与实际储层压力变化规律一致。为了定性地观测模型驱替后的剩余油分布是否合理，绘制模型不同层位的饱和度分布图，以便观察各层位不同阶段剩余油分布情况（见图3）。

图2 四层非均质模型水驱曲线Fig.2 Water drive curve of four layer heterogeneous model

图3 水驱模型主流线含油饱和度分布Fig.3 Oil saturation distribution map of main stream line in water flooding model

由图3可以看出,模型按照正韵律储层自下而上,渗透率由高变低的特点放置，且处于最上方的小层渗透率最低，含油饱和度最高；水驱结束时，高渗层含油饱和度相对较低，剩余油分布较少，随着渗透率降低，含油饱和度逐渐变高，剩余油逐渐增加，表明注入水沿特高、高渗层突进。从图3还可看出，离注入端越远，中、低渗透率储层含油饱和度越高，即油层中上部剩余油越多，该现象表明，距离注入端越远，压力越小，波及区域越小，更容易发生流体沿着渗流率大、渗流阻力小的通道流动，即发生高渗层窜流的现象越明显。

3.2 聚驱

对四层加厚模型进行聚合物驱油实验，结果如图4所示。由图4可以看出，聚合物注入模型后压力升高，扩大了驱替相流体的波及体积，随着注入量的增加模型中压力趋于稳定，同时模型中含水率下降，说明聚驱见效，聚驱阶段含水率最大降幅约10%，聚驱结束时含水率约为66%，后续水驱阶段含水率迅速上升至80%以上，生产压差随之迅速降低，后续水驱末期含水率与压力趋于平稳，表明岩心中已经形成了无效循环的大孔道。最终采收率为43.47%，相比水驱提高9.83%。

图4 四层非均质模型聚驱曲线Fig.4 Polymer drive curve of four layer heterogeneous model

图5 为注聚阶段模型主流线方向剖面含油饱和度分布。从图5可知，聚驱前期各模拟层内由于聚合物的注入形成油墙，较为均衡的向采出端推进，当特高渗层的油墙到达采出端时，含水率开始下降；当聚合物用量达到0.3 PV时，高渗透率小层油墙驱替至采出端，模型压力升高、含水率下降至66.49%。高渗层油墙推进过程中，高渗层中的聚合物溶液会流向低渗层油墙的前侧，并在驱动压力梯度的作用下向前推进，采出端含水率在中渗层油墙突破时达到最低值。

图5 注聚阶段模型主流线方向剖面含油饱和度分布Fig.5 Oil saturation distribution map of main stream line in polymer flooding model

与单纯水驱相比，聚驱实验结束时注入端附近饱和度下降，说明聚合物扩大了波及体积；随着与注入端距离增大压力越来越小，流体会沿着渗流阻力较小的通道推进，导致油墙在特高渗层与高渗层推进较快。综上所述，聚合物的注入在特高渗层以及高渗层内形成油墙并向采出端推进，大幅度地动用了特高渗层以及高渗层剩余油并使模型整体含水率下降。

3.3 结果分析

综上所述，聚合物主要扩大了模型纵向上的波及体积，这是由于实验中选用的聚合物是疏水缔合型聚合物，部分疏水基团被引入到部分水解聚丙烯酰胺分子链上，聚合物分子间通过疏水基团的缔合作用，发生具有一定强度的物理作用且该物理作用可逆，从而形成超分子结构，使聚合物在较低质量浓度下便可具备高黏度，可以形成可逆空间网络结构，具有良好的抗温、耐盐性及流度控制能力，可以提高注入溶液的波及体积，调节了吸水剖面，聚合物在模型中形成油墙，驱替高、中、低渗层的原油向采出端移动，当聚合物用量达到0.3 PV时，高渗层油墙首先到达采出端，模型含水率下降至64.97%且压力上升。在高渗层油墙移动的过程中，高渗层中的聚合物向中渗层流动，窜流至滞后的油墙前侧，并向采出井推进，中渗层油墙突破时含水率下降到最低值。与聚合物驱油效果相比，水驱整体采收率提高9.83%。

4 聚驱驱油效率和波及体积对提高采收率的贡献

4.1 波及系数的计算

基于电阻值-饱和度关系曲线，利用电极监测点得到的电阻值求得四层加厚模型各层各位置含油饱和度，若含油饱和度值低于初始含油饱和度，则认为被波及。如果前后监测时间点含油饱和度相差较大，认为该位置完全波及；若含油饱和度相差较大或较小，则认为波及一半。通过上述方法计算水驱以及聚合物驱波及系数，结果如表4所示。

表4 波及系数计算结果Table 4 Table of calculation results of volumetric sweep efficiency %

4.2 驱油效率的计算

实验通过监测点饱和度的变化量结合波及系数计算结果确定四层加厚非均质模型各层驱油效率，计算结果如表5所示。

表5 驱油效率计算结果Table 5 Table of calculation results of displacement efficiency %

4.3 波及体积及驱油效率对提高采收率的贡献

波及体积（或驱油效率）对提高采收率的贡献值是指对于某一储层在某一阶段由于波及体积（或驱油效率）的增大而多采出的油量占该储层多采出总油量的百分比。提高的采收率等于最终采收率与采取措施前的采收率之差，而采收率又等于波及系数与驱油效率的乘积，所以有：

式中，R为采收率，%；EV为波及系数，%；△EV为波及系数的提高值，%；ED为驱油效率，%；△ED为驱油效率的提高值；A为变化幅度，分别取10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%。

从式（1）可以看出，提高的采收率可以分为：波及系数的变化而引起的采收率的变化值；驱油效率的变化而引起的采收率的变化值。

通过计算以上这些值从而求得在不同A值条件下的波及系数及驱油效率对提高采收率的贡献，结果如图6、7所示。

图6 波及系数及驱油效率贡献Fig.6 Contribution of sweep efficiency and oil displacement efficiency

图7 四层非均质模型各层聚驱阶段贡献Fig.7 Contr ibution of four level heterogeneous model to polymer flooding stage

对于四层非均质模型聚驱后特高及高渗层的驱油效率对提高采收率的贡献为100%，这是因为在水驱阶段特高及高渗层全部被波及，所以在聚驱阶段提高的是这两层的驱油效率，而中、低渗透层的波及系数对提高采收率的贡献在90%之上，说明聚驱主要提高了中、低渗层的波及体积；无论是多油层还是非均质储层聚合物驱的作用均以扩大波及体积为主。

4.4 各层对提高采收率的贡献

通过不同渗透率岩心的实验结果，利用各层波及系数与驱油效率计算各层对提高采收率贡献（见表6）。由表6可以看出，聚驱主要扩大中渗层波及体积，对于采收率贡献率达到61.79%，其次是高渗及特高渗透层，贡献率为34.48%，而低渗层仅为3.73%。

表6 多油层不同阶段对于提高采收率的贡献Table 6 Contribution of different stages of oil reservoir to enhanced oil recovery

综合不同储层各阶段贡献分析，聚合物纵向上以扩大各层的波及体积为主；聚驱主要潜力表现在中、高渗层，且大幅度降低中、高渗层平面剩余油。

5 结 论

（1）设计的四层加厚模型（带电极）可以较好地模拟区块正韵律储层高孔、高渗的特点，并监测各阶段含油饱和度的变化情况；选用现场常用的1 500 mg/L的聚合物进行聚合物驱油实验，结果表明，聚合物驱油效果相比水驱整体采收率提高9.83%。

（2）对于M断块多油层，聚合物主要扩大了模型纵向上的波及体积，聚合物在模型中形成油墙，驱替高、中、低渗层的原油向采出端移动，当聚合物用量达到0.3 PV时，高渗层油墙首先到达采出端，模型含水率下降至64.97%且压力上升。在高渗层油墙移动的过程中，高渗层中的聚合物向中渗层窜动，窜流至滞后的油墙前侧，并向采出井推进，中渗层油墙突破时含水率下降到最低值。

（3）聚合物驱驱油效率和波及系数对提高采收率贡献率的计算结果表明，聚驱后特高及高渗层的驱油效率对提高采收率的贡献率为100%，这是因为在水驱阶段特高及高渗层全部被波及，所以在聚驱阶段提高的是这两层的驱油效率，而中、低渗透层的波及系数对提高采收率的贡献率在90%之上，说明聚驱主要提高了中、低渗层的波及体积。