陆上稠油油田多轮次聚合物驱提高采收率方法

2015-06-15方文超

断块油气田 2015年5期

方文超

（中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京102249）

目前稠油油田提高采收率技术包括热力采油、出砂冷采、化学驱、气驱和微生物驱等［1］。根据国内行业标准，一般建议地层原油黏度大于150 mPa·s 的稠油油藏采用热力采油方式开采［2］。热力采油是稠油开采的主要方式，随着应用程度的加深，技术也不断完善，但也面临着一些不可规避的问题，如对井下及地面设备的要求高、成本大、风险大、安全性不能完全保证等。除热力采油外，出砂冷采和化学驱中的聚合物驱是开采稠油的另外2 种主要方式。出砂冷采技术主要适用于胶结疏松，具有一定溶解气量且距离边底水较远的稠油储层［3］。聚合物驱开采稠油的实践目前均来源于海上油田［4-9］。2005—2008年，渤海油区对SZ36-1 油田、LD10-1 油田以及JZ9-3 油田的24 口井实施了聚合物驱试验，截至2009年3月，累计增油达到33.0×104m3［10］，目前已初步形成海上普通稠油油田聚合物驱提高采收率的技术方法。陆上油田的聚合物驱目前一般应用于大庆［11-12］、胜利［13-14］、河南［15-16］等油田的常规区块，还未见陆上普通稠油油藏聚合物驱的相关研究报道。考虑到已有海上普通稠油油藏聚合物驱的成功实践及热力采油的高成本及可能存在的基础设施局限性，如井下工具不耐温、对地面设施要求高等，有必要对陆上普通稠油油藏实施聚合物驱的可行性及相应技术对策开展研究，以期为陆上普通稠油油藏开发提供一种可行的新途径。

1 工区介绍

工区为位于国内西部某油田的ZH 区块，俯瞰呈三角形，两边为断层边界，一边存在边水，储层向东南方向下倾5.8°。层间存在稳定展布的隔层，平均厚度3.03 m，渗透率1.01×10-3μm2。图1为ZH 区块模型渗透率分布，储层纵向上的蓝色层系表示隔层。考虑到隔层的稳定发育及上、下储层的明显物性差异，在实际开发方案设计中将整个储层以隔层为界，分2 个层系进行分别开发，上、下层系分别命名为P1 和P2。

图1 ZH 区块三维渗透率分布

ZH 区块原油地质储量974.1×104t，原油在地层条件下的黏度为155.9 mPa·s，地层温度（48.9 ℃）下地面脱气原油黏度为2 300 mPa·s。根据中国稠油分类标准［2］，ZH 区块原油为Ⅰ-2 类普通稠油，可采用热采方式开采，也可注水开发。考虑到ZH 区块储量级别一般，且热采基础设施配套薄弱，从提高储层原油动用效率及缩短油田投资回收期的角度出发，拟借鉴海上稠油油藏聚合物驱成功实践，对ZH 区块进行聚合物驱提高采收率技术方法的研究。

2 聚合物驱注入参数优化设计

基于建立的ZH 区块数值模拟模型，分层系对聚合物驱方案进行设计。由于2 个层系的聚合物驱方案设计流程类似，因此以P1 开发层系为例阐述方案设计方法。

2.1 聚合物溶液注入量及注入速度优化

设计聚合物段塞大小分别为0.01，0.02，0.04，0.06，0.08，0.12 PV，聚合物溶液注入速度分别为0.015，0.020，0.030，0.040，0.050，0.060 PV/a，则根据注入量与注入速度的匹配组合可形成36 种方案进行聚合物驱效果的数值模拟优化。

从图2可以看出，各注入量下注入速度对聚驱采收率的影响均不大，且注入量越小，注入速度的影响越小。原因主要是，小注入量条件下聚合物波及范围有限，因此其他参数的变化对增油效果影响不明显。在注入速度0.03 PV/a 时，随聚合物注入量增大，聚驱采收率先开始明显增加，后期增幅减小，即聚驱效果随注聚PV 数的增大而逐渐减弱。采收率增幅开始明显降低的转折点对应的注入量为0.06 PV。为保证现场注聚取得最大效益，取注聚量为0.06 PV。

图2 不同注入量条件下聚驱采收率随注入速度的变化

聚合物驱除能提高原油采收率外，还能改善油田的含水状况。为明确注入量及注入速度对含水上升改善效果的影响，统计了注入量为0.08 PV 时不同注入速度下模型综合含水率达到80%的时间，并设计了单一水驱方案作为对比，统计结果如图3所示。

图3表明，注入速度对油田的含水状况影响明显。低速注入时，聚驱含水率达到80%的时间要远晚于水驱，显示了聚合物驱良好的降水效果。但随着注入速度的增加，聚合物在储层中的突进速度加快，含水率达到80%的时间缩短，逐渐逼近水驱含水率达到80%的时间，因此注入速度太大会缩短聚驱的低含水采油期，增加水处理等油田开发成本。为保证油田的正常投资回收，并避开注入井注入压力上限，取合理聚合物注入速度为0.03 PV/a。

图3 不同注入速度下水驱和聚驱综合含水率达到80%的时间

2.2 聚合物溶液注入质量浓度优化

设计聚合物溶液质量浓度分别为200，300，400，500，600，700，800，900，1 000 mg/L 等9 种方案。

由图4可以看出，采收率随注入聚合物溶液质量浓度变大而增加，但起初增加较快，后期增加缓慢。采收率增幅在质量浓度小于700 mg/L 时下降较快，达到此浓度时小幅增加，超过800 mg/L 时又开始较快下降。根据注入聚合物的黏浓曲线，聚合物溶液黏度为156 mPa·s 对应的质量浓度约为630 mg/L；而地层原油黏度为156 mPa·s，因此在聚合物溶液质量浓度为630 mg/L 左右时，油水流度比刚好在1 左右，此时聚合物驱油效果最佳。因此，取合理的聚合物溶液质量浓度为700 mg/L。

图4 聚驱采收率随聚合物溶液质量浓度的变化

2.3 聚合物溶液注入时机优化设计

设计聚合物注入时机为水驱含水率分别达到10%，30%，50%，60%，70%，80%等6 种方案。图5为不同注入时机下P1 开发层系的累产油及综合含水率变化曲线（时间点为当年8月）。可以看出，注入时机对P1 开发层系的最终采出程度和最终含水率影响不大。但观察中间过程发现，注聚时间越早，累产油相对上升较快，这有利于缩短油田投资回收期，且注聚时间越早，P1 层系在较低含水时的开发期更长，从而降低了油田开发成本。根据以上分析，P1 开发层系宜实施早期注聚开发，注聚时机定为层系综合含水率达到10%的时间点。

图5 不同注入时机对应的累产油量及综合含水率变化曲线

2.4 第1 轮次注聚优化效果评价

表1是根据数值模拟计算结果统计的分层系开发效果评价指标值。其中吨聚增油量表示每注入1 t 聚合物干粉平均可多采出的油量。可以看出，P1 开发层系的聚驱效果要明显好于P2 开发层系。这主要是因为P1 层系的物性要明显好于P2 层系。表2也表明，ZH区块采用聚合物驱能明显改善其开发效果，验证了ZH区块聚合物驱提高采收率的可行性。但该轮次聚合物驱之后，提高采收率幅度并不大，因此考虑对ZH 区块实施多轮次聚合物驱方案。

表1 不同开发层系聚驱效果评价结果

3 多轮次聚合物驱方案设计及效果评价

3.1 多轮次聚合物驱方案设计

为保证聚合物驱的持续控水增油，提高油田最终采收率，设计ZH 区块多轮次聚合物驱油藏工程方案，从而可以分开发时段对区块进行含水控制，延长油田低含水采油期。P1 开发层系和P2 开发层系均设计5轮次的注聚方案，采用脉冲式多轮次间歇注入方式，注入流程如图6所示。其中，前置段塞和主段塞1 注入完毕后，进行后续水驱，水驱1 a 后提液，提液生产持续2 a 后进行主段塞2 注入，注入完毕后仍然在1 a 后进行提液，提液生产持续时间为3 a。后置段塞注入完成后均不进行提液，防止油井含水过快上升。

图6 多轮次聚合物驱聚合物段塞注入流程示意

不同段塞的注入参数如表2所示，参数界限参考优化设计阶段得到的结果。多轮次聚合物驱的不同段塞具有不同的作用，其中，前置的稍高质量浓度段塞是为了防止后续主段塞在高速注入时的不均匀快速突进，起到在非均质地层中的预调剖作用。主段塞1 起主要驱油作用；主段塞2 是为了在主段塞1 的后续水驱阶段结束后，有效接替主段塞1 的增油作用，且抑制含水率上升至较高水平。主段塞1 和2 不宜换为一个段塞，否则会减弱后续水驱的增油作用，且长期持续的聚合物注入，会大幅度增加注入井的注入压力，提高注入成本。主段塞注入完成后，地层的聚合物增油潜力已较小，再继续注入大段塞量段塞性价比不高，因此开始注入低段塞量的后置段塞1，接替主段塞2 的潜力。后置稍低质量浓度段塞2 是为了防止在聚合物驱完成后的水驱过程中注入水在聚合物中的指进现象，指进会导致注入介质驱替不均匀，地层中剩余油饱和度增大，采出程度降低的不良后果。

表2 多轮次聚合物驱中不同段塞的注入参数设计

3.2 多轮次聚合物驱效果评价

表3是根据数值模拟结果统计的全区和2 个开发层系的多轮次聚合物驱和水驱效果评价。可以看出，无论是P1 开发层系还是P2 开发层系，聚合物驱均取得了较好的开发效果，吨聚增油量均超过150 m3，全区采收率增幅达到11.78%，从而为ZH 区块普通稠油油藏聚合物驱提高采收率实践提供了理论支撑。

表3 多轮次聚合物驱效果评价结果

4 结论

1）采用聚合物驱数值模拟方法对我国西部ZH 区块普通稠油油藏进行了聚合物驱实施方案优化设计，最终选定单次聚合物驱合理注入界限值为：注入量0.06 PV，注入速度0.03 PV/a，注入质量浓度700 mg/L，注入时机为含水率达到10%。优化后的方案平均提高采收率幅度为2.1%，平均吨聚增油量为224.5 m3。

2）对ZH 区块进行了5 个段塞的多轮次聚合物驱方案设计，各段塞在储层中发挥协同增油作用。最终方案的全区采收率增幅达到11.78%，平均吨聚增油量达168.97 m3。

3）针对ZH 区块普通稠油油藏聚合物驱数值模拟研究，论证了陆上普通稠油油藏实施聚合物驱的可行性，并建立了合理有效的聚合物驱实施技术对策，为该类油田的开发提供了一条新途径。

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