西達里亞h1-1油藏交聯聚合物驅參數優化

陽 磊，劉志森，王 川

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

西達里亞h1-1油藏DK15 井組是已確定的調剖試驗區，位于h1-1油藏北部，邊緣有弱邊水，原始地層壓力46.3 MPa，原始油層溫度97℃，原始含油飽和度0.56，飽和壓力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%，平均滲透率92 mD，高礦化度CaCl2水型，非均質性嚴重。

Dk15 井組中DK15 井于1995年5月30日開始投產出油，2010年7月14日轉為注水井，對應DK27X、DK11、DK30H、S22 四口油井。DK15 井距周圍油井最近的為DK27X 井，井距為200 m，距離最遠的油井為DK30H 井，與DK11 井距360 m，與S22 井距320 m。該井組控制地質儲量15.2×104t，目前僅動用3.1×104t，動用程度只有20.4%，具有巨大的挖潛增油能力。截止到2012年9月4日，DK15 井日注水量10 m3，注水壓力15.3 MPa，累積注水量1.42×104t。調剖聚合物擬選用分子式為1200 ×104的HPAM，交聯劑使用鉻鹽。

1 交聯聚合物驅參數優化

1.1 交聯聚合物段塞組合優化

在歷史擬合效果較好的前提下結合現場經驗，設計了單一段塞水驅、單一段塞聚合物驅、單一段塞交聯聚合物驅以及多級段塞交聯聚合物驅[1]。其中，多級段塞中，考慮到聚合物吸附的影響，設計了“凝膠+凝膠+凝膠”和“聚合物+凝膠+凝膠”兩種方案。所有方案都是在綜合含水率為77%時注劑，日注水量為10 m3。為了保證最優段塞組合的有效性，多級段塞的注入時間為120、75、45天，共240天；各段塞聚合物和交聯劑濃度分別為2000、2500、3000 mg/L 和150、200、250 mg/L。單一聚合物和單一凝膠方案中的聚合物用量與多級段塞中的用量相同。數值模擬結果（見表1）。

從累積產油量上來看：（1）單一凝膠驅調剖效果要明顯好于單一聚合物調剖和不進行調剖；（2）多級交聯聚合物調剖效果要優于單一凝膠驅調剖；（3）在多級交聯聚合物調剖的兩個方案中，“凝膠+凝膠+凝膠”方案對產油量的貢獻比“聚合物+凝膠+凝膠”方案要高，且前者的聚合物和交聯劑用量要低于后者。同時經過相同的生產時間，“凝膠+凝膠+凝膠”方案的含水率上升最慢，凝膠展布范圍最大。因此，應優先使用三段塞凝膠調剖方案。

1.2 注入時機優化

從已有的交聯聚合物驅經驗來看，交聯聚合物驅在整個油田開發階段中所處的時期越早越好，但若考慮到注劑前水驅的采收率，則還是先水驅至一定程度后再實施交聯聚合物驅[2]。交聯聚合物在改善油水流度比[3]、堵塞地層大孔道等方面有著和聚合物相近的作用。我國大多數油田都已進入開發中后期，綜合含水普遍偏高。結合h1-1 目前開發情況，在擬定注入時機方案時，以選出的三段塞凝膠組合為基礎，選擇在含水71%、74%、77%、78.5%、80%時分別對選定組合進行模擬。各方案注入時間、日注水量、聚合物和交聯劑濃度和上文相同。

圖1 不同注入時機與方案結束時對應含水率下降值關系曲線

截至方案結束時五種方案對應的累積增油量分別為972.82、738.78、448.93、178.38、84.52 m3。單從增油量可知調剖越早，到后期時累積增油量越高，增油效果越好。但從實際情況來看太早的注劑并不一定是最好的，與理論模擬不同的是，實際水驅開采過程中，地層滲流通道會因注入水的不斷沖刷發生改變，小孔道逐漸形成大孔道，地層滲透率發生改變，造成注采井之間形成高滲通道，地層非均質性更嚴重。已有的研究表明：地層滲透率級差越大，注入交聯聚合物調剖效果越好，同時較早的注入調剖劑也會增大地層的污染程度。結合數值模擬得到的不同注入時機與方案結束時對應含水率下降值關系曲線（見圖1）可知，至方案結束時在綜合含水率77%附近注劑調剖，綜合含水率下降值最大，表明調剖效果最好。

表1 不同段塞組合方案模擬結果

1.3 注入速度優化

為了確定井組合理的注聚速度，在綜合含水率77%，三段塞聚合物濃度和交聯劑濃度分別為2000、2500、3000 mg/L 和150、200、250 mg/L，設計注入時間分別在6、7、8、9、10個月內注入相同的凝膠組合進行預測?？紤]到凝膠在地層巖石空隙間的吸附滯留[4]作用以及注入速度對聚合物剪切作用[5]的影響，需要對注入壓力做出適當的限制，以保證在不超過地層破裂壓力80%的情況下能達到正常的措施效果。h1-1的地層破裂壓力約為74.5 MPa，故最大注入壓力不能超過59.6 MPa。

模擬結果顯示，隨著注入速度的增加，至模擬結束時累增油量快速上升，當注入速度達到11.43 m3/d 時，累增油量最大，隨著注入速度的繼續增加，累增油量又逐漸減少。注入速度的增加會導致井底流壓增大，不同注入速度對應的井底流壓和累增油量數據（見表2），注入速度為10 m3/d 時才能保證在工程作業安全情況下獲得最大累增油量。

1.4 注入濃度優化

一般而言聚合物溶液濃度越高，調剖效果越好，采收率增幅愈大[6]。為了確定井組合理的注聚濃度，在綜合含水率77%，注入速度為10 m3/d，三段塞交聯劑濃度分別為150、200、250 mg/L的條件下，對聚合物濃度設計了五組方案進行模擬預測，并設定注劑8個月后轉注水。模擬結果顯示（見表3），當第一段塞聚合物濃度低于2000 mg/L 時隨著注入濃度的增加注水井井底附近成膠效果越好，大孔道得到了有效堵塞，波及體積有效提高。井組產油量、井組增油幅度均隨注入濃度的增加而逐步提高，當超過2000 mg/L 時，成膠速度快，成膠強度過大，導致注入壓力增大，井組增油幅度降低。綜合增油量和注入壓力考慮，各段塞濃度應與方案3的濃度接近。

2 試驗設計優化注入濃度

在對聚合物段塞組合，注入時機，注入濃度，注入速度優化的基礎上，選定在綜合含水率為77%時以三段塞凝膠的方式日注10 m3聚合物水溶液進行調剖，三段塞注劑時間分別為120天，75天，45天。以優化得到的注入濃度為基礎確定了試驗設計的取值范圍（見表4）。表中各因子依次為三段塞的聚合物濃度和交聯劑濃度?；诒?可以設計出6 變量3 水平的實驗設計方案共729個。利用試驗設計軟件Design Expert 從中優選出典型的80個方案，并用數值模擬軟件進行擬合。模擬結果表明當三段塞聚合物和交聯劑濃度分別為1900，2400，3100，140，190，240 mg/L 時能獲得最大增油量460.03 m3，且所用聚合物和交聯劑的用量也較少，具有較好的經濟效益。

表2 不同注入速度下的井底流壓和模擬結束后的累積增油量

表3 三段塞不同聚合物濃度設計方案及模擬結果

表4 實驗設計中的變量取值范圍

3 結論

（1）根據數值模擬優選結果，西達里亞h1-1油藏DK15 井組應選用凝膠+凝膠+凝膠的三段塞地下成膠的注劑方案。

（2）在考慮開發過程中地質條件變化的前提下，并不是越早注劑效果越好。DK15 井組在綜合含水率77%時主劑效果最佳。

（3）注入速度與工程作業安全息息相關，對于DK15 井組，在保證注入壓力不超過地層破裂壓力80%的前提下，日注10 m3聚合物水溶液能取得較為理想的增油效果。

（4）聚合物和交聯劑的用量對調剖效果有較大的影響，對于DK15 井組三段塞聚合物交聯劑的濃度為1900，2400，3100 和140，190，240 mg/L 時，能以較低的聚合物用量取得較高的增油量460.03 m3。

［1］曹瑞波，韓培慧，孫剛.變黏度聚合物段塞交替注入驅油效果評價［J］.石油鉆采工藝，2011，33（6）：90-91.

［2］胡江平，孫德軍.稠油聚驅中聚合物溶液的最優濃度與最優段塞尺寸［J］.水動力學研究與進展，2013，28（2）：222-223.

［3］楊勝建，王家祿，刁海燕，等.常規稠油油藏水驅開發初期可動凝膠調驅效果-以華北油田澤70 斷塊為例［J］.油氣地質與采收率，2012，19（2）：58-59.

［4］潘凌.江蘇油田聚合物驅油效果及影響因素實驗［J］.大慶石油地質與開發，2009，28（6）：284-285.

［5］付天郁，邵振波，畢艷昌.注入速度對聚合物驅油效果的影響［J］.大慶石油地質與開發，2001，20（2）：64-65.

［6］鄧慶軍，趙曉京，等.聚合物段塞組合及其對驅油效果影響實驗研究［J］.大慶石油地質與開發，2005，24（2）：78-79.