基于含水變化規律的聚合物驅注入參數優化

鄧景夫 劉宗賓 楊靜 王公昌 田博

中海石油(中國)有限公司天津分公司

SZ 油田是一個三角洲相沉積厚儲層油田，地面原油密度0.958～0.982 g/cm3，地下原油黏度45.7～291.1 mPa · s，于1993 年投產。該油田油藏厚度大、儲層非均質性強、產出液黏度高，并且水竄嚴重，含水上升快。為了改善區塊開發效果和提高采收率，開展了早期注聚試驗，于2003 年9 月首次實施單井注聚。目前，SZ 油田已有24 口注聚井，一線受效油井89 口，取得了一定的生產效果。但是，經過長達14年的聚合物驅，油田中后期開發面臨著一系列的問題：油田注聚效果開始變差，含水上升加快；油田內各區塊、各單井注聚效果差異大。目前對注聚區的調整，一般以區塊為單元，實施整體調整策略，而這種調整方法只會使各井之間注聚效果差異更大。因此，利用聚驅含水變化曲線來表征每口井的見效效果，并對含水曲線進行定量表征和階段劃分，找到不同階段的主控因素，并建立主控因素優化圖版，進而實施對應的調整策略，針對單井實施差異化調整模式。

1 SZ 油田含水變化規律統計

SZ 油田89 口受效井統計結果如表1 所示，其中未見效井9 口，剩余80 口井聚驅含水變化規律主要有對勾型、斜L 型和直線型。

表1 油井含水變化類型統計Table 1 Statistical water cut change of oil well

如圖1 所示，對勾型油井16 口，平均見效時間32 月，見聚時間59 月，見效規律為先見效后見聚，平均井控儲量為88×104m3，平均單井增油3.8×104m3，該類油井所在區域層間及平面上油層非均質性較強，平均滲透率變異系數為0.70，層間及平面上存在滲透率較高的小層或方向，聚合物段塞易沿滲透率較高的小層或方向“指進”，含水下降幅度及見效持續時間短。

圖1 對勾型含水曲線Fig. 1 Tick-shaped water cut curve

如圖2 所示，斜L 型油井22 口，平均見效時間18 月，見聚時間39 月，見效規律為先見效后見聚，平均單井增油7.0×104m3，該類油井所在區域層間及平面上油層較均質，平均滲透率變異系數為0.58，注采穩定，保證了注聚段塞多向均勻推進，含水下降幅度及見效持續時間長，并且井控儲量大，平均為105×104m3。

圖2 斜L 型含水曲線Fig. 2 Oblique L-shaped water cut curve

如圖3 所示，直線型油井42 口，平均見效時間27 月，見聚時間28 月，見效規律為見聚即見效和先見聚后見效，平均單井增油2.9×104m3，該類油井主要分布在SZ 油田B 區塊，該區塊注聚井和注水井交叉分布，造成水聚干擾較嚴重，阻力系數較小，平均為1.22，沒有建立起有效的聚合物驅注采系統。統計不同含水變化類型所處位置，分析其主要受儲層條件、井網形式等靜態因素以及注聚時機、注采參數、聚合物性質參數等動態因素影響［1-5］。

圖3 直線型含水曲線Fig. 3 Straight line-shaped water cut curve

2 聚合物驅含水階段劃分及影響因素分析

典型聚合物驅含水率變化曲線如圖4 所示，經過聚驅見效后含水下降，到含水率下降最大幅度后逐漸上升并恢復到見效值，再到最終逼近極限含水率的過程［6-12］?；诘湫途酆衔矧尯首兓€，建立聚合物驅含水率變化的表征參數包括見效時間，見效有效期，含水降低幅度。同時整個含水變化過程可以劃分為4 個階段，分別為未見效階段、含水下降階段、持續見效階段和含水回返階段。根據典型聚合物驅含水曲線階段劃分，可以看出對勾型處于含水回返階段，斜L 型處于持續見效階段，直線型處于含水下降階段。

圖4 聚驅含水變化規律Fig. 4 Water cut change law of polymer flooding

影響聚驅含水變化規律的因素眾多，且不同因素對其影響的程度不同。首先以SZ 油田注聚區為原型建立概念模型，模型所用地質和流體性質參數均為實際油田數據。模型平均有效厚度為10 m，共劃分21×21×5=2 205 個網格，采用行列井網，井網井距175 m，行距350 m。通過概念模型進行聚合物驅含水規律敏感性分析，定量認識儲層條件、注聚時機、聚合物性質參數、注采參數和井網形式對含水變化規律的影響程度，找出影響含水變化規律的主控因素。

對于一個特定的油藏來說，其注采井網、井距等參數是確定的，故此次僅討論油藏參數(滲透率變異系數、井控儲量)，注聚時機(注聚前含水)，注采參數(聚合物濃度、注入速度、原油黏度、注聚段塞尺寸)，聚合物性質參數(阻力系數)對含水變化規律的影響，利用正交設計方法，每個參數在取值范圍內各取5 個值，形成了一個“8 參數5 水平”問題，具體方案設計見表2。

表2 含水變化特征影響因素敏感性分析設計方案Table 2 Design scheme for the sensitivity analysis of the factors influencing the change behavior of water cut

對方案進行聚合物驅數值模擬，獲得不同方案下聚合物含水率變化曲線。在此基礎上，對影響含水變化規律特征的所有因素進行敏感程度定量分析，包括見效時間、見效有效期、含水降低幅度。引入統計學中的變異系數作為評價因素敏感程度的評價指標，變異系數定義為一組考察數據的標準差與平均值絕對值的比值，如式(1)所示；該指標反映了一組數據的差異程度，值越大表明含水率變化對某一因素越敏感。

式中，CV為 變異系數；S為標準差；為算數平均值；n為數據序列個數；yi為第i個數據值。

在本次影響因素分析中，CV大 小表征各因素對含水變化規律特征的敏感程度，進一步對變異系數進行歸一化，可以得到每個因素的具體影響權重系數，從而確定影響含水變化規律的主要因素及影響次序。根據變異系數的定義及各方案模擬的結果，計算各因素的變異系數，計算結果見表3。

表3 含水變化特征影響因素變異系數值Table 3 Variation coefficient of the factors influencing the change behavior of water cut

從表3 可以看出各因素對含水變化規律的影響程度從大到小的次序，其中注聚前含水、井控儲量、滲透率變異系數、聚合物濃度是影響聚驅含水變化規律的主要因素。見效時間影響程度從大到小次序為注聚前含水、滲透率變異系數、井控儲量、阻力系數、注入速度、聚合物濃度、原油黏度、注聚段塞尺寸，而隨著聚合物驅的實施，注聚前含水、滲透率變異系數等參數均為不可調參數，縮短見效時間可調整的主要影響因素為阻力系數。因此在未見效期，要以建立阻力系數為核心，開展平面均衡注采、縱向分層注聚，保障段塞均衡推進；同樣，增大含水降低幅度可調整的主要影響因素為注入速度，因此在含水下降期，要以提高注入速度為核心，開展引效促效措施；延長見效有效期可調整的主要影響因素為聚合物濃度，因此見效后期要以改變聚合物濃度為核心，開展差異化注入。

3 注聚參數優化模型的建立

根據含水定量表征參數的前5 個主控因素：注聚前含水、井控儲量、滲透率變異系數、聚合物濃度和注入速度，通過數值模擬方法計算得到前5 個主控因素不同組合方案下的表征參數值，接著利用SPSS 軟件進行多元線性回歸分析，得到表征參數與各影響因素的線性方程為

式中，tw0為見效時間，PV；fw0為注聚前含水率，%；Nj為井控儲量，104m3；Vk為滲透率變異系數，小數；Cp為 注聚濃度，mg/L；Vp為 注入速度，PV/a； ?fwmax為含水降低幅度，%；twmax為見效有效期，PV。

根據含水所處的階段，建立不同的優化目標函數，以聚驅含水曲線處于持續見效階段和含水回返階段為例，其主要優化目標函數為見效有效期，根據式(5)可以得到不同主控因素下的最優解，接著通過二次多項式響應面回歸分析，得到持續見效階段和含水回返階段注入濃度、注入速度的二次響應面回歸模型為

式中，Cpu為 最優注聚濃度，mg/L；Vpu為最優注聚速度，PV/a。

使用后處理軟件繪制的式(6)和(7)的響應曲面如圖5、6 所示，根據單井的含水率、滲透率變異系數和井控儲量，能夠直觀方便地在響應曲面上得到對應的最優注聚濃度和注聚速度，進而對注聚井進行差異化的注入參數快速優化設計，進一步改善聚驅油田的開發效果。

圖5 含水80%時注聚濃度優化圖版Fig. 5 Optimization chart of polymer concentration at the water cut of 80%

圖6 含水80%時注聚速度優化圖版Fig. 6 Optimization chart of polymer injection rate at the water cut of 80%

4 應用實例

繪制SZ 油田注聚井組每口油井的含水變化規律，并分別統計注聚受效井所處的含水變化階段(表4)。處于未見效期的井組主要分布在非均質性較強，滲透率變異系數較大，井控儲量較小的區域，同時周邊注聚井聚竄現象嚴重，阻力系數小，沒有建立起有效的聚合物驅注采系統，通過研究結果分析該類井要以建立阻力系數為核心。處于含水下降期的井組主要分布在注聚前含水較高的區域，該類井要以提高注入速度為核心。處于持續見效期和含水回返期的井組，主要分布在井控儲量大、非均質性較弱的區域，該類井要以改變注入濃度為核心。

表4 SZ 油田注聚井組含水階段統計Table 4 Statistical water-cut stage of polymer injection well groups in SZ Oilfield

以A3 井為例進行分析研究。A3 井處于含水回返階段，該階段主要受聚合物濃度影響，要以改變聚合物濃度為核心，開展差異化注入。該井注聚時機為含水80%，井控儲量為90×104m3、滲透率變異系數為0.7，結合注聚濃度、注聚速度的優化圖版，可以優選出合理注聚濃度為2 050 mg/L，合理注聚速度為0.039 PV/a，因此將A3 對應注聚井A8 井注聚濃度由1 750 mg/L 提高到2 050 mg/L，注入速度由0.035 PV/a 提高到0.039 PV/a。調整后A3 井取得明顯降水增油效果，日增油18 m3，含水降低3%?；谘芯康贸龅膬灮椒?，SZ 油田2019 年實施了10 井次聚驅優化措施，累增油達到2.4×104m3。

5 結論

(1)總結了SZ 油田注聚區含水變化規律的3 種類型，分別為斜L 型、對勾型、直線型，并分析了不同含水變化規律出現的主要影響因素為注聚前含水、井控儲量、滲透率變異系數、聚合物濃度等。

(2)利用見效時間、含水降低幅度和見效有效期這3 個參數，定量表征含水變化規律，并將含水規律進行階段劃分，找到不同階段的主控因素，從而制定不同策略：未見效期，要以建立阻力系數為核心，開展均衡注采，保障段塞均衡推進；含水下降期，要以提高注入速度為核心，開展引效促效措施；持續見效期和含水回返期，要以改變聚合物濃度為核心，開展差異化注入。

(3)基于數值模擬、多元回歸和響應面分析方法建立了注聚參數優化模型，可同時考慮多個主控因素的變化，針對單井特征，計算出合理的注聚參數，實現了每口注聚井注聚參數的個性化設計。