基于液油聯合預測的聚合物驅增油效果評價方法*

耿站立 高亞軍 張賢松 謝曉慶 張 鵬 王守磊

(1.中海油研究總院有限責任公司 北京 100028; 2.海洋石油高效開發國家重點實驗室 北京 100028)

注水開發油田進入高含水中后期階段后，聚合物驅通常作為一種重要的提高采收率手段來實施深度挖潛。關于聚合物驅驅油效果評價工作，大慶、勝利、渤海等油田做了較為系統的研究，基于礦場試驗結合數值模擬的方法綜合分析了各因素對聚合物驅階段開發效果的影響[1-4]。此外，聚合物驅增油效果評價大多基于物理實驗，且多側重于機理研究[5-6]。

對于油田管理和技術人員，更為關注礦場化學驅實際增油效果。現有的聚合物驅增油效果評價方法，大多基于實際生產動態進行綜合分析，如含水率降低幅度、產液量降低趨勢、產油量上升趨勢、注入壓力變化等，但該方法無法進行系統的定量評價，且變化趨勢預測受人為主觀經驗影響較大[7-9]。也有部分學者通過數值模擬來分析聚合物驅前后的增油效果，但該方法需要的地質油藏及物理化學參數較多，且耗時較長[4,10-11]。常用聚合物驅增油效果評價油藏工程方法主要有Arps遞減曲線和水驅特征曲線法，通常通過聚合物驅前后生產數據變化趨勢預測產液量、產油量、含水率來進行效果評價。Arps遞減曲線能預測產油量與開發時間的變化關系，但無法預測產液量及含水變化，并且無法考慮到液量處理對海上平臺的限制，存在一定的局限性，不適用于油田中長期產量預測；水驅特征曲線僅能預測累積產量(油、水、液)之間的關系，但無法預測上述指標與開發時間之間的變化關系。

筆者基于上述問題，提出了液油聯合預測方法，能夠充分挖掘聚合物驅前后生產動態信息，快速定量化評價出海上油田聚合物驅增油效果及預測未來生產動態，避免地質油藏及物理化學參數的復雜性及難以獲取性；同時，該方法能夠考慮海上平臺液處理能力，做出符合工程設施現狀的評價決策；最后以海上X油田為例進行了數值模擬與本文方法增油效果對比研究，結果表明本文提出的液油聯合預測方法計算精度較高，為海上油田化學驅增油效果評價提供了一種新方法。

1 液油聯合預測方法的提出

液油聯合預測法將水驅特征曲線與無因次采液指數有機結合，在考慮平臺液處理能力限制的前提下預測產液量及對應的產油量隨時間變化趨勢，進而實現油田聚合物驅增油效果評價目的。

1.1 液油聯合預測關系式建立

廣適水驅特征曲線較好的解決了特高含水后期“上翹”的問題，在水驅開發油藏各含水階段使用精度均較高。廣適水驅特征曲線表示如下[12]：

(1)

式(1)中：Wp、Np為累積產水量、累積產油量；NR為可采儲量；a、q為常數。

式(1)兩邊取對數并對時間求導，可得產水量與產油量之間的關系為

(2)

式(2)中：Qw為產水量；Qo為產油量。

為便于方程的迭代求解，此處采用顯示求解法來處理油田含水率和累產油，根據油田產油量、產水量、含水率之間的關系可得

(3)

(4)

式(3)、(4)中：Npi為截至預測的第i月的累產油量(i=1,2,3,…，n)；Np0為歷史實際累產油；fwi為預測的第i個月的含水率；Qoi、Qli為預測的第i個月的產油量、產液量(i=1,2,3，…，n),當i=1時，Qo0、Ql0等于歷史數據最后一個月的產油量、產液量。

考慮海上油田最大產液量受到設施處理能力的限制，當產液量未達到設施處理能力上限Qlmax時，則直接根據無因次采液指數預測的液量趨勢進行計算；當產液量達到設施處理能力上限后，用最大液處理能力作為油田產液量反求產油量剖面。已知Ql=Qo+Qw，結合式(2)可得

(5)

式(5)中：Qlmax為平臺液處理上限。

根據以上公式，可以預測將來的月產油量，每得到一個月產油量，都可以計算出下一個時間步的含水率，以此類推，進行逐月的產油量預測。

1.2 產液量趨勢確定

根據油田實際生產動態數據預測無因次采液指數是確定產液趨勢的重要手段。通常有2種方法來確定無因次采液指數，一是根據相滲指數no、nw計算得到，二是根據實際數據統計回歸得到。

1.2.1相滲指數法

由文獻[12]可得廣適水驅曲線各參數與油相指數和水相指數的關系如下：

(6)

式(6)中：no為油相指數；nw為水相指數。

動態油水兩相相對滲透率公式如下：

Kro=Kro(Swi)(1-Swd)no

(7)

(8)

(9)

式(7)～(9)中：Kro、Krw分別為油、水相對滲透率；Swd為標準化的含水飽和度；Kro(Swi)為束縛水飽和度下的油相相對滲透率；Krw(Sor)為殘余油飽和度下的水相相對滲透率。

無因次采液指數可以表示為

(10)

式(10)中：μo、μw分別為油相和水相黏度；JL為無因次采液指數。

建立單井或油田廣適水驅曲線模型之后，根據公式(7)、(8)和(9)，聯立式(10)即可計算出不同含水率下的無因次采液指數。

(11)

由此即可預測得到后續每個月的產液量，再聯合式(5)，即可預測得到每個月的產油量。

1.2.2實際數據回歸法

基于油田單井生產動態資料，統計得到油田投產至當前含水率階段的無因次采液指數與含水率關系，進而采用回歸法得到將來含水階段無因次采液指數，具體步驟如圖1所示。

圖1 無因次采液指數多項式回歸步驟

在回歸無因次采液指數時，通常采用如下三次多項式進行擬合：

(12)

式(11)中：b、c、d、e為常數。

在充分考慮到平臺液處理限制的液油聯合產量預測流程圖，如圖2所示。

圖2 液油聯合產油量預測流程圖

2 實例應用

2.1 區域概況及聚合物驅實施方案

渤海X油田于1999年投產，是一個北東向展布的半背斜構造，油田基本探明含油面積18.9 km2，石油探明地質儲量3 080×104t，主要油層分布于東營組下段，地層原油黏度5.5～26 mPa·s。該油田采用反九點面積井網注水開發，井距400 m，目前油田綜合含水為77%，年采油速度1.5%，采出程度18%。2007年10月在X油田西區8口井逐漸注聚，注入速度為0.045 PV/a，連續注入5 年，聚合物注入濃度800 mg/L，設計地下黏度7.5 mPa·s。該油田西區油水井對應關系較好，注采井網完善，此次在西區實施的8個井組聚合物驅所控制原始地質儲量約為1.5×107m3。X油田西區注聚井組井網如圖3所示。

圖3 渤海X 油田注聚井組井網示意圖

2.2 液油聯合預測法評價

2.2.1產液量趨勢確定

根據渤海X油田實際生產情況，本文采用實際數據回歸法得到無因次采液指數曲線。按無因次采液指數多項式回歸步驟(圖1)，已知X油田的各含水率下對應的產液量和產油量，然后將含水率以5%為間隔分為20個區間，計算每個區間內的油井樣本數量，并對產油量和產液量求平均值，再以初始采油和采液指數為基礎計算每個區間的無因此采油和采液指數。注聚前，該油田共生產了96個月，其中含水率處于5%以下的樣本有5個，計算其平均值得日產液、日產油能力分別為83.4 m3、81.6 m3，以此求取的采油和采液指數為基礎可計算得到其他含水率區間的無因次采液、采油指數。繪制前期水驅階段與水驅轉聚合物驅階段的無因次采液、采油指數與含水率關系圖(圖4)，并進行趨勢線擬合，可以發現，轉注聚階段無因次采液指數擬合線上升率比前期水驅階段的要小，而無因次采油指數變化趨勢基本一致，說明聚合物驅改善了水驅開發效果，在油田不提液的情況下，仍保持了較好的采油能力。無因次采液和采油指數曲線整體擬合精度較高(表1)，因此可以用該方程來表達產油和產液與含水率之間的變化關系。

圖4 無因次采油及采液指數隨含水率變化關系

表1 注聚前后無因次采油及采液指數趨勢多項式擬合方程

渤海X油田的W平臺液處理上限Qlmax為9 536 m3/d，根據式(2)計算得前期水驅階段最大產液量Ql前=6 238 m3/d，聚驅階段最大產液量Ql后=5 321 m3/d，均小于Qlmax，因此可以直接根據無因次采液指數隨含水率的變化趨勢進行月產油量預測。

根據實際累產油和累產水數據，繪制廣適水驅特征曲線，求解前期水驅階段和水驅轉聚驅階段的廣適水驅特征曲線方程，進而可根據式(5)進行月產油量預測。

2.2.2聚合物驅增油效果評價

為了分析注聚效果，采用液油聯合預測法分別以前期水驅結束和聚合物結束為節點預測X油田后續產油量，如圖5所示。可以發現，若在2007年10月繼續進行水驅，預測月產油量保持持續下降趨勢，含水率穩步上升。實際聚合物驅從2007年10月開始到2018年12月結束，恢復水驅后進行預測的月產油下降速度要緩于持續水驅的產油趨勢(2019年1月開始)，且預測含水率也始終低于持續水驅的預測含水率。通過對比數值模擬與液油聯合預測結果(表2)，發現液油聯合預測法計算得到的聚合物驅增油量與常規的數值模擬結果一致，從注聚開始，20年增油量在105萬m3左右，相對誤差為-3.6%，含水率絕對誤差1%左右。由此可見，本文提出的液油聯合預測方法精度較高，可以用于聚合物驅增油量評價，并且能夠預測未來的產油量趨勢。該方法與常規數值模擬方法相比，所需參數少，時間短，能夠大大節省工作成本。

圖5 渤海X油田液油聯合預測法聚合物驅增油效果評價

表2 數值模擬與液油聯合預測結果比較

2.2.3跟蹤檢驗

該區塊注聚在2018年12月結束，于2019年1月起恢復注水，截至2020年底，已經恢復注水開發2年。為檢驗預測結果的準確性，將實際生產數據與預測數據比較，恢復水驅后實際月產油和含水率與預測規律吻合度較高(圖5)。對2019年和2020年預測產油量進行誤差分析，可以發現數值模擬和液油聯合預測方法得到的產油量均略低于實際值，但誤差均小于10%，且液油聯合法預測的相對誤差在7%左右，小于數值模擬預測誤差(表3)。預測值略偏低是由于油田恢復注水后的生產過程中采取了提液等措施導致的。因此液油聯合預測法的預測規律與實際生產規律符合精度較高，具有較好的應用價值。

表3 恢復注水后實際產油情況跟蹤分析

3 結論

1)基于廣適水驅特征曲線與無因次采液指數，提出了一種液油聯合預測產油量的方法，不僅可以確定特定驅替條件下產油量與產液量關系，而且可以充分考慮油田實際產液能力，進而確定產油量隨時間變化趨勢，最終評價油田聚合物驅增油效果，所需參數較少、操作簡單、精度較高，為油田聚合物驅決策提供了一種快速評價方法。

2)液油聯合預測方法充分挖掘了油田開發生產動態信息，預測產油量、產液量變化趨勢，可以應用于中高含水期油田開發效果評價、中長期開發規劃及開發生產決策。