海上油田聚合物驅(qū)影響因素分析及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

薛兆捷

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

水驅(qū)開發(fā)在海上油藏的開采過程中占據(jù)著重要的作用[1-4]。然而，對(duì)于大部分海上油藏，存在油藏厚度大，非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)[5-7]。此類油藏在水驅(qū)開發(fā)的過程中，驅(qū)替液易沿著高滲通道滲流，形成無效注入循環(huán)，導(dǎo)致了較低的采收率[8-13]。而聚合物由于其黏彈性可以擴(kuò)大波及系數(shù)，增加洗油效率，提高驅(qū)油效率，從而最終提高采收率[14-15]。因此對(duì)于海上非均質(zhì)性的厚油藏，常使用聚合物驅(qū)油的方法來提高采收率。本文使用eclipse軟件，采用數(shù)值模擬的手段，分析了聚合物驅(qū)油效果的影響因素，并優(yōu)化了聚合物的注入?yún)?shù)。

1 聚合物驅(qū)油的影響因素研究

目前對(duì)于聚合物驅(qū)油影響因素的研究有很多，但大多只在聚合物本身的性質(zhì)方面。本文從地層的角度，研究了地層的性質(zhì)（韻律性和非均質(zhì)性）以及聚合物與地層相互作用的性質(zhì)（不可及孔隙體積和殘余阻力系數(shù)）對(duì)聚合物驅(qū)油效果的影響。

1.1 模型建立

該地質(zhì)模型為垂向二維概念模型，網(wǎng)格數(shù)量為30×1×30，網(wǎng)格尺寸為10 m×10 m×1 m，油藏的基本參數(shù)見表1。

表1 地質(zhì)模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

該油藏于2005 年1 月18 日開始投入生產(chǎn)，在油藏的兩端分別有一口生產(chǎn)井和一口注入井，兩口井全部射通，井距300 m，油層總厚度30 m。以正韻律油藏為例，油藏的垂直剖面圖見圖1。

圖1 正韻律地層二維地質(zhì)模型示意圖

由于海上平臺(tái)壽命的時(shí)效性和開發(fā)投資的風(fēng)險(xiǎn)性，海上油田的壽命一般為20～25年，因此按油田壽命25 年算，取2030 年的采收率為最終采收率。空白水驅(qū)對(duì)照實(shí)驗(yàn)以0.05 PV/a 的速度恒速注水，直至2030 年1 月。聚合物驅(qū)是在水驅(qū)至含水率20%時(shí)轉(zhuǎn)注聚合物溶液，連續(xù)注入聚合物溶液6年，共注入聚合物段塞體積0.3 PV，后續(xù)水驅(qū)至模型結(jié)束。

1.2 地層因素的影響

1.2.1 地層韻律的影響 分析該海上油田滲透率分布特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，該地層非均質(zhì)性強(qiáng)，含油層段的地層韻律性復(fù)雜多樣。根據(jù)該特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了六組不同地層韻律性模型。模型以及最終采收率的數(shù)值模擬結(jié)果見表2。

表2 不同地層韻律下的采收率

由數(shù)值模擬結(jié)果（圖2）可知：正韻律油藏水驅(qū)采收率最低，聚合物驅(qū)油效果較好。復(fù)合反韻律和反韻律油藏水驅(qū)采收率最高，聚合物驅(qū)增油效果最差。聚合物驅(qū)油增油效果最好的是復(fù)合正韻律和復(fù)合反正韻律油藏。

圖2 不同沉積韻律的采收率示意圖

1.2.2 地層縱向非均質(zhì)性的影響 以正韻律油藏為例，保持平均滲透率不變，設(shè)計(jì)不同的滲透率變異系數(shù)，研究地層的縱向非均質(zhì)性對(duì)聚合物驅(qū)提高采收率效果的影響，最終采收率的數(shù)值模擬結(jié)果見表3。

表3 不同滲透率變異系數(shù)下的最終采收率值

分析圖見圖3 可以得知，隨著滲透率變異系數(shù)的增大，無論是水驅(qū)還是聚合物驅(qū)油，其最終采收率都在不斷降低，且滲透率變異系數(shù)越大，最終采收率受其的影響也越大。聚合物驅(qū)相對(duì)于水驅(qū)的采收率增值隨滲透率變異系數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，并且滲透率變異系數(shù)越大，該趨勢(shì)變化越明顯。當(dāng)滲透率變異系數(shù)在0.40～0.80時(shí)，采收率增值較大，此類地層適合采用聚合物驅(qū)油的方法來提高采收率，當(dāng)滲透率變異系數(shù)為0.70 左右時(shí)，采收率增值出現(xiàn)最大值，此時(shí)聚合物驅(qū)油效果最好。

圖3 滲透率變異系數(shù)對(duì)采收率的影響

1.3 聚合物-巖石相互作用的影響

聚合物的性質(zhì)除了濃度、相對(duì)分子質(zhì)量、黏度和溶解度等以外，還有一些特性是和巖石有關(guān)的，例如不可及孔隙體積和殘余阻力系數(shù)。他們受巖石的孔喉分布，巖石的表面特性等因素的影響。研究這類性質(zhì)對(duì)聚合物驅(qū)油效果的影響具有十分重要的意義。

1.3.1 不可及孔隙體積的影響 由于聚合物分子較大，地層中一些較小的孔隙只能允許水分子通過，聚合物分子不能通過。這部分孔隙體積占巖石的總孔隙體積的比值即為聚合物的不可及孔隙體積。保持其他條件不變，改變聚合物的不可及孔隙體積，最終的采收率結(jié)果見圖4。

由圖4 可知，聚合物驅(qū)的采收率增值隨著不可及孔隙體積的增加而增加，并且增加的速率也越來越大。因?yàn)殡S著不可及孔隙體積的增加，注入地層的聚合物能夠進(jìn)入的小孔隙喉道越來越少，聚合物更容易進(jìn)入大孔隙喉道，而這些大孔隙往往具有較高的滲透率，聚合物分子通過吸附和滯留作用能夠降低高滲層的滲透率，減小地層非均質(zhì)性對(duì)水驅(qū)油效果的影響，從而提高采收率。

圖4 聚合物驅(qū)油采收率增值與不可及孔隙體積的關(guān)系圖

1.3.2 殘余阻力系數(shù)的影響 聚合物經(jīng)過巖石表面后，由于吸附和滯留作用的影響，該巖石孔隙的滲透率會(huì)減小。殘余阻力系數(shù)是指聚合物驅(qū)前后巖石水相滲透率的比值，它主要描述了聚合物降低滲透率的能力，因此又被稱為滲透率下降系數(shù)。

聚合物驅(qū)采收率增值隨殘余阻力系數(shù)的影響見圖5?？梢钥闯鲭S著殘余阻力系數(shù)的增大，聚合物驅(qū)油的效果越來越好。由于聚合物分子總是優(yōu)先進(jìn)入滲透率較高的地層，殘余阻力系數(shù)越大，高滲層的滲透性越容易被降低，從而縮小滲透率極差，減小非均質(zhì)性對(duì)驅(qū)油效果的影響，從而提高采收率。

圖5 聚合物驅(qū)油采收率增值與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系圖

2 聚合物注入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

許多文獻(xiàn)表明，聚合物濃度越大，段塞體積多，注入時(shí)機(jī)越早，采收率越高。下面通過正交設(shè)計(jì)和模糊評(píng)判的方法來研究這些對(duì)聚合物驅(qū)開發(fā)效果的相互影響，并分析其主導(dǎo)因素。

2.1 正交設(shè)計(jì)

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，主要采用正交表工具來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)正交性從全面實(shí)驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些點(diǎn)具有“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，用正交表合理地安排實(shí)驗(yàn)，可以大大減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高了實(shí)驗(yàn)的效率[16]。

本次實(shí)驗(yàn)選取聚合物注入時(shí)機(jī)、聚合物濃度、聚合物段塞大小和注聚速度這4 個(gè)因素及其4 水平（表4），采用L9（34）正交表設(shè)計(jì)。共需做9 組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)計(jì)見表5。

表4 聚合物驅(qū)正交設(shè)計(jì)因素水平表

表5 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組數(shù)表

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

油田開發(fā)不僅要將油藏中的油盡可能采出，還需要考慮經(jīng)濟(jì)因素，因此對(duì)于正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果采用采收率增值和噸增油量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)。并且通過模糊評(píng)判的方法，兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度均取1/2，計(jì)算出了一個(gè)綜合評(píng)判值作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果見表6。

表6 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，可以計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的各影響因素在各水平上的均值和方差，見表7。

表7 正交設(shè)計(jì)綜合評(píng)判均值和方差計(jì)算表

通過分析，可以得出以下結(jié)論：在這4 種影響因素之中，對(duì)開發(fā)效果影響最大的因素是聚合物段塞體積，其次依次是注聚速度、聚合物注入時(shí)機(jī)以及聚合物濃度。最終優(yōu)化的聚合物注入?yún)?shù)為：含水率10%時(shí)注聚，注入濃度為1 000 mg/L，注入段塞體積為0.2 PV，注聚速度為0.055 PV/a。

3 結(jié)論

（1）水驅(qū)采收率低的原因根本上就是由于存在地層非均質(zhì)性。聚合物可以改善這種非均質(zhì)性從而提高驅(qū)替效率，且聚合物的改善能力越強(qiáng)，驅(qū)油效果越好。

（2）聚合物驅(qū)油對(duì)采收率的提高隨著不可及孔隙體積以及殘余阻力系數(shù)的增加而增加。滲透率變異系數(shù)對(duì)聚合物驅(qū)油效果有著很大的影響，當(dāng)滲透率變異系數(shù)在0.40～0.80時(shí)，聚合物增油效果較好。

（3）對(duì)于聚合物驅(qū)油的效果評(píng)價(jià)，不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)有不同的結(jié)果，對(duì)于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)來說聚合物段塞體積是影響開發(fā)效果的主導(dǎo)因素。