強非均質儲層精細調整方法研究及應用

范漢中

大慶油田有限責任公司試油試采分公司作業六大隊（黑龍江 大慶 163500）

0 引言

聚合物驅油具有良好的流度控制作用和調剖作用，是油田高含水期開發極為有效的驅替技術，可提高采收率10%以上[1-2]。非均質油層剩余油一般在厚油層差部位或者薄差層，聚驅時，一般滲透性較高的儲層應注入高相對分子質量聚合物，而滲透率較低的儲層則宜采用低相對分子質量聚合物，即儲層的滲透率與聚合物相對分子質量選用存在對應關系[3-4]。杏南油田區塊采用K80法篩選聚合物[5-6]，近年開發多個非均質性較強的聚驅開發區塊，集中表現出區塊實際開發效果不及預測水平，低滲透層對K80法選擇的聚合物不適應。前人研究成果采用前期高相對分子質量聚合物及后期中高相對分子質量聚合物的組合來適應不同滲透率油層，前期高相對分子質量聚合物調堵高滲透率油層，待全區注入壓力達到理想值后，通過改注低分子量聚合物來驅替低滲透率油層和調堵后滲透率有所下降的高滲透率油層[7-12]。盡管該方法能夠較好地達到動用不同滲透率油層的目的，但無法解決前期高相對分子質量聚合物不適應低滲透率油層和后期中低相對分子質量聚合物不適應高滲率油層的開發問題，導致聚驅提高采收率效果不理想，研究結果存在一定局限性。

本文以杏南油田為例，采用現場實際區塊驅替效果分析及經濟性分析的方式，給出根據低滲透層占比劃分的最佳開發注聚體系，指導礦場規模化聚驅區塊開發實踐。

1 非均質儲層開發分析

目前，杏南油田選擇高分調驅段塞聚合物體系通常采用K80方法（K是指滲透率，80 是指80%的有效厚度），該方法主要依據恒速下的聚驅注入參數與油層性質關系圖版，初步選擇能夠注入該油層的幾種聚合物類型，然后對初選的幾種聚合物的實際開發效果對比和數模預測結果驗證，當類似發育區塊注入該類聚合物時提高采收率達到目標值，且數模驗證能達到預期效果后，區塊就確定注入該類單一聚合物體系。典型K80方法篩選聚合物流程如圖1 所示。第二步依據全區K80數值和參數圖版確定能夠注入的聚合物類型是關鍵，K80代表了80%有效厚度的油層，其對應能夠注入的聚合物類型是后續研究的基礎。

圖1 K80方法應用流程圖

杏南開發區所處的杏樹崗背斜構造是大慶長垣上的一個三級構造，共發育薩、葡兩套油層，形成于松遼盆地整體快速沉降與持續沉降的轉折階段。聚驅首套開發層系為葡I2-3 層，油層厚度在6～12 m，滲透率200～400 μm2，按照開發次序安排，初期開發區塊發育較好，油層相對均質，隨著聚驅規模擴大，聚驅開發區塊由發育好的區域逐漸向發育差的區域轉移，區塊油層非均質性逐漸增強，開發效果逐漸變差。

1.1 儲層開發效果變差

對近年聚驅開發的8 個區塊進行數據統計，結果見表1，從統計結果可看出，開發較早且發育較好的1#～3#區塊實際提高采收率均高于預測值，而后續開發的4#～8#區塊實際提高采收率達不到預測值，且隨著全區K80值的減小，聚合物相對分子質量從2 500萬減至1 200萬，實際提高采收率值也逐漸降低，與數值模擬預測結果差值越來越大。

表1 不同注聚區塊開發效果對比

1.2 儲層非均質性增強

近幾年來，聚驅開發目的層主要為葡I2～3 油層，發育9 個沉積單元，受沉積環境影響，開發區塊平面上發育有所差異。從圖2 中可以看出，前期開發的區塊（圖2（a）），整體發育較好，從能量微相精細解釋來看，以滲透率較大的1、2 類河道砂發育為主，滲透率較小的3、4 類河道發育比例極少，平面上相對均質。而近幾年開發的區塊（圖2（b）），整體發育較差，平面上以滲透率較小的3、4 類河道發育為主，但是存在以滲透率較大的1、2類河道砂發育為主的集中區域，平面上非均質性較強。

圖2 平面發育差異對比圖

為說明不同滲透率油層對聚合物的適應情況，將能夠注入聚合物的不同油層劃分為適應油層和不適應油層。若全區K80在0.2～0.3 μm2附近，將K80同級別（0.2～0.3 μm2）和高1 個級別（0.3～0.4 μm2）的滲透率油層定義為適應油層，高2 個及以上級別的油層定義為不適應油層。通過對比不同類型區塊的滲透率有效厚度比例（圖3（a））可看出，前期開發的相對均質區塊適應油層的有效厚度比例達到70.4%，說明通過全區K80選擇的聚合物能夠適應的油層厚度比例較大。而近期開發的強非均質區塊滲透率分布相對分散（圖3（b），全區K80在0.1～0.2 μm2，適應油層的有效厚度比例僅55.2%，仍有28.0%厚度的油層滲透率遠大于K80數值，對通過全區K80選擇的聚合物不適應，說明通過全區K80選擇的單一聚合物體系對強非均質區塊適應性偏低。

圖3 不同區塊滲透率有效厚度比例分布圖

通過分析可知，強非均質區塊根據全區K80選擇注入單一聚合物體系，雖然保證了全區80%以上有效厚度比例的油層能夠注入相應的聚合物，但是因為K80較小，選擇的聚合物相對分子質量較低，導致滲透率遠高于全區K80的油層與該聚合物體系匹配性相對較差，高滲透率油層調堵不充分，油層開發效果較差。由于強非均質性區塊高滲透率油層厚度占比較大，地質儲量占全區儲量較多，若不能對其進行有效開發，將嚴重影響區塊采收率，這也是上述4#～8#區塊實際提高采收率達不到預期的直接原因。

2 平面強非均質區塊的注入體系優化

為使聚合物對高滲油層也能夠起到擴大波及體積的作用，在地面工藝滿足條件的情況下，優選不同滲透率油層適合的聚合物類型，對平面強非均質區塊同時注入2種或者3種不同相對分子質量的聚合物，由單一聚合物注入體系轉變為多種聚合物注入體系，最大限度滿足不同滲透率油層的注聚要求，使高、低滲透率油層均能達到較高的匹配性，從而提高區塊開發效果。

2.1 不同滲透率油層的最佳聚合物類型

杏南油田目前常用聚驅注入模式為高分調驅段塞和中分驅替段塞的組合方式，高分調驅段塞常用聚合物有相對分子質量2 500 萬、1 900 萬、1 200萬3 種聚合物，中分驅替段塞僅有700 萬抗鹽聚合物。因此通過對比高分調驅段塞以上3種聚合物的區塊實際開發效果，確定不同滲透率級別油層的最佳匹配聚合物類型，為后續強非均質性油層的注聚優化奠定理論基礎。

通過對比聚合物參數圖版可以看出，2 500萬相對分子質量聚合物能夠注入滲透率在0.25 μm2以上的油層，1 900萬相對分子質量聚合物能夠注入滲透率在0.15 μm2以上的油層，1 200萬相對分子質量聚合物能夠注入滲透率在0.05 μm2以上的油層，但圖版僅能表明聚合物能夠注入的最小滲透率范圍，不能體現出聚合物與油層的適應性。因此，需要對3種聚合物與不同滲透率范圍的油層進行適應性研究，通過對比不同滲透率范圍3種聚合物的效果，來確定不同滲透率對應的最佳聚合物類型。

通過對已注聚區塊的單井開發效果進行分析（圖4），對比高分調驅段塞注入不同類型聚合物的單井在各滲透率區間油層的單位有效厚度累計產油發現：2 500 萬相對分子質量聚合物在油層滲透率＞0.3 μm2時單位有效厚度累計產油能達到400 t 以上，對于滲透率＜0.3 μm2的油層，隨著滲透率的降低，因聚合物注入困難導致開發效果差，單位有效厚度累計產油逐漸減少，說明2 500 萬相對分子質量聚合物注入的最佳油層滲透率在0.3 μm2以上。同理，1 900 萬相對分子質量聚合物注入的最佳油層滲透率在0.2～0.3 μm2，1 200 萬相對分子質量聚合物注入的最佳油層滲透率在0.1～0.2 μm2。

圖4 各類聚合物單井單位有效厚度累計產油量

同時，針對3種相對分子質量聚合物各進行了8組室內巖心試驗，分別對不同滲透率級別的巖心進行驅替實驗，對比不同級別滲透率巖心注入3種聚合物的提高采收率，由表2知，滲透率＞0.3 μm2、0.2～0.3 μm2、0.1～0.2 μm2的巖心分別在注入2 500萬、1 900萬、1 200萬聚合物時提高采收率最高，基本上能達到13%以上，說明這3種聚合物的最佳匹配油層滲透率為＞0.3 μm2、0.2～0.3 μm2、0.1～0.2 μm2。

表2 不同滲透率級別巖心聚驅提高采收率

綜上，根據已注聚區塊的單井開發效果和室內試驗結果，明確了杏南油田目前常用聚合物體系適用的油層條件，確定了各類聚合物體系適應的最佳油層滲透率范圍，對于高分調驅段塞清水稀釋體系，1 200 萬相對分子質量聚合物適應滲透率在0.2 μm2以下的油層，1 900萬相對分子質量聚合物適應滲透率在0.2～0.3 μm2的油層，2 500 萬相對分子質量聚合物適應滲透率在0.3 μm2以上的油層。

2.2 強非均質性油層的注聚優化

盡管在高分調驅段塞階段，對區塊所有不同滲透率油層注入其最佳的聚合物類型能夠使區塊開發效果更好，但是受地面投資高、地面設備工藝限制、設備運行管理難度大等因素制約，在區塊實際生產中，不能對任一區塊的所有油層都注入最佳聚合物類型，需要研究區塊由注入單一聚合物體系到注入多種聚合物體系的界限。

油藏數值模擬是應用達西定律和物質守恒定律建立描述油、氣、水滲流規律的數值模型，描述油藏內流體流動問題，并利用計算機技術求解油藏數學模型，模擬地下油水流動，研究油藏開發及動態規律。為了使區塊開發效果更好，需要使與聚合物匹配的最佳油層比例越高，通過數值模擬技術研究全區K80數值對應最佳聚合物類型的油層在不同有效厚度比例情況下，注入單一聚合物體系和注入多種聚合物體系的提高采收率和內部收益率對比，確定全區注入多種聚合物體系的界限。

由于全區K80＞0.3 μm2時，區塊的最佳聚合物類型為2 500 萬相對分子質量聚合物，而滲透率在0.3 μm2以上的油層只能注入2 500萬相對分子質量聚合物，不能注入1 200萬和1 900萬相對分子質量，不具有選擇性，因此重點對全區K80＜0.3 μm2時的油層進行數值模擬。

當全區K80在0.1～0.15 μm2時，根據不同滲透率油層的最佳聚合物類型確定全區注入的較小相對分子質量聚合物為1 200 萬，而相對分子質量1 200萬聚合物適應的滲透率級別為0.1～0.2 μm2，因此只需對滲透率＞0.2 μm2的油層注入相應的最佳聚合物類型即可。高滲透率油層有兩種注入方案（表3），一是直接注入相對分子質量1 900萬聚合物；二是滲透率在0.2～0.3 μm2和＞0.3 μm2的油層分別注入其最佳的聚合物類型相對分子質量1 900 萬和2 500萬。

表3 不同方案注入聚合物類型對比

油田開發中通常采用提高采收率和稅后內部收益率來評價普通聚合物的聚驅效果，提高采收率即整個聚驅階段累計增油與地質儲量的比值，提高采收率和稅后內部收益率越高，說明區塊的聚驅效果越好。為了更好地對比不同方案間的聚驅效果差異，將方案一作為對比方案，方案二、方案三的提高采收率和稅后內部收益率與方案一的差值作為相應的增加值，增加值越大，說明分質注入效果越好。

通過數值模擬對比3 個方案在0.1～0.2 μm2油層（注入相對分子質量1 200萬聚合物的最佳油層）不同有效厚度比例下的提高采收率和稅后內部收益率（圖5）。從提高采收率曲線看，對于同一發育條件下的區塊，注入多種聚合物體系的兩個方案提高采收率均高于注入單一聚合物體系的方案一，且隨著最佳油層的有效厚度比例逐漸增大，方案二和方案三與方案一的提高采收率差值逐漸減少，有效厚度比例達到50%，3 個方案的提高采收率幅度基本相當。其中，注入多種聚合物體系的方案二和方案三在最佳油層有效厚度比例達到35%時，提高采收率幅度基本相當。從稅后內部收益率看（圖6），最佳油層的有效厚度比例低于50%時，方案二和方案三的內部收益率均高于方案一，而大于50%時，方案二和方案三隨注入聚合物的類型的增多，地面設備以及后續管理等成本的增大，在提高采收率提升不大的情況下3 個方案的內部收益率基本相當，甚至當最佳油層厚度比例大于35%時，方案三的稅后內部收益率低于方案二。

圖5 不同方案提高采收率對比

圖6 不同方案稅后內部收益率對比

為直觀看出注入多種聚合物與注入單一聚合物的開發效果，將方案二、方案三與方案一的提高采收率增加值和稅后內部收益率增加值進行對比（圖7）。可以看出，當最佳油層有效厚度比例高于50%時，盡管提高采收率略增加，但因投入成本增加導致稅后內部收益率減少，說明投入與產出不對等。

圖7 不同方案提高采收率增加值對比

因此，對于全區K80在0.1～0.15 μm2的開發區塊，K80對應聚合物的最佳油層有效厚度比例高于50%時，高分調驅段塞階段注入相對分子質量1 200萬聚合物，低于50%時應注入多種聚合物體系，其中有效厚度比例30%～50%時注入相對分子質量1 200 萬，1 900 萬聚合物；＜30%時，注入相對分子質量1 200萬、1 900萬、2 500萬聚合物。

按照以上方法，分別對K80處于0.15～0.2 μm2、0.2～0.25 μm2和0.25～0.3 μm2的區塊進行分質注聚界限研究，確定了不同K80下高分調驅段塞階段需要注入多種聚合物的油層厚度界限。針對采油廠目前開發油層發育特征和聚合物體系的匹配關系，形成了不同發育油層的注入聚合物類型圖版（圖8）。

在開發區塊確定聚合物類型時，按照不同滲透率油層的最佳聚合物類型確定對應的聚合物相對分子質量后，計算該種聚合物適應油層的有效厚度比例，將K80和最佳油層有效厚度比例落入區塊分質注聚界限圖版，最終確定該區塊的聚合物類型。

3 現場應用

3.1 試驗區塊發育特征

M 區塊位于杏南油田十～十二區，聚合物驅目的層為葡I3油層，縱向上劃分為4個沉積單元，主要發育大面積河道砂體，區塊平均單井有效厚度9.6 m，其中葡I31和葡I32層為主力油層，有效厚度7.1 m。葡I31和葡I32層平面發育差異較大，平面非均質性較強，存在大滲透率油層集中區域。

區塊平均滲透率0.214 μm2，全區K80為0.163 μm2，區塊滲透率分布范圍較廣，滲透率在0.1～0.2 μm2（最佳油層）、0.2～0.3 μm2、＞0.3 μm2油層的有效厚度比例分別為16.8%、27.0%、40.3%。按照0.1＜K80＜0.15 區塊對應分質注聚界限圖版（圖8）判斷，區塊最佳油層比例小于20%時，應該對區塊滲透率在0.1～0.2 μm2，0.2～0.3 μm2和0.3 μm2以上的油層分別注入相對分子質量1 200 萬、1 900萬和2 500 萬聚合物。但驅油方案優選聚合物相對分子質量時采用了傳統的依據區塊K80方法，最終確定M 區塊高分調驅段塞階段注入相對分子質量1200 萬聚合物清配清稀體系，但相對分子質量1200 萬聚合物對應的最佳油層滲透率為0.1～0.2 μm2，其有效厚度比例僅16.8%，與區塊實際發育情況匹配性較差。

按照傳統的區塊K80方法選擇的聚合物注入6個月后，M 區塊的注采變化特征明顯異于其他區塊（表4），注入壓力上升速度緩慢，月上升速度僅0.15 MPa，注入井吸液厚度比例從空白水驅階段的62.3%上升到了64.7%，僅上升了2.4%，采出井全區含水下降幅度1.2%，受效比例達到43.7%，但采聚濃度遠高于其他區塊。從區塊注采動態變化參數看，注入井剖面改善較差，采出井受效比例和含水降幅明顯較高，但采聚濃度有突破趨勢，分析判斷為相對分子質量聚合物沿著高滲油層快速推進，采出井雖然暫時受效較好，但預測含水會快速回升，長期效果較差，開發矛盾突出。

表4 M區塊注聚初期注采變化參數情況

3.2 分質注入方案設計

按照以上強非均質區塊平面分質注入的思路，依據區塊分質注聚界限圖版，對M區塊的注入井根據單井平均滲透率分類后進行分質注入，并按照區塊常規高分調堵段塞和中低分驅替段塞的組合設計方式，對M區塊進行了分質注入的完整段塞組合設計。

1）平面分區。由于區塊單井滲透率分布分散，各個區域均有不同滲透率區間的井，受生產實際和管線改造成本的限制，無法做到對所有單井進行分質注入，只能把M區塊按照單井平均滲透率的分布區間劃分了3 個區域。將單井滲透率大于0.3 μm2的區域劃分為A 區，主要位于區塊右下方和左中部位，滲透率0.2～0.3 μm2的區域劃分為B 區，主要位于區塊右下方和左中部位除去A 區的區域，其余區域為C區，主要是滲透率＜0.2 μm2的井。A、B、C區域基礎情況見表5。

表5 A、B、C區域基礎情況

2）方案設計。按照平面分質注聚界限圖版，高分調驅段塞階段將A、B、C 這3 個區域分別注入相對分子質量2 500 萬、1 900 萬、1 200 萬聚合物，并按照常規高分調堵段塞和中低分驅替段塞的組合方式，通過數值模擬和室內巖心實驗，給出A、B、C 這3 個區域的最佳段塞組合方案和效果預測（表6）。

表6 M區塊各區域段塞組合大小方案設計結果

通過數值模擬預測開發效果（表7），聚合物用量均在1 200 mg/L·PV 左右，后續水驅至含水98%時，A、B 和C 3 個區域聚驅階段采出程度分別為14.6%、14.3%和14.5%，提高采收率分別達到了12.2%、12.4%和12.5%。M 區塊最終聚驅階段采出程度14.4%，提高采收率12.4%，比原單一注入體系方案設計提高采收率高3.7%。

表7 M區塊各區域方案預測結果

3.3 區塊實際開發效果

M 區塊按照單一注入體系注入6 個月后，根據分區域分質注入方案設計改注，分質注入后區塊調整效果明顯（表8），分質注聚后，區塊注入壓力穩步上升，壓力月均上升速度0.33 MPa，分質注入3個月后，注入井吸液剖面得到明顯改善，吸液厚度比例由64.7%提升到71.3%，與注聚前相比，上升幅度高達8.8%，采出井在分質注入4個月后含水穩步下降，且采聚濃度穩定在200 mg/L左右，分質注入16個月后，區塊進入中低分驅替段塞，含水下降至最低點。

表8 M區塊分質注入后注采參數變化情況

目前區塊中低分段塞已驅替9 個月，進入含水回升初期，綜合含水92.14%，階段采出程度9.13%，提高采收率達8.37%，開發形勢持續向好，根據目前實際開發效果預測，最終階段采出程度達到14.75%（圖9），提高采收率12.74%，比按照單一聚合物體系注入的數模預測最終提高采收率高3.78%。

圖9 M區塊分質前后歸一化數模曲線對比

圖9 區塊分質注聚界限圖版

4 結論

1）強非均質性區塊不適合注入單一聚合物體系，注入單一聚合物體系后，受工業化區塊注入濃度限制，區塊開發效果較差。

2）杏南油田目前常用的清水稀釋體系，相對分子質量1 200萬聚合物適應滲透率在0.2 μm2以下的油層，相對分子質量1 900 萬聚合物適應滲透率在0.2～0.3 μm2的油層，相對分子質量2 500 萬聚合物適應滲透率在0.3 μm2以上的油層。

3）根據分質注聚界限圖版對強非均質區塊實施分質注聚，同時注入兩種或者兩種以上聚合物體系，能夠滿足強非均質性區塊不同發育特征區域的注聚需求，提高了區塊開發效果。

4）強非質區塊分質注聚比單一聚合物體系提高采收率高2%以上。