非均質(zhì)變異系數(shù)對S／P驅(qū)油效果影響的數(shù)值模擬研究

申乃敏，李華斌，劉 露，鐘 意，黃榮祿

（1.成都理工大學(xué)，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室·成都理工大學(xué)）

非均質(zhì)變異系數(shù)對S／P驅(qū)油效果影響的數(shù)值模擬研究

申乃敏1，李華斌2，劉 露1，鐘 意1，黃榮祿1

（1.成都理工大學(xué)，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室·成都理工大學(xué)）

利用數(shù)值模擬技術(shù)，在45℃及大慶油田地層水和原油條件下，研究了油層非均質(zhì)變異系數(shù)Vk對聚合物（S／P）二元復(fù)合驅(qū)油效果的影響。結(jié)果表明，水驅(qū)和復(fù)合驅(qū)的最終采出程度隨Vk的增加均呈下降趨勢。但驅(qū)油體系的表觀黏度越大，S／P驅(qū)的最終采出程度也越高，只是在不同的Vk條件下，采出程度大小不同。當(dāng)油層相對均質(zhì)和非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時，驅(qū)油體系的表觀黏度對最終采出程度的影響程度有所降低。此外，S／P提高采收率與Vk曲線為開口向下的拋物線，存在最大值。采收率最大值對應(yīng)的Vkmax隨著水油黏度比的增大而增大。這說明對于特定油田來說，存在一個最佳黏度值。有利的油水黏度比對于開發(fā)某特定油藏來說起著至關(guān)重要的作用。

S／P復(fù)合驅(qū)；數(shù)值模擬；非均質(zhì)變異系數(shù)；油水黏度比；采出程度；采收率

表面活性劑／聚合物二元復(fù)合驅(qū)（S／P）是在堿／表面活性劑／聚合物三元復(fù)合驅(qū)（ASP）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它既可以提高驅(qū)油效率又可以提高波及體積，是無化學(xué)堿劑對油層傷害的高效三次采油新技術(shù)。室內(nèi)實驗和先導(dǎo)性礦場試驗結(jié)果表明，采出程度可由水驅(qū)的40%左右提高到60%左右，相當(dāng)于增加了可采儲量50%，因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，已完成S／P技術(shù)的驅(qū)油機理與理論研究、室內(nèi)篩選與評價研究、合理井網(wǎng)井距研究、采出液處理和利用技術(shù)研究、油藏數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計研究、地面配注及工藝技術(shù)研究等配套技術(shù)［1］。事實上，影響S／P復(fù)合驅(qū)油效果的因素，除了驅(qū)油體系、地層流體本身性質(zhì)外，還與油層地質(zhì)特征，例如滲透率非均質(zhì)變異系數(shù)Vk等有關(guān)。本文利用數(shù)值模擬技術(shù)，詳細研究了油層非均質(zhì)變異系數(shù)對S／P驅(qū)油效果的影響。

1 主要參數(shù)和地質(zhì)模型

1.1 油層參數(shù)

油層有效厚度14 m，每小層2 m；油層頂界深度2 542 m；滲透率1 000×10-3μm2，孔隙度20.2%；巖石壓縮系數(shù)為4.5×10-4MPa-1；油層溫度45℃。

1.2 流體參數(shù)

地下原油黏度10 mPa·s，水黏度0.6 mPa·s，原始含油飽和度75%，地下原油密度0.854 g／cm3，地層水密度1.002 g／cm3，水壓縮系數(shù)4.78×10-6MPa。

1.3 化學(xué)參數(shù)

當(dāng)油水黏度比分別為1～4時，即驅(qū)油體系表觀黏度分別為10～40 mPa·s時，S／P體系中聚合物的濃度分別對應(yīng)為1 000 mg／L、1 200 mg／L、1 500 mg／L和1 650 mg／L，地層水礦化度8 906 mg／L，S／P體系中表面活性劑濃度為0.05%，注采速度0.1 PV／a，聚合物和表面活性劑吸附指數(shù)1，殘余阻力系數(shù)1.8，其最大吸附量分別為9.9×10-2mg／g和5.41 mg／g。

1.4 地質(zhì)模型

縱向上分7個數(shù)值模擬小層，每層2 m。x和y方向各為20個網(wǎng)格，節(jié)點長度15 m，節(jié)點總數(shù)為20×20×7＝2 800，油層為正韻律，油層頂界深度2 542 m，參考點深度2 560 m，井網(wǎng)為五點法（4注1采），液體性質(zhì)及其它參數(shù)均采用大慶油田實際數(shù)據(jù)［2］，注采井距220 m。利用Dykstra H.方法，計算出滲透率變異系數(shù)Vk所對應(yīng)各模擬小層滲透率（表1）。

2 結(jié)果與討論

2.1Vk對 最終采出程度影響

表1 非均質(zhì)變異系數(shù)所對應(yīng)的模擬小層滲透率值 滲透率／10-3μm2

圖1給出了水驅(qū)及S／P驅(qū)油段塞為0.40 PV條件下，Vk對最終采出程度影響的曲線。從中可看出，無論是水驅(qū)還是S／P復(fù)合驅(qū)，Vk越大，最終采收率越低，開發(fā)效果越差。不同的Vk條件下，驅(qū)油體系的表觀黏度越大，驅(qū)油效果越好，最終采出程度也越高。只是在不同的Vk條件下，最終采出程度的大小不同，例如在Vk＝0.3時，水驅(qū)條件下的最終采出程度為46%，驅(qū)油體系表觀黏度為10 mPa·s和40 mPa·s的最終采出程度分別為60.03%和63.12%，與水驅(qū)采出程度相比分別相差14個百分點和17個百分點；當(dāng)Vk＝0.5時，水驅(qū)條件下的最終采出程度為40%，在驅(qū)油體系表觀黏度為10 mPa·s和40 mPa·s的最終采出程度分別為53.41%和59.21%，與水驅(qū)采出程度相比，分別相差13.35個百分點和19.15個百分點；當(dāng)Vk＝0.9時，水驅(qū)條件下的最終采出程度為25.88%，相同條件下復(fù)合驅(qū)最終采出程度分別為36.95%和40.65%，與水驅(qū)采出程度相比，分別相差11.1個百分點和14.8個百分點。

圖1 VK對最終采出程度的影響

這說明，油層相對均質(zhì)和非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時，驅(qū)油體系的表觀黏度對最終采出程度的影響程度不大。前者是由于油層相對均勻，水驅(qū)波及效率較高，油層中的剩余油大部分為水驅(qū)殘余油，因此，水驅(qū)采出程度較高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，但由于油層波及效率增幅不大，S／P驅(qū)增采的原油主要是水驅(qū)殘余油，即提高的采收率的主要貢獻為驅(qū)油效率的提高；相反，在油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時，盡管高滲層的厚度不大，但由于吸水特別嚴(yán)重，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率極低，這時，油層中的剩余油主要是低滲層大量的可動剩余油以及高滲層中少量的水驅(qū)殘余油組成［3］，因此，水驅(qū)采出程度不高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀粘度較高，但由于油層的非均質(zhì)性極其嚴(yán)重，中低滲透層中吸入的S／P溶液極少，甚至可能沒有吸入。因此，油層波及效率的提高幅度不大，低滲層仍剩余了大量可動剩余油。因此，S／P最終采出程度的提高，主要緣由是提高了高滲層驅(qū)油效率，而這部分油量非常有限。而對于同一驅(qū)油體系來說，當(dāng)驅(qū)油體系表觀黏度為30 mPa·s時，實驗結(jié)果表明，當(dāng)Vk在0～0.3范圍內(nèi)時，復(fù)合驅(qū)最終采出程度隨著Vk的增加而略有下降，由63.54%平緩下降到62.82%；當(dāng)Vk在0.3～0.74時，隨著Vk的增加，最終采出程度下降幅度相對較大，由62.82%下降到46.84%；而當(dāng)Vk在0.74～0.9范圍時，隨著Vk的增大，最終采出程度從46.84%下降到39.9%；其它油水粘度比條件下的復(fù)合驅(qū)最終采出程度也有相同的變化趨勢。

2.2Vk對采收率影響

圖2給出了Vk對S／P提高采收率影響曲線，從中可以看出，在注入S／P體系0.40 PV條件下：①S／P驅(qū)提高的采收率與Vk的關(guān)系曲線為開口向下的拋物線，這說明存在一個最適合于S／P驅(qū)的非均質(zhì)變異系數(shù)Vkmax。當(dāng)油層的Vk明顯大于或小于Vkmax時，S／P驅(qū)提高采收率的值將明顯降低。②Vkmax隨著油水黏度比的增大而增大。例如當(dāng)油水黏度比分別為2和4時，Vkmax值分別為0.3和0.5，這說明對于特定油田來說，驅(qū)油體系存在一個最佳黏度值。③在油水黏度比分別為1、2、3和4時，即驅(qū)油體系的表觀黏度越大，在不同的Vk范圍內(nèi)，對采收率的影響程度不同。如S／P體系表觀黏度為10～40 mPa·s條件下，當(dāng)Vk＝0.3時的采收率分別為14%、15.54%、16.79%和17.09%；當(dāng)Vk＝0.5時采收率分別為13.35%、15.25%、18.09%和19.15%；當(dāng)Vk＝0.9時采收率分別為11.07%、12.39%、14.02%和14.77%。④當(dāng)油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重，驅(qū)油體系的表觀黏度對采收率的作用程度更大；在上述條件下，采收率分別為11.07%、12.39%、14.02%和14.77%。因此，對于指定油田來說，盡量注入高黏度的驅(qū)油體系，以最大幅度地提高采收率和最終采出程度。

圖2 VK對復(fù)合驅(qū)提高采收率的影響

另外，對比圖1和圖2分析可知，當(dāng)Vk在0～0.5時，Vk的增大，S／P驅(qū)最終采出程度下降，但是復(fù)合驅(qū)采收率下降幅度小于水驅(qū)采收率的下降幅度，因而復(fù)合驅(qū)比水驅(qū)提高采收率要高；Vk在0.5～0.72范圍內(nèi)時，隨著Vk的增加，水驅(qū)采收率低，而進行復(fù)合驅(qū)后，由于復(fù)合段塞的注入提高了波及體積和驅(qū)油效率，使得水驅(qū)后，未開采的油層在一定程度上得到了有效開發(fā)，當(dāng)Vk大于0.72時，由于油層已嚴(yán)重非均質(zhì)，水驅(qū)和復(fù)合驅(qū)采收率都很低，即使采用復(fù)合驅(qū)提高了采收率，但投入產(chǎn)出的成本太高。雖然大慶油田聚合物驅(qū)提高采收率最大值對應(yīng)的VK值在0.7左右，但因計算Vk時，所采用的方法不同，故本文所得出的復(fù)合驅(qū)提高采收率最大值對應(yīng)的VK值不同。

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因，分析起來，主要的機理是，在油層相對均勻條件下，波及效率較高，油層中的剩余油大部分為水驅(qū)殘余油，因此，水驅(qū)采收率較高。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，但油層波及效率在水驅(qū)的基礎(chǔ)上的增加幅度不大，這時增采的油量主要為水驅(qū)殘余油［4］。顯然，S／P提高的采收率，主要貢獻來自于驅(qū)油效率的提高。相反，在油層非均質(zhì)性特別嚴(yán)重時，盡管高滲層的厚度不大，但由于吸水特別嚴(yán)重，導(dǎo)致水驅(qū)波及效率極低。這時，油層中的剩余油主要由高滲層中少量的水驅(qū)殘余油和低滲層大量的可動剩余油組成。因此，總采收率低。注入S／P溶液后，盡管驅(qū)油體系的表觀黏度較高，中低滲透層中吸入了有限的驅(qū)油溶液，甚至仍然沒有吸入，波及效率的提高幅度不大，低滲層仍然剩余了大量的可動剩余油，最終采出程度的增加，主要是采出了高滲層的驅(qū)油效率，而這部分油量非常有限［5］，且油水黏度比越大，其改善程度越高，最終采出程度也越高。

3 結(jié)論

（1）高黏度驅(qū)油體系能夠明顯提高采收率和采出程度，因此只要注入條件允許，盡量注入高黏度的驅(qū)油體系，以最大幅度地提高采收率和最終采出程度。

（2）對同一驅(qū)油體系來說，隨著Vk的增加，復(fù)合驅(qū)最終采出程度下降；對于S／P二元復(fù)合驅(qū)來說，存在一個最適合于復(fù)合驅(qū)的非均質(zhì)變異系數(shù)Vkmax，當(dāng)油層的Vk明顯大于或小于Vkmax時，S／P二元復(fù)合驅(qū)提高的采收率的效果將明顯降低。

（3）Vkmax隨油水黏度比的增大而增大。當(dāng)油水黏度比分別為2和4時，Vkmax值分別為0.3和0.5，這說明對于某特定油田來說，存在一個適合于該非均質(zhì)性特征下驅(qū)油體系的最佳黏度值。

［1］ 程杰成，廖廣志，楊振宇，等.大慶油田三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗綜述［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：46-49.

［2］ 李華斌，吳文祥.ASP三元復(fù)合驅(qū)油層適應(yīng)性研究［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2000，22（4）：48-51.

［3］ 吳文祥，張玉豐，胡錦強，等.聚合物及表面活性劑二元復(fù)合體系驅(qū)油物理模擬實驗［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2005，29（6）：98-100.

［4］ 元福卿.非均質(zhì)性對聚合物驅(qū)效果影響數(shù)值模擬研究［J］.石油天然氣學(xué)報，2005，27（2）：239-241.

［5］ 王者琴，夏惠芬，王剛，等.無堿超低界面張力下二元復(fù)合體系對水驅(qū)殘余油采收率的影響［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報，2007，31（3）：25-27.

TE357.43

A

1673-8217（2011）06-0118-03

2011-03-09；改回日期：2011-06-27

申乃敏，1985年生，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，在讀研究生，現(xiàn)主要從事提高采收率及油田化學(xué)技術(shù)研究。

劉洪樹

文章編號：1673-8217（2011）06-0096-03