聚合物交替注入油層壓力擾動及流體竄流規律

曹瑞波

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

聚合物交替注入油層壓力擾動及流體竄流規律

曹瑞波

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

針對目前部分聚合物驅區塊出現的聚合物用量大、噸聚增油下降，致使聚合物驅效益逐漸變差的問題，提出了交替注入改善聚合物驅開發效果的新型驅油方法。通過建立非均質油藏物理模型，應用自動化巖心驅替裝置，研究了交替注入方式和單一段塞注入方式油層壓力擾動和流體竄流規律。結果表明:與單一段塞注入方式相比，交替注入方式改變了油層滲流壓力場和流體竄流規律，該注入方式有利于低滲層吸液，從而提高了低滲層的動用程度;交替注入較單一段塞注入提高采收率2個百分點左右，且降低聚合物用量25%左右。該研究成果一定程度上解釋了交替注入能夠改善開發效果的原因，為優化聚合物驅注入參數和注入方式提供指導，為交替注入技術的推廣提供理論依據。

聚合物驅;單一段塞注入;交替注入;竄流;油層壓力;大慶油田

0 引言

大慶油田是世界上聚合物驅應用規模最大的油田，取得了顯著的技術經濟效果。但隨著注聚對象由一類油層轉向二類油層，沿用以往一類油層的注入參數和注入方式設計方法出現了不適應性，表現為聚合物用量大、低滲層動用程度低等問題，致使聚合物驅效益下降［1-7］。因此，提出了不同黏度聚合物段塞交替注入技術，即通過不同分子質量、不同濃度聚合物段塞交替注入改善非均質油藏的聚合物驅油效果［8-10］。通過自動化巖心驅替裝置，建立非均質油藏物理模型［11-13］，研究了單一段塞注入和交替注入方式下的油層壓力擾動和流體竄流規律，并驗證了交替注入方式的驅油效果。

1 實驗方法

1.1 物理模型設計

依據大慶油田油層物性及非均質狀況，制作了層內非均質油層物理模型，物理模型由不同粒徑石英砂膠結而成。模型為長方體，寬和高為4.5 cm，長為60.0 cm。高、低滲透層等厚，高滲層有效滲透率為800×10-3μm2，低滲層有效滲透率為200× 10-3μm2，模型孔隙度為25%。為了研究聚合物交替注入對高、低滲透層壓力場變化的影響規律，擬通過以點帶面的研究方法，即通過局部壓力點的變化規律研究油層壓力場的變化規律。因此，在距物理模型注入端20、40 cm處設置2對測壓點，每對測壓點分別設置在高、低滲透層。

1.2 實驗裝置

實驗裝置主要由驅動系統、加熱保溫系統、壓力控制系統、注采液量計量系統等組成。整個實驗過程和數據處理由計算機完成，實驗全部實現自動化，減少了誤差，提高了測量精確度。壓力控制系統主要由壓力傳感器組成，壓力傳感器與計算機相連，由計算機自動記錄注入壓力數據。

1.3 實驗方案

設計2組聚合物溶液滲流實驗方案［14-17］。方案1是采用高黏段塞和低黏段塞交替注入。高黏段塞聚合物分子質量為2 500×104，濃度為2 000 mg/L，低黏段塞聚合物分子質量為1 200×104，濃度為1 000 mg/L，高黏段塞黏度為185 mPa·s，低黏段塞黏度為45 mPa·s。方案2是整個聚合物滲流實驗過程只注入高黏段塞。方案1聚合物溶液總注入量為0.560倍孔隙體積，首先注入0.093倍孔隙體積的高黏段塞，然后注入0.093倍孔隙體積的低黏段塞，完成一個高黏段塞和一個低黏段塞的注入稱為一個交替周期，如此重復3個交替周期。方案2聚合物溶液總注入量為0.560倍孔隙體積，全程注入高黏段塞。

2 油層壓力擾動及流體竄流規律

2.1 壓力擾動規律

繪制方案1和方案2注入端壓力隨聚合物注入量變化曲線見圖1。由圖1可知，單一段塞注入方式在整個聚合物驅階段注入壓力持續上升，交替注入方式注入壓力呈震蕩上升趨勢，注低黏段塞階段壓力上升幅度減緩，注聚合物完成時，交替注入壓力升幅較單一段塞注入降低26%。該現象說明，交替注入可提高聚合物溶液的注入能力，防止了單一段塞注入造成的注入困難。對于交替注入方式，在注高黏段塞階段，聚合物溶液優先進入高滲層，高滲層滲流阻力上升，當其滲流阻力高于低滲層時，低滲層開始優勢吸液，而此時后續注入的低黏段塞分子質量及濃度參數與低滲層較為匹配，于是低黏段塞大部分進入低滲層，且壓力升幅減緩。當低滲層滲流阻力高于高滲層時，高滲層開始重新優勢吸液，而此時注入的是與高滲層較為匹配的高黏段塞。如此交替若干個周期，可增加低滲透層的吸液量，有效動用低滲層的儲量［18-19］。

圖1 注入端壓力隨注入孔隙體積倍數變化

通過以點帶面的方法來研究高低滲透層壓力擾動規律。繪制距物理模型注入端20 cm處測壓點的低滲層與高滲層壓差隨聚合物注入量的關系曲線(圖2)。由圖2可知，交替注入改變了非均質油層縱向壓力擾動規律。注聚合物期間，單一段塞注入測壓點的壓差始終為正值，即低滲透層始終處于相對高壓力狀態，交替注入方式測壓點的壓力正負交互分布，即高、低滲透層壓力交互占優，局部壓力場擾動性增強。無論何種注入方式，隨著注聚合物量的增加，高、低滲層壓差呈擴大趨勢。

圖2 距模型注入端20cm處測壓點壓差與注入孔隙體積倍數的關系

交替注入使非均質油層縱向壓力場擾動性增強，有利于驅替液向低滲層竄流。采用單一段塞注入方式，低滲層始終處于相對高壓力狀態，其原因在于注入的高黏流體與低滲層不匹配，低滲層吸液比例小，導致滲流阻力大幅增加。低滲層很難大幅吸液，這從現場吸液剖面測試資料可得到證實。采用交替注入方式后，高滲層匹配高黏段塞，低滲層匹配低黏段塞，即注入流體與油層匹配性增強，致使高滲層也會出現相對高壓力時間段，此時高滲層流體會發生轉向，竄流到低滲層;另一方面，單一段塞注入聚合物溶液主要呈水平滲流狀態，油滴受力單一，使一部分油滴受水平方向束縛力的作用無法參與運移，交替注入后，在高、低滲透層縱向壓差的作用下，聚合物溶液垂向流動性增強，使一部分油滴參與垂向流動從而擺脫水平束縛狀態，進而在采出井采出。

2.2 流體竄流規律

繪制方案1和方案2低滲層相對注采液量隨聚合物注入孔隙體積倍數變化關系曲線(圖3)。相對注入量是指該層注入的液量占模型總注入液量的百分比，相對采出量是指該層采出的液量占模型總采出液量的百分比。由圖3可知，交替注入改變了不同滲透層之間流體竄流規律。單一段塞注入方式注入量大于采出量，沒有實現注采平衡，說明在注入過程中以低滲層流體向高滲層竄流為主。交替注入方式采出量大于注入量，說明在注入過程中以高滲層流體向低滲層竄流為主。經統計，單一段塞注入低滲層累計采出量比注入量減少4.5%，交替注入低滲層累計采出量比注入量增加7.5%。

圖3 低滲層相對注采量隨注入孔隙體積倍數變化

單一段塞注入方式和交替注入方式油層流體竄流規律不同，其原因可從圖2反映的壓力規律得到解釋。在圖2中，單一段塞注入方式油層縱向上低滲層始終處于相對高壓力狀態，為了保持壓力的平衡，在壓差的作用下，低滲層內的流體向高滲層竄流。而交替注入方式油層縱向上高、低滲層壓力交互占優，但從曲線形態上看低滲層優勢較為明顯，因此，以高滲層流體向低滲層竄流為主。上述現象的最根本原因在于聚合物溶液與油層的匹配性問題，單一段塞注入方式聚合物溶液與油層不匹配，交替注入方式聚合物溶液與油層匹配性增強。

通過上述分析可知，交替注入方式能增大低滲層的吸液量。油田開發實踐表明，聚合物溶液在高滲層低效、無效循環，低滲層吸液量低、動用程度低，是制約聚合物驅開發效果的主要因素之一。因此，交替注入方式是提高油層動用程度、進一步改善聚合物驅開發效果的有效途徑。

3 交替注入開采效果

為驗證交替注入方式對驅油效果的影響，開展了2組物理模擬驅油實驗，物理模型長度為30 cm。一組實驗為單一段塞注入方式，注入0.560倍孔隙體積高黏段塞，聚合物濃度為2 000 mg/L;另一組實驗為交替注入方式，先注入0.093倍孔隙體積高黏段塞，再注入0.093倍孔隙體積低黏段塞，如此循環3個周期，總注入量為0.560倍孔隙體積，高黏段塞與低黏段塞聚合物濃度分別為2 000、1 000 mg/L。驅油實驗結果見表1。由表1可知，交替注入方式聚驅采收率提高值為25.7%，高出單一段塞注入方式2.6個百分點。值得說明的是，交替注入取得較好效果是在聚合物用量大幅下降的基礎上取得的。由上述實驗方案可知，交替注入方式較單一段塞注入節省聚合物用量25%。實驗結果說明，交替注入方式可進一步改善開發效果，且節省聚合物用量。

表1 驅油實驗結果數據

鑒于室內實驗取得較好驅油效果，同時在機理研究取得突破的基礎上，2011年4月，大慶油田在采油一、二、三、六廠選擇了4個代表性區塊，開展了交替注入試驗研究(表2)。試驗實施后，4個試驗區有效厚度吸液比例明顯提高，薄差層動用程度增大，提高了30%以上。截至2013年12月試驗結束時，4個試驗區累計增油4.59×104t，降低聚合物用量26.4%，最終多提高采收率1.58個百分點，經濟效益顯著。室內實驗及現場試驗效果均表明，聚合物驅交替注入技術具有良好推廣應用前景。

表2 交替注入試驗區概況

4 結論

(1)交替注入改變了非均質油層壓力擾動規律。注聚期間，單一段塞注入方式低滲層始終處于相對高壓力狀態，交替注入方式高、低滲透層壓力交互占優，局部壓力場擾動性增強。

(2)交替注入改變了不同滲透層之間流體竄流規律。單一段塞注入方式以低滲層流體向高滲層竄流為主，交替注入方式以高滲層流體向低滲層竄流為主，從而增加了低滲層的吸液量。

(3)室內驅油實驗及現場試驗結果均表明，交替注入方式可較單一段塞注入方式提高采收率2個百分點左右，且降低聚合物用量25%左右。交替注入是改善聚驅開發效果、提高聚驅效率的有效方式。

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編輯王 昱

TE357.43

A

1006-6535(2015)05-0113-04

20150518;改回日期:20150803

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“二類油層聚合物驅進一步提高采收率配套技術”(2010F-1207)

曹瑞波(1977-)，男，高級工程師，2002年畢業于大慶石油學院石油工程專業，現主要從事聚合物驅油技術研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.025