聚合物驅油井產能規律研究

韓光明　代兆國　方　圓　單秀華　郭　睿　傅新勇

（1.承德石油高等專科學校，河?北承德　067000；2.中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司，湖北武漢　430048；3.中國石化勝利油田孤島采油廠，山東東營　257231；4.中國石油華北油田公司，河北任丘　062552）

聚合物驅油井產能規律研究

韓光明1代兆國2方圓3單秀華1郭睿4傅新勇4

（1.承德石油高等專科學校，河?北承德067000；2.中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司，湖北武漢430048；3.中國石化勝利油田孤島采油廠，山東東營257231；4.中國石油華北油田公司，河北任丘062552）

研究聚驅井產能規律，可以為選擇采油裝置和制定油井工作制度提供參考。實驗研究了聚合物溶液的流變性，建立了考慮含水率、流變性、聚合物溶液濃度、黏彈性等因素下的地層流體有效黏度綜合模型；其次，在此基礎上，以壓力與產量的變化作為定解條件，推導了聚合物驅區塊見聚油井產能預測模型，并對產能進行了敏感性研究。結果表明，隨產出液或注入液稠度系數增加及流性?指數降低時，產液量會降低；滲透率降低幅度增加或考慮彈性黏度時，相同井底流壓下產液量也會減少；注入聚合物濃度降低或油井含水率增加時，油井產液量增加。此外，不同條件下流入動態曲線相似，可仿照Vogel的方法通過數值模擬研究得到聚合物驅IPR曲線方程。

聚合物驅；流變性；有效黏度；產能模型；敏感性分析

與水驅相比，聚合物驅在降水增油方面具有顯著的優勢，并在大慶油田取得了良好的應用效果。針對聚驅井產能規律展開研究，對合理選擇采油裝置及制定油井工作制度具有重要的意義［1］。在石油工程領域，人們常常采用經驗模型來描述聚合物溶液的黏度［2-4］，不足之處在于只考慮了剪切黏性效應，沒有考慮彈性效應對有效黏度的影響［5-9］。在實際油藏滲流的過程中，聚合物溶液還受到拉伸作用，產生彈性行為［10-12］。本文以經驗模型為理論依據，建立了考慮含水率、流變性、聚合物溶液濃度、黏彈性等因素下的地層流體有效黏度綜合模型，并在此基礎上，推導了聚合物區塊見聚油井產能預測模型，對影響產能的因素進行了敏感性分析，可為聚合物驅的現場開發實踐提供參考。

1　聚合物溶液流變性實驗研究

1.1表觀黏度的影響因素分析

使用Brookfield DV-II+Pro旋轉流變儀對聚合物流變性進行了測試，分析不同的溫度（50℃、60 ℃、70℃）、濃度（100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L）和剪切速率（10 s-1、20 s-1、30 s-1、40 s-1、50 s-1）對表觀黏度的影響［6］。實驗樣品選用部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質量（16~18）×106，水解度25%~30%，固含量≥90%，濾過比≤1.5。

在同一剪切速率和質量濃度下，聚合物樣品表觀黏度隨溫度的增加而下降，這是因為溫度升高，導致聚合物分子運動速度加快，分子間作用力減小，使表觀黏度降低；溫度不變時，在同一剪切速率下，表觀黏度隨質量濃度的增加而增加，濃度越高，單位體積內分子數量越多，分子間距減小，相互纏結和吸引的能力就越強，黏度越大；在同一溫度和質量濃度下，聚合物溶液的表觀黏度隨剪切速率的增加而降低，剪切速率越高，剪切應力越大，分子網狀結構受到影響越大，黏度下降就越大。

1.2稠度系數和流性指數

實驗結果表明，聚合物溶液表現出明顯剪切變稀的假塑性流體的流變特征，按冪律模型擬合出不同溫度和不同濃度下的流變參數，如表1所示。

表1　聚合物溶液的流變性參數

從表1可以看出，稠度系數K和流性指數n隨溫度和溶液濃度呈規律性變化，聚合物溶液的流性指數均小于1，隨著溫度的升高，流性指數越大，而稠度系數越低。K值反映了聚合物的增稠特性，n值反映了聚合物的偏離牛頓特性的程度。

2　地層流體有效黏度的計算方法

聚驅井采出液中的聚合物溶液是典型的黏彈性流體，因此，溶液的有效黏度μ有效由剪切黏度μ剪和彈性黏度μ彈組成。

2.1剪切黏度

根據實驗結果和前人對流變模型的研究［13］，剪切黏度可表示為

式中，μ剪為剪切黏度，mPa·s；f為孔隙度，%；kr為徑向滲透率，mD；n為流性指數，無量綱；K為稠度系數，mPa·sn。

2.2彈性黏度

研究學者一般利用德博拉數描述高分子溶液的黏彈效應，定義見式（2）

Nde=θ/tpr（2）式中，Nde為德博拉數，無量綱；θ為流體松弛時間，一般考慮為常數，s；tpr為流體特性時間，s。

可以假設黏度比與Nde的關系為

式中，c、m為常數，取決于油藏孔隙介質幾何形狀的復雜程度。

選定視剪切速率的倒數為流體特性時間，即

將式（2）代入式（3）得

式中，c*=cθm，表達液流通過巖心時的彈性靈敏度，無量綱。

2.3有效黏度

根據式（3）和式（5），有

通過含水率加權平均，地層流體綜合黏度表達式為

即

上市公司的違規行為會影響其債務融資嗎？——基于地區法制環境差異性的分析....................................................................................................................竇 煒 郝曉敏 李培源（1）

式中，μ為地層流體綜合黏度，mPa·s；μ彈為彈性黏度，mPa·s；μ有效為聚合物溶液在地層中的有效黏度，mPa·s；μo為油的黏度，mPa·s；Sw為平均含水飽和度，%。

3　聚驅井綜合產能預測模型

以現有產能模型為基礎，綜合考慮聚合物溶液的黏彈性、近井地帶地層滲透率的變化和產出液含水率的變化，以產量和壓力的變化作為定解條件，建立了聚驅油井地層流體綜合產能預測模型。

3.1產能模型的建立

3.1.1油層滲透率下降模型在多孔介質中，聚合物溶液會產生吸附、物理堵塞和機械捕集。聚合物溶液流動時地層有效滲透率為

式中，kp為聚合物溶液流動時的滲透率，mD；kw為水測滲透率，mD；Ck為滲透率下降系數；α、Rmax、γp分別為描述多孔介質復雜程度和聚合物溶液吸附、物理堵塞和機械捕集的參數，無量綱。

3.1.2基本微分方程將運動方程、狀態方程帶入連續性方程，不考慮巖石壓縮性，得到聚合物驅油藏地層流體基本滲流微分方程

式中，Qt為油井產液量，m3/d；rw為井半徑，m；β為遞減率；r為徑向上任意位置處；B為原油體積系數，無因次；Ct為綜合壓縮系數，MPa-1；n為流性指數。

式（11）即為聚合物溶液的基本滲流微分方程。3.1.3定解條件內邊界定產、外邊界定壓的條件為

初始條件

3.2.1差分方程的建立計算中采用不均勻網格，對時間采用向前差分，對空間采用中心差分，得到不均勻網格下基本微分方程的差分方程

結合定解條件及差分方程，得到一個三對角方程組

系數矩陣中各參數均為飽和度和流速的函數，要用LU分解法通過反復迭代才能求得各產量Q對應的井底流壓pwf值，從而得到油井流入動態曲線。3.2.2油井綜合IPR曲線確定方法差分法所得的流入動態曲線只是單一液相（即聚合物溶液）的IPR曲線。為求得聚驅井產出液綜合流入動態曲線，應用Petrobras有關綜合流入動態曲線確定方法，就能得到聚驅油藏不同含水條件下生產井綜合IPR曲線。油相流入動態曲線可以用直線方程來表示

油井產液量為Qt時，油相流入動態曲線上所對應的井底流壓為

其中

式中，Jo為采油指數，m3/（d·MPa）；Qt為油井產液量，m3/d；k為油藏平均滲透率，D；h為油藏厚度，m；μ0為聚合物溶液初始黏度，mPa·s；Re為油藏半徑，m；re為井半徑，m。

油井綜合流入動態曲線上的井底流壓可用含水率fw加權的方法來確定，即

式中，pwfo為油相流入動態曲線上所對應的井底流壓，MPa；pwfp為水相流入動態曲線上所對應的井底流壓，MPa；pwf為綜合流入動態曲線上所對應的井底流壓，MPa。

聚驅油藏不同含水率條件下油井綜合IPR曲線確定方法如下：給定不同產液量Qt后，先應用差分法方程求得水相流入動態曲線對應的井底流壓pwfp，再根據式（18）計算油相流入動態曲線對應的井底流壓pwfo，然后應用式（20）求得綜合流入動態曲線的井底流壓pwf值。

3.3產能影響因素分析

本文選用大慶油田某一聚驅油井的基本數據為：k =535 mD，h =15 m，f=0.310，注入液流變參數為Ki=390 mPa·s，ni=0.540，產出液的流變參數為Kp=65 mPa·s，np=0.810，注入井與生產井之間的距離為270 m，初始油藏壓力為13.50 MPa。網格劃分數為30。分析各種因素對流入動態的影響。

3.3.1 基本模型的IPR曲線由圖1可以看出，聚合物驅流體在地層中穩定滲流時，其流入動態曲線與常規水驅IPR曲線有明顯不同的特點。常規水驅IPR曲線在直角坐標系下為一上凸曲線，而冪律流體的油井流入動態曲線在直角坐標系下為一上凹的曲線。

圖1　基本模型的IPR曲線

3.3.2彈性黏度的影響由圖2可知，考慮聚合物溶液的彈性黏度時，油井IPR曲線會向左偏移。考慮彈性黏度時，聚合物溶液有效黏度變大，流動阻力變大，相同井底流壓下產液量減少。但由于聚合物分子對殘余油拖拉攜帶能力更強，因此，油井產油量會上升，含水率會下降。

圖2　考慮彈性黏度時的IPR曲線

3.3.3聚合物溶液濃度的影響由圖3可知，油井井底流壓一致時，產液量隨著聚合物濃度增加而降低，IPR曲線越向y軸靠近，下凹越明顯。提高濃度，聚合物黏度增加，滲流阻力會增大，此外還會導致分子間纏結作用增強，注入液黏度變大，因此，油層產液能力降低，地層流體流入特性曲線變差。

3.3.4含水率的影響由圖4知，隨著含水率增高，IPR曲線逐漸向外擴張，即在相同流壓下，油井產液量將逐漸升高。隨著含水率的增加，產出液黏度相對較低，地層流體流動性更強，在相同流壓下，油井產液量增加。

3.3.5產出液稠度系數和流性指數的影響圖5、圖6為產出液的流變參數發生變化時的油井IPR曲線，結果表明，隨產出液稠度系數增加和流性指數降低，產出液黏性增強，地層流體流動性減弱，相同壓差下油藏產液能力降低。

圖3　不同聚合物濃度下的IPR曲線

圖4不同含水率下的IPR曲線

圖5　產出液稠度系數變化時的油井IPR曲線

圖6　產出液流性指數變化時的油井IPR曲線

3.3.6注入液稠度系數和流性指數的影響圖7、圖8為注入液的流變參數發生變化時的油井IPR曲線，結果表明，隨注入液稠度系數增加和流性指數降低，注入液黏度變大，聚合物分子受到的拉伸作用越明顯，注入液在油層中流動能力降低，油井產液量下降。

圖7　注入液稠度系數變化時的油井IPR曲線

圖8　注入液流性指數變化時的油井IPR曲線

3.3.7滲透率的影響圖9是不同滲透率下降系數下的流入動態關系曲線，反映了滲透率變化對流入動態曲線的影響。滲透率下降系數越大，油井產液量越小。出現上述情況的原因是：滲透率下降系數越大表明井底污染越嚴重，滲流阻力變大，流體流動能力降低，反映在IPR曲線上，即油井產液量下降。

圖9　不同滲透率下降系數的IPR曲線

4　結論

（1）建立了考慮油藏地質參數、聚合物溶液濃度、黏彈性、流變參數、含水率等因素影響下地層流體的有效黏度關系式，能更準確地描述聚合物油藏地層流體在地層中的滲流情況。

（2）稠度系數K隨著聚合物溶液濃度的增大而增大，反映了聚合物的增稠特性；流性指數n隨著溶液濃度的增大而減小，反映了聚合物溶液偏離牛頓流體特性的程度。

（3）由產能影響因素分析可知：考慮彈性黏度時，相同井底流壓下產液量減少；聚合物濃度越高，產液量越低；隨產出液稠度系數增加和流性指數降低，產液量越低；隨注入液稠度系數增加和流性指數降低，產液量越低；滲透率降低幅度越大，流體流動能力相應降低，油井產液量越低；隨著含水率的增加，油井產液量增加。

（4）不同條件下流入動態曲線相似，可仿照Vogel的方法通過數值模擬研究得到聚合物驅油井IPR曲線方程。

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（修改稿收到日期2015-03-16）

〔編輯朱偉〕

Research on productivity law of polymer flooding oil wells

HAN Guangming1, DAI Zhaoguo2, FANG Yuan3, SHAN Xiuhua1, GUO Rui4, FU Xinyong4
（1. Chengde Advanced Petroleum College, Chengde 067000, China;
2. Downhole Testing Company of Jianghan Petroleum Engineering Co. Ltd., SINOPEC, Wuhan 430048, China; 3. Gudao Oil Production Plant of Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257231, China; 4. Huabei Oilfield Company, CNPC, Renqiu 062552, China）

Research on the productivity law of polymer flooding wells can provide references for selection of oil production system and formulation of oilwell working system. In the test, the rheology of polymer solution was studied, and an integral model for effective viscosity of formation fluid was built which took into account such factors as watercut, rheology, solubility of polymer solution, viscoelasticity. Then based on the above, a model for forecasting polymer flooding oilwell productivity was built for polymer flooding blocks using changes in pressure and production as definite conditions, and sensitivity research was performed for oil productivity. The research result shows that fluid production will decrease with the increase of consistence coefficient of produced fluid and flow index or with the increase of consistence coefficient of injected fluid and decrease of flow index. And that, fluid production will decrease at the same bottom flow-pressure when the permeability decreased degree increases or when viscoelasticity is considered. Oilwell fluid production will increase with the decrease of polymer concentration or the increase of watercut. In addition, the inflow performance relationship (IPR) curves are similar under different conditions, so the polymer flooding IPR curve equation may be obtained through numerical simulation research using Vogel method.

polymer flooding; rheology; effective viscosity; productivity model; sensitivity analysis

TE357.4

A

1000 – 7393（ 2015 ） 03 – 0093 – 05

10.13639/j.odpt.2015.03.021

韓光明，1978年生。2006年畢業于中國石油大學（華東）石油工程學院油氣田開發工程專業，主要從事石油工程技術的理論與技術研究。電話：0314-2374776。E-mail：dahan1014@163.com。

引用格式：韓光明，代兆國，方圓，等.聚合物驅油井產能規律研究［J］.石油鉆采工藝，2015，37（3）：93-97.