注聚井參數優化及合理注采壓力梯度研究

劉義坤 夏麗華 文華 王鳳嬌 王永平 蔣云燕

摘 要：聚合物驅是提高采收率的重要手段，注聚參數的選擇和合理聚驅壓力梯度的構建對聚合物驅開發效果尤為重要。注入濃度、注入強度和采出強度是影響聚驅開發效果的主要因素，應用排列組合的設計方法進行方案初步設計，根據數值模擬預測結果優選注聚參數組合，分別對含水下降期、含水低值期和含水上升期三個不同聚驅開發階段的儲層合理開發政策界限進行界定和分析，并提出相應的挖潛調整建議。結合注聚參數優化結果，對采收率和聚驅波及系數隨聚合物驅替壓力梯度的變化規律進行回歸分析。研究表明：含水率下降期采取高濃度，中等注采強度注聚；含水低值期中等濃度、低注采強度較為適宜；含水上升期采取低濃度，高注采強度能有效提高采收率；采收率和波及系數隨聚驅壓力梯度增大呈上升趨勢。該項研究對調整聚驅注聚方案指導油田開發具有重要意義。

關 鍵 詞：聚合物驅；體積波及系數；提高采收率；驅替壓力梯度；注聚濃度

中圖分類號：TE 357 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1534-04

Parameter Optimization of Polymer Injection Wells and Research on Reasonable Injection-production Pressure Gradient

LIU Yi-kun1， XIA Li-hua1， WEN Hua1， WANG Feng-jiao1， WANG Yong-ping2， JIANG Yun-yan1

（1. College of Petroleum Engineering ，Northest Petroleum University， Heilongjiang Daqing163318， China；

2. Bohai Oilfield Research Institute， Tianjin Branch of CNOOC Limited， Tianjin 300452， China）

Abstract： Polymer flooding is an important means to enhance oil recovery， so the selection of polymer injection parameters and building a reasonable pressure gradient are important for the development of polymer flooding. In this paper， choosing injection concentration， injection intensity and production intensity as main factors， the scheme was designed by using the way of permutation and combination. The optimal combination of injection parameters in different period was obtained based on the numerical simulation， and then the best range of parameters was determined， and corresponding adjustment suggestions were put forward. Combined with the optimal results of polymer injection parameters， regression analysis of the recovery efficiency and sweep efficiency changing with the polymer displacement pressure gradient was carried out. The results show that， high concentration and medium injection-production strength should be used in water cut descending stage； moderate concentration and low injection-production strength should be used in low water cut stage； low concentration and high injection-production strength should be used to improve the recovery in water cut increasing stage. Recovery efficiency and sweep efficiency increase with the increase of pressure gradient.

Key words： Polymer flooding； Volumetric sweep efficiency； Improving the recovery efficiency； Displacement pressure gradient； Concentration of the polymer injection

隨著油氣勘探開發的不斷深入，大慶油田已進入高含水期，因此聚合物驅油技術在油田的推廣應用，成為油田可持續發展的重要措施。近年來，關于聚合物驅注聚方案和參數有了很多新的進展，然而僅僅是針對井區注聚過程整體的分析和優選[1]，卻沒有考慮在注聚過程中含水率和產油量變化較大的不同階段，應該應用不同注聚參數的問題，這樣就會對注聚井的最終采收率造成一定的影響。聚合物驅的對采收率影響的因素有很多[2]，其中波及系數和壓力梯度起著至關重要的作用，大部分學者對于壓力梯度和波及系數的研究[3]，都是對啟動壓力梯度進行分析說明，而將壓力梯度對波及系數和采收率影響進行分析的相對較少。本文針對大慶油田S區塊展開注聚參數優化和注采壓力梯度研究。

目前S區塊綜合含水已達到92.46%，已進入高含水后期開采，剩余油分布零散，水驅調整難度越來越大，聚合物驅調剖籠統，調剖強度控制難度大，調剖強度過大、過小都影響調剖效果，且部分注聚井由于壓力太高達不到配注要求，嚴重影響了聚驅開發效果。為減緩產量遞減，改善油田開發效果，需要在S區塊開展了注聚參數優化的研究。聚合物驅開發效果不僅與流體的性質和油層的非均質性有關，還與聚合物注入強度、聚合物溶液濃度與采液強度等因素有關。通過對該區塊進行數值模擬研究，選取注入濃度、注入強度和采液強度為因素應用排列組合設計方法，對各方案進行了開發效果預測。通過優選方案得到含水下降期、含水低值期（含水量達到最低值）和含水上升期（注水量為0.8 PV）三個不同階段的各個參數，進而分析他們對采收率的影響規律[4-7]，采取更為有效的措施改善油田開發效果，提高原油采收率。

1 注聚方案的確定

通過Petrel建立區塊地質模型，該試驗井組地質模型的總網格數為867 360個網格，Eclipse建立數值模型，并進行儲量擬合和歷史擬合，全區擬合符合率達到98%以上，單井符合率在85%以上，擬合精度達到要求，可進行方案預測。跟據現場實際和注入參數情況對方案進行設計，設如表1所示。

表1 方案設計表

Table 1 The scheme design

水平數 注入濃度/

（mg·L-1） 注入強度/

（m3·d-1·m-1） 采液強度/

（m3·d-1·m-1）

1 1 000 5 5

2 1 100 6 6

3 1 200 7 7

4 1 300 8 8

5 1 400 9 9

6 1 500 10 10

7 1 600 11 11

8 1 700 12 12

9 1 800

10 1 900

11 2 000

根據自由組合得到注采濃度、注入強度和采液強度的水平數分別為11、8和8，共有11×8×8=704組方案，經過Eclipse數值模擬得到方案的各個參數數據，三個時期采收率范圍分別為0.73%～0.99%，7.55%～9.89%，8.21%～20.34%。結合目標區塊礦場實際資料，注聚井井底壓力低于15 MPa難以啟動低滲透層，地層的破裂壓力為25 MPa，故井底流壓處于15～25 MPa，含水下降期合理流壓范圍是4.5～6 MPa，含水低值期流壓范圍是3.5～4.5 MPa，含水上升期流壓合理流壓范圍是4～5.5 MPa，分別優選出這三個時期采收率最高的兩個方案作為該時期的優化方案。

2 注聚方案優化

通過對以上方案進行模擬得到三個不同階段的采收率、井底流壓和含水率等。

以壓力梯度、采收率、井底流壓等作為優化評價指標，優選出三個時期的最佳合理注入參數，通過Eclipse數值模擬得到優化方案的采收率和含水率隨時間變化的關系圖和聚合物驅替圖，計算得到各個時期的波及系數。

2.1 含水下降期優化方案和參數

通過Eclipse數值模擬得到最優方案采收率和含水率隨注入PV數變化的關系曲線（圖1）和聚合物波及范圍示意圖（圖2）。

圖1 含水下降期優化方案最優方案

含水率和采收率隨注入量的變化曲線

Fig.1 Moisture content and recovery curve change with the injection rate in water cut descending stage in the best plan

圖2 含水下降期優化最優方案和其次方案聚合物驅替圖

Fig.2 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in water cut descending stage

通過以上研究得到含水下降期的兩個最優方案相關參數如表2所示。

表2 含水下降期最優方案與其次方案注入參數

Table 2 Injection parameters of the best plan and the second plan in water cut descending stage

方案 注入濃度/

（mg·L-1） 采液強度/

（m3·d-1·m-1） 注入強度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度/（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數

1 1 700 9 9 17.94 0.071 3 0.98 95.82 0.17

2 1 800 10 10 17.68 0.071 0 0.97 96.44 0.16

含水下降期優化最優方案的注入濃度范圍是

1 700～1 800 mg/L，采液強度范圍是9～10 m3/（d·m），注入強度范圍是9～10 m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是17～18 MPa，合理壓力梯度范圍是0.071～0.071 3 MPa/m，采收率范圍是0.97%～0.99%，波及系數范圍是0.16～0.17。含水下降期優化后選擇的是較高的注聚濃度，注采強度中等，在高濃度的聚合物的作用下如果注采強度較高地層壓力很快會達到地層的破裂壓力故只能選擇注采強度中等。

2.2 含水低值期優化方案和參數

通過Eclipse數值模擬得到最優方案采收率和含水率隨注入PV數變化的關系曲線（圖3）和聚合物波及范圍示意圖（圖4）。

圖3 含水低值期最優方案采收率和含水率與時間關系圖

Fig.3 Relation graph of moisture content ， recovery curve and time of the best plan in low water cut stage

圖4 含水低值期優化最優方案

和其次方案含水低值期聚合物驅替圖

Fig.4 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in low water cut stage

通過以上研究得到含水低值期優化的方案如表3所示。

表3 含水低值期最優方案與其次方案注入參數

Table 3 Injection parameters of the best plan and the second plan in low water cut stage

方案 注入濃度

/（mg·L-1） 采液強度/

（m3·d-1·m-1） 注入強度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度/（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數

1 1 600 6 5 20.91 0.099 6 8.74 81.57 0.84

2 1 500 7 6 20.52 0.098 0 8.58 83.44 0.80

含水低值期優化最優方案的注入濃度范圍是

1 500～ 1 600 mg/L，采液強度范圍是6～7 m3/（d·m），注入強度范圍是5～6 m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是20～21 MPa，合理壓力梯度范圍是0.0996～0.098 MPa/m，采收率范圍是8.58%～8.74%，波及系數范圍是80%～85%。兩個方案相比，最優方案有較大的注入濃度，較大的壓力梯度，說明在一定范圍內提高注入濃度可提高采收率，高濃度的聚合物溶液的前緣更加均勻，聚合物溶液接觸的油藏的容積更大，即波及系數更大。

2.3 含水上升期優化方案和參數

通過Eclipse數值模擬研究得到最優方案采收率和含水率隨注入PV數變化的關系曲線（圖5）和聚合物波及范圍示意圖（圖6）。

圖5 含水上升期最優方案采收率和含水率與時間關系圖

Fig.5 Relation graph of moisture content ， recovery curve and time of the best plan in water cut increasing stage

圖6 含水上升期優化最優方案和

其次方案含水上升期聚合物驅替圖

Fig.6 Polymer displacement diagrams of the best plan and the second plan in water cut increasing stage

通過以上研究得到含水上升期優化的方案如表4所示：

表4 聚驅含水上升期最優方案與其次方案注入參數

Table 4 Injection parameters of the best plan and the second plan in water cut increasing stage

方案 注入濃度

/（mg·L-1） 采液強度/

（m3·d-1·m-1） 注入強度/

（m3·d-1·m-1） 井底壓

力/MPa 合理壓力梯

度（MPa·m-1） 采收

率，% 含水

率，% 波及

系數

1 1 300 9 9 22.24 0.108 3 18.26 92.53 0.93

2 1 400 10 9 21.78 0.108 0 17.98 92.32 0.93

含水上升期優化最優方案的注入濃度范圍是

1 300～1 400 mg/L，采液強度范圍是9～10 m3/（d·m），注入強度是9m3/（d·m），注入井井底流壓范圍是21～23 MPa，合理壓力梯度范圍是0.108～0.1083 MPa/m，采收率范圍是17.98%～18.26%，波及系數范圍是0.93。區塊進入含水上升期后，油層吸入厚度明顯降低，尤其未得到充分動用的滲透率較低的薄差層下降幅度大，相對吸入量同時下降；而已得到較充分動用的滲透率較高的厚層，相對吸入量相應增加，吸入剖面反轉，無效注聚嚴重，故在注聚后期，注入低濃度的聚合物適當提高注采速度，控制含水回升速度效果更明顯，能有效提高采收率。

3 不同時期壓力梯度與采收率和波及

系數關系分析

聚合物驅能有效提高采收率的主要是隨著增加壓力梯度，進而擴大波及面積增加采收率。下面對三個時期優化后最優方案的聚合物驅替壓力梯度與采收率和聚驅波及系數的關系進行作圖分析，如圖7所示。

圖7 壓力梯度和采收率與波及系數的關系圖

Fig.7 The relationship between pressure gradient and the recovery rate and the sweep coefficient

通過上圖可知采收率和壓力梯度的關系滿足y=0.0036e78.952x，R?=0.9994，呈現指數的增長；壓力梯度和波及系數的關系滿足y=1.8759 ln（x）+5.1295，R?=0.9944，呈現對數增長；因此含水低值期是提高含水率的關鍵時期，在這個時期增大壓力梯度，對該時期采收率影響不大但能較大幅度提高含水上升期的采收率。

如圖7所示，從左到右依次對應的是含水下降期、含水低值期和含水上升期三者之間的關系。含水下降期采收率較低，注入高濃度的聚合物，使井底流壓迅速增大，故壓力梯度迅速增大，有利于后期提高采收率；從含水下降期到含水低值期波及系數迅速增大，這個時期壓力梯度增幅明顯，主要是為了啟動滲透率較低層，但是采收率增加幅度較小；含水上升期波及系數和采收率隨壓力梯度的增加而增大，含水上升期壓力梯度增加較小采收率增加較大，該研究成果為下一步聚驅井調整指明方向，更好地改善聚驅效果。

4 結 論

（1）優化后得到三個時期的最優方案分別為：含水下降期采取高濃度，中等注采強度，含水低值期采取中等濃度，較低的注采強度，含水上升期采取低濃度高注采強度的注采方案較為合適。

（2）通過對最優方案的壓力梯度與采收率和波及系數的研究分析可知，聚合物能有效提高波及系數和壓力梯度，進而提高采收率，其中含水低值期是提高含水率的關鍵時期，在這個時期采取適當的措施增大壓力梯度，對該時期采收率影響不大但能較大幅度提高含水上升期的采收率。

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（上接第1533頁）

而層段一、層段二注聚強度為7、10.5 m3/（d·m）的采收率提高0.13%，最低含水值為80.19%；層段一、層段二注聚強度為11、7.2 m3/（d·m）的采收率提高0.34%，最低含水值為79.84%。因此優選出分層注聚強度層段一、層段二均為9 m3/（d·m）。

5 結 論

（1）分層注聚可以改善聚合物驅注聚剖面，解決注聚層間吸聚差異大的問題，全區含水下降，含水穩定期延長，累產油增加。

（2）在含水下降期分層注聚比含水穩定期及含水回升期注聚效果好，因此，分層注聚時機越早越好。

（3）分層注聚強度層段一、層段二均為9 m3/（d·m）效果最好，階段采出率提高0.55%。

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