聚合物驅后注氣穩定重力復合驅數值模擬

高明王強馬德勝劉朝霞劉皖露

1.提高石油采收率國家重點實驗室；2.中國石油勘探開發研究院

聚合物驅后注氣穩定重力復合驅數值模擬

高明1，2王強1，2馬德勝1，2劉朝霞1，2劉皖露1，2

1.提高石油采收率國家重點實驗室；2.中國石油勘探開發研究院

引用格式：高明，王強，馬德勝，劉朝霞，劉皖露. 聚合物驅后注氣穩定重力復合驅數值模擬［J］.石油鉆采工藝，2016，38（4）：494-498.

聚合物驅后剩余油分布高度零散、頂部油層剩余油難以動用，而聚驅后的主導技術尚無明確方法。在原油受力分析的基礎上，提出了油藏頂部注氣、底部三元復合驅的思路。針對大慶聚合物驅后區塊，進行了不同驅替方式的預測對比研究。結果表明，注氣穩定重力復合驅效果最好，提高采收率幅度達到了13.53%。對比不同驅替方式的頂部油層剩余油飽和度，注氣穩定重力復合驅能夠將頂部低滲透油層有效動用，剩余油大幅減少。分析不同時間點的縱向剩余油飽和度分布，頂部注氣后利用縱向壓差驅替剩余油向下運移，底部實施三元復合驅利用平面壓差驅替剩余油，實現了立體驅替。注氣穩定重力復合驅技術為聚驅后提高采收率技術的發展提供了新思路。

聚合物驅后；注氣穩定重力復合驅；數值模擬；剩余油分布

大慶油田實施聚合物驅的區塊陸續進入后續水驅階段，聚合物驅結束后的采出程度為50～60%，仍有近一半的地質儲量殘留地下［1-5］。近年來，針對聚驅后如何進一步提高采收率，在室內和現場開展了微生物采油、泡沫復合驅油、熱力采油、聚表劑驅油和挖掘分流線剩余油等方法的探索性研究，取得了初步性認識和成果，但聚驅后主導技術尚不明確［6-11］。

從機理上看，聚合物驅后非均質變強、后續驅油劑面臨“二次波及”的問題，相對聚驅前難度更大。聚合物吸附于巖石表面、滯留于小孔喉，后續驅油劑接觸殘余油條件變差。針對這一難題，提出了聚合物驅后注氣穩定重力復合驅技術，并利用數值模擬技術進行了分析計算，研究結果能夠為聚合物驅后進一步提高采收率技術的應用提供一定的理論依據。

1　聚合物驅后油藏剩余油分布特點Distribution features of residual oil in reservoirs after polymer flooding

剩余油分布規律是聚驅后進一步提高采收率技術研究的基礎，搞清聚合物驅后剩余油分布特征對于研究聚驅后進一步提高采收率方法和途徑至關重要。利用聚驅前、聚驅后密閉取心井多個巖樣塊資料，統計分析了聚驅前后剩余油變化特征及剩余儲量潛力。聚驅后縱向上弱未水洗段與中強水洗段交互分布，油層頂部剩余油富集，縱向剩余油可分為4種類型：油層頂部型、層內夾層型、層內韻律型、薄差油層型。聚驅后水洗厚度比例接近90%，油層動用狀況得到明顯改善，聚驅前強水洗厚度占比18.6%，聚驅后強水洗厚度高達41.8%，比水驅增加23.2%，27.6%的厚度處于水驅殘余油狀態。

平面上剩余油分布更加零散，剩余油主要分布在河道邊部和砂體變差部位。聚驅前含油飽和度主要分布為45%～65%，聚驅后含油飽和度主要分布為35%～45%，聚驅前平均含油飽和度52.8%，聚驅后平均剩余油飽和度40.9%，較聚驅前降低了11.9個百分點。聚驅后仍有一定的物質基礎和潛力，還有進一步挖潛的余地。如圖1所示，通過室內微觀實驗分析，聚驅后油藏微觀剩余油分布以油膜、油滴、窄喉道和盲端等非連續高度零散形態賦存［12-13］。

圖1　聚驅后微觀剩余油分布狀態Fig.1 Microscopic distribution of residual oil after polymer flooding

2　聚合物驅后注氣穩定重力復合驅基本思路Fundamental thought of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding

目前大慶油田已經對多項聚驅后進一步提高采收率技術進行了積極的探索，自2005年以來，共開展了聚表劑驅、熱力采油、微生物采油、二元復合驅、殘余聚合物調剖5種類型10項現場試驗，依據對聚驅后開展時機、井網方式和驅油體系的研究得出，聚驅后走“調、堵、驅”相結合的技術路線可以提高采收率5%～8%，雖有效果但不甚理想；有效的升級換代技術應該進一步提高采收率達10%～15%以上。

針對聚驅后剩余油分布的狀況，提出了油藏頂部注氣、底部三元復合驅的思路。如圖2所示，在厚油層內部或無隔層小層間，油層頂部水平井注氣，并通過氣頂擴張來驅替原油，剩余油向下驅替，避免了水平氣驅因儲層非均質性和氣體黏性指進引起的氣竄、波及效率低等問題，實現頂部剩余油的動用。油層底部注入三元復合驅油體系，驅替底部以及頂部氣驅驅替下來的剩余油，實現油藏的立體開發。

圖2　聚驅后穩定重力復合驅技術思路Fig.2 Thought of stable gravity flooding after polymer flooding

在高含水期，油層經過長期水洗，流體相互之間的浮力，經過對流體長期而持久的作用，使油水產生上下分離的趨勢，在孔隙中油、水不斷上、下分離運動，從而造成油層上部剩余油富集，上部剩余油無法受到較好的水驅作用。在近注水井和生產井一定區域內，壓力下降很快，驅替壓力梯度較高，浮力所起的作用很小，浮力和重力的合力與水平方向的夾角很小，有利于使原油驅向水平方向；但逐漸到了離井點一定距離的油層內部，從注水井到油井方向過渡過程中驅替壓力梯度變得很小，驅替壓力梯度的方向是從水井指向油井，但浮力沒有大的變化，水對單位體積的浮力與油的重力差在高含水條件下可以看作是恒定的，浮力和重力的合力與水平方向的夾角有所增加且方向向上傾斜，使原油慢慢移向上方。

注氣穩定重力復合驅通過氣頂擴張來驅替油層頂部剩余油，使剩余油從油層頂部流向油層底部。在油層底部進行三元復合驅驅替時，氣體驅動力與重力的聯合作用，克服流體的浮力及流動阻力，抑制油的向上移動，使油層底部三元復合驅能保證較好的驅替效果。

3　聚合物驅后提高采收率技術對比分析Comparison of available EOR techniques after polymer flooding

利用大慶某聚驅后正韻律沉積區塊進行了數值模擬研究，區塊面積1.51 km，平面網格步長為10 m，油層厚度24 m，模型縱向劃分為20個模擬層，聚驅后采出程度51.48%。

3.1剩余油分布研究

Distribution of residual oil

（1）平均剩余油飽和度場。將各層剩余油飽和度加和平均，得出平均剩余油飽和度場，對比不同驅替方式剩余油飽和度場，如圖3所示。

圖3　聚驅后剩余油飽和度場Fig.3 Residual oil saturation field after polymer flooding

從圖中可以看出，泡沫驅可以有效擴大波及體積，但提高驅油效率有限，總體剩余油飽和度較高；凝膠+三元復合驅、注氣穩定重力驅存在局部剩余油；注氣穩定重力復合驅驅替效率高，剩余油較少，且驅替均勻。

（2）頂部小層剩余油飽和度場。將頂部1～5小層剩余油飽和度場加和平均，得出頂部小層平均剩余油飽和度場，如圖4所示。常規化學驅技術頂部油層驅替效果差、剩余油較多，注氣穩定重力復合驅將頂部低滲透油層有效動用、剩余油大幅減少。

圖4　1～5層平均含油飽和度場（共20層）Fig.4 Average oil saturation field of layer 1-5 （with 20 layers in total）

（3）縱向剩余油飽和度場。切取注氣穩定重力復合驅不同時間縱向剖面，頂部注氣降低殘余油飽和度，利用縱向壓差驅替剩余油向下運移，底部實施復合驅驅替剩余油，利用平面壓差開采，實現立體驅替，如圖5所示。

圖5　注氣穩定重力復合驅縱向剖面剩余油飽和度場Fig.5 Residual oil saturation field in vertical profile after gas injection for stable gravity flooding

3.2提高采收率預測結果對比分析

Comparison of predicted EOR performance

進行了凝膠調驅、泡沫驅等不同驅替方式的效果預測，結果見表1。聚驅后不同方法提高采收率差異較大，在凝膠調驅的基礎上進行三元復合驅采收率可達到11.39%，而注氣穩定重力復合驅效果最好，提高采收率達到了13.53%，降水增油效果良好，結果如圖6、圖7所示。

表1　聚驅后不同驅替方式提高采收率結果Table 1 EOR performance of different displacement techniques after polymer flooding

4　結論Conclusions

（1）針對聚驅后宏、微觀剩余油高度分散，油層頂部剩余油富集的特點，提出了注氣穩定重力復合驅的思路。進行了不同技術的平均剩余油飽和度場、頂部小層剩余油飽和度場和縱向剩余油飽和度場的分析，結果表明聚驅后注氣穩定重力復合驅有效驅替油藏頂部剩余油，實現油藏的立體開發。

圖6　聚驅后不同驅替方式提高采收率預測結果Fig.6 Predicted EOR of different displacement techniques after polymer flooding

圖7　聚驅后不同驅替方式含水變化預測結果Fig.7 Predicted changes in water cut of different displacement techniques after polymer flooding

（2）對比不同驅替方式的數值模擬結果，提高采收率差異較大，聚驅后注氣穩定重力復合驅效果最好，提高采收率幅度達到了13.53%，為聚驅后提高采收率技術的探索提供了新思路。

［1］ 朱友益，侯慶鋒，簡國慶，馬德勝，王哲.化學復合驅技術研究與應用現狀及發展趨勢［J］.石油勘探與開發，2013，40（1）：90-96. ZHU Youyi， HOU Qingfeng， JIAN Guoqing， MA Desheng， WANG Zhe.Current development and application of chemical combination flooding technique ［J］. Petroleum Exploration and Development， 2013， 40 （1）: 90-96.

［2］ 程杰成，吳軍政，陳國，韓培慧，趙昌明.化學驅實用數學模型及其應用［J］ .大慶石油地質與開發，2014，33 （1）：116-121. CHENG Jiecheng， WU Junzheng， CHEN Guo， HAN Peihui， ZHAO Changming.Practical mathematical model and its application for chemical flooding［J］.Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing， 2014， 33 （1）: 116-121.

［3］ 趙鳳蘭，岳湘安，侯吉瑞，李凱.堿對復合驅油體系與原油乳化作用的影響［J］.石油鉆探技術，2010，38（2）：62-66. ZHAO Fenglan， YUE Xiang’an， HOU Jirui， LI Kai. Impact of alkali on emulsification of compound flooding system and crude oil ［J］.Petroleum Drilling Techniques，2010， 38（2）: 62-66.

［4］ 沈平平，袁士義，鄧寶榮，宋杰，沈奎友.化學驅波及效率和驅替效率的影響因素研究［J］.石油勘探與開發，2004，31（1）：1-4. SHEN Pingping， YUAN Shiyi， DENG Baorong， SONG Jie， SHEN Kuiyou.Influence factors of oil displacement efficiency and sweep efficiency in chemical flooding［J］. Petroleum Exploration and Development， 2004， 31（1）: 1-4.

［5］ 張繼成，張彥輝，戰菲，孫麗艷.聚驅后油田剩余油潛力分布規律研究［J］.數學的實踐與認識，2010，40（13）：57-62 ZHANG Jicheng， ZHANG Yanhui， ZHAN Fei， SUN Liyan.Investigation on the distribution rule of potential of remaining oil after polymer flooding［J］.Mathematics in Practice and Theory， 2010， 40（13）: 57-62.

［6］ 曹瑞波，韓培慧，高淑玲.不同驅油劑應用于聚合物驅油后油層的適應性分析［J］.特種油氣藏，2012，19（4）：100-103. CAO Ruibo， HANG Peihui， GAO Shuling. Adaptability of different oil displacement agents in reservoir formations after polymer flooding ［J］. Special Oil and Gas Reservoirs， 2012， 19 （4）: 100-103.

［7］ 韓培慧，蘇偉明，林海川，高淑玲，曹瑞波，李宜強.聚驅后不同化學驅提高采收率對比評價［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（5）：44-48. HAN Peihui， SU Weiming， LIN Haichuan， GAO Shuling，CAO Ruibo， LI Yiqiang.Evaluation and comparison of different EOR techniques after polymer flooding［J］. Journal of Xi’an Shiyou University: Natural Science Edition， 2011， 26（5）: 44-48.

［8］ 孫靈輝，劉衛東，趙海寧，吳文祥.聚合物驅油后高彈性聚合物驅油方法探索［J］.西南石油大學學報，2007，29 （6）：112-115. SUN Linghui， LIU Weidong， ZHAO Haining， WU Wenxiang. Oil displacement by using high-elastic polymer after polymer flooding ［J］. Journal of Southwest Petroleum University， 2007， 29 （6）: 112-115.

［9］ 李麗娟.大慶油田一類油層聚驅后聚表劑驅油技術［J］.大慶石油地質與開發，2013，32（3）：118-122. LI Lijuan.Oil displacing technique by polymer and surfactant after polymer flooding for typeⅠoil reservoir in Daqing Oilfield［J］. Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing， 2013， 32（3）: 118-122.

［10］ 吳莉玲，王惠衛，杜勇，蔣彩紅，段小坤.雙河油田聚驅后二元復合驅效果評價—以核桃園組三段Ⅱ油組5層為例［J］.石油天然氣學報，2014，36（3）：348-351. WU Liling， WANG Huiwei， DU Yong， JIANG Caihong，DUAN Xiaokun. Performance evaluation of surfactant/ polymer combined flooding after polymer flooding in Shuanghe Oilfield: a case study of 5 layers in No. II oilbearing formation of Interval 3， Hetaoyuan Formation ［J］. Journal of Oil and Natural Gas， 2014， 36（3）: 348-351.

［11］ 王亮，盧祥國，鄧慶軍，肖龍.聚合物驅后進一步提高采收率方法及其技術經濟效果評價［J］.油田化學，2010，27（4）：385-390. WANG Liang ， LU XiangGuo， DENG QingJun， XIAO Long.EOR technology after polymer flooding and it’s technical and economic evaluation ［J］.Oilfield Chemistry， 2010， 27（4）: 385-390.

［12］ 宋考平，李世軍，方偉，吳家文，穆文志.用熒光分析方法研究聚合物驅后微觀剩余油變化［J］.石油學報，2005，26（2）：91-95. SONG Kaoping， Li Shijun， FANG Wei， WU Jiawen， MU Wenzhi.Fluorescence analysis on changeable rules of microscopic remaining oil after polymer flooding ［J］. ACTA Petrolei Sinica， 2005， 26（2）: 91-95.

［13］ 白振強，吳勝和，付志國.大慶油田聚合物驅后微觀剩余油分布規律［J］.石油學報，2013，34（5）：924-931 BAI Zhenqiang， WU Shenghe， FU Zhiguo.The distribution of microcosmic remaining oils after polymer flooding in Daqing Oilfield ［J］. ACTA Petrolei Sinica，2013， 34（5）: 924-931.

修改稿收到日期 2016-06-12

〔編輯 李春燕〕

Numerical simulation of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding

GAO Ming1，2， WANG Qiang1，2， MA Desheng1，2， LIU Zhaoxia1，2， LIU Wanlu1，2
1. State Kay Laboratory of Enhanced Oil Recovery， Beijing 100083， China；2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development， Beijing 100083， China

Residual oil after polymer flooding is very scattered， and residual oil in top sections of reservoir formations is extremely difficult to develop， yet there is no prevailing technology suitable for development after polymer flooding. Based on analysis of stress on crude oil， the idea of injecting gas at the top section of the reservoir and conducting ASP flooding in bottom section has been proposed in this paper. Performances of different displacement modes have been predicted for some blocks of Daqing Oilfield after polymer flooding. The research results show gas injection for stable gravity flooding has the best performance， with a EOR increment of 13.53%. Comparing residual oil saturation obtained through application of different displacement modes， gas injection for stable gravity flooding can effectively develop low-permeability formations in the top section and reduce residual oil significantly. Vertical distribution of residual oil saturation at different time points was analyzed. After gas injection in the top section， differential pressure in vertical direction may drive residual oil to migrate downward， while ASP flooding conducted in bottom section may drive residual oil by horizontal differential pressure， thus realizing 3-dimensional flooding. Gas injection for stable gravity flooding may provide a viable option for EOR after polymer flooding.

after polymer flooding； gas injection for stable gravity flooding； numerical simulation； residual oil distribution

TE357

A

1000 - 7393（ 2016 ） 04- 0494- 05

10.13639/j.odpt.2016.04.017

GAO Ming， WANG Qiang， MA Desheng， LIU Zhaoxia， LIU Wanlu. Numerical simulation of gas injection for stable gravity flooding after polymer flooding［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2016， 38（4）: 494-498.

中國石油“十三五”油氣田開發重大科技項目“礫巖及斷塊油藏化學驅優化設計技術”（編號：2016B-1104）；中國石油勘探開發研究院超前儲備研究項目（編號：2015yj-03）。

高明 （1980-），博士，主要從事油氣田開發方面的研究工作，工程師。通訊地址：（100083）北京市海淀區學院路20號中國石油勘探開發研究院采收率所。 E-mail：gaoming010@petrochina.com.cn