油層非均質性對聚驅開發效果的影響及調整對策
——以X油田為例

李國新

(中國石油大慶油田第五采油廠,黑龍江大慶 163513)

在化學驅提高采收率技術中,聚合物驅所占比例超過77%[1]。聚合物驅(以下簡稱聚驅)作為提高采收率的一項技術在大慶油田得到廣泛應用,并取得了較好的開發效果。為了能夠最大程度地提高聚驅采收率,本文基于已開發的工業化聚驅區塊,利用油層非均質性與動態變化特征相結合的方式,開展油層非均質性對聚驅開發效果的影響分析,為聚驅推廣提供開發管理經驗。

徐洪玲[2]關于非均質性對聚驅開發效果的影響研究主要基于理論模型;李昀龍等[3]認為儲層非均質性越強,中低滲透層剖面返轉時機越早,返轉幅度越小;朱焱等[4]認為強非均質性油層采用單一段塞的注入方式容易發生剖面返轉,導致聚合物溶液在高滲透層內部推進,中低滲透層不能得到有效動用。通過對X油田已結束注聚區塊分析,整個注聚階段注入化學劑用量為0.85～1.00 PV,聚驅階段提高采收率約12%。通過對比不同非均質性的聚驅區塊,在聚驅的不同開發階段,油層動態變化特征既有相似也存在差異。造成動態特征差異的原因除了注入體系和注入方式的影響之外,最主要的因素就是油層發育特征的差異[5]。

1 地質特征

X油田二類油層相比一類油層具有滲透率低、非均質性強、砂體發育較差的特點[3]。聚驅開發的二類油層由于沉積環境的變遷,砂體發育在順直或彎曲的窄小河道砂體與高彎曲的大型復合砂體之間相互轉換,各單元沉積環境及沉積特征有所不同。砂體發育有效厚度為8.2～10.4 m,滲透率為100×10-3～400×10-3μm2,整體河道砂鉆遇率較低,一般為30%～60%。砂體平面展布規模比一類油層小,油層滲透率變化范圍大,在平面及垂向上均表現出一定的非均質性。

2 非均質性對油層動態特征的影響

聚驅通過封堵高滲透層降低高滲透層滲流能力,進而提高注入壓力,增加中低滲透層的吸液量,其開發的主要原理就是通過化學劑改變油水流度比,利用增大水相黏度擴大對油層的波及體積,提高洗油效率,實現不同油層條件下的均衡動用[5-8]。在聚驅的整個開發階段,注采能力會隨著化學劑的不斷推進表現不同的動態特征,而保持較高的注采能力是實現聚驅開發目標的重要保障。因此,通過對已結束和正在注聚區塊的油層非均質性特征研究,分析其對油層開發效果的影響至關重要。

2.1 油層動用厚度

在聚驅開發過程中,油層吸水剖面反映了油層動用狀況,直接影響聚合物驅油效果[9]。不同非均質性油層在不同聚驅階段的動用厚度比例不同。從注聚初期到含水低值期,油層動用厚度比例逐步上升并在含水低值期達到高值,含水回升期后開始下降。

通過對4個不同非均質類型注聚區塊(非均質性由弱到強依次為A區塊、B區塊、C區塊、D區塊)內315口注入井連續3次吸水剖面的測試資料統計發現(圖1),注聚初期,非均質性較弱的A區塊油層吸液厚度比例最低,非均質性超強的D區塊油層吸液厚度比例最高,但隨著聚驅階段的推進,A區塊吸液厚度比例逐漸高于其他區塊。分析認為非均質性較弱的A區塊在聚驅驅替過程中,高滲透層封堵效果好,中低滲透層動用狀況得到持續改善,油層動用均衡,且在含水低值期油層動用厚度比例最高,可達83%。

圖1 不同非均質類型油層動用厚度

2.2 注采能力變化特征

視吸液指數和采液指數是聚驅注采能力的主要表征,可通過不同聚驅階段視吸液指數和采液指數的變化來分析各區塊注采能力。

2.2.1 注入能力的判定

隨著聚合物在油層中的不斷推進,油層非均質性對視吸液指數變化幅度的影響表現更加明顯。不同非均質類型的區塊視吸液指數在含水低值期下降幅度最大,非均質性越弱,視吸液指數下降幅度越大,到了含水回升期視吸液指數變化幅度小,基本保持穩定。非均質性較弱的A區塊在含水低值期視吸液指數下降幅度最大,說明注入濃度與油層匹配性更強,實現了聚驅降水增油的開發效果;非均質性超強的D區塊雖然在含水低值期的視吸液指數下降幅度最大,但在整個聚驅階段變化不大,說明聚合物對D區塊的封堵效果差,非均質性影響了聚合物的有效驅替,中低滲透層未得到有效動用,開發效果差(圖2)。

圖2 不同非均質類型視吸液指數下降幅度

2.2.2 采液能力的判定

不同非均質類型的區塊采液指數在含水低值期下降幅度最大,其中,非均質性強的區塊采液指數下降幅度相對較小,在含水回升期幅度差異變小。非均質性較弱的A區塊采液指數下降幅度最大,非均質性超強的D區塊采液指數下降幅度最小,說明在注聚初期,非均質性強的區塊優先動用高滲透層,造成初期采液指數快速下降,隨著聚合物的逐步推進,采液指數下降幅度逐漸減緩(圖3)。

圖3 不同非均質類型采液指數下降幅度

3 非均質性對聚驅含水變化規律及開發效果的影響

在分析非均質性對油層動用程度及注采能力影響的基礎上,進一步分析非均質性與聚驅含水變化規律及降水增油效果的關系,明確非均質性對聚驅開發效果的影響。

3.1 綜合含水變化規律

從不同非均質類型區塊的聚驅實際開發效果來看,非均質性越強,注聚初期含水下降越早,受效越快,在含水低值期含水下降幅度小且含水低值時間短,含水回升速度快,達不到聚驅效果,不利于聚驅開發,產生這種現象的主要原因就是油層的非均質性。注聚初期聚合物優先進入高滲透層,最先見到驅替效果,但卻造成聚合物單層突進,推進速度過快,中低滲透層動用程度低,未能達到較好的驅替效果,加上采出端過早的降低流壓水平,導致聚驅整體開發效果差。

由表1可以看出,非均質性超強的D區塊在整個聚驅階段,含水下降最早,但含水最低值高于其他區塊,且含水低值期時間短,含水回升速度快。非均質性較弱的A區塊受效最晚,含水下降最慢,含水回升速度慢。在注聚初期,含水下降速度緩慢說明聚合物高濃段塞對高滲透層封堵效果好,薄差層有效動用程度更高,聚驅開發效果好。

表1 不同非均質類型含水動態變化

3.2 采聚濃度差異性及存聚變化規律

3.2.1 采聚濃度差異性分析

在聚驅的含水回升階段,非均質性弱的區塊經過聚合物驅替后,油層動用均衡,采液能力下降較大,流壓水平較低。非均質性強的區塊受高滲透層影響,油層動用不均衡,這部分井采聚濃度和流壓水平均較高。統計不同非均質類型聚驅區塊從注聚初期到含水回升期的流壓降幅與采聚濃度升幅數據,結果表明,非均質性越強,流壓下降值越小,流壓降幅比例越小,而采聚濃度上升值越大,采聚濃度升幅比例越高。由表2可以看出,非均質性較弱的A區塊流壓下降最大,流壓降幅比例最大,采聚濃度上升最小,采聚濃度升幅比例最小;非均質性超強的D區塊流壓下降最小,流壓降幅比例最小,采聚濃度上升最大,采聚濃度升幅比例最大。

表2 不同非均質類型流壓降幅與采聚濃度升幅變化

3.2.2 聚合物在油層中存聚變化規律

聚合物在多孔介質內吸附滯留進而擴大注入水波及體積是聚驅提高采收率的主要機理[5]。聚合物用量越多,注入段塞越大,聚驅波及體積越大,開發效果越好[10]。為了驗證聚合物在非均質性油層中的滯留量對聚驅開發效果的影響,統計不同非均質類型區塊的存聚率,通過對比發現,在整個聚驅階段,非均質性越強,存聚率越低(圖4)。

圖4 不同非均質類型存聚率曲線

非均質性較強的C區塊和D區塊,油層存聚率一直低于非均質性較弱的A區塊和B區塊。油層中存聚率低對聚驅開發效果影響主要體現在兩方面:一是影響聚合物對中低滲透層的驅油面積;二是影響對高滲透油層的封堵效果,聚合物利用率低。

3.3 開發效果對比分析

隨著聚合物的推進,采出井陸續見到聚驅效果,含水逐步下降到最低點,可以用含水下降到最低點時的產油量與初始含水時產油量的比值即最大增油倍數來判斷采出井的受效程度。此外,含水低值時間越長,說明聚驅開發的效果越好,聚合物的利用率就越高,而聚合物利用率的高低主要體現在噸聚增油的指標上。為進一步論證非均質性對聚驅開發效果的影響,統計不同非均質類型的區塊聚驅階段含水低值時間與最大增油倍數的關系(圖5)。非均質性較弱的A區塊含水低值時間最長,可達18個月,最大增油倍數4.6。非均質性超強的D區塊含水低值時間最短,僅14個月,最大增油倍數1.9。

圖5 不同非均質類型含水低值時間、最大增油倍數關系曲線

通過對比不同非均質性與噸聚增油關系(圖6),滲透率變異系數越高,非均質性越強,噸聚增油越低。在相同聚合物用量下,非均質性較弱的A區塊噸聚增油效果最好,可實現的經濟價值最高。統計結果表明,非均質性與含水低值時間和噸聚增油均為負相關。

圖6 不同非均質類型噸聚增油曲線

對比分析非均質性越強聚驅開發效果越差的主要原因認為:一是油層非均質性強會導致層間、層內動用不均衡,中低滲透油層得不到較好動用;二是油層非均質性越強,注聚初期視吸液指數降幅越大,注入能力下降幅度較大,高滲調堵作用差,影響后期采油能力。

4 調整對策研究

關于非均質性油層聚驅的注入方式,很多學者的觀點基本一致,對非均質性油層,單一段塞的注入方式會導致聚合物溶液大量在高滲透層內部突進。楊森等[11]關于聚驅段塞交替注入的研究結果表明,不同濃度聚合物段塞交替注入能使低滲透層的吸液比例明顯提高,改善吸水剖面、延長低滲透層聚驅受效時間;李丹[12]研究認為,采取前置高濃段塞與后續低濃段塞的組合方式,開發效果好于低濃單一段塞;曹瑞波[13]研究認為交替注入可改變油層滲流壓力場和流體竄流規律,有利于低滲透層吸液,從而提高低滲透層的動用程度。通過對比不同區塊,確定了非均質性是影響聚驅開發效果的主要因素。在聚驅工業化推廣過程中,針對聚驅的不同階段,根據油層動用情況和注采能力特征制定相應的調整對策,可改善油層動用不均衡,提高聚驅采收率。

4.1 注入端調整對策

為減緩非均質性對聚驅開發效果產生的影響,提高油層均衡動用和注采能力,在注聚前期可采取深度調剖,有效封堵高滲透層,從而調整吸水剖面,使更多聚合物進入剩余油富集區域,提高波及系數,改善聚驅效果[14-15]。注聚初期,采取高濃封堵與降濃調堵相結合的注入方式,保證高濃段塞的形成,減緩層間矛盾;含水下降期,采取梯次降濃注入并結合中低滲透層啟動壓力開展分層調整工作,加強中低滲透層的有效動用;含水低值期,為保證注入端的注入能力,采取單一恒濃注入,達到聚合物持續驅替的目的;含水回升期,針對注采能力下降幅度大,含水回升快的特點,采取低濃提速注入方式,保證區塊的注入能力。

4.2 采出端調整對策

為保證高濃封堵段塞產生較好的開發效果,注聚初期,采出端可采取調小抽汲參數與間抽生產制度相結合的采出方式,減小生產壓差,減緩聚合物的推進速度,逐步擴大波及體積,實現聚合物的有效驅替;含水下降期,高濃封堵段塞逐漸形成,結合含水下降幅度逐步放大生產壓差,達到引效、提效的目的;含水低值期,通過壓裂措施和調大抽汲參數繼續放大生產壓差,進一步增效,提高采油能力;含水回升期,隨著注采能力的降低,采聚濃度迅速上升,高滲透層的聚合物開始突破,對采出井可采取封堵高含水層、選擇性壓裂中低滲透層和調小抽汲參數的方式可減緩聚合物在高滲透層的突進速度,提高聚合物的利用率,實現控制含水上升速度的目的。

4.3 現場應用效果分析

將注采兩端的調整對策應用到正開發的聚驅E區塊中,從含水低值階段的開發效果來看(表3),E區塊的中低滲透層動用厚度比例為68.1%,均高于其他區塊,與非均質性接近的D區塊相比,E區塊中低滲透層動用厚度比例較D區塊高6.6%,但階段采出程度與非均質性較弱的A區塊水平相當。

表3 不同非均質類型含水低值期階段采出程度

5 結論

1)非均質性越強,油層動用越不均衡,注聚初期到含水低值期的油層動用厚度比例逐步上升并達到高值,含水回升期下降。在動態特征上,非均質性越強,含水下降速度越快,含水下降幅度越小,含水低值時間越短,含水回升速度越快,油層動用厚度比例越低。

2)不同非均質類型的注采能力在聚驅的不同階段表征不同,特別是聚驅見效高峰的含水低值期,非均質性越強,視吸液指數和采液指數下降幅度越小,表明非均質性影響了聚驅降水增油效果,到含水回升期各區塊幅度差異變小。

3)注入端通過采取注聚初期高濃封堵、含水下降期梯度降濃、含水低值期單一恒濃、含水回升期低濃提速的注入方式,可有效提高聚合物的利用率,實現最優的驅替效果。采出端通過壓裂措施改造和調整生產壓差的采出方式,能夠保證聚驅的開發效果。