聚合物驱油井产能规律研究

韩光明　代兆国　方　圆　单秀华　郭　睿　傅新勇

（1.承德石油高等专科学校，河?北承德　067000；2.中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉　430048；3.中国石化胜利油田孤岛采油厂，山东东营　257231；4.中国石油华北油田公司，河北任丘　062552）

聚合物驱油井产能规律研究

韩光明1代兆国2方圆3单秀华1郭睿4傅新勇4

（1.承德石油高等专科学校，河?北承德067000；2.中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉430048；3.中国石化胜利油田孤岛采油厂，山东东营257231；4.中国石油华北油田公司，河北任丘062552）

研究聚驱井产能规律，可以为选择采油装置和制定油井工作制度提供参考。实验研究了聚合物溶液的流变性，建立了考虑含水率、流变性、聚合物溶液浓度、黏弹性等因素下的地层流体有效黏度综合模型；其次，在此基础上，以压力与产量的变化作为定解条件，推导了聚合物驱区块见聚油井产能预测模型，并对产能进行了敏感性研究。结果表明，随产出液或注入液稠度系数增加及流性?指数降低时，产液量会降低；渗透率降低幅度增加或考虑弹性黏度时，相同井底流压下产液量也会减少；注入聚合物浓度降低或油井含水率增加时，油井产液量增加。此外，不同条件下流入动态曲线相似，可仿照Vogel的方法通过数值模拟研究得到聚合物驱IPR曲线方程。

聚合物驱；流变性；有效黏度；产能模型；敏感性分析

与水驱相比，聚合物驱在降水增油方面具有显著的优势，并在大庆油田取得了良好的应用效果。针对聚驱井产能规律展开研究，对合理选择采油装置及制定油井工作制度具有重要的意义［1］。在石油工程领域，人们常常采用经验模型来描述聚合物溶液的黏度［2-4］，不足之处在于只考虑了剪切黏性效应，没有考虑弹性效应对有效黏度的影响［5-9］。在实际油藏渗流的过程中，聚合物溶液还受到拉伸作用，产生弹性行为［10-12］。本文以经验模型为理论依据，建立了考虑含水率、流变性、聚合物溶液浓度、黏弹性等因素下的地层流体有效黏度综合模型，并在此基础上，推导了聚合物区块见聚油井产能预测模型，对影响产能的因素进行了敏感性分析，可为聚合物驱的现场开发实践提供参考。

1　聚合物溶液流变性实验研究

1.1表观黏度的影响因素分析

使用Brookfield DV-II+Pro旋转流变仪对聚合物流变性进行了测试，分析不同的温度（50℃、60 ℃、70℃）、浓度（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）对表观黏度的影响［6］。实验样品选用部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量（16~18）×106，水解度25%~30%，固含量≥90%，滤过比≤1.5。

在同一剪切速率和质量浓度下，聚合物样品表观黏度随温度的增加而下降，这是因为温度升高，导致聚合物分子运动速度加快，分子间作用力减小，使表观黏度降低；温度不变时，在同一剪切速率下，表观黏度随质量浓度的增加而增加，浓度越高，单位体积内分子数量越多，分子间距减小，相互缠结和吸引的能力就越强，黏度越大；在同一温度和质量浓度下，聚合物溶液的表观黏度随剪切速率的增加而降低，剪切速率越高，剪切应力越大，分子网状结构受到影响越大，黏度下降就越大。

1.2稠度系数和流性指数

实验结果表明，聚合物溶液表现出明显剪切变稀的假塑性流体的流变特征，按幂律模型拟合出不同温度和不同浓度下的流变参数，如表1所示。

表1　聚合物溶液的流变性参数

从表1可以看出，稠度系数K和流性指数n随温度和溶液浓度呈规律性变化，聚合物溶液的流性指数均小于1，随着温度的升高，流性指数越大，而稠度系数越低。K值反映了聚合物的增稠特性，n值反映了聚合物的偏离牛顿特性的程度。

2　地层流体有效黏度的计算方法

聚驱井采出液中的聚合物溶液是典型的黏弹性流体，因此，溶液的有效黏度μ有效由剪切黏度μ剪和弹性黏度μ弹组成。

2.1剪切黏度

根据实验结果和前人对流变模型的研究［13］，剪切黏度可表示为

式中，μ剪为剪切黏度，mPa·s；f为孔隙度，%；kr为径向渗透率，mD；n为流性指数，无量纲；K为稠度系数，mPa·sn。

2.2弹性黏度

研究学者一般利用德博拉数描述高分子溶液的黏弹效应，定义见式（2）

Nde=θ/tpr（2）式中，Nde为德博拉数，无量纲；θ为流体松弛时间，一般考虑为常数，s；tpr为流体特性时间，s。

可以假设黏度比与Nde的关系为

式中，c、m为常数，取决于油藏孔隙介质几何形状的复杂程度。

选定视剪切速率的倒数为流体特性时间，即

将式（2）代入式（3）得

式中，c*=cθm，表达液流通过岩心时的弹性灵敏度，无量纲。

2.3有效黏度

根据式（3）和式（5），有

通过含水率加权平均，地层流体综合黏度表达式为

即

上市公司的违规行为会影响其债务融资吗？——基于地区法制环境差异性的分析....................................................................................................................窦 炜 郝晓敏 李培源（1）

式中，μ为地层流体综合黏度，mPa·s；μ弹为弹性黏度，mPa·s；μ有效为聚合物溶液在地层中的有效黏度，mPa·s；μo为油的黏度，mPa·s；Sw为平均含水饱和度，%。

3　聚驱井综合产能预测模型

以现有产能模型为基础，综合考虑聚合物溶液的黏弹性、近井地带地层渗透率的变化和产出液含水率的变化，以产量和压力的变化作为定解条件，建立了聚驱油井地层流体综合产能预测模型。

3.1产能模型的建立

3.1.1油层渗透率下降模型在多孔介质中，聚合物溶液会产生吸附、物理堵塞和机械捕集。聚合物溶液流动时地层有效渗透率为

式中，kp为聚合物溶液流动时的渗透率，mD；kw为水测渗透率，mD；Ck为渗透率下降系数；α、Rmax、γp分别为描述多孔介质复杂程度和聚合物溶液吸附、物理堵塞和机械捕集的参数，无量纲。

3.1.2基本微分方程将运动方程、状态方程带入连续性方程，不考虑岩石压缩性，得到聚合物驱油藏地层流体基本渗流微分方程

式中，Qt为油井产液量，m3/d；rw为井半径，m；β为递减率；r为径向上任意位置处；B为原油体积系数，无因次；Ct为综合压缩系数，MPa-1；n为流性指数。

式（11）即为聚合物溶液的基本渗流微分方程。3.1.3定解条件内边界定产、外边界定压的条件为

初始条件

3.2.1差分方程的建立计算中采用不均匀网格，对时间采用向前差分，对空间采用中心差分，得到不均匀网格下基本微分方程的差分方程

结合定解条件及差分方程，得到一个三对角方程组

系数矩阵中各参数均为饱和度和流速的函数，要用LU分解法通过反复迭代才能求得各产量Q对应的井底流压pwf值，从而得到油井流入动态曲线。3.2.2油井综合IPR曲线确定方法差分法所得的流入动态曲线只是单一液相（即聚合物溶液）的IPR曲线。为求得聚驱井产出液综合流入动态曲线，应用Petrobras有关综合流入动态曲线确定方法，就能得到聚驱油藏不同含水条件下生产井综合IPR曲线。油相流入动态曲线可以用直线方程来表示

油井产液量为Qt时，油相流入动态曲线上所对应的井底流压为

其中

式中，Jo为采油指数，m3/（d·MPa）；Qt为油井产液量，m3/d；k为油藏平均渗透率，D；h为油藏厚度，m；μ0为聚合物溶液初始黏度，mPa·s；Re为油藏半径，m；re为井半径，m。

油井综合流入动态曲线上的井底流压可用含水率fw加权的方法来确定，即

式中，pwfo为油相流入动态曲线上所对应的井底流压，MPa；pwfp为水相流入动态曲线上所对应的井底流压，MPa；pwf为综合流入动态曲线上所对应的井底流压，MPa。

聚驱油藏不同含水率条件下油井综合IPR曲线确定方法如下：给定不同产液量Qt后，先应用差分法方程求得水相流入动态曲线对应的井底流压pwfp，再根据式（18）计算油相流入动态曲线对应的井底流压pwfo，然后应用式（20）求得综合流入动态曲线的井底流压pwf值。

3.3产能影响因素分析

本文选用大庆油田某一聚驱油井的基本数据为：k =535 mD，h =15 m，f=0.310，注入液流变参数为Ki=390 mPa·s，ni=0.540，产出液的流变参数为Kp=65 mPa·s，np=0.810，注入井与生产井之间的距离为270 m，初始油藏压力为13.50 MPa。网格划分数为30。分析各种因素对流入动态的影响。

3.3.1 基本模型的IPR曲线由图1可以看出，聚合物驱流体在地层中稳定渗流时，其流入动态曲线与常规水驱IPR曲线有明显不同的特点。常规水驱IPR曲线在直角坐标系下为一上凸曲线，而幂律流体的油井流入动态曲线在直角坐标系下为一上凹的曲线。

图1　基本模型的IPR曲线

3.3.2弹性黏度的影响由图2可知，考虑聚合物溶液的弹性黏度时，油井IPR曲线会向左偏移。考虑弹性黏度时，聚合物溶液有效黏度变大，流动阻力变大，相同井底流压下产液量减少。但由于聚合物分子对残余油拖拉携带能力更强，因此，油井产油量会上升，含水率会下降。

图2　考虑弹性黏度时的IPR曲线

3.3.3聚合物溶液浓度的影响由图3可知，油井井底流压一致时，产液量随着聚合物浓度增加而降低，IPR曲线越向y轴靠近，下凹越明显。提高浓度，聚合物黏度增加，渗流阻力会增大，此外还会导致分子间缠结作用增强，注入液黏度变大，因此，油层产液能力降低，地层流体流入特性曲线变差。

3.3.4含水率的影响由图4知，随着含水率增高，IPR曲线逐渐向外扩张，即在相同流压下，油井产液量将逐渐升高。随着含水率的增加，产出液黏度相对较低，地层流体流动性更强，在相同流压下，油井产液量增加。

3.3.5产出液稠度系数和流性指数的影响图5、图6为产出液的流变参数发生变化时的油井IPR曲线，结果表明，随产出液稠度系数增加和流性指数降低，产出液黏性增强，地层流体流动性减弱，相同压差下油藏产液能力降低。

图3　不同聚合物浓度下的IPR曲线

图4不同含水率下的IPR曲线

图5　产出液稠度系数变化时的油井IPR曲线

图6　产出液流性指数变化时的油井IPR曲线

3.3.6注入液稠度系数和流性指数的影响图7、图8为注入液的流变参数发生变化时的油井IPR曲线，结果表明，随注入液稠度系数增加和流性指数降低，注入液黏度变大，聚合物分子受到的拉伸作用越明显，注入液在油层中流动能力降低，油井产液量下降。

图7　注入液稠度系数变化时的油井IPR曲线

图8　注入液流性指数变化时的油井IPR曲线

3.3.7渗透率的影响图9是不同渗透率下降系数下的流入动态关系曲线，反映了渗透率变化对流入动态曲线的影响。渗透率下降系数越大，油井产液量越小。出现上述情况的原因是：渗透率下降系数越大表明井底污染越严重，渗流阻力变大，流体流动能力降低，反映在IPR曲线上，即油井产液量下降。

图9　不同渗透率下降系数的IPR曲线

4　结论

（1）建立了考虑油藏地质参数、聚合物溶液浓度、黏弹性、流变参数、含水率等因素影响下地层流体的有效黏度关系式，能更准确地描述聚合物油藏地层流体在地层中的渗流情况。

（2）稠度系数K随着聚合物溶液浓度的增大而增大，反映了聚合物的增稠特性；流性指数n随着溶液浓度的增大而减小，反映了聚合物溶液偏离牛顿流体特性的程度。

（3）由产能影响因素分析可知：考虑弹性黏度时，相同井底流压下产液量减少；聚合物浓度越高，产液量越低；随产出液稠度系数增加和流性指数降低，产液量越低；随注入液稠度系数增加和流性指数降低，产液量越低；渗透率降低幅度越大，流体流动能力相应降低，油井产液量越低；随着含水率的增加，油井产液量增加。

（4）不同条件下流入动态曲线相似，可仿照Vogel的方法通过数值模拟研究得到聚合物驱油井IPR曲线方程。

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（修改稿收到日期2015-03-16）

〔编辑朱伟〕

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

韩光明，1978年生。2006年毕业于中国石油大学（华东）石油工程学院油气田开发工程专业，主要从事石油工程技术的理论与技术研究。电话：0314-2374776。E-mail：dahan1014@163.com。

引用格式：韩光明，代兆国，方圆，等.聚合物驱油井产能规律研究［J］.石油钻采工艺，2015，37（3）：93-97.