非均质储层中聚合物流度控制对驱油效果影响

夏惠芬， 刘潇潇， 徐 淼， 王慎铭

(东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318)



非均质储层中聚合物流度控制对驱油效果影响

夏惠芬， 刘潇潇， 徐 淼， 王慎铭

(东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318)

为了进一步研究非均质储层中聚合物溶液流度控制对低渗透层的作用，采用室内岩心实验模型，应用数值模拟方法，采用有效渗透率分别为1 000×10-3、300×10-3、50×10-3μm2岩心模拟非均质储层条件，注入3种质量浓度的聚合物溶液，通过改变注入3种质量浓度聚合物溶液的方式实现流度控制。注入方案分析了注入聚合物段塞大小，注入顺序对驱油效果的影响。结果表明，在注入聚合物溶液PV数相同的条件下，高、中、低质量浓度段塞比例2∶3∶4时，低渗透层驱油效果最好。改变注入聚合物溶液的段塞大小对高渗透层驱油效果影响不大，对低渗透层驱油效果影响明显。分析认为，合理的流度控制可以有效地提高低渗透层采收率。

非均质； 流度控制； 聚合物驱； 驱油效果； 低渗透

聚合物驱是向注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通过增加水相黏度和降低水相渗透率来改善流度比、提高波及系数的方法[1]。聚合物驱提高采收率主要靠增加注入聚合物溶液的黏度，但大部分油气储层非均质性较强，使得聚驱后仍有50%左右的剩余油，单一黏度的聚合物与储层之间存在矛盾。然而，聚合物溶液黏度的可调性，为解决这一问题提供了有利条件[2]。剩余油分布特征研究结果表明，非均质储层中，聚驱后的剩余油主要分布在中、低渗层[3]。因此本文主要研究流度控制对低渗透层驱油效果的影响。吴文祥等[4]指出聚合物驱流度控制是通过不同质量浓度的聚合物段塞组合实现。流度控制的不利会导致聚合物的窜流和指进，造成注入聚合物溶液的浪费导致开发效果差[5]。高明等[6]通过高浓聚合物室内研究，认为高质量浓度聚合物用量越大，采收率提高幅度越大。邓庆军等[7]利用现代物理模拟方法，得出使用聚合物的段塞尺寸和黏度是影响聚合物驱采收率的决定因素。卢祥国等[8]通过室内实验表明渗透率变异系数越大，二元复合体系流度控制对采收率贡献率越高。通过室内物理模拟实验，吴文祥等[9]研究了不同注入方式对压力梯度的影响，认为交替注入方式的压力梯度高于笼统注入方式。廖广志等[10]通过室内岩心实验得出，合理的流度比可以提高聚驱采收率16.8%。孟令伟等[11]通过驱替后岩心照片观察不同驱替部位的驱油效果，得出流度控制方法对聚驱后提高采收率十分有效。

以上研究均是在室内试验条件下得到，工作量大，同时只得到流度控制对整体驱油效果的影响，并没有定量的给出其对各层的采收率贡献，并不能准确得出流度控制对低渗透层的作用。因此，本文采用数值模拟的方法，利用Eclipse-E100模拟器，根据室内岩心实验参数建立三层非均质模型，通过计算对不同组合的聚合物段塞对各渗层的驱油效果进行评价，证明合理的流度控制可以更好的提高低渗透层采收率，为现场试验提供依据。

1 模型建立

1.1 物理模型

物理模型选用由不同渗透率岩心并联组成岩心实验模型。基本参数：岩心长为0.6 m，宽为0.045 m。选用3种岩心均为人造非均质岩心，高、中、低渗透层有效渗透率分别为1 000×10-3、300×10-3、50×10-3μm2，平均孔隙度Φ=0.2。

1.2 理想模型

利用Eclipse商业软件的E100模块进行模拟。根据物理模型建立理想模型，平面网格数为40×3=120个，网格步长为1.5 cm，纵向上划分为3个模拟单元，总网格数为360个，井网为一注一采。原始含油饱和度为68%。由于正韵律地层和较强的层间渗透性会由于重力作用导致高渗层窜流[12]，因此，本文建立反韵律岩心模型，设计kz/kx=0.001，即层间渗透性很小，这样更有利于研究流度控制作用对各层采收率的贡献。

2 模型选用主要参数的确定

2.1 流体参数

(1) 原油的黏度μo=10 mPa·s，原油的密度为850 kg/m3。

(2) 水的黏度μw=0.6 mPa·s，水的密度为1 000 kg/m3。

(3) 聚合物吸附量参数：选用数据中较大的静态吸附量值[13]。

(4) 聚合物流变性参数: 利用HAAKE-RS150流变仪测定聚合物溶液的黏度与剪切速率的关系。通过式(1)对测出的曲线回归[14]：

(1)

式中：γeq为剪切速率，1/s；n为幂律指数；V为达西速度，cm/s；kw为岩心水测渗透率，μm2；Φ为岩心孔隙度；C为与孔隙形状有关的常数，C=25/12。

(5) 聚合物黏度-浓度参数：根据流变仪测出的流变曲线，整理出模拟所需参数。

2.2 渗流参数

(1) 相渗曲线：水驱与聚驱的相对渗透率曲线参考文献[15]。

(2) 残余阻力系数:文献[16]通过室内实验计算出不同质量浓度、不同相对分子质量聚合物溶液的残余阻力系数。在计算中，取聚合物溶液质量浓度为2 500 mg/L，对应的残余阻力系数为26.8～200，需根据计算结果进一步确定相应参数。

3 聚合物驱油数值模拟方案设计

3.1 方案优化设计

研究表明，各段塞的流度应控制在 0.1～5.0[17]，考虑模型所选用聚合物溶液黏度的大小，故设计各段塞的流度均为2.5。根据流度控制公式：

(2)

计算得到所需聚合物的零剪切黏度为400、120、20 mPa·s[18]。因此选取相对分子质量为2 500×104，质量浓度分别为2 500、1 500、1 000 mg/L的聚合物溶液。根据室内岩心实验经验，确定注采速度均为1 m/d，注入聚合物总量为0.63 PV。

为了更好地研究非均质储层中的低渗层采收率低的问题，本文共设计6个方案，方案6为单一段塞注入方案，其他方案为不同段塞注入方案。高质量浓度段塞为相对分子质量为2 500×104、质量浓度为2 500 mg/L聚合物段塞，中质量浓度段塞为质量浓度为1 500 mg/L聚合物段塞，低质量浓度段塞为质量浓度1 000 mg/L聚合物段塞。

方案1：0.21 PV高质量浓度段塞+0.21 PV中质量浓度段塞+0.21 PV低质量浓度段塞；方案2：0.11 PV高质量浓度段塞+0.21 PV中质量浓度段塞+0.31 PV低质量浓度段塞；方案3：0.14 PV高质量浓度段塞+0.21 PV中质量浓度段塞+0.28 PV低质量浓度段塞；方案4：0.32 PV高质量浓度段塞+0.21 PV中质量浓度段塞+0.10 PV低质量浓度段塞；方案5：0.14 PV低质量浓度段塞+0.21 PV中质量浓度段塞+0.28 PV高质量浓度段塞；方案6：注入0.63 PV高质量浓度段塞。

根据配置段塞的大小计算成本，假设0.1 PV、1 000 mg/ L聚合物溶液需要的干粉量成本为a元，则配置等量的1 500、2 500 mg/L质量浓度的聚合物溶液所需成本为1.5a元、2.5a元。

3.2 设计步骤

水驱至全区含水率为98%，计算水驱采收率；聚驱，根据设计方案注入聚合物段塞组合，共计0.63 PV；后续水驱至全区含水率为98%，计算采收率提高值。

4 结果与讨论

4.1 水驱采收率

根据上述数据，利用Eclipse软件模拟水驱，计算结果如下：水驱至含水率98%时，高渗透层采收率47.91%，中渗透层采收率37.65%，低渗透层采收率1.83%，说明水驱注入水主要沿中、高渗透层流动，几乎没有进入低渗层。

4.2 注聚段塞大小对采收率的影响

方案1到方案4在注入PV数相同的条件下，分析注入聚合物溶液段塞大小对采收率的影响，计算结果见表1。运行结果表明，聚驱后，各方案高渗透层采收率相差不大，说明注入的聚合物溶液段塞大小对高渗透层影响不大。方案1注入的高、中、低质量浓度段塞大小相等，聚驱采收率和低渗透层采收率提高幅度均不是最高，且成本不是最低，因此不是最佳方案。方案2注入低质量浓度段塞最大，高质量浓度段塞最小，成本最低，但聚驱采收率和低渗透层采收率提高值均为最低，驱油效果最差。方案4注入高质量浓度段塞最大，聚驱采收率最高，但低渗透层采收率提高幅度为21.55%，不及方案1和方案3，且成本高出其他方案20%～30%。方案3中注入的3种段塞大小比例为2∶3∶4,低渗透层采收率提高22.49%, 为4种方案最佳，与方案1和方案4相比，节约成本10%～30%。说明注入聚合物溶液的段塞大小影响采收率。综合曹瑞波[19]提出的非均质储层中聚驱的改善程度主要决定于低渗层能否有效的启动和经济因素，优选方案3。

表1 不同注入方案聚驱采收率提高值

4.3 注入顺序对采收率的影响

注入段塞大小相同的方案3和方案5驱油效果不同。方案3先注入高质量浓度段塞，方案5先注入低质量浓度段塞。方案3效果好于方案5，说明改变段塞的注入顺序影响采收率。先注入高质量浓度聚合物溶液降低高渗透层渗透率，使得后续注入的低质量浓度溶液能更有效进入中、低渗透层，高、中、低渗透层溶液同步沿驱替方向运移，提高采收率[9]。由此可知，先注入高质量浓度段塞采收率增幅明显，因此优选先注入高质量浓度聚合物溶液的注入顺序。

4.4 单一段塞注入方式对采收率的影响

在注入聚合物溶液相同PV数的条件下，方案6只注入2 500 mg/L高质量浓度段塞，聚驱采收率提高20.11%，低渗透层采收率提高11.48%。与方案1到方案4交替注入方案相比，采收率低。模拟结果表明，非均质储层中只注入高质量浓度聚合物溶液对低渗透层驱油效果不好。说明合理的流度控制能进一步改善油层的驱油效果，且相对于配置高质量浓度聚合物溶液所需的聚合物干粉质量，低质量浓度聚合物溶液用量更少，成本更低。

5 结论

(1) 数值模拟结果表明，非均质储层中，合理的流度控制可以改善驱油效果，大幅度提高低渗透层采收率。

(2) 在注入聚合物溶液PV数相同的条件下，合理的段塞大小可以更好的控制流度，优选注入的高、中、低质量浓度段塞比例2∶3∶4。且先注入高质量浓度段塞比先注入低质量浓度段塞提高聚驱采收率3.25%，提高低渗透层采收率10.05%，驱油效果好。

(3) 高、中、低质量浓度段塞交替注入方案，无论是聚驱采收率还是低渗透层采收率，均高于单一段塞注入方案，尤其对于低渗透层采收率提高幅度大、成本较低，取得了很好的经济效果。

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(编辑 宋官龙)

Study on Mobility Control of Polymer Flooding in Heterogeneous Reservoir

Xia Huifen, Liu Xiaoxiao, Xu Miao, Wang Shenming

(KeyLaboratoryofEnhanceOilandGasRecoveryofEducationMinistry,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

In order to further study the effect of mobility control on low permeability layers of heterogeneous reservoir, a numerical simulation model for polymer flooding is established which based on the data of indoor core simulation experiment. This model is used for simulating heterogeneous reservoir with 1 000×10-3μm2, 300×10-3μm2and 50×10-3μm2of the effective permeability respectively. Three kinds of polymer solutions which have different concentrations are injected into core, by changing the way of injection to achieve mobility control. The effect of polymer slug size and sequence on oil displacement is analyzed. The results show that under the same conditions of polymer solution number, slugs-injection schemes achieve better effect with polymer concentration ratio of 2∶3∶4.The effect of slugs size on high permeability layers is little, while the effect on low permeability layers is obvious. So it can be indicated that measure of mobility control is an effective action to enhance oil recovery.

Heterogeneous reservoir; Mobility control; Polymer flooding; Dis-placement effect; Low permeability

1006-396X(2015)03-0070-04

2014-11-10

2015-04-04

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541z004)。

夏惠芬(1962-)，女，博士，教授，博士生导师，从事提高油气采收率研究；E-mail:757581676@qq.com。

TE327

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.015