聚合物驱数值模拟技术在庄一断块的应用

宋舜尧，周 莹

(大港油田勘探开发研究院，天津 300280)

随着国内主要油田水驱开发逐渐进入高含水和特高含水期，聚合物驱因具有采收率增幅大的特点而受到了广泛重视，并已在大港、大庆、胜利、辽河、新疆和渤海等油田进行了矿场试验，增油降水效果明显［1］。

制订最佳的油藏聚合物驱开发方案需要进行精细的数值模拟研究，定量分析注入方式、参数等对提高采收率产生的影响。为此，结合室内实验结果和矿场动态数据，根据庄一断块的油藏特征，采用FACS数值模拟软件，设计聚合物驱数值模型，对聚合物驱各参数进行数值模拟优化研究［2－4］。

1 基本地质特征

1.1 油藏概况

羊二庄油田庄一断块为羊二庄油田主力开发断块，该断块为一向西北倾斜的半背斜构造，东部被断层切割，西部敞开与边水相连，为一构造油藏。NmⅢ4油组位于庄5－18－1井断层上升盘，地层倾角为 4°～5°，油层埋藏深度为 1563.3～1632.0m。含油面积为1.3km2，平均有效厚度为8.1m。根据沉积旋回、岩性特征、油气水分布规律，结合岩矿特征和电性特点，将NmⅢ4油组细分为3个单砂层，即NmⅢ4－1、NmⅢ4－2和NmⅢ4－3，连续分布在30～40m井段内。

1.2 存在问题

(1)受储层非均质影响，层内、层间及平面矛盾突出。

(2)高含水后期水驱效果变差，水淹程度较高。

(3)局部井区注采井网欠完善，水驱控制程度较低。

(4)历史上采油井大段合采，常规产量劈分方法存在偏差，导致可采储量采出程度偏高。

1.3 水驱剩余油饱和度场分布研究

应用数值模拟技术能够深刻认识油藏的水驱油过程，全面研究油藏水淹特征及剩余油分布规律。为了解该断块油藏剩余油的分布状况，本研究应用美国LandMark－VIP油藏数值模拟软件进行了剩余油模拟［5］。

数值模拟结果表明，NmⅢ4油组剩余油饱和度场分布具有以下特点:

(1)主力油层注采井网完善，水淹严重，剩余油饱和度较低。

(2)部分油层受到砂体展布的限制，局部不能形成良好注采井网，剩余油饱和度较高。

目前NmⅢ4油组已进入特高含水开采阶段(综合含水率为96.5%)，主力油层水淹状况严重，依靠常规二次采油很难大幅度提高开发效果。因此，有必要实施聚合物驱三次采油技术，以进一步改善开发效果，提高最终采收率［6］。

2 聚合物驱地质方案研究

2.1 注聚合物层位及井网筛选

2.1.1 注聚合物层位筛选

庄一断块NmⅢ4油组NmⅢ4－1砂层原始含油饱和度较低，平均含油饱和度为23.35%，结合地质条件和生产情况分析，NmⅢ4－1砂层的单井生产能力普遍比较低，剩余油潜力较小。NmⅢ4－2、NmⅢ4－3两个单砂层历史上注采井网较为完善，单砂层吸水状况好，目前水淹状况严重，剩余油饱和度比较低，一般为30%～48%，但相对于NmⅢ4－1砂层要高。因此，确定庄一断块NmⅢ4油组NmⅢ4－2和NmⅢ4－3两个单砂层为注聚合物目的层位。

2.1.2 注聚合物层位目前注采完善情况

注聚合物层位目前有7口油井、8口水井，水驱控制程度为69.6%。由于大部分油水井因套管变形而停产或报废，造成目前生产井对储量的控制程度较低。因此必须进一步完善注采井网，提高水驱控制程度，确保聚合物驱效果。

2.1.3 注聚合物井筛选

庄一断块NmⅢ4油组共筛选注聚合物井11口，受益井13口。其中单向受益井1口，双向受益井4口，多向受益井8口。注采井网完善后水驱控制程度由目前的69.6%上升至89.2%，提高了19.6%。

2.2 聚合物驱注入参数设计

在前期水驱数值模拟研究计算出的末阶段压力场和含水饱和度场的基础上，利用美国Grand公司的FACS三元化学驱数值模拟软件，根据油田生产实际，结合实验室提供的聚合物相关实验参数［7］，进行了聚合物驱方案参数的优化与筛选研究，筛选出效果最佳、经济最好的参数组合，为矿场实施方案的编制提供了理论依据［8］。

2.2.1 注入孔隙体积

首先，在固定注入聚合物浓度为1000mg/L、注入速度为0.1PV/a的基础上，设计了注入孔隙体积为0.2PV、0.3PV、0.49PV、0.5PV和0.6PV 5个方案，并与相应水驱开发指标进行综合对比，通过计算可以看出，随着注入孔隙体积的增加，提高采收率值逐渐增大 (表1)。但由于注入孔隙体积增大，聚合物用量随之增加，导致相应的吨聚合物增油量逐渐降低。

通过筛选，在注入孔隙体积为0.4PV时，产生的效果最好，具有比较高的采收率 (6.89%)和吨聚合物增油量 (63.46t)，因此推荐注入孔隙体积为0.4PV。

表1 不同注入孔隙体积10年末开发指标预测表Table 1 The development index prediction of different volume ratio at the end of 10 years

2.2.2 注入聚合物浓度

针对不同聚合物浓度对驱油效果的影响，根据实验室提供的黏度数据设计了 500mg/L、1000mg/L、1500mg/L、2000mg/L和 2500mg/L 5种不同聚合物浓度方案，注入孔隙体积定为0.4PV，注入速度定为0.1PV/a。

计算结果 (表2)显示，随着注入聚合物浓度的增加，提高采收率值逐渐增大，效果显著;但吨聚合物增油量在聚合物浓度为1500mg/L时最高(63.46t)，综合考虑推荐注入聚合物浓度为1500mg/L。

2.2.3 注入速度

根据注入孔隙体积、注入聚合物浓度的结果，选定了注入孔隙体积为0.4PV、注入聚合物浓度为1500mg/L，分别对 0.1PV/a、0.11PV/a、0.12PV/a、0.13PV/a和0.14PV/a 5个注入速度方案进行优化筛选。

由结果 (表3)可以看出，在不考虑油藏压力极限的情况下，实施效果随注入速度的增加而变好，见效时间也越来越早;但通过模拟油藏平均压力曲线可以看出，在注入速度超过0.12PV/a时，经预测10年末油藏平均压力发生了激变，达到20MPa以上。为了避免对地层造成伤害，综合考虑，推荐0.12PV/a的注入速度为聚合物注入方案。

表2 不同注入浓度10年末开发指标预测表Table 2 The development index prediction of different polymer concentration at the end of 10 years

表3 不同注入速度10年末开发指标预测表Table 3 The development index prediction of differentInjection speed at the end of 10 years

2.2.4 注入方式

根据其他油田矿场注聚合物经验，结合本区块的实际情况，对注入方式进行了筛选。根据前面筛选推荐结果，聚合物浓度为1500mg/L、注入孔隙体积为0.4PV，总的聚合物用量为600PV·mg/L。在总用量不变的前提下，以0.12PV/a的注入速度，设计了4种注入方式进行优化筛选。

从计算结果 (表4)可以看出，各种注入方式对提高采收率结果影响差异不是很大，考虑到现场的复杂性和方案实施的可操作性［9，10］，推荐采用一级段塞注入方式，预计提高采收率6.89%。

表4 不同注入方式10年末开发指标预测表Table 4 The development index prediction of different injection pattern at the end of 10 years

2.3 聚合物驱方案设计

综合各项研究成果，设计羊二庄油田庄一断块NmⅢ4油组聚合物驱的方案为:研究区块控制孔隙体积为190.1×104m3，共需注入聚合物溶液76.4×104m3，设计注入孔隙体积为0.4PV，采用一级段塞注入方式，注入聚合物浓度为1500mg/L，日注入量为645m3，年注入速度为0.12PV，注入时间为3.4年，需要注入聚合物纯干粉1141t。

2.4 聚合物驱开发指标预测

根据数值模拟计算结果，羊二庄油田庄一断块NmⅢ4油组实施聚合物驱后可以获得显著的增油降水效果。在前面确定的调整后的注采井网上，聚合物驱与常规水驱相比，10年末预计可提高采收率6.89%，含水最低可降低20个百分点以上。

3 结束语

(1)三次采油技术结合了常规油藏研究方法与油藏数值模拟技术，能充分挖掘老油田剩余油潜力，进一步提高采收率。

(2)三次采油技术研究需要对油藏地质特点有深入的认识，离不开地质、油藏工程的基础研究。

(3)聚合物驱数值模拟涉及参数较多，调整各项参数组合将产生不同的结果，由于实验数据与现场监测数据可能存在差异，有待于继续优化参数组合，为后期预测的准确性提供依据。

［1］杨承林，张庆昌，胡晓辉，等.萨尔图油田北二西试验区弱碱体系三元复合驱数值模拟 ［J］.大庆石油学院学报，2008，32(5):41－44.

［2］王健.化学驱物理化学渗流理论与应用 ［M］.北京:石油工业出版社，2008.

［3］John A，Han C，Delshad M，et al.A new generation chemical－flooding simulator.SPE 89436，2005.

［4］戚连庆.聚合物驱油工程数值模拟研究 ［M］.北京:石油工业出版社，1998.

［5］韩大匡.油藏数值模拟基础 ［M］.北京:石油工业出版社，1993.

［6］刘皖露，马德胜，王强，等.化学驱数值模拟技术［J］.大庆石油学院学报，2012(6):72－78.

［7］北京格兰德工业与环境科技有限公司.Grand软件产品 ［EB/OL］.http://www.Grand－bj.com/cpzs.html.

［8］侯树伟，常晓平，袁庆.聚合物驱数值模拟应用方法研究［J］.石油地质与工程，2009，23(2):110－112.

［9］么世椿，李新峰，赵长久，等.对三元复合驱注入方式的数值模拟研究 ［J］.河南石油，2005，19(4):43－46.

［10］宋万道，孙玉红，戴家林.化学驱数值模拟软件的改进和完善 ［J］.油气采收率技术，2000，7(2):41－44.