Ⅲ类油藏聚合物驱注入参数研究与应用

王 斌，王 敏，董俊艳，赵国瑜，刘文静，郝世娇

中国石化中原油田分公司石油工程技术研究院，河南濮阳 457001

中原油田已进入高采出、特高含水阶段，在目前的水驱条件下，标定采收率为28.72%、采出程度为25.69%、含水率为94.1%，常规的水驱采油难以进一步提高采收率，开展三次采油迫在眉睫。聚合物驱是化学驱的一种，由于聚合物驱机制比较清楚、技术相对简单，聚合物驱己成为我国陆上老油田稳产的战略性重大技术，我国也成为世界上聚合物驱油规模最大、增产效果最好的国家［1］。聚合物驱（复合驱）在I、II 类油藏已经工业化推广［2-4］，因为这两类油藏的温度低于80 ℃、矿化度低于3×104mg/L、钙镁离子（Ca2++Mg2+）低 于400 mg/L［5］（表1），而在Ⅲ类高温高盐油藏的应用仍处于攻关试验阶段。更重要的是，中原油田地质条件苛刻，油藏属于Ⅲ、Ⅳ类和V类，对化学驱油的要求非常高［6］，其他油田在相似油藏的应用也都属于先导试验阶段，并未形成规模应用。

表1 中国石化砂岩油藏化学驱资源细分标准

明16 块位于文明寨油田西部，区块断层发育，构造破碎，且断裂系统复杂，储层平面变化大，非均质性强。区块含油面积0.7 km2，地质储量1.40×106t，标定采收率28.39%，可采储量3.974×105t，属于埋藏较浅、常温常压中渗油藏，平均孔隙度26.5%，平均渗透率0.43 μm2，油藏中深1 750 m，有效厚度10.4 m。自1983年投入开发以来，年产油量最高升至3.35×104t，但随着进入高含水开发后期，剩余油富集区规模变小，分布零散，高倍水驱后，不同相带的残余油饱和度不同，剩余可动油差异大，地层孔喉半径变大，粒间孔径一般20～50 μm（最大者达50 μm 以上）。截至2021年12月，区块开井水井5 口、油井6 口，日产液194 t，日产油9.5 t，综合含水率94.9%，采油速度0.31%，采出程度28.46%，自然递减17.7%，综合递减9.5%。区块开展聚合物驱解决高含水期递减持续增加的问题，以进一步提高采收率。

室内研究和现场实施结果表明，聚合物注入浓度、注入量、注入速度、注入方式等参数对聚合物驱油效果均有不同程度的影响［7］。本次参数的设计优选主要立足于文明寨油田明16 块油藏发育特征，利用物-数模一体化技术，以聚合物用量及产出效果为评价原则，优化聚合物经济注入参数，实现技术与经济的最佳化［8］。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

实验材料：聚合物溶液（相对分子质量1.9×107）、明16块油藏注入水（参数见表2）、明16块油藏原油。

表2 明16块油藏水质参数

实验仪器：注水开发油藏物理模拟实验装置（常压至35 MPa、室温至160 ℃）、天平（灵敏度0.000 1 g）、计时器（分度值0.1 s）、加热器等。

1.2 实验方法

应用注水开发油藏物理模拟实验装置，装填渗透率与明16 块油藏渗透率相近的填砂管，在油藏条件下开展实验［9］，步骤如下：

1）录取填砂管基本数据（填砂前后质量、长度、内径等），测量气相渗透率（N2）；

2）饱和水计算孔隙体积、孔隙度、水相渗透率；

3）饱和油计算含油饱和度；

4）水驱油至一定含水率（与目标油藏相近），计算水驱采收率；

5）注入驱替剂；

6）后续水驱计算提高采收率。

2 结果与讨论

2.1 聚合物注入浓度优选

聚合物溶液浓度与黏度存在线性关系，结合聚合物溶液在地层内的作用机制选择适中的注入浓度至关重要［10］。在聚合物注入量为0.5 PV、注入速度为0.11 PV/a 的条件下，考察聚合物浓度与提高采收率关系，结果见图1。由图1 可知：随着聚合物质量分数的增加，采收率呈逐渐增大趋势，当质量分数高于0.20%时，采收率出现拐点，提高幅度变缓。这是因为，随着聚合物浓度的增加，聚合物黏度增大，流量速度比改善的程度随之增大，进一步扩大了波及体积［11］，实现了提高采收率的目的。随着聚合物浓度的进一步增加，注入压力升高，聚合物注入困难，采收率提高幅度变缓。因此，为保证聚驱方案的正常实施及效益最大，试验区块选取注聚质量分数为0.20%。

图1 聚合物注入质量分数对提高采收率的影响

2.2 聚合物注入量优选

在选择聚合物注入量时需关注技术与经济的结合。在聚合物质量分数0.20%、注入速度0.11 PV/a 条件下，考察聚合物注入量对实施效果的影响，结果如图2 所示。由图2 可知：随着聚合物注入量的增大，采收率值增加，每吨聚合物增油亦呈线性上升趋势。当注入量为0.6 PV 时，每吨聚合物增油出现拐点，后续增油量下降。分析认为，随着注入量的增加致使聚合物利用率变差［12］，进而导致吨聚增油量下降。所以，选择试验区块聚合物注入量为0.6 PV。

图2 聚合物注入量对采油的影响

2.3 聚合物注入速度优选

合理的注入速度可降低聚合物溶液通过地层时的剪切，保证聚合物溶液的作用浓度。在聚合物注入量0.6 PV、注入质量分数0.20%的基础上，设计不同聚合物注入速度对实施效果形成影响，结果见图3～4。由图3～4 可知：随着注入速度的增加，见效时间节点提前，但失效也较快。基于模拟试验的结果发现，当注入速度为0.07～0.11 PV/a 时，提高采收率、每吨聚合物增油均呈上升趋势；当注入速度大于0.11 PV/a 时，提高采收率、每吨聚合物增油均呈下降趋势。这是由于注入速度过大时，高渗透层的聚合物分配量就相对较多，中低渗透层的聚合物分配量相对较少［13］，而油田水驱过后，剩余油大多分布于中低渗透层，高渗透层水淹严重剩余油分布相对较少，从而导致采收率提高与每吨聚合物增油随着注入速度的增加呈先上升后降低的趋势。综合考虑提高采收率幅度及每吨聚合物增油等指标，确定试验区块优选注聚速度为0.11 PV/a。

图3 聚合物注入速度日产油曲线

图4 聚合物注入速度对采油的影响

2.4 聚合物注入方式优选

试验区块井间连通性好，主力层已形成大孔道，达到一级水淹，注聚过程中需首先考虑封堵高吸水层。在聚合物注入质量分数为0.20%、注入量为0.6 PV、注入速度为0.11 PV/a 条件下，设计聚合物驱段塞。调剖段塞：封堵大孔道，实现调整层间矛盾、缩小层间注入压差目的。聚合物驱主段塞：层间调控、层内深部液流转向，扩大波及体积，提高驱油效率。后置段塞：对聚合物驱过程中前面段塞的保护，同时利用其较强的封堵能力，在后续注水过程中进一步启动差吸水层。优选不同注入方式后的驱油及采收率提高的结果见表3～4。

表3 聚合物驱主段塞不同注入方式驱油实验结果

表4 不同段塞比对提高采收率影响

由表3～4可知：交联聚合物-聚合物交替注入驱油效果明显高于聚合物驱，这是由于在注入段塞中加入交联聚合物增加了注剂的强度，进而层间调控能力增强，改善了吸液剖面，保证了后续聚合物在低渗透层的注入量，即实现了扩大波及体积的目的［14-15］。结合试验区块油层物性和开发状况，开展不同段塞比驱油实验后发现，当前置段塞、主体段塞与后置段塞这三者的比例为1∶4∶1时，综合指标最高，效果最好。

3 实例应用

2020年7月，中原油田文明寨油藏明16 块开展聚合物驱，部署实施2 井组——明232 井组、明469 井组，对应4 口受效油井。按照前期对试验区块优选的注入参数实施注入，依据体积法计算聚合物波及到的孔隙体积，以注入量0.6 PV计算，总注入量为1.022×105m3，以注聚速度为0.11 PV/a计算，折合日注入量100 m3/d，现场实际注入浓度为0.15%～0.2%。

截至2022年4月13日，累计注入聚合物20817m3，折合24.91 t、0.102 PV，油井见效3 井次，见效率75%，累计净增油815.7 t，阶段每吨聚合物增油32.7 t。实施复合驱后，注入压力提高，实现了对层间非均质性的有效调整。以明232 井组为例，考察聚合物驱前后剖面的变化及产油曲线，结果见图5～6。由图5～6 可知：该井注入压力由10.5 MPa提升至15 MPa，吸水剖面由施工前沙三上4的26#层吸水78.63%，调整为沙三上3 的三个小层吸水较为平均，剖面得到调整（图5）。对应油井明225 H见效明显，日增油1.1 t，含水率下降2.3%（图6）。

图5 聚合物驱前后剖面对比

图6 明225H油井生产曲线

4 结论

1）文明寨油田明16 块聚合物驱物模实验及数值模拟结果表明，最佳聚合物注入参数为聚合物注入质量分数0.20%、注入量0.6 PV、注入速度0.11 PV/a；注入方式采用前置段塞、主体段塞与后置段塞分批注入，三者的比例为1∶4∶1，其中聚合物驱主体段塞采用交联聚合物-聚合物交替注入。

2）现场试验表明，在平均渗透率为0.43 μm2的Ⅲ类高盐油藏实施聚合物驱可获得较好的开发效果，试验区块（明16 块油藏）日增油1.1 t，含水率下降2.3%。