油层非均质性对聚驱开发效果的影响及调整对策——以X油田为例

李国新

(中国石油大庆油田第五采油厂,黑龙江大庆 163513)

在化学驱提高采收率技术中,聚合物驱所占比例超过77%[1]。聚合物驱(以下简称聚驱)作为提高采收率的一项技术在大庆油田得到广泛应用,并取得了较好的开发效果。为了能够最大程度地提高聚驱采收率,本文基于已开发的工业化聚驱区块,利用油层非均质性与动态变化特征相结合的方式,开展油层非均质性对聚驱开发效果的影响分析,为聚驱推广提供开发管理经验。

徐洪玲[2]关于非均质性对聚驱开发效果的影响研究主要基于理论模型;李昀龙等[3]认为储层非均质性越强,中低渗透层剖面返转时机越早,返转幅度越小;朱焱等[4]认为强非均质性油层采用单一段塞的注入方式容易发生剖面返转,导致聚合物溶液在高渗透层内部推进,中低渗透层不能得到有效动用。通过对X油田已结束注聚区块分析,整个注聚阶段注入化学剂用量为0.85～1.00 PV,聚驱阶段提高采收率约12%。通过对比不同非均质性的聚驱区块,在聚驱的不同开发阶段,油层动态变化特征既有相似也存在差异。造成动态特征差异的原因除了注入体系和注入方式的影响之外,最主要的因素就是油层发育特征的差异[5]。

1 地质特征

X油田二类油层相比一类油层具有渗透率低、非均质性强、砂体发育较差的特点[3]。聚驱开发的二类油层由于沉积环境的变迁,砂体发育在顺直或弯曲的窄小河道砂体与高弯曲的大型复合砂体之间相互转换,各单元沉积环境及沉积特征有所不同。砂体发育有效厚度为8.2～10.4 m,渗透率为100×10-3～400×10-3μm2,整体河道砂钻遇率较低,一般为30%～60%。砂体平面展布规模比一类油层小,油层渗透率变化范围大,在平面及垂向上均表现出一定的非均质性。

2 非均质性对油层动态特征的影响

聚驱通过封堵高渗透层降低高渗透层渗流能力,进而提高注入压力,增加中低渗透层的吸液量,其开发的主要原理就是通过化学剂改变油水流度比,利用增大水相黏度扩大对油层的波及体积,提高洗油效率,实现不同油层条件下的均衡动用[5-8]。在聚驱的整个开发阶段,注采能力会随着化学剂的不断推进表现不同的动态特征,而保持较高的注采能力是实现聚驱开发目标的重要保障。因此,通过对已结束和正在注聚区块的油层非均质性特征研究,分析其对油层开发效果的影响至关重要。

2.1 油层动用厚度

在聚驱开发过程中,油层吸水剖面反映了油层动用状况,直接影响聚合物驱油效果[9]。不同非均质性油层在不同聚驱阶段的动用厚度比例不同。从注聚初期到含水低值期,油层动用厚度比例逐步上升并在含水低值期达到高值,含水回升期后开始下降。

通过对4个不同非均质类型注聚区块(非均质性由弱到强依次为A区块、B区块、C区块、D区块)内315口注入井连续3次吸水剖面的测试资料统计发现(图1),注聚初期,非均质性较弱的A区块油层吸液厚度比例最低,非均质性超强的D区块油层吸液厚度比例最高,但随着聚驱阶段的推进,A区块吸液厚度比例逐渐高于其他区块。分析认为非均质性较弱的A区块在聚驱驱替过程中,高渗透层封堵效果好,中低渗透层动用状况得到持续改善,油层动用均衡,且在含水低值期油层动用厚度比例最高,可达83%。

图1 不同非均质类型油层动用厚度

2.2 注采能力变化特征

视吸液指数和采液指数是聚驱注采能力的主要表征,可通过不同聚驱阶段视吸液指数和采液指数的变化来分析各区块注采能力。

2.2.1 注入能力的判定

随着聚合物在油层中的不断推进,油层非均质性对视吸液指数变化幅度的影响表现更加明显。不同非均质类型的区块视吸液指数在含水低值期下降幅度最大,非均质性越弱,视吸液指数下降幅度越大,到了含水回升期视吸液指数变化幅度小,基本保持稳定。非均质性较弱的A区块在含水低值期视吸液指数下降幅度最大,说明注入浓度与油层匹配性更强,实现了聚驱降水增油的开发效果;非均质性超强的D区块虽然在含水低值期的视吸液指数下降幅度最大,但在整个聚驱阶段变化不大,说明聚合物对D区块的封堵效果差,非均质性影响了聚合物的有效驱替,中低渗透层未得到有效动用,开发效果差(图2)。

图2 不同非均质类型视吸液指数下降幅度

2.2.2 采液能力的判定

不同非均质类型的区块采液指数在含水低值期下降幅度最大,其中,非均质性强的区块采液指数下降幅度相对较小,在含水回升期幅度差异变小。非均质性较弱的A区块采液指数下降幅度最大,非均质性超强的D区块采液指数下降幅度最小,说明在注聚初期,非均质性强的区块优先动用高渗透层,造成初期采液指数快速下降,随着聚合物的逐步推进,采液指数下降幅度逐渐减缓(图3)。

图3 不同非均质类型采液指数下降幅度

3 非均质性对聚驱含水变化规律及开发效果的影响

在分析非均质性对油层动用程度及注采能力影响的基础上,进一步分析非均质性与聚驱含水变化规律及降水增油效果的关系,明确非均质性对聚驱开发效果的影响。

3.1 综合含水变化规律

从不同非均质类型区块的聚驱实际开发效果来看,非均质性越强,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时间短,含水回升速度快,达不到聚驱效果,不利于聚驱开发,产生这种现象的主要原因就是油层的非均质性。注聚初期聚合物优先进入高渗透层,最先见到驱替效果,但却造成聚合物单层突进,推进速度过快,中低渗透层动用程度低,未能达到较好的驱替效果,加上采出端过早的降低流压水平,导致聚驱整体开发效果差。

由表1可以看出,非均质性超强的D区块在整个聚驱阶段,含水下降最早,但含水最低值高于其他区块,且含水低值期时间短,含水回升速度快。非均质性较弱的A区块受效最晚,含水下降最慢,含水回升速度慢。在注聚初期,含水下降速度缓慢说明聚合物高浓段塞对高渗透层封堵效果好,薄差层有效动用程度更高,聚驱开发效果好。

表1 不同非均质类型含水动态变化

3.2 采聚浓度差异性及存聚变化规律

3.2.1 采聚浓度差异性分析

在聚驱的含水回升阶段,非均质性弱的区块经过聚合物驱替后,油层动用均衡,采液能力下降较大,流压水平较低。非均质性强的区块受高渗透层影响,油层动用不均衡,这部分井采聚浓度和流压水平均较高。统计不同非均质类型聚驱区块从注聚初期到含水回升期的流压降幅与采聚浓度升幅数据,结果表明,非均质性越强,流压下降值越小,流压降幅比例越小,而采聚浓度上升值越大,采聚浓度升幅比例越高。由表2可以看出,非均质性较弱的A区块流压下降最大,流压降幅比例最大,采聚浓度上升最小,采聚浓度升幅比例最小;非均质性超强的D区块流压下降最小,流压降幅比例最小,采聚浓度上升最大,采聚浓度升幅比例最大。

表2 不同非均质类型流压降幅与采聚浓度升幅变化

3.2.2 聚合物在油层中存聚变化规律

聚合物在多孔介质内吸附滞留进而扩大注入水波及体积是聚驱提高采收率的主要机理[5]。聚合物用量越多,注入段塞越大,聚驱波及体积越大,开发效果越好[10]。为了验证聚合物在非均质性油层中的滞留量对聚驱开发效果的影响,统计不同非均质类型区块的存聚率,通过对比发现,在整个聚驱阶段,非均质性越强,存聚率越低(图4)。

图4 不同非均质类型存聚率曲线

非均质性较强的C区块和D区块,油层存聚率一直低于非均质性较弱的A区块和B区块。油层中存聚率低对聚驱开发效果影响主要体现在两方面:一是影响聚合物对中低渗透层的驱油面积;二是影响对高渗透油层的封堵效果,聚合物利用率低。

3.3 开发效果对比分析

随着聚合物的推进,采出井陆续见到聚驱效果,含水逐步下降到最低点,可以用含水下降到最低点时的产油量与初始含水时产油量的比值即最大增油倍数来判断采出井的受效程度。此外,含水低值时间越长,说明聚驱开发的效果越好,聚合物的利用率就越高,而聚合物利用率的高低主要体现在吨聚增油的指标上。为进一步论证非均质性对聚驱开发效果的影响,统计不同非均质类型的区块聚驱阶段含水低值时间与最大增油倍数的关系(图5)。非均质性较弱的A区块含水低值时间最长,可达18个月,最大增油倍数4.6。非均质性超强的D区块含水低值时间最短,仅14个月,最大增油倍数1.9。

图5 不同非均质类型含水低值时间、最大增油倍数关系曲线

通过对比不同非均质性与吨聚增油关系(图6),渗透率变异系数越高,非均质性越强,吨聚增油越低。在相同聚合物用量下,非均质性较弱的A区块吨聚增油效果最好,可实现的经济价值最高。统计结果表明,非均质性与含水低值时间和吨聚增油均为负相关。

图6 不同非均质类型吨聚增油曲线

对比分析非均质性越强聚驱开发效果越差的主要原因认为:一是油层非均质性强会导致层间、层内动用不均衡,中低渗透油层得不到较好动用;二是油层非均质性越强,注聚初期视吸液指数降幅越大,注入能力下降幅度较大,高渗调堵作用差,影响后期采油能力。

4 调整对策研究

关于非均质性油层聚驱的注入方式,很多学者的观点基本一致,对非均质性油层,单一段塞的注入方式会导致聚合物溶液大量在高渗透层内部突进。杨森等[11]关于聚驱段塞交替注入的研究结果表明,不同浓度聚合物段塞交替注入能使低渗透层的吸液比例明显提高,改善吸水剖面、延长低渗透层聚驱受效时间;李丹[12]研究认为,采取前置高浓段塞与后续低浓段塞的组合方式,开发效果好于低浓单一段塞;曹瑞波[13]研究认为交替注入可改变油层渗流压力场和流体窜流规律,有利于低渗透层吸液,从而提高低渗透层的动用程度。通过对比不同区块,确定了非均质性是影响聚驱开发效果的主要因素。在聚驱工业化推广过程中,针对聚驱的不同阶段,根据油层动用情况和注采能力特征制定相应的调整对策,可改善油层动用不均衡,提高聚驱采收率。

4.1 注入端调整对策

为减缓非均质性对聚驱开发效果产生的影响,提高油层均衡动用和注采能力,在注聚前期可采取深度调剖,有效封堵高渗透层,从而调整吸水剖面,使更多聚合物进入剩余油富集区域,提高波及系数,改善聚驱效果[14-15]。注聚初期,采取高浓封堵与降浓调堵相结合的注入方式,保证高浓段塞的形成,减缓层间矛盾;含水下降期,采取梯次降浓注入并结合中低渗透层启动压力开展分层调整工作,加强中低渗透层的有效动用;含水低值期,为保证注入端的注入能力,采取单一恒浓注入,达到聚合物持续驱替的目的;含水回升期,针对注采能力下降幅度大,含水回升快的特点,采取低浓提速注入方式,保证区块的注入能力。

4.2 采出端调整对策

为保证高浓封堵段塞产生较好的开发效果,注聚初期,采出端可采取调小抽汲参数与间抽生产制度相结合的采出方式,减小生产压差,减缓聚合物的推进速度,逐步扩大波及体积,实现聚合物的有效驱替;含水下降期,高浓封堵段塞逐渐形成,结合含水下降幅度逐步放大生产压差,达到引效、提效的目的;含水低值期,通过压裂措施和调大抽汲参数继续放大生产压差,进一步增效,提高采油能力;含水回升期,随着注采能力的降低,采聚浓度迅速上升,高渗透层的聚合物开始突破,对采出井可采取封堵高含水层、选择性压裂中低渗透层和调小抽汲参数的方式可减缓聚合物在高渗透层的突进速度,提高聚合物的利用率,实现控制含水上升速度的目的。

4.3 现场应用效果分析

将注采两端的调整对策应用到正开发的聚驱E区块中,从含水低值阶段的开发效果来看(表3),E区块的中低渗透层动用厚度比例为68.1%,均高于其他区块,与非均质性接近的D区块相比,E区块中低渗透层动用厚度比例较D区块高6.6%,但阶段采出程度与非均质性较弱的A区块水平相当。

表3 不同非均质类型含水低值期阶段采出程度

5 结论

1)非均质性越强,油层动用越不均衡,注聚初期到含水低值期的油层动用厚度比例逐步上升并达到高值,含水回升期下降。在动态特征上,非均质性越强,含水下降速度越快,含水下降幅度越小,含水低值时间越短,含水回升速度越快,油层动用厚度比例越低。

2)不同非均质类型的注采能力在聚驱的不同阶段表征不同,特别是聚驱见效高峰的含水低值期,非均质性越强,视吸液指数和采液指数下降幅度越小,表明非均质性影响了聚驱降水增油效果,到含水回升期各区块幅度差异变小。

3)注入端通过采取注聚初期高浓封堵、含水下降期梯度降浓、含水低值期单一恒浓、含水回升期低浓提速的注入方式,可有效提高聚合物的利用率,实现最优的驱替效果。采出端通过压裂措施改造和调整生产压差的采出方式,能够保证聚驱的开发效果。