蔣 楠 王學(xué)軍

(1.渤海石油裝備承德石油機(jī)械有限公司，河北承德 067000;2.承德石油高等?？茖W(xué)校，河北承德 067000)

目前，很多油田都已進(jìn)入注水開發(fā)后期階段，由于地層的非均質(zhì)性和油水性質(zhì)的本身差異將導(dǎo)致儲層內(nèi)留有大量的剩余油，這些存在于地層中的剩余油，在中、高含水期階段用水驅(qū)的常規(guī)方法已很難驅(qū)替出，如何提高油田的產(chǎn)量和延長油田的壽命，最大程度地提高油田采收率，已成為當(dāng)前重要的研究課題。經(jīng)過油田的生產(chǎn)試驗(yàn)和相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)聚合物溶液具有很好的黏彈效應(yīng)，能夠擴(kuò)大波及體積，提高微觀洗油效率，尤其是通過高濃度聚合物不同的段塞組合及注入時機(jī)的選擇，形成一種新的提高非均質(zhì)嚴(yán)重、高滲透的油藏原油采收率方法，可進(jìn)一步提高油田的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)不同段塞聚合物驅(qū)油的特性，將產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法對其進(jìn)行描述，可最終得到提高原油采收率的最佳方案。

1 數(shù)值模擬技術(shù)的基本思想和實(shí)現(xiàn)過程

數(shù)值模擬是以實(shí)際工程問題或者真實(shí)生活中的實(shí)際問題為基礎(chǔ)，借助數(shù)學(xué)的方法和計(jì)算機(jī)手段將其模型化，并最終以圖形方式顯示結(jié)果的過程。

數(shù)值模擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程，可以用圖1來描述。

2 數(shù)值模擬技術(shù)在高濃度聚合物驅(qū)油技術(shù)中的應(yīng)用過程

2.1 高濃度聚合物驅(qū)油在提高原油采收率方面的需求分析

根據(jù)目前大多數(shù)油田都已進(jìn)入注水開發(fā)后期、利用原有方法已不能有效提高原油采收率等實(shí)際情況，通過改變聚合物的相對摩爾質(zhì)量、濃度以及段塞組合，研究其對對原油采收率影響，得出相對摩爾質(zhì)量高、濃度高的聚合物溶液具有較高的黏度和殘余阻力系數(shù)以及驅(qū)油效果好的特性，可以大幅度提高原油采收率這一結(jié)論。再根據(jù)地層的非均質(zhì)性和油水性質(zhì)的本身差異等特點(diǎn)，針對三次采油的實(shí)際問題，將利用高濃度聚合物溶液對不同段塞的相互組合方式進(jìn)行研究，從而得到有效提高原油采收率的最佳方案。

2.2 選取反映高濃度聚合物驅(qū)油技術(shù)問題的數(shù)學(xué)模型

國內(nèi)外對聚合物溶液的流變性已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)难芯炕A(chǔ)，并且建立了Meter、Cross、Carreau、Ellis等模型，通過對模型間的比較、與實(shí)際采油生產(chǎn)實(shí)踐的匹配實(shí)驗(yàn)等的分析，認(rèn)為黑油模型非常適合于該問題。

黑油模型是描述含有非揮發(fā)組分的黑油和揮發(fā)性組分的原油溶解氣兩個系統(tǒng)在油藏中運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，直觀地闡述油、氣、水三相流體在油藏中的滲流規(guī)律而假設(shè)的一系列情況下的油藏模型。這種模型可以通過達(dá)西定律來描述“油”在滲流規(guī)律和與油藏性質(zhì)，便于進(jìn)行油藏的模擬開發(fā)。

達(dá)西運(yùn)動定律是在達(dá)西單相流公式的基礎(chǔ)上，考慮三維空間的具體情況，加以推廣得到的達(dá)西運(yùn)動方程，該方程是用來描述三相流運(yùn)動規(guī)律的。下面以油的滲流方程為例來說明描述過程:

其中:表示水的滲流速度，po表示水相氣壓，Kγo表示水的相對滲透率，▽表示微分算子

2.3 數(shù)值計(jì)算方法的確定

數(shù)學(xué)模型建立之后，需要解決的問題是尋求高效率、高準(zhǔn)確度的計(jì)算方法。針對高濃度聚合物驅(qū)油分析可知，利用Eclipse數(shù)值模擬軟件可以很好地處理該問題，尤其是該軟件中的the polymer flood model模塊，主要應(yīng)用于聚合物驅(qū)油模擬方面的研究，該模塊中包括19種不同于水驅(qū)模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可用來描述聚合物驅(qū)油的主要過程，包括聚合物溶液黏度、聚合物的吸附能力、殘余阻力系數(shù)和不可及孔隙體積等方面的描述，為解決聚合物驅(qū)油的模擬實(shí)現(xiàn)解決了技術(shù)問題。

2.4 利用相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)手段得到數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，同時也是下一步生成圖像的決定因素，根據(jù)采油工程的實(shí)踐需要，通過對聚合物驅(qū)油不同組合方式進(jìn)行研究，如對“相同聚合物、不同濃度、多段塞組合驅(qū)油效果”和“不同聚合物、不同濃度、多段塞組合驅(qū)油效果”等方面的研究和對比，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為研究和生成圖像奠定基礎(chǔ)。

2.5 利用計(jì)算機(jī)技術(shù)形成圖像

在確定數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，選取相應(yīng)的坐標(biāo)系后，就可以開始編制程序并進(jìn)行計(jì)算了，其結(jié)果使用圖形方式顯示，該方式直觀，同時還可將離散的數(shù)值連續(xù)化，得到在某個區(qū)間上的任何值，達(dá)到整個過程模擬的效果。

3 數(shù)值模擬技術(shù)在高濃度聚合物驅(qū)油技術(shù)中的應(yīng)用舉例

我國70年代初在大慶油田率先開始了聚合物的驅(qū)油試驗(yàn)，大慶油田是陸相沉積大型砂巖油田，與國內(nèi)其他油田相比較，大慶油田具有開展聚合物驅(qū)油得天獨(dú)厚的自然條件。自1972年以來，油田已先后開展了特高含水期注聚合物試驗(yàn)、厚層試驗(yàn)區(qū)特高含水期聚合物驅(qū)油試驗(yàn)、中區(qū)西部單層和雙層聚合物驅(qū)油試驗(yàn)，以及北一區(qū)斷西和喇嘛甸油田南塊的工業(yè)性聚合物試驗(yàn)，試驗(yàn)取得了較好的增油降水效果。尤其是經(jīng)過國家“七五”和“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)，形成了聚合物驅(qū)油配套研究能力和礦場應(yīng)用配套技術(shù)，目前已進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用階段，為聚合物驅(qū)在國內(nèi)其它油田推廣應(yīng)用展現(xiàn)出良好前景。

下面以大慶油田位于杏十三區(qū)聚驅(qū)工業(yè)區(qū)杏13－4－35井區(qū)為例，該試驗(yàn)區(qū)中河道砂大面積分布，是高彎度分流在側(cè)向上迂回形成的復(fù)合曲流帶，試驗(yàn)區(qū)水淹程度高，油層動用好，非常適合進(jìn)行聚合物驅(qū)油的模擬研究，其數(shù)值模擬的研究過程如下。

3.1 數(shù)值模型的選取

根據(jù)杏十三區(qū)高濃度試驗(yàn)區(qū)的動、靜態(tài)特征，包括井位、小層數(shù)據(jù)、沉積相成果、油水井井史、油水井措施、油水井測試等，充分其考慮非均質(zhì)性、沉積相分布，對滲透率、孔隙度、厚度采用相內(nèi)插值技術(shù)，對流體性質(zhì)、相對滲透率進(jìn)行合理分區(qū)，建立了試驗(yàn)區(qū)的精細(xì)數(shù)值模擬模型。根據(jù)對試驗(yàn)區(qū)面積、開采層、儲量、有效厚度、有效滲透率及壓力等各方面的考慮和研究，決定采用相對成熟的Eclipse模擬軟件，運(yùn)行主模塊采用E100黑油模擬器計(jì)算模塊。這是一個通用的、全隱式、三維、三相黑油模擬器。全隱式求解，保證了求解的精度，使得計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。

3.2 數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)

1)試驗(yàn)區(qū)網(wǎng)格劃分技術(shù)。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)地址非均勻性、沉積相分布等特點(diǎn)，對其進(jìn)行了相約束插值方法，按照孔隙性、滲透率、有效厚度等方面的因素建立了一系列網(wǎng)格，這些網(wǎng)格將真實(shí)地反映地層的變化趨勢，通過研究，針對該試驗(yàn)區(qū)建立了55個小層，將這些獨(dú)立的層劃分成模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)。

2)插值計(jì)算的選取。根據(jù)選取的試驗(yàn)區(qū)劃分出的網(wǎng)格，利用靜態(tài)數(shù)據(jù)插值計(jì)算方法，對每個網(wǎng)格的性質(zhì)進(jìn)行刻畫，為保證插值結(jié)果的正確性，根據(jù)基礎(chǔ)井網(wǎng)和一次井網(wǎng)的滲透值，對二次和三次井網(wǎng)的滲透率值進(jìn)行了校正，使其更加合理，從而得到各個單層滲透值分布。

3.3 模擬實(shí)現(xiàn)的進(jìn)行

根據(jù)聚合物的性質(zhì)、濃度以及段塞的選取，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

1)相同聚合物、不同濃度、單一段塞驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用油為現(xiàn)場原油和煤油按照一定比例配制而成的模擬油，聚合物采用煉化超高分2 500萬、再創(chuàng)700萬抗鹽濃度混合配制而成，單一段塞驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。結(jié)論為:隨著聚合物溶液濃度的增加，溶液的粘度不斷增大。通過聚合物溶液的較高粘度和粘彈特性，可以有效挖潛剩余油，提高采出程度。

2)相同聚合物、不同濃度、多段塞驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用油為現(xiàn)場原油和煤油按照一定比例配制而成的模擬油，采用煉化2 500萬聚合物，注入2 500mg/L和2 000 mg/L的聚合物驅(qū)組合段塞進(jìn)行驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。結(jié)論為:組合段塞驅(qū)油與單一段塞聚合物驅(qū)油比較，第一段塞注入量越大(尤其是在油墻形成后)，增油效果顯著。在相同聚合物組合段塞驅(qū)油中，隨第一段塞注入量的增加，含水下降幅度不斷增大，使得采收率提高幅度不斷增大。

3)不同聚合物、不同濃度、多段塞驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用油為現(xiàn)場原油和煤油按照一定比例配制而成的模擬油，聚合物分子量采用2 500萬注入濃度為2 500 mg/L、700萬注入濃度為1 700 mg/L，制定成相應(yīng)方案進(jìn)行驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)。結(jié)論為:在總注入量不變的情況下，第一段塞注入大小相同時，不同聚合物組合注入驅(qū)油效果要好于相同聚合物組合注入。

實(shí)驗(yàn)證明:不同聚合物組合段塞驅(qū)油效果好于相同聚合物組合段塞驅(qū)油，相同聚合物組合段塞驅(qū)油效果好于單一段塞聚合物驅(qū)油。

4 結(jié)論

1)通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果表明，多段塞組合注入方式對最終采收率具有一定的影響，其中第一段塞的設(shè)置尤為重要，通過不同方案對比優(yōu)選出的最佳方案為第一段賽占整體的1/3，分層注聚效果好于籠統(tǒng)注聚，最佳分層實(shí)際的選擇應(yīng)該在含水下降期。

2)目前，隨著大多數(shù)油田都已進(jìn)入注水期開發(fā)后期階段，采用聚合物驅(qū)油方式提高采收率是一個非常重要的手段和途徑，利用數(shù)值計(jì)算方法對這個過程進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)模擬，將是一個非常有效的技術(shù)，同時也為相關(guān)工程的技術(shù)改進(jìn)提供了思路。

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