聚合物驱油机理和应用.pdf

1 9 9 4年 1月 石 油 学 报 ACTA PETROLEI S I NI C A 第 1 5卷第 1期 ／， 聚合物驱油机理和应用 王新海 ’ 韩大匡 尚平 江扳石 油学 院 石袖 勘探开 发科学 研究院北京 提 要 T E； 、 利用研制的聚合物驱模拟器对纵向非均质 、 油水粘度比、 润湿性、 流变性、 重力， 转注时问、 扩 ‘ 散，不能进入的孔隙体积、聚合绚的增粘、吸附、降低渗透率能力等进行了模拟研究，得到了一些 新认识。 对某些条件非常不利的反韵律油层，聚告物驱可能不提高甚至降低采收卑l袖湿比术湿对 聚合糟驱有利是有荣件的， 在一定范围内， 非均质系数鑫大对聚合物驱是否鑫有利而取决于非均质 类型l 影响聚合物驱最重要的因素是袖藏非均质程度与类型、 油水粘度比、 润湿性 ， 聚合物性能j 地 层温度和地层水盐浓度不高， 中等原油粘度和平均渗透卑较大的适度非均质正韵律油湿油藏是聚合 物驱的理想袖藏；注采速度对反韵律油层的影响比正韵掉油层要大。 主趣词錾合垫驱非均质粘度比 铲 1 前言 润 湿 性 流 变 性 扩 散黪礴， 鳓访 录 油 ， 一 般 认为聚合 物驱 能提高原油采收率 ，聚合 物驱进行得愈早愈好 ；在一 定范 围内，非均 质愈严重对聚合物驱愈有利；油湿油藏比水湿油藏对聚合物驱有利。这些认识是否全面油 水粘度比、流变性 、重力、扩散、不能进入的孔隙体积、聚合物增粘、吸附、降低渗透率的 能力对聚合物 驱的影响是本文研究的 内容 。 N 1 1 I 3尺 寸 匿 图 1 不 同模 型参 数分 布示意 图 Fi g ． 1 A s k e t c h of p a r a me t e r d i s t r i bu t i o n i n d i f f e r e n t mo d e l s 王新海 ， 1 9 6 8 年 6 月生。 1 9 8 3 年毕业于中山大学， 1 9 9 1 年获北京石袖勘撵院博士学位。 现任江汉石油学院教研室尉 主任 ，讲师 ．通讯 娃 胡 北省江 陵 。邮政编 码 4 3 4 1 0 8 。 、 维普资讯 石 油 学 报 第 l 5卷 本文未说 明的水驱和聚合物驱采收率均是指采 出液 中含水 9 5 时的采 出程度 ，未注 明模 型的均是指 No ． 1模型 图 1 ，未注明的参 数均 取于表 1 、表 2中的数值 。 研究 非均质的影响 时 ，非均质 系数与渗透率 的关 系如表 3所示 。非均质 系数 F HGK 定义如下 FHGK 一 A』 1 式中 一∑K ．h ， ／ ∑h ∑K ，h ／ H， 单位为 m ； K ⋯为 最大 渗透 率， 单位 m ； 为对应 最 大渗 透率 层的厚 度 ，单 位为 m。 表 1 模型基 本参 数 Ta bl e 1 Fu adame at al p ar am e r s of va r i ou s mode l s 参数名称 符 号 数 值 单 位 原 油牯度 mP a s 盐 水牯度 0 ． 6 mP a s 油相 密度 O ． 8 5 g ／ c m 水相 密度 g ／ c m 岩 石密度 2 ． n g ／ e ra0 孔 隙度 0 ． 2 8 残亲 油饱 和度 0 ． 2 2 束缚水饱 和度 0 ． 2 5 综合压缩 磊敷 】 0 0 1 ／ MP a 油相 相对 謦透率 k ＆ 水相相对 渗透率 J O ． 3 油相饱和 度指数 水相 饱和度 指教 注采速度 累积注 入聚合 物 C P I 2 4 0 注入聚 合物浓 度 WCP 8 0 0 转 注时 间 最小剪切速率 。 O 1 1 ／ s 牯度参数 0 ． 0 2 4 7 9 2 饱和 吸附浓度 5 0 ， g 平衡吸 附常数 b 0 O 1 5 最大謦 透率降 低系数 Rh“ 可进入 孔 晾体 积分散 时间 步长 1 0 扩散 系数 8 6 6 1 0 0 m ， d 弥散 系数 0 ． 0 0 6 4 维普资讯 维普资讯 石 油 学 报 第 l 5卷 2 ． 2 油水粘度比 水驱和聚合物驱的采收率均随油水粘度 比的增加而减少 图 3 。 对于正韵律油层，非均 质程度愈 小 ，聚合 物驱提高 的采 收率达到峰值 时 ，油水粘度 比就愈大 ；非均质 程度愈 大 ，达 到峰值的粘度 比就 愈小 。 只要存在一定的粘度 比， 对正韵律油层进行聚合物驱通常能成功 。 对 于反韵律油层 ，原油粘度 不高时 ，聚合物驱 的效益 不好 }较大的油水粘度 比，聚合物 驱可能 取得很好 的效益 图 4 。 图 3 采收率与油水粘度 比的关系睹线 Fi g - 3 Re c o v e r y f a c t o r v s ． o i l - w a t e r vi s c os i t y r a t i o 图 4 提高 的采 收率 与油水 粘度 此的关 系 曲线 Fi g- 4 Re c o v e r y f a c t o r i n c r e a s e d v s ． o i l wa t e r v i s C O s i t y r a t i o 聚合物驱适用的原油粘度 ，除与地 层温度 、地层水及注水藏 中盐浓度 、非 均质程度和类 型、润湿性 、密度差与油层厚度 、聚合物性能有关外 ，还与地层平均渗透率有关。在一定的 条件下 ，聚合物驱 甚至可以适用 于原 油粘度较高的油 田。 2 ． 3 原油密度 在地层厚度一定的前提 下 ，水油 密度差的影响反映 了重力的影响 。当水油 密度差 为零 或 不考虑重力的作用时 ，正 、反韵律油层 的开发 指标相 同 ；当存在 密度差时 ，正 、反 韵律油层 的开发指标相差显著 对于轻度非均质油层和均质油层 ，聚合物驱的原油采收率随原油密度 的减小而增 加 ，但不能以此得 出结论 ，原油 密度 小对聚合物驱有利 。事 实上 ，对于非均 质较 严重的正韵律厚油层 ，当原油密度减小时，聚合物驱的采收率可能随之减小 ；对于反韵律油 层 ，在一定范 围内，原油密度愈大 ，， 寸聚合 物驱 愈有 利 表 4 。 衰 4 密度差与开发指标对比 N o ．3 Tab l e 4 r e J m t l o n I t we e a nu dm s J t y a nd d e J o pment i nde xe s 4口 蜩 明 ． 恤h 4 ∞ 。 g ／ c m0 ％ 瞄 ％ ％ ％ ％ 0 4 5． 7 5 6 0 ． 36 1 4 ． 6 1 ‘ 9 ．1 5 6 2 ． 56 l 3 ．‘ l 0 ． 1 5 6 6． 9 5 6 8 ．2 1 1 ． 26 6 9 ．0 8 6 9 ． 81 0 ．7 3 维普资讯 第 1 期 聚合 物驱 油机理 和 应用 密度的影响与其 它因素联 系在一起 ，如油藏 的非均质 程度与类 型、渗透 率大小 、油层厚 度和油水粘 度 比等 。密度与粘 度相 关 ，但仅 从重 力作 用来考虑 ，从表 4可看 出，聚合物驱 筛 选标准 中关于对原油密度的标准不是必要的。 在数值模拟中应考虑重力的作用 ， 否则不能模 拟纵向非均质类型的影响，使模拟结果与实际出入甚大。 由于聚合物驱采收率高 ，而提高的采收率幅度不一定大。例如 ，在相同条件下 ，反韵律 油层比正韵律 油层 的聚合物驱采收率 高 ，但提高 的采收率幅度前者却 小于后者 。因此 ，在对 聚合物驱进行数值模拟时须对水驱也进行模拟， 或者说 ， 水驱模拟与聚合物驱模拟同等重要 2 ． 4 润湿性 在相 同的油水粘 度 比下 ， 无论 是水驱还 是聚合物驱、水湿油层的采收率 均高于油湿油层 。 对于非均质不太严重、油水粘度比不大的正韵律油层，油湿比水湿对聚合物驱有利 ，但并不 是在任何情况下，油湿都比水湿对聚合物驱有利 表 5 。当原油粘度为 6 0 mP a s 时，无论 从采出液含水 9 5 ， 还是从累积注液为 2倍的孔 隙体积来看 ， 水湿都 比油湿对 聚合物驱 有利 。 衰 5 满涅性与开发指标对比 一6 岫I P - s Tab l e S Tk r e l i t i o m b e t we e n de ve l o pm e nt i l e x es a nd wet t ab l t l t y m c e mp △ ～ 一 △ r 油层 备 注 瞄 瞄 D v D v ％ ％ ％ ％ 求湿 3 O ． 8 2 5 7 ． 3 2 2 ． 1 5 8 1 ． 4 7 6 2 6 ． S 0 2 9 ． 8 1 B 0 ． 0 4 3 0 ． 1 7 5 。 r S 一0 ． 2 o n - 1 S 0 ．2 5 S o ．1 5 油湿 1 3 ． 0 3 3 4 ． 8 8 1 ． 0 4 4 o 9 9 3 2 1 ． 8 5 1 7 ． 5 5 3 8 4 8 2 0 ， 9 3 o 月 - 1 一 o． 9 在其 它条 件相 同的情况 下 ，水湿油层 的水油流度 比小于油湿油层的 ，水油流度 比变小对 聚合物驱是否有利就决定了水湿对聚合物驱是否有利。因为在某一流度比下，聚合物驱提高 的采收率达到最大值 ，超过此流度比时 ，提高的采收率就下降。因此，油湿油层 比水湿对聚 合物驱有利嘲是有条件的。 油湿还是水湿对聚合物驱有利取决于粘度比和油层非均质等因素。 2 ． 5 吸附和渗透率降低 如果渗透率降低系数与吸附浓度成线性关系，在一定范围内，聚合物被吸附愈多 ，对聚 合物愈有利。吸附虽然使聚合物溶液浓度变稀 ，导致溶液粘度下降，但吸附产生了水相渗透 率降低 ，水相渗透率降低除可以改善流度比外，还起到调整水相渗透率剖面的作用 ，这种作 用对正韵律油层很有益处。如果吸附量很大 ，使水相渗透率降低的作用不能补偿因吸附而产 生的粘 度下降 ，那 么吸附将起 不利 的作用 。 我们做了大量的模拟试验，在其它条件相同的前提下 ，无论是正韵律、反韵律油层 ，还 是其它类 型非均 质油层 ，渗透率 降低 系数 愈大 ，聚合物驱采收率都愈 高。渗透率 降低起有益 的作 用 。 维普资讯 石 油 学 报 第 1 5卷 2 ． 6 扩散和不能进人的孔腺体积 从表 6中可看 出 ， 注入浓度为 8 0 0 p p m 时，扩散起一个有益的作用 ， 使采 收率提高 ；当注 入浓度为 3 0 0 p p m 时， 扩散起有害的作用， 使采收率降低 可见 ， 聚合物扩散并不一定是坏事， 它取决于注入浓度等 因素。由此得到 启发 。我们可 以利用扩散系数来辅助选取注入浓 度 如 果在某 一浓度下 ，考虑扩散 时采收率 比未考虑扩散时采收率大 ，则 隐示最佳注入浓度小于此 浓度 ；如果在某一浓度下，考虑扩散时其采收率比未考虑扩散的小．则预示最佳注入浓度大 于此浓度 。这样我们就 知道 最佳 注入浓度 在上述两浓度之 间 。 衰 6扩散 对采 收宰 的影 响 Tab l e 6 Ef f e ct 0 f d ∞∞ou r t o ve r yf a ct o r WC P p p m n m ／ d ％ 6 5 ．7 7 80 0 0 ．1 66 ． 2 3 O 66 ． 30 0 0 ．1 6 6 ． 33 转注聚合物溶液的时间不同 ，不能进 入的孔隙体积对聚合物驱动态的影响大小 不一样，即不能进入的孔隙体积对聚台物 驱动态 的影响大小随转注时间的变化而变 化 。存在不能进入的孔隙体积并非一定对 聚合物驱有利或不利，当聚合物吸附能力 较小时 ，它愈大对聚合物驱愈有利 ；当聚 合物吸 附能力较大时 ，它愈小对聚合物驱 愈有利 表 7 。 衰 7不能 进 的孔裱 体积 对采 收宰 的l 孝 响 l i ab l e 7 Ef f e ct O f I PV o i l r e c ov er y ＼ F ＼ ＼ 1 0 ． 9 0 ． 8 0 7 备 注 p 0 6 5 ． 7 2 6 5 ． 4 9 6 5 ． 2 3 6 4 9 7 R， 虻C e , ． ． o c F e P f P _ 】 5 0 ， g 6 舭 5 0 6 6 ． 3 8 6 6 ． 2 3 6 6 ． 1 0 RK l F I 1 3 6 5 ． 6 8 6 5 ． 8 7 6 6 ． 0 2 6 6 ． 0 6 RK _ 1 ∞C P ～ ∞F eP 一 1 F 。 E 1 5 0 g ／ g 1 6 6 ． 0 2 6 6 2 7 6 6 ． 4 7 6 6 ． 5 7 RK l F 一7 2 ． 7 转注时向 聚合物驱进行得愈早经济效益愈好0 ] ， 这对大 多数情况是 成立 的 ， 但并非普遍成立 ， 对于 非均质较严重的反韵律厚油层 ， 聚合物驱进行得愈早可能经济效益愈差 表 8 。以累积注液 两倍的孔隙体积时的采收率比较 ，注水 0 ． 5 倍孔隙体积时开始进行聚合物驱比刚开始就进行 聚合物驱的采收率要高 ； 以采出液含水为 9 8 时的采收率进行比较， 注水 0 ． 5 p v时开始进行 聚合物驱 比刚开始就进行聚合物驱的采收率要高 ；且累积注液 量近似相等 因为非均质严重 的反韵律厚油层 ，在油水粘度比较大时 ，先注水一段时间，由于重力分异作用，渗流阻力剖 面 比早期得到了改善 ，有利于均匀推进 维普资讯 第 1期 聚舍 物驱 油机 理和 应 用 衰 8转注 时间 与开 发指 标对 比 Tabl e 8 The r el at i on b e t we e n de ve l op m e nt i nde xe s a nd t h e t i me t o s t a r t pol yme r f l o odi ng 6 t p v ∞ ” p v ～ ％ 备 注 5 8 ． 06 3 ． 4 39 5 2 4l 毛 一 3 3}5 ．5l ， b-- 0 ．1 。 6 0mPa s， ， 一 2 0 m L 一 1， 2， 3 0 ． 5 5 8 3 5 3 ． 4 5 2 5 3 0 4 指 采 出蒗 含 水 9 8 时的采 出程 度 2 ． 8 流变性 1 注入速度由于聚合物溶液在油层条件下一般是假塑性流体，注入速度愈大 ，剪切 速率愈大 ．聚合物溶液粘度愈小，一般来说，其原油采收率也愈小。注采速度对反韵律油层 比正韵律油层影响要 大 ，对反韵律油层适用较小的注采速度 表 9 。 衰 9 注 采遗 度 与开发 指标 对 比 T a b l e 9 T h e r e l a t i o n b e t w e e n I t t j e c t l o n r a t e a n d d e v e l o p me n t i n d e x e s 模 型 ri p 0 - 0 3 p v ／ a 0 ． 0 6 p v ／ a ％ p p v ％ c 嘶 p v l 5 6 5 ．6 9 O ． B2 2 6 4． 7 7 0． 83 0 N0． 1 2 00 4 5 ． 29 0 ． 93 7 4 4 ． 47 O ． 9l 5 l5 6 7 07 0 ． 7 88 6 5 ． B4 0 ． B2 2 NO ．2 2 00 5 2． 09 0 ． 95 8 4 B ．6 2 0 ． 85 8 2 最小剪切速率当 从 0 0 1 变化到 0 ． 1 s 时 ， 聚合物驱采收率上升 2 ． 3 2 ， 当 从 0 ． 1 变化到 1 s 时，聚合物驱采收率上升 2 ． 3 2 ，可见 ～对聚合物驱有很大影响，7 愈 小 对聚合物驱影 响愈 大 。因此 ，要使模拟反 映实 际 ，必须测得一组浓度下 的 以及 m 的值 。 2 ． 9 增粘 能力 聚合物驱通常能提高原油采收取，聚合物增粘能力愈强通常对聚合物驱有利，但在某特 殊条件下，例如对于非均质严重的反韵律厚油层，如果两种聚合物吸附和降低渗透率的能 力相同，增粘能力愈强的聚合物未必愈有利。当聚合物吸附和降低渗透率的能力较小时，用 增粘能力强的聚合物进行聚合物驱 ，对于某些反韵律油藏其采收率可能低于水驱采收率 表 l o 。因为非均质严重的反韵律厚油层 ， 顶层的渗透率较中、底层的渗透率大，注入的聚合物 也多，顶层接近于 “ 活塞”式驱替，但在开发后期 ，该层的聚合物一部分 由于重力分异作用 流向中、底层，一部分已从生产井流出。但此时中、底层仍有较多的聚合物，各分层阃的矛 盾 比水驱 更为突出 ， 后期注入 的水从顶层突进 ， 在生产水油 比或累积注 液达 到某一数值时 ， 中、 底 层的剩 余油 饱和度 比水驱 的还 大 ．从而 使聚合物 驱采收率 比水驱的还低 。 维普资讯 石 油 学 报 第 1 5卷 表 l 0 聚 合物性 能 与开发 指 标对 比 Tab l e 1 0 Pol y m er b eh avi or v s． de vel o pme nt i n dex e s A l 0 0 O 1 2∞ 6 0 0 2 47 g2 0 ． 2 4 7 9 2 0 ． 2 4 7 9 2 备 注 g ／ e～ g g ／ g 5 0 1 0 L 2 一 3 5 ；5 ． 5 |1 L 脚x 3 3 1 2 1 一 0 ． 1 m 一 2 0m l 一 1 ， 2， 3 5 1 ． 26 5 ] 23 41 7 8 4 7 7 8 4 6 92 60 m Pa s ， ．一 48 ． 6 O r u 1 ．7曲 1 ． 74 2 0． 6 4 9 0． 52 5 ㈣一 1 77 9 p v Pv 坩～ 一49 ． 9 6％ ⋯ 5 2 ． 7 8 5 2 ． 8 1 5 2 ． 4 1 4 9 ． 6 6 4 8 ． 8 6 ％ 3 结论与建议 1 ．一般情况下 ，特 别对正韵律油层 ，聚 合物 驱能有效 地提 高原油采 收率 ，在其它条 件相 同的前提下，对于反韵律油层，聚台物驱提高栗收率的幅度一般比正韵律油层要小，值得注 意的是，对某些条件非常不利的反韵律油层，则可能不提高甚至降低采收率。 2 ． 研究储层非均质性对聚合物驱的影响 ， 不能只笼统地考虑它的变异系数 ， 还必颁考虑 纵 向非均质类型 ，即储层的韵律性 ，离开了储层韵律性 的特 点 ，笼统地说在一定范围 内，非 均 质愈严重对聚合物驱愈有利是 不确切的。 3 ．多大的油水粘度比对聚合物驱虽有利 ， 这取决于地层的非均质程度与类型、 平均渗透 率 、润湿性 、水油密度差与油层厚度及 聚合物性 能等因素 ；在一定的条 件下 ，聚合物驱甚至 可以用于原油粘度较高的油 田。 4 ． 油湿油层比水湿油层对聚合物驱有利是有条件的， 润湿性的作用与油水粘度比和地层 非均质等有关。 5 ．聚合物适当地被吸附对聚合物驱有利 ； 由吸附所引起的渗透率降低起有益的作用； 一 般情况下，特别对正韵律油层，聚合物增粘能力愈强对聚合物驱愈有利，值得注意的是 ，对 某些反韵律油层，如采用相同的注入方式，增粘能力愈强对聚合物驱未必愈有利。 6 ．扩散和不能进入的孔隙体积这两个参数对聚合物驱 不太敏感 ； 不能进 入孔 隙体 积的影 响大小随转注聚合物溶液时间的变化而变化；扩散并不一定是有害的，注入浓度等因素决定 扩散作用的好坏 ，可以利用扩散系数辅助选取 注入 浓度。 7 ．影响聚合物驱最重要的 因素是油藏非均质程度与类型 、 粘度 比、 润湿性 、 聚合物性能 ； 在地层温度和地层水盐浓度不高的条件下，中等原油粘度和平均渗透率较大的中等非均质正 韵律 油湿油藏是聚合物驱的理想油藏 。 8 ．在方案 设计和动态 预测时应考 虑重 力作用 ，否则不能模拟 不同类型纵 向非均质 的影 响 ；水驱模拟 与聚合物驱模拟 同等重要 ；对反韵律 油层适用较小的注采速度 。 本文收 到 日期 1 9 9 1 0 4 一 z o 修 改稿收 到 日期 1 9 9 2 1 O Z 6 编辑徐和坤 维普资讯 第 1期 聚合物 驱 油机理 和 应用 9 l -_- 聚台物 驱 累积注 液体积 ， p v ㈣⋯水驱 累积注 液体 积 ， p vt 降台 物驱罘 收率 ， ％ 一 水 驱采收 率 ， ％ } 符号说明 一 累积注收 2 倍孔隙体积聚台物驱采收率， ％ ⋯一 累积注液 2 倍孔隙体积水驱采收率， ％ 一 油水牯 度 比 参考文献 [ 1 3 T b e r J J a n d Ma i fi n F 13 - T e c h n i c a l s c r e e n i n g Gu i d e s f o r t h e e n h a n c e d r e c o v e r y。 f o i ] ． S P E 1 2 0 6 9 ． [ 2 ]Ke s s d D G e t a 1 ． Ec a n o ms o f p o l y me r f l c o d l u ga s e n s i t i v i t y s t u d y ， l Z t h wo r d o i l c o D f e r e n c 4 5 ， Ho t o n． Te x - ， Ap r i l 1 9 87， 3 5 5 -- 3 6 4 ． 3 ]S } c t B． Po l y me r t r e a t me n t s h o u l d b e s t a r t e a r l y ． P e t ． Eu g ． J u L y 1 9 7 0 M ECHANI S M AND APPLI CAT1 0N 0F P0LYM ER FL00DI NG W a n g Xi n h a i Ji a n gh a n Pe t r o l e u m I n s t i t u t e Ha n Da k u a n g Gu o S h a n g p i n g S c i e mi fic Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Pe t r o l e u m Ex p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t Ab s t r a c t W i t h a n e w p o l y me r f l o o d i n g s i mu l a t o r， s i mu l a t i o n s t u d i e s u n d e r v a r i o u s c o n d i t i o n s a r e c a r r i e d o u t t o s t u d y t h e e f f e c t o f v a r i o u s f a c t o r s s u c h a s t h e o i l wa t e r v i s c o s i t y r a t i o， t y p e a n d d e g r e e o f r e s e r v o i r h e t e r o g e ne i t y， we t t a b i l i t y， oi l d e n s i t y， p ol y m e r a d s o r p tio n， p e r me a b il i t y r e d u c t i o n ． i n a c c e s s i b l e P V ． d i s p e r s i o n a n d i n j e c t i o n r a t e ， e t c ． A l o t o f i n t e r e s t i n g c o n c l u s l o n s a r e d r a wn ． Fo r e x a mp l e， p o l y me r f l o o d i n g c a n n o t n e c e s s a r i l y e n ha n c e o i l r e c o v e r y， e v e n i f mo b i l i t y r a t i o i s u n f a v o u r a b l e ． Oi l ～ we t i s n o t a l wa y s a f a c t o r mo r e f a v o u r a b l e t o t h e po l y - me t f l o o d i n g ． Fo r a v e r t i c a l l y r e v e r s e r h y t h mi c r e s e r v o i r i n c e r t a i n c a s e， t h e l e s s t h e h e t e r o - g e n e i t y， t h e mor e f a v o u r a b l e t h e p o l y me r f l o o d i n g． 维普资讯