（油气田开发工程专业论文）聚合物表面活性剂二元复合驱油藏数值模拟研究.pdf

s t u d yo nr e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o no f p o l y m e r s u r f a c t a n tf l o o d i n gs y s t e m z h o u z o n g - m i n g ( o i la n dg a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl la i 一话n a b s t r a c t s u r f a c t a n f f p o l y m e rf l o o d i n g h a sb e e n i m p l e m e n t e d i nc h i n a s u c c e s s f u l l y ，a n dm a n ya p p l i c a t i o n so f n u r n e r i c a ls i m u l a t i o na r eu s e df u ri t t h e s ea p p l i c a t i o n sh a v ep o o rp r a c t i c a i i t yi nt h ef i e l dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n b e c a u s eo ft o om u c hs i m u l a t i o nr t l nt i m e w h i c hd e s c r i b et o od e t a i l e d p r o p e r t yc a l c u l a t i o n t h e r ei s an e e dt oh a v eas i m p l i f i e dm o d e lt o c o m p l e t eas i m u l a t i o nw i t hf e w e rs i m u l a t i o nr u nt i m e b a s i n go ns t u d yo f t h ed e s i g no f f l o o d i n gs y s t e ma n dt h ep h a s ec h a r a c t e r i s t i c si nap i l o tt e s th g u d o n go i lf i e l d ，t h i sp a p e rp r e s e n t sap r a c t i c a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o n m e t h o df o rt h e s u r f a c t a n t p o l y m e rf l o o d i n g s i m u l a t i o n t h ep r o p o s e d m e t h o dg e n e r a t e sas i m p l i f i e dm o d e lw h i c hi n v o l v e so n l yo i la n dw a t e r p h a s ei g n o r i n gg a s ，m i c r o s u lp h a s ea n do t h e rm i n e r a li o n s i tc a l ls a v e c o m p u t a t i o nt i m eo fas i m u l a t i o na n ds a t i s f yt h es i m u l a t i o n sr e q u i r e m e n t f o rt h ep r e c i s i o n i na d d i t i o n , t h ep a p e ra c c o m p l i s h e dt h ed e f i n i t i o no f p a r a m e t e r sr e q u i r e di nt h em o d e lb ym a n ye x p e r i m e n t ，a n dp r o v e dt h a tt h e s c h e m eo fs u r f a c t a n t p o l y m e rf l o o d i n gw a sf e a s i b l e t h es i m u l a t i o n m e t h o dw a su s e dt h ep i l o tt e s tf i e l d ，a n do b t a i nag o o df i t n e s so fh i s t o r y m a t c hi nf u l lf i e l do rs i n g l ep r o d u c t i o nw e l l t h es t u d ys h o w st h a tt h e m e t h o dc a nb eu s e dt oo p t i m i z ea no i le x p l o i t a t i o ns c h e m ea n dt of o r e c a s t p a y o f f c o n d i t i o no f t h e s c h e m e k e yw o r d s ：s u r f a c t a n t , c h e m i c a lc o m b i n a t i o nf l o o d i n g ，p o l y m e r f l o o d i n g ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名： n 蜱 伽d 6 年莎月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 垂塔 年月日 斫石月f 日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 第1 章前言 1 1 立论依据及研究的目的和意义 复合驱是指由两种或两种以上驱油剂组合起来的一种驱动方式， 它的主要机理就是提高洗油效率和增大波及体积，是在综合了单一化 学驱优点的基础上建立起来的一种化学驱油体系【啦】。胜利油田在“八 五”期间率先开展了孤东小井距三元复合驱先导试验1 3 羽。试验是在 中心井含水率达9 8 5 ，水驱采出程度5 4 4 ，接近水驱残余油状况 下进行的。实施复合驱后，中心井提高原油采收率1 3 4 。从室内配 方研究到矿场实施效果总体达到了国际领先水平，它的成功对同类型 油藏注水后期提高原油采收率具有极大的指导意义。1 9 9 7 年5 月，我 局又在孤岛油田西区n 9 4 单元开展了六个井组的常规井距三元复合驱 扩大试验，取得了明显的降水增油效果 但是三元复合驱暴露出一些问题，如注入过程中的结垢影响注入 井的注入、表面活性剂药剂成本过高、采出液的破乳机理尚未研究透 彻【6 ，7 】等。为了克服三元复合驱的弊端，继续探索研究复合驱油技术 在胜利油田的应用与发展，开展了无碱体系的二元复合驱油体系研 究。为减少对外部化学剂市场的依赖，降低成本、提高经济效益， 油田引进、开发了以胜利原油为原料合成表面活性剂一石油磺酸盐的 生产项目。2 0 0 3 年，在总结以往胜利油区复合驱成功及教训的基础上， 充分利用复合驱在提高油田采收率的优势，针对复合驱中暴露的问题， 展开研究，提出了胜利特色的石油磺酸盐为主剂的复合驱高效廉价配 方，开展了胜$ l j - - 元复合驱的先导试验。 与先导试验相配套的油藏数值模拟技术随着先导试验的展开而 逐渐深入，胜利油田复合驱软件有引进并发展的s l c h l - m 以及商业化 复合驱软件f a c s ，这两套软件的共同点是对复合驱过程描述比较充 分，因而计算结果可靠但计算量巨大。这些软件应对单井组模拟或节 点数较小的数模区的方案预测比较好，但随着二元化学复合驱先导试 验的成功，规模化的工业矿场应用势在必行，胜利油区已经将二元化 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 学复合驱做为以后化学驱的主要技术方向，在化学驱油藏模拟中针对 不断被发现的动态在孔道的模拟，必须经常回到水驱模拟中频繁调整 油藏地质参数，在化学驱矿场动态拟合中，针对矿场实际为拟合生产 指标而必须进行化学剂参数的频繁调整，所以在大规模的化学复合驱 油藏数值模拟中，以上两套软件都无法满足计算时间上的要求。本文 在深入研究胜利二元复合驱特点的基础上，根据实际情况，在可以接 受的误差范围内，简化模型，重新考虑其数学模型，编写新的数模软 件或者借助第三方软件，摸索二元驱的数值模拟方法。针对即将开展 的二元驱推广单元的大规模的油藏数值模拟问题，提前准备，积极应 对。本文立论的目的和意义正是如此。 1 2 国内外化学复合驱油的研究现状 以表面活性剂为主体的驱油技术能够大幅度降低油水界面张力， 启动水驱后剩余的残余油，提高已开发油田的最终采收率。而以聚合 物为主体的驱油技术能够提高驱替液的波及体积，岩石对聚合物的吸 附又能有效降低地层流体的水相渗透率，从而大大降低油并采出液的 含水，提高油田的采收率，且大幅度地提高了注入水的利用效率【8 j 。 因此，以聚合物和表面活性剂复配为代表的化学驱油技术一直是提高 采收率的主攻方向之。 6 0 年代，国外开展了一定数量的化学复合驱油的矿场试验【9 】，主 要是注胶束、碱和聚合物的一元化学驱【l o l ，并取得了一定的成果。7 0 年代到8 0 年代开展了二元化学剂及多元化学剂组合的化学驱油研究， 两次石油危机刺激并加速了化学复合驱应用步伐，美国首先开始在油 田应用低张力表面活性剂溶液驱油休系，取得了一定的成果。并在此 基础上开展了微乳液驱油体系的研究和应用，在技术上取得了成功。 但是，由于低张力表面活性剂体系的吸附量高且微乳液体系中使用的 袁面活性剂浓度高，使这两种技术都需要注入大量的化学剂，成本很 高【1 1 ，垃l ，以此，难于在油田大规模应用。9 0 年代以来，出现了碱 表面活性剂聚合物复合驱油技术，由于碱的加入可以降低表面活性 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 剂的吸附量，并且，碱与原油中的活性组分发生反应，产生一定的天 然表面活性剂，在减少一定的外加表面活性剂用量的同时，与外加的 表面活性剂产生协同效应，可以大幅度降低油水界面张力【1 3 】。因此， 降低了表面活性剂的成本，使表面活性剂驱油技术得以进行工业化应 用。美国是最早提高化学复合驱油技术的国家，并在两个油田开展了 先导性试验【m i ，为该技术的进一步应用和研究提供了丰富的资料。9 0 年代中期，石油价格的下跌影响了化学复合驱的研究和应用，西方一 些主要的石油公司都停止了化学驱的矿场试验研究，但由于中国国内 经济的发展，需要大量的石油资源，并且通过全国提高采收率技术筛 选和潜力评价确定了化学驱是中国陆相储层的提高采收率的首选方 法，使化学复合驱技术得到了一定程度的发展。我国自8 0 年代中期 开始进行三元复合驱研究以来，经过“七五”、“八五”和“九五”的 初步攻关，已初步形成了一套完整的化学复合驱油研究和矿场应用体 裂” 19 1 ，并在其机理研究、实验室配方段塞组合优选、一维线性物 理模拟驱油实验、三维化学驱数值模拟研究、试验方案设计以及矿场 一注四采和四注九采的先导性试验和扩大试验中取得了较大的进展， 使得二元复合驱采收率比水驱提高达1 7 0 以上，显示了化学驱油技 术在我国油田开发中的良好前景。 目前，我国大量应用的化学复合驱数模软件主要是u t c h e m 及 其本地化版本，包括f a c s 软件，在软件中所考虑的化学过程、增油 机理及所用的数学模型基本上是一致的。这些软件能够模拟碱、表活 剂、聚合物、示踪剂等化学剂加入注入液的驱油过程。软件设计了的 物质组分有：水、油、表活剂、聚合物、阴离子、二阶阳离子、钠、 氢、碳酸根( 拟组分) 、石油酸( 拟组分) 及若干种示踪剂等等，在 实际计算中根据注入化学剂的情况和原油的性质来确定组分数。如果 注入液中没有任何化学剂，即为纯水驱，组分数为2 ；如果注入液中 没有碱，也没有示踪剂，组分有6 种；如果注入液中没有碱，有示踪 剂，组分数为6 加示踪剂的个数：如果注入碱，原油中没有石油酸， 组分数为9 加示踪剂的个数；如果注入碱且原油中有石油酸，组分数 为1 0 加示踪剂个数。数学模型中参与渗流计算的相有：油相、水相、 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 气相以及微乳相。而微乳相的状态、性质及组成受体系环境的影响。 软件采用组分模型。除气相外，每相中都包含多种组分。如果注入液 中加入了碱，软件必须考虑油藏流体中将会出现的一系列化学反应， 这些反应包括水相中的化学反应，固体的沉淀溶解反应、岩石表面的 离子交换反应和表活剂上的离子交换反应等等。 由此可见，这些商业化的化学复合驱软件在机理上力图将化学复 合驱过程进行详细的描述，计算量非常大，在目前计算机计算速度下， 很难对大规模的矿场动态进行模拟。 针对这些主流的化学复合驱商业软件的使用局限，国内有些专家 针对不同矿场实际，简化模型，针对性地摸索化学复合驱的油藏数值 模拟方法。北京石油勘探开发研究院袁士义、杨普华等开发研制了化 学驱油藏数值模拟软件a s p 2 0 l ，该软件采用的是三维多相多组分碱 表面活性别聚合物( a s p ) 复合驱数学模型，它考虑了复合驱过程中 五种质量传递方式( 对流、扩散、液一液相间交换、固液相间交换 以及化学反应) 及各种驱油机理和物化现象，主要包括多种化学剂的 复合协同效应引起的界向张力的降低，各相残余饱和度和相对渗透率 的变化，聚合物溶液的特性( 如粘度、流变性、残余阻力系数、地下 交联等) 及其流度控制作用，多种因素引起的快速和长期碱耗( 如离 子交换及与酸性原油、c 0 2 、聚合物、岩石等的作用) ，其他化学剂在 碱存在下的吸附滞留损失、组分的扩散及弥散、含盐量对粘度、吸附 量等的影响、化学反应、流体及岩石的压缩性、毛管压力、重力分异 等。该模型中各种物化参数均有明确的物理念义，其数学描述主要基 于实验资料，没有过份的假定，并通过合理的方式引入方程系统( 特 别是界面张力随各化学剂浓度变化的等值图描述方式真正体现了多 种化学剂的复合协调效应) ，因而具有更强的模拟实际问题的能力。 该模型适合碱、表面活性剂、聚合物以任何方式组合或复合驱替情况 的模拟预测。在该软件中，为减少求解量的个数，减小计算量，对稀 体系的相态变化没有做更多的考虑，并且在一些算例上运用得非常成 功。这些成果对我们的数模工作有很好的借鉴作用。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 3 本项目研究主要技术路线及主要研究工作 1 3 1 主要研究工作 矿场驱油体系的相态分析及有效组分分析； 建立精简的数值模型并提出模型解法； 提供矿场化学剂的物化参数，并对矿场效果进行拟合计算； 对矿场效果及调整方案进行预测，并进行经济评价。 1 3 2 主要技术路线 首先研究聚合物表面活性剂二元复合驱的相态特征及其对矿场 效果产生重要影响的组分，对驱油特征进行分析，对商业化软件中的 模型做有效的简化，简化方向主要是相数及有效组分上，从而减小数 模计算的工作量。 其次，编写算法，并用以进行矿场拟合，通过室内试验及胜利油 区其它化学驱项目的经验相结合，提供一套聚合物及表面活性剂的油 藏工作参数。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章二元驱油藏地质特征及驱油体系特征 第2 章二元驱油藏地质特征及驱油体系特征 2 1 油藏地质特征 二元驱试验区位于孤东油田七区西n 9 5 4 6 1 层南部，共有三个 小层：n 9 5 4 、n 9 5 5 、n 9 6 1 。n 9 5 4 和n 9 5 5 层发育较好、油层连通，面 n 9 6 1 层呈零星状分布。 2 1 1 构造特征 孤东油田是受基岩制约的继承性圈闭整装大油田，是一个被断层 复杂化的具有多层结构的披覆构造油藏。七区西n 9 5 4 - 6 1 开发层系则 是在孤东披覆构造下被断层切割而形成的一个构造简单、地层平缓、 构造形态完整的层状油藏( 图2 - 1 ，2 - 2 ) 试验区各小层顶面构造是在 区域背斜构造格局背景下开发的一系列微小起伏，包括正向地形、负 向地形、斜面地形三类。这些起伏受控于区构造格局和河道下切侵蚀 与差异压实作用强度。 h 姜蕊 ，砻 垒 5 擎、 口 、 矿 一采收率( )高值( ) 11 2 0 03 4 9 5 1 11 6 2 2 1 5 0 03 4 55 2 61 8 1 31 7 0 03 4 35 3 31 9 0 结果表明，随着聚合物浓度的增加，提高采收率幅度也在增大， 但1 5 0 0 m g l 时出现明显拐点( 图4 - 6 ) ，因此聚合物浓度确定为 1 5 0 0 m g l 。 拿 一 瑙 馨 辟 擎 张 但 皑 图4 - 6体系聚合物浓度与提高采收率关系 4 5 4 二元驱与单一聚合物驱对比试验 为考察二元驱增油效果，在同等经济和相同段塞大小条件下，进 行了聚合物驱试验。结果表明( 表4 - 1 0 ) ，本次试验条件下，二元驱效 果好于单一聚合物驱。 综合上述试验结果，初步推荐石油磺酸盐复合驱油配方为： 0 3 s p s - i o i 1 1 t 活性剂0 1 5 p ，注入段塞0 3 p v 。 为了考察黄河水、现场污水对体系界面张力、粘度的影响，分别 对两种水配制的溶液体系进行了界面张力与粘浓曲线的测定，结果用 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章配方体系实验研究 黄河水配制的溶液体系粘度明显高于现场污水，界面张力增加值不太 明显。 表4 一l o与聚合物相同经济条件下的对比 水驱采配方体系 提高采收 序号配方体系 收率采收率率 l0 3 s p s 0 i 1 # 0 1 5 p ( 0 3 p v )3 4 35 2 41 8 1 20 1 5 p ( 0 5 4 p v )3 4 74 9 91 5 2 30 1 5 p ( 0 3p v )3 4 24 5 91 1 7 4 6 基本结论 石油磺酸盐复合体系可与试验区模拟油达到超低界面张力状态， 其吸附量较小，属于具有低界面张力的表面活性剂稀体系复合聚合物 的复配体系。驱油试验表明复合驱在配方体系下能取得很好的经济效 益。 - 3 8 - 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 5 1 地质建模 根据试验区地质特点，模拟时z 方向上考虑三层( n 9 5 、n 9 5 5 、n 9 6 1 ) 三个小层。同时，为了保证模拟油藏的封闭性，平面上模拟网格范围 选择的原则为： 进行全试验区数值模拟研究，网格系统包括试验区所有注入井 的控制范围，便于复合驱效果评价； 网格系统以断层线、穿越生产井连线或者两注入井中间连线为 网格边界线。 模拟网格为2 6 2 3 3 ( 网格数1 9 7 4 个) ，网格步长5 0 5 0 m ，全 区模拟面积1 2 5 k m ，包括全部二元驱实施储量。将各静态参数离散进 模拟网格，静态参数包括油层顶部深度、砂层厚度、有效厚度、孔隙 度、渗透率和原始含油饱和度，均取值于油藏描述的结果。通过对静 动态资料适当地分析调整，实现了原始地质储量、原始地层压力及孔 隙体积的拟合( 见表5 - i ) 。 表5 - 1 油藏原始参数拟合 孔隙体积地质储量地层压力 主要指标 ( i 0 一) ( 1 0 t )( m p a ) 实际值 4 3 6 02 7 7 01 2 5 计算值 3 4 3 42 7 8 21 2 5 相对误差( ) 1 70 40 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 5 2 水驱历史拟合 5 2 1 水驱开发评价 试验区于1 9 8 6 年7 月投产，1 9 8 7 年5 月起进行注水开发。自投 入开发以来至矿场二元驱试验，先后经历了五个开发阶段( 表5 - 2 ) ： ( 1 ) 无水采油期( 1 9 8 6 7 1 9 8 8 3 ) 该开发阶段经历了2 1 个月，采出程度4 7 ，综合含水0 7 ，阶 段含水上升率0 1 4 。其中，1 9 8 6 年7 月1 9 8 7 年4 月为天然能量开 采阶段。 ( 2 ) 低含水期( 1 9 8 8 4 1 9 8 9 1 2 ) 该开发阶段经历了2 1 个月阶段末，油井开井1 4 口，水井2 口， 采出程度1 3 1 ，综合含水3 7 5 ，阶段内采出程度8 4 ，含水上升 率4 3 8 。该阶段开发特点：投产新井较多，注水量和采液量一直都 保持较低水平，该阶段为全开发历程中的高产阶段，采油速度一度达 到最高点，为5 5 2 。与同类开发油田相比，该阶段持续时间较长， 采出油量较多，为目前总采油量的2 8 7 。 ( 3 ) 中含水期( 1 9 9 0 1 1 9 9 1 6 ) 该开发阶段经历了1 8 个月。阶段末，油井开井1 9 口，水井8 口， 采出程度1 8 1 ，综合含水7 7 3 ，阶段内采出程度5 0 ，含水上升 率7 9 6 。该阶段开发特点：通过井网综合开发调整和油水井的大幅 度提水提液等措施，使试验区保持了较高的采油水平，阶段末采油速 度为3 1 7 ，但该阶段试验区含水迅速上升。 ( 4 ) 高含水期( 1 9 9 1 7 1 9 9 4 6 ) 该开发阶段经历了3 6 个月。阶段末，油井开井1 8 口，水井9 口， 采出程度2 4 5 ，综合含水9 3 6 ，阶段内采出程度6 4 ，含水上升 率2 5 5 。该阶段开发特点：阶段提液速度有所减缓，采油速度逐渐 减小。注水量增多，注采比大于l ，地下亏空减小，地层压力回升。 ( 5 ) 特高含水期( 1 9 9 4 7 2 0 0 3 9 ) 该开发阶段经历了9 年多。采出程度3 4 5 。该阶段开发特点：阶 段开发时间长，含水商，采油速度低，产量变化符合双曲递减规律。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 阶段末，试验区共有油井总井2 1 口，开井2 0 口，日产液水平 2 4 6 4 t d ，日产油水平4 5 t d ，平均单井日产液水平1 2 3 2 t d ，平均单 井日产油水平2 2 t d ，综合含水9 8 2 ，采出程度3 4 5 ；水井总井9 口，开井8 口，日注水平1 6 4 3 m 3 d ，平均单井日注水平2 0 5 m 1 d ，平均注 入压力1 1 6 m p a ，月注采l t o 8 8 ，累积注采比1 0 4 。 表5 - 2 七区西n 9 5 l 耐层复合驱试验区开发历程表 井数平均单井产 ( 口)量( 旧 采油综合含水采出阶段采注采累积 阶段 速度含水 上升率程度出程度 比注采 油水日产日产 井 井液油 c 哟( )惭)( )c ) 比 无水 天然 802 4 1 2 4 0 2 9 00 5 1 9 o0 采油 能量 4 7 期7l2 6 7 2 6 52 8 10 74 7o 7 20 2 8 低含水期 1 423 3 12 0 34 3 13 7 54 3 81 3 18 4o 8 2 0 4 6 中含水期1 9 8 5 0 41 1 o3 1 7 7 7 37 9 61 8 15 00 9 20 5 7 高含水期 1 8 99 1 8 5 61 5 39 3 62 5 5 2 4 56 4 1 1 30 9 9 特高含水期2 081 2 3 2 2 9 5 o 8 5 9 8 20 6 43 4 51 1 90 8 81 0 4 5 2 2 水驱历史拟合 油藏地质模型建立后，进行了水驱历史拟合，输入给定的注水量 和产液量，使该试验区自8 6 年投产以来至9 8 年6 月近1 2 年生产历史 得以在机器上再现。通过对静动态资料适当地分析调整，实现了区块 地层压力、综合含水率以及单井含水率、井底流压等指标的动态拟合 ( 图5 - 1 至图5 - 4 ) ，累积指标见表5 3 ，各项指标拟合结果都较为令人 满意。实现了区块参数拟合误差控制在5 以内，历史拟合阶段末单井 含水率拟合误差在5 以内的井数符合率控制在9 5 以上、单井累积含 水拟合误差在1 0 $ 以内的井数符合率控制在9 0 以上。这样，数值模拟 所提供的油藏静态模型较为真实地反映地下情况。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 1 0 0 8 0 g6 0 褂 薏4 0 2 0 0 掣 宴 r 醴 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 0 日榈 图5 - i二元驱试验区含水拟合曲线 图5 - 2二元驱试验区压力拟合曲线 4 2 - 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场诵整 窑1 0 0 j i r 蓑8 0 6 0 拿i 0 0 旃 * 钮8 0 6 0 0 o o 图5 - 32 9 - 1 5 4 井含水拟合曲线 4 0 0 0 5 0 0 0 时间( d ) o 图5 - 43 2 - 1 5 5 井含水拟合曲线 - 4 3 ， 4 0 0 05 0 时间( d ) 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 表5 3 试验区水驱历史拟合指标对比表 累积产油累积产水综合含水采出程度 主要指标 ( 1 0 t )( 1 0 “1 1 ) )( )( ) 实际值 9 5 66 5 1 09 8 23 4 5 计算值 9 4 96 2 6 79 8 13 4 i 相对误差( )o 73 7 o o l 0 5 5 3 二元驱数值模拟研究 试验区二元驱数值模拟的主要工作是拟合二元驱试验进入矿场 以来的矿场动态，并对矿场油井动态进行准确预测，为方案调整提供 依据。根据第2 章所提供的精简的二元驱数值模拟研究方法，在水驱 拟合的基础上进行二元驱数模计算，本方法的关键是化学剂参数的取 值准确性。 5 3 1 = 元b 区试验开展情况 ( 1 ) 方案设计情况 方案根据正交设计方法和模糊数学原理，在早期复合驱油藏数值 模拟研究的基础上，考虑各项技术、经济指标综合影响，利用基于模 糊综合评判模型的优化设计方法对复合驱注采参数进行了优化设计， 从而确定出最佳的注采参数。 在优化的最佳的注采参数的基础上，根据专家意见，考虑以下几 方面的影响因素：岩石对化学剂吸附比较严重，在驱油过程中化学 剂因被岩石吸附使得浓度降低，影响驱油效果；岩石吸附对界面 张力影响的试验结果也表明，复配体系经岩石吸附后界面张力值明显 增大，影响了驱替液的洗油效率；由于本试验区水淹严重，造成 化学剂在地下被稀释，使得浓度发生变化影响驱油效果。经研究认为 在经济条件允许的情况下需要在数模优化结果基础上适当增加化学 剂的用量。最后方案设计矿场注入方案为采用清水配置母液、污水稀 中国石泊大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 释注入，注入段塞为三段塞注入方式： 前置保护段塞：0 0 5 p v 2 0 0 0 m g 几聚合物 二元主体段塞：0 3 p v ( o 4 5 石油磺酸盐+ o 1 5 1 # 十1 7 0 0 m g l 聚 合物) 后置保护段塞：0 0 5 p v x1 5 0 0 m g l 聚合物 注入速度：0 i i p v a 。 ( 2 ) 方案执行情况 矿场于2 0 0 3 年9 月1 日投入试注，先期注入高浓度甲醛段塞对油 层进行预处理，2 0 0 3 年9 月1 1 日正式投注前置聚合物保护段塞，2 0 0 4 年6 月1 日正式投注二元驱主体段塞。矿场注入主体段塞注入石油磺 酸盐浓度0 4 5 ，l # 表活剂浓度0 1 5 ，2 0 0 4 1 1 1 5 号前聚合物注 入浓度为2 2 0 0 m g l ，之后调整为1 7 0 0 m g l 。截止2 0 0 5 年1 2 月，试验 区累注溶液1 0 2 万立方米，累注聚合物干粉2 2 1 5 吨，累注l # 表面活 性剂1 0 6 3 吨，累注磺酸盐2 9 1 0 吨，注入情况见表5 - 4 。 表5 - 4二元驱注入方案设计及完成情况表 段塞尺寸注入液量 石油磺酸盐 1 抖助剂 聚合物 注入 段塞 浓度用量浓度用量浓度用量 时间 p v10 4 一 ( )( t )( )( t )( )( t ) ( d ) 设计 o 0 52 22 0 0 04 8 61 5 6 实际 0 钾53 32 0 4 07 4 02 6 5 完成( ) 1 4 91 4 91 0 21 5 21 7 0 设计o 31 3 104 55 9 8 6o 1 51 9 6 61 7 0 02 4 7 59 3 6 实际 0 1 5 97 0o 4 1 82 9 1 00 1 5 31 0 6 31 9 0 61 4 7 54 9 5 完成( ) 5 3 15 39 2 84 8 61 0 1 75 4 1 1 1 2 5 9 65 2 9 合计0 2 31 0 22 9 1 01 0 6 31 9 4 92 2 1 57 6 0 ( 3 ) 试验区目前现状及矿场动态变化 目前矿场动态 目前试验区油井开井1 8 口，日液水平1 8 2 5 吨，日油水平1 4 4 吨， 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 含水6 2 1 ，平均动液面4 7 5 米：水井开井9 口，平均注入压力 儿o m p a ，曰注水平1 3 2 7 立方米。采油速度1 8 9 ，采出程度3 7 1 ，平均注入聚合物浓度1 8 8 9 m g l ，磺酸盐浓度0 4 5 ；助剂1 # 浓 度0 1 5 。注入井井口粘度3 1 6 m p a s ，产出液浓度3 1 6 m g l ( 见表 5 - 5 ) 。 表5 5 七区西二元驱试验区开发现状表( 2 0 0 5 1 2 ) 项目 小计项目小计 油井开井( 口) 1 8 水井开井( 口) 9 日产液水平( 岫 1 8 2 5 t t t k 平( m 3 d ) 1 3 2 7 日产油水平( 旧 1 4 4 平均单井日注( r n ，d ) 1 4 7 4 平均单井日液d ) 1 0 1 4油压o v m a ) 1 1 平均单井日油( 们) 8 0 聚合物浓度( m g i l ) 1 8 8 9 综合含水( ) 9 2 1 井1 2 1 粘度( r r l p a - o 3 1 6 采出程度( ) 3 7 1 磺酸盐浓度( ) 0 4 5 1 2 采油速度( ) 1 8 9 助剂浓度( ) 0 1 5 0 4 动液面 4 7 5 注入总量口v m g l ) 4 5 2 注入倍数口v ) 0 2 3 5 产出液浓度( ) 3 1 6 矿场动态变化特征 投注以来，试验区的开井率及日注水平基本稳定，注入压力及井 口枯度呈上升趋势( 图5 - 5 ) 。试验区目前整体注入正常，注入压力变 化趋势基本符合注聚规律。试验区投注前正常注入井平均注入压力 8 2 m p a ，目前上升到1 1 o m p a ，与投注前对比上升2 8 v l p a ，反映出注 入聚合物段塞后，注入井井底附近渗流特征发生改变，渗流阻力增加， 有利于复合驱主体段塞进入中低渗透层，提高驱油效率和波及体积。 全区在注主体段塞5 个月后( 2 0 0 4 年1 1 月) 开始见到效果，日 产油大幅度上升，目前试验区日产油水平上升到1 4 4 t d ，比见效前 ( 2 0 0 4 年l o 月) 的3 6 t d 上升了1 0 8 t d ( 图5 - 6 ) 。综合含水缓慢下 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 降，目前试验区综合含水下降到9 2 1 ，比见效前( 2 0 0 4 年1 0 月) 的9 8 2 t d 下降了6 1 ( 图5 - 6 ) 。截至目前，试验区已经累积增油 2 7 1 6 6 t ，提高采收率0 9 8 ，有1 0 口生产井不同程度的见到降水增 油效果。 图5 - 5 试验区注入曲线 图5 - 6 试验区生产曲线 4 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 5 3 2 物化参数确定 由于数值模拟需要的许多化学参数无法测试，因此要能过拟合岩 心驱替曲线反求。下面聚合物及表面活性剂的物化参数均由实内试验 提供，有的参数根据矿场情况稍有调整。 ( 1 ) 表面活性剂参数 界面张力参数 界张力可由图5 7 数据点插值求得。 表面活性剂浓度( ) 图5 - 7 表面活性剂浓度与界面张力关系曲线 低毛管力下的油、水相对渗透率取值( 见表5 6 ) 表5 - 6 低界面张力时的相对渗透率殁乇管由 含水饱和度水相相对渗透率油相相对渗透率 0 3 00 0 0 00 4 2 3 o 3 60 0 1 50 3 4 8 0 4 8 0 0 7 60 2 2 1 0 6 00 1 6 40 1 2 3 0 7 20 。2 7 20 0 5 3 0 8 50 4 0 80 0 1 0 0 9 50 5 2 40 0 0 0 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 地层岩石对表面活性剂的吸附( 见表5 - 7 ) 表5 7 表面活性剂等温吸附表 表面活性剂浓度单位岩石吸附量 ( )( g g ) 0 0 0 0 30 0 0 0 0 5 o 0 5 0 0 0 0 0 7 0 0 80 0 0 0 0 8 0 1 0 0 0 0 1 2 0 20 0 0 0 2 o 30 0 0 0 2 3 0 4 0 0 0 0 2 4 0 50 0 0 0 2 4 临界毛管数定义 根据在模拟矿场的试验结果，当界面张力达到l o - 2 m n m 数量级时， 残余油饱和度大大降低，油藏中可应用低界面张力相渗曲线时的毛管 数一般为1 0 1 ，在高界面张力状态下毛管数为1 0 1 。 扩散系数 根据室内试验提供的数据，表面活性剂的扩散系数设为0 7 5 。 ( 2 ) 聚合物参数 粘浓关系参数 实验所得的粘浓关系参数在应用于油藏模的过程中，必须考虑各 种情况下的降粘作用，一般考虑以粘度保留率予以调整。二元驱矿场 方案注入水为回注污水，数值模拟中不考虑盐组分浓度对聚合物溶液 粘度的影响，所用的地层水条件下的粘浓关系如图5 - 8 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 口 白 s 瑙 尊 05 0 01 0 0 0 1 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 0 聚合物浓度( m g l ) 图5 8 试验区地层水条件下的粘浓曲线 不可及孔隙体积系数 根据室内试验提供的结果，矿场用聚合物不可及孔隙体积系数为 0 7 5 。 渗透率降低系数 根据孤东油田相似区块的聚合物驱的统计结果，结合驱油试验反 求参数的结果，设定岩石对聚合物饱和吸附时的最大残余阻力系数为 1 9 5 。 吸附参数 聚合物对岩石的吸附量小，设聚合物饱和吸附量为每克岩石吸附 聚合物量0 0 0 0 1 克，每克岩石中聚合物不可逆吸附量设为0 0 0 0 0 3 克， 所定义数据是根据孤东油田聚合物驱单元数模拟合的经验值。 5 3 3 数值模拟跟踪拟合及预测 在水驱的基础上，对二元驱先导试验进行了跟踪模拟，跟踪模拟 的时间为2 0 0 3 年9 月份到2 0 0 5 年1 2 月份，从单井见效时机上能很清 楚地判断部分井区由于开发原因造成的大孔道，对动态大孔道的模拟 要回到水驱拟合中进行，在适当开发时间上修改局部网格传导率，拟 合单井含水率。在化学驱拟合中，主要针对化学剂的工作参数在适当 蚰站拈柚峙m 0 o 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 范围内进行修改，拟合综合含水率及生产井化学剂的浓度等参数，直 到得到满意结果为止，并在拟合的基础上进行该二元驱试验区的增油 指标进行预测。 ( i ) 综合含水拟合 综合含水拟合结果可见图5 9 ，从图中可以看出，整个试验区已 取得了明显的效果。计算含水与实际含水的趋势相当吻合的，阶段末 实际含水9 3 1 ，而计算的含水为9 3 o ，误差仅为o 1 ，可以说拟 合结果达到了数模的要求。由于水驱拟合结果就非常好，为化学驱拟 合奠定了一个坚实的基础，也为最终采收率预测奠定了非常坚实的基 础。 ol o o o2 0 0 03 0 0 0 图5 - 9 全区含水拟合与预测 4 0 0 05 0 0 0 生产天数( d ) ( 2 ) 单井含水拟合 我们对每口单井都进行了含水拟合，从拟合结果来看( 图5 一l o 、 5 一1 1 ) ，拟合程度是较高的，见效井及未见效井都拟合得比较成功， 所以无论从拟合趋势还是从阶段末误差来看，单井拟合效果都是非常 好的，也达到了我们对单井拟合的要求。 诣跖佰铂 芒静* 如 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 芒 静 钯 翟 瓣 * 缸 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 0 生产天数( d ) 图5 1 02 8 - 1 7 5 含水拟合 5 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 0 生产天数( d ) 图5 1 13 6 - 1 9 5 含水拟合 ( 3 ) 含水及采收率预测 在跟踪拟合的基础上，对二元驱进行了预测，二元驱各井的配产 配注仍用方案所制定的配产配注，而无论是表活剂的浓度还是聚合物 的浓度都采用方案制定的浓度进行预测，含水预测结果见图5 - 9 ，从 含水拟合及预测结果图可看出，含水刚开始比较平稳，平稳中略有下 吕：卯如加的o 鲫刀卯卯卵口 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 降，而目前已经处于明显下降期，最低含水则要到注聚后1 7 0 0 天左 右到达，最低含水为8 8 4 ，而二元驱提高采收率可达1 1 5 ，项目 评价期为1 1 年。 ( 4 ) 见聚及见表活剂预测 根据拟合的结果，得到了目前化学剂浓度场，见图5 - 1 2 、5 - 1 3 ， 从计算的浓度分布来看，2 8 - 1 7 5 、3 2 - 1 5 5 、3 6 - 1 9 5 及3 3 - 1 2 四口油井 目前应该已有大量聚合物产出，油井产出液中应见低浓度表活剂。对 应时间的矿场监测结果如下( 表5 8 ) 。 表5 - 8 矿场监测采出液聚合物浓度 聚合物浓度聚合物浓度 井号井号 ( m g l )( r a g l ) 7 2 8 - 1 7 5 | 7 3 2 1 6 63 3 7 2 8 1 8 66 4 7 - 3 3 - 1 2 5 2 8 7 2 9 - 4 1 8 62 57 - 3 6 - 1 6 6 木 7 2 9 1 5 44 6 37 - 3 6 - 1 4 6 t 7 3 2 1 7 5 木 7 - 3 6 3 1 8 6 7 - 3 2 - 3 1 3 5 | 7 3 6 1 3 52 2 7 - 3 6 - 3 1 7 57 - 3 6 - 1 9 52 5 2 7 - 3 2 3 1 8 64 9 7 3 6 - 1 5 52 聚合物浓度栏中，表示该井产出液本次未取样； 表示该 井产出液样品中未见聚合物。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 图5 - 1 2n 9 5 层聚合物浓度分布图( 单位：g l ) 图5 1 3n 9 5 4 层表活剂浓度分布图( 单位；g 几) 结果表明，数模计算结果与矿场化学剂产出液监测结果相当吻 合，数模结果可信。 5 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章油藏数值模拟研究及矿场调整 ( 5 ) 增油指标预测 按照方案设计完成矿场化学剂的注入，含水回返9 8 做为经济极 限指标，根据拟合预测结果，矿场见效期1 1 年，预测累积增油2 2 1 8 万吨，提高采收率1 1 5 。分年度增油及累积增油指标预测如表5 - 9 。 表5 - 9 分年度增油及累积增油指标预测表 年份 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 8 年增油( 1 0 t )o 2 40 8 02 4 03 3 43 5 23 4 7 累增油( 1 0 t ) 0 2 41 0 43 4 46 7 8l o 3 11 3 7 8 年份 2 0 0 92 0 1 02 0 1 12 0 1 22 0 1 3 年增油( 1 0 4 t )2 9 12 3 01 5 30 9 90 6 7 累增油( 1 0 4 t )