郭蘭磊　張以根　宋新旺　姜顏波

摘要　描述了勝利油區(qū)三次采油的發(fā)展歷程；綜合運用室內(nèi)實驗、數(shù)值模擬和油藏工程等多種研究手段，深入研究了三次采油期間以及后續(xù)水驅(qū)過程中相關的技術(shù)政策界限，以最大限度的減少三次采油的風險，最大幅度地提高油田的最終采收率；還提出了三次采油攻關的方向和目標，以保障勝利油區(qū)三次采油的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞　勝利油區(qū)　三次采油　聚合物驅(qū)　技術(shù)政策

一、引言

勝利油區(qū)經(jīng)過30多年的勘探開發(fā)，勘探新增儲量的難度越來越大，成本越來越高。已開發(fā)油田目前大都處于高含水或特高含水期，水驅(qū)穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大。為了在老油田的增產(chǎn)挖潛方面走出一條新路，保持油田開發(fā)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，在二次采油的基礎上出現(xiàn)了三次采油。

勝利油區(qū)自20世紀60年代就開始了三次采油室內(nèi)實驗研究工作，積累了豐富的研究經(jīng)驗，為現(xiàn)場實施奠定了基礎。1992年，在孤島油田中一區(qū)Ng3開展聚合物驅(qū)礦場先導試驗，在孤東油田開展了三元復合驅(qū)油先導試驗，開始了勝利油區(qū)三次采油新紀元，為勝利油區(qū)的增產(chǎn)挖潛注入了新的活力，并取得了顯著的降水增油效果。在此基礎上，從適宜三次采油資源的一類單元開始，于1994～1995年開展了孤島、孤東兩個聚合物驅(qū)擴大試驗，取得了明顯的效果。之后，三次采油規(guī)模迅速擴大，從1997年開始進入工業(yè)化推廣應用階段。為了最大限度地降低三次采油的風險性，通過大量的室內(nèi)實驗、數(shù)值模擬和礦場資料統(tǒng)計，深入研究了勝利油區(qū)三次采油的技術(shù)政策界限。針對勝利油區(qū)的油藏特點，提出了三次采油的發(fā)展方向。

二、三次采油驅(qū)油劑產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)政策界限

性能優(yōu)越的化學驅(qū)油劑是三次采油取得明顯效果的基本前提。目前，三次采油化學驅(qū)油劑產(chǎn)品種類繁多。為了有效控制驅(qū)油劑產(chǎn)品的質(zhì)量，針對勝利油區(qū)的油藏特點，經(jīng)過“八五”、“九五”的攻關和大量的室內(nèi)實驗研究，建立了適合勝利油田的三次采油單元油藏特點聚合物和表面活性劑的產(chǎn)品質(zhì)量指標。

1.聚合物產(chǎn)品質(zhì)量指標

制定的聚合物產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量指標見表1。以此指標對每批聚合物產(chǎn)品進行固含量、分子量、水解度和濾過比等基本物化性質(zhì)進行測定和增粘性、篩網(wǎng)系數(shù)、抗剪切能力、熱穩(wěn)定性及吸附與滯留等基本應用性能進行評價。該標準得到國內(nèi)外大公司認可，在聚合物干粉訂貨中，嚴格執(zhí)行該技術(shù)質(zhì)量指標，確保聚合物干粉的質(zhì)量，保護了油區(qū)的經(jīng)濟利益。

表1　聚合物產(chǎn)品質(zhì)量指標表

2.表面活性劑產(chǎn)品質(zhì)量指標

在大量界面張力、驅(qū)油、抗[Ca²⁺]/[Mg²⁺]能力等試驗的基礎上，提出了適合勝利油區(qū)油藏特點和復合配方體系的表面活性劑質(zhì)量指標，即pH＞7；固含量≥40%；與堿的復配體系界面張力≤3×10^-3mN/m。

三、油藏條件技術(shù)政策界限

勝利油區(qū)油藏條件極其復雜，本文主要對驅(qū)油效果影響較大的油藏非均質(zhì)性、油層韻律、沉積相、油層溫度、水礦化度、原油粘度、剩余油飽和度、注入時機、單層及多層等油藏條件進行了研究。

1.油藏非均質(zhì)性

油藏非均質(zhì)性是影響聚合物驅(qū)的一個重要因素，又分靜態(tài)非均質(zhì)和動態(tài)非均質(zhì)兩個方面。

（1）靜態(tài)非均質(zhì)

靜態(tài)非均質(zhì)性用油層滲透率變異系數(shù)（V_K）來表征，隨V_K增大，水驅(qū)和聚合物驅(qū)的采收率均下降，但幅度不同。初期隨 V_K增大，由于聚合物具有一定的增粘作用，可以一定程度地調(diào)整油藏縱向和平面非均質(zhì)，所以采收率下降幅度較水驅(qū)下降緩，聚合物驅(qū)提高采收率幅度（E_R）逐漸增大；但聚合物的增粘和改善油藏非均質(zhì)性具有一定的限度，如果V_K過大，其“指進”或“舌進”現(xiàn)象將加劇，因而△E_R將下降。研究結(jié)果認為V_K為0.7左右最佳，適合于三次采油區(qū)間的V_K為0.5～0.8。

（2）動態(tài)非均質(zhì)

動態(tài)非均質(zhì)是指在長期注水過程中由于水的沖刷作用而使原來滲透率很高的油層滲透率變得越來越高，形成“大孔道”，又稱賊層，賊層的存在對開發(fā)效果有顯著影響。數(shù)模研究結(jié)果表明，當含水大于90%，油田經(jīng)強烈的注水沖洗，使油層滲透率增大，三采效果明顯變差。礦場統(tǒng)計結(jié)果表明，大孔道井區(qū)見效比例與其他井區(qū)相近，但平均單井增油和每米增油幅度明顯較低。因此，進行三次采油的區(qū)塊動態(tài)非均質(zhì)應不嚴重。

2.油層韻律

數(shù)值模擬結(jié)果表明，對于不同韻律的地層，水驅(qū)采收率依次為反韻律＞復合韻律＞正韻律。在反韻律地層中，由于高滲透層位于地層的上面，而低滲透層位于地層的下面。在重力作用下，上面高滲透層的水會向下部的低滲透層竄流，從而改善了中低滲透層的驅(qū)動效果。因此，反韻律油層的采收率高于正韻律油層的采收率，而復合韻律層的采收率介于反韻律和正韻律地層之間。

實施聚合物驅(qū)后，三種韻律的地層采收率都有不同程度的提高。其提高采收率幅度依次為：正韻律＞復合韻律＞反韻律（表2）。可見，聚合物的注入減弱了重力的影響，減小了垂向上水的竄流。

表2　地層的韻律性對提高采收率的影響表

3.沉積相

從礦場統(tǒng)計結(jié)果平均單井增油幅度來看：心灘相（A1)＞河道充填相（A2)＞河道邊緣相（B)＞泛濫平原相（C）。而每米增油幅度依次為：河道邊緣相（B)＞河道充填相（A2)＞心灘相（A1)＞泛濫平原相（C），但A1、A2、B相間相差不大，C相明顯較差。說明與C相比A1、A2和B對三次采油更有利。

4.油層溫度

油層溫度影響聚合物溶液地層粘度，而地層粘度是決定聚合物驅(qū)效果的主要因素之一。用黃河水配制5000mg/L的聚合物溶液，用回注污水稀釋成1500mg/L濃度，測定不同溫度下的粘度。實驗結(jié)果可知：隨溫度的上升，聚合物溶液粘度呈下降趨勢，粘度保留率減小，70℃時，其粘度為26mPa.s，僅為30℃時（39.8mPa·s）的65.3%。表明聚合物溶液具有較強溫敏性，目前條件下實施三次采油單元油藏溫度應小于80℃。

5.水礦化度

水礦化度是通過影響聚合物溶液地層粘度而影響聚合物驅(qū)效果的。以不同比例的回注污水與黃河水混合，配制成不同礦化度的聚合物溶液，并測定溶液粘度隨礦化度的變化曲線。隨配制水礦化度的不斷增加，溶液中的聚合物分子由伸展構(gòu)象逐漸趨于卷曲構(gòu)象，分子的有效體積縮小，溶液粘度減小。如質(zhì)量濃度為1000mg/L的聚合物溶液完全污水配制時，其粘度為8.5mPa.s，僅為完全清水配制時（15.4mPa.s）的55.2%。聚合物溶液濃度越高，粘度保留率越低；地層水礦化度越高，聚合物溶液注入地層后，其前緣粘度下降愈大，會降低聚合物溶液的驅(qū)油效果。

6.原油粘度

三次采油單元的地層原油粘度也很重要。原油粘度低，水驅(qū)采收率高，三次采油提高采收率潛力?。辉驼扯忍?，也不利于驅(qū)油劑作用的發(fā)揮。數(shù)值模擬表明，勝利油區(qū)館陶組油藏聚合物驅(qū)的原油粘度有利范圍在40～70mPa·s之間，60mPa.s為最佳。

7.剩余油飽和度

剩余油是聚合物驅(qū)的物質(zhì)基礎。剩余油飽和度是保證三次采油驅(qū)油效果的主要因素之一，也是影響見效時間的關鍵因素之一。在相同地層條件下，驅(qū)油劑用量、濃度及段塞大小相同，油層的剩余油飽和度高，容易形成原油富集帶，見效時間早，驅(qū)油效果好。

孤東油田八區(qū)Ng3～6和孤島油田中一區(qū)Ng4地質(zhì)條件相似、儲集層物性相近、流體性質(zhì)相差不大。礦場實施聚合物驅(qū)后，孤東油田八區(qū)注入0.06PV聚合物溶液即開始見到增油效果，而孤島油田中一區(qū)Ng4注入量達到0.19PV時才開始見到明顯效果（PV為孔隙體積）。其原因之一就是由于孤島油田中一區(qū)Ng4注聚前采出程度較高（38.33%），剩余油飽和度較低，而孤東八區(qū)注聚前采出程度較低（18.9%），剩余油飽和度高。

8.注入時機

聚合物注入時機對增加采收率的幅度有明顯的影響。室內(nèi)物理模擬表明，注聚時間越早提高采收率效果越好，還可節(jié)省大量的注水及水處理費用。

9.單層和多層

數(shù)值模擬結(jié)果表明，多層注聚能充分發(fā)揮聚合物溶液的調(diào)剖作用，改善層間動用狀況，效果好于單層注聚。在特高含水期，多層注聚優(yōu)越性更明顯。

四、注入?yún)?shù)技術(shù)政策界限

選擇合適的注入?yún)?shù)能充分發(fā)揮驅(qū)油劑的驅(qū)油效果，相反，如果注入?yún)?shù)選擇不當，則會不同程度的影響到三次采油的效果，甚至見不到驅(qū)油效果，造成巨大的經(jīng)濟損失。本文重點對驅(qū)油效果影響較大的井網(wǎng)、井距、用量、注采方向、受效方向數(shù)、注采比、注入速度等進行了研究。

1.井網(wǎng)

一般說來，三次采油都是在注水開發(fā)中后期進行的，因此需對注水開發(fā)的井網(wǎng)進行優(yōu)化，優(yōu)選出適合于三次采油的最佳井網(wǎng)。共計算了五點法、七點法和反九點法四種不同井網(wǎng)下的開發(fā)效果，注采井距取250m，數(shù)模結(jié)果表明，對于水驅(qū)，驅(qū)油效果由好到差的順序為五點法井網(wǎng)、四點法井網(wǎng)、七點法井網(wǎng)、反九點法井網(wǎng)。對于聚合物驅(qū)，驅(qū)油效果由好到差的順序為五點法井網(wǎng)、七點法井網(wǎng)、四點法井網(wǎng)、反九點法井網(wǎng)。而聚合物驅(qū)的增采幅度則以七點法為最高，反九點法為最低。因此，七點法、五點法和四點法井網(wǎng)為聚合物驅(qū)采油的理想井網(wǎng)。

2.井距

以五點法井網(wǎng)為例，研究了200m、250m、300m三種不同的井距對聚合物驅(qū)開發(fā)效果的影響。與水驅(qū)相比，提高采收率幅度分別為11.95%、11.94%和11.86%?？梢钥闯觯鄬酆衔矧?qū)的開發(fā)效果影響不大，相對來說，小井距的井網(wǎng)聚合物開發(fā)效果相對較好一些，但由于勝利油區(qū)油藏的非均質(zhì)性較強，井距太小，易造成聚合物溶液的竄流，因此，井距為250～300m之間較為合適。

3.用量

數(shù)值模擬結(jié)果表明，聚合物用量越大，進行聚合物驅(qū)含水下降漏斗的深度和寬度也越大，提高采收率幅度也越大，但當用量過大時提高采收率上升的幅度明顯變緩。礦場實際統(tǒng)計表明，聚合物用量越大，單井增油幅度及每米增油幅度也越大。因此，從技術(shù)角度上講，三次采油在礦場實施過程中，用量越大效果越好。另一方面，隨著聚合物用量的增大，其提高采收率幅度變緩，說明其經(jīng)濟效益變差。優(yōu)化結(jié)果表明，勝利油區(qū)三次采油聚合物用量在450～550PV.mg/L時，財務凈現(xiàn)值較大。因此，從經(jīng)濟角度上講，聚合物最佳用量為450～550PV·mg/L。

4.注采方向

根據(jù)礦場實際統(tǒng)計結(jié)果，三次采油注水井的注入方向由高滲透區(qū)往低滲透區(qū)注，其驅(qū)油效果單井增油和每米增油均高于由低滲透區(qū)往高滲透區(qū)注入的方向。

5.受效方向數(shù)

三次采油中心井的見效比例、單井增油和每米增油均遠遠高于邊角井的效果。實施三次采油油井的受效方向數(shù)越多，其增油效果越好。因此，在三次采油投產(chǎn)或轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)時，一定要考慮同時投產(chǎn)或同時結(jié)束注聚，避免人為地造成大量的邊角井，影響驅(qū)油效果。

6.注采比

數(shù)值模擬結(jié)果表明，實施三次采油其注采比為1.0～1.1時含水下降最大，提高采收率幅度最高，驅(qū)油效果好。因此，三次采油礦場應保證均衡注采，以達到最佳的三采效果。

7.注入速度

注入速度對最終采收率影響不大，但速度越快見效越早，投資回收快，經(jīng)濟效益好。而注入速度越大，剪切速率越大，聚合物溶液粘度損失越大，且易引起竄流或注入壓力過高。從目前勝利油區(qū)實施單元的注入速度來看，注入速度在0.08～0.12PV/a時較合適。

五、后續(xù)水驅(qū)技術(shù)政策界限

從孤島、孤東三個已轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)的聚合物驅(qū)試驗單元看，目前后續(xù)水驅(qū)階段實際增油已占總增油量的50%左右，預測后續(xù)水驅(qū)階段最終增油量約占總增油量60%，即三次采油的大部分油量要在后續(xù)水驅(qū)階段采出。因此，后續(xù)水驅(qū)階段是三采增油的一個重要階段，必須加大對這一階段的技術(shù)政策界限研究，以確保達到最大的增油效果。

1.壓力保持水平

地層壓力水平高，高滲條帶壓差加大，導致注入水突破聚合物段塞和已形成的“油墻”，形成新的水流通道，影響聚合物驅(qū)效果。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在后續(xù)水驅(qū)階段，壓力保持在飽和壓力附近時的開發(fā)效果要好于壓力較高的開發(fā)效果。

2.后續(xù)水驅(qū)注采比

為了探討在后續(xù)水驅(qū)階段最佳的注采強度，對后續(xù)水驅(qū)階段的注采比進行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，后續(xù)水驅(qū)階段的最佳注采比為0.8～1.0，在這一范圍內(nèi)提高采收率幅度最大。

六、發(fā)展方向

1.高溫高鹽驅(qū)油體系研究及礦場實施

資源評價結(jié)果表明，勝利油區(qū)適合三次采油的地質(zhì)儲量為10.7649×10⁸t，其中一類單元地質(zhì)儲量為2.723×10⁸t，二類單元地質(zhì)儲量為2.6772×10⁸t，三類單元地質(zhì)儲量為4.5707×10⁸t，四類單元地質(zhì)儲量為0.794×10⁸t。目前，礦場已動用的三采資源基本為一類單元，并且一類優(yōu)質(zhì)資源所剩余無幾，而油層溫度較高和礦化度較高的二、三類資源動用較少或未動用。因此，今后需在耐溫耐鹽驅(qū)油體系研究方面進行攻關，以便動用豐富的二、三類地質(zhì)資源。

2.聚合物驅(qū)后進一步提高采收率研究

‘八五”、“九五”期間，勝利油區(qū)實施聚合物驅(qū)單元12個，動用地質(zhì)儲量超過1×10⁸t。聚合物驅(qū)試驗結(jié)果表明，聚合物驅(qū)實施完以后，仍有50%～70%的原油存留在地層中，地層中的剩余油儲量仍十分豐富。目前，已開展的聚合物驅(qū)單元已進入或即將進入后續(xù)水驅(qū)，首要面臨的問題是聚合物驅(qū)以后如何提高采收率。因此，急需開展聚合物驅(qū)以后的新技術(shù)、新方法攻關研究，以充分開采剩余在地下的石油資源。當務之急是在弱交聯(lián)和石油磺酸鹽驅(qū)方面進行攻關，以取得突破性進展。

3.復合驅(qū)將成為聚合物驅(qū)接替技術(shù)

如何更有效地利用石油資源和進一步提高采收率是21世紀更為關注的問題，而解決這一問題更為合理的手段是充分利用不同采油方法之間的優(yōu)勢，采用復合方式進行采油。隨著合成化學劑復合驅(qū)（如三元復合驅(qū)、二元復合驅(qū)等）、合成化學劑－氣復合驅(qū)（如泡沫驅(qū)）、不同氣復合驅(qū)（如CO₂＋富氣等）、合成化學劑熱力復合驅(qū)、合成化學劑水平井注入復合驅(qū)等復合驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展，以及結(jié)垢和注劑效果（如粘度、活性等）的改善，復合驅(qū)油方法將成為21世紀最重要的聚合物驅(qū)接替技術(shù)。

七、結(jié)論

通過制定三次采油驅(qū)油劑的質(zhì)量標準，使驅(qū)油劑的質(zhì)量得到了保證；通過制定三采注入過程和后續(xù)水驅(qū)階段的技術(shù)政策界限，明確了適合三次采油的油藏條件范圍和合理的工作制度。以上研究從不同的方面保證了勝利油區(qū)三次采油向好的方向發(fā)展。

另外，高溫高鹽驅(qū)油體系研究及礦場實施、聚合物驅(qū)后進一步提高采收率和各種復合驅(qū)技術(shù)研究將是今后三次采油研究的重點和方向。