渤海J油田化學(xué)驅(qū)無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)的變化規(guī)律

未志杰 陳冠中 康曉東 王旭東 張 健

(中海油研究總院有限責(zé)任公司， 海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100028)

地層產(chǎn)液能力的變化在油田開(kāi)發(fā)研究中占有重要地位，它是開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)與調(diào)整的重要依據(jù)。目前，以聚合物驅(qū)、聚表二元復(fù)合驅(qū)為代表的化學(xué)驅(qū)技術(shù)已經(jīng)在渤海油田進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用，并取得了明顯的增油降水效果。海上油田化學(xué)驅(qū)具有多層合注合采、滲透率級(jí)差大、原油黏度大、聚合物驅(qū)實(shí)施時(shí)機(jī)早的特點(diǎn)[1]。聚合物溶液屬于高黏度非牛頓流體，且驅(qū)替前緣易形成富(稠)油帶，使地層流體滲流阻力明顯提高[2,3]，導(dǎo)致部分井產(chǎn)液能力較水驅(qū)階段有明顯的下降[4,5]。因聚合物驅(qū)實(shí)施時(shí)機(jī)較早，含水率較水驅(qū)階段下降幅度較小或僅僅是上升速度趨緩[6,7]，這與高含水期聚合物驅(qū)有顯著區(qū)別[8,9]。另外，復(fù)合驅(qū)條件下，表面活性劑等驅(qū)油劑的引入所導(dǎo)致的固液之間以及油水之間復(fù)雜的物化反應(yīng)，也會(huì)對(duì)油井產(chǎn)液能力產(chǎn)生深刻影響。因此，研究化學(xué)驅(qū)產(chǎn)液能力的變化規(guī)律，對(duì)海上稠油油藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)是衡量產(chǎn)液能力的重要指標(biāo)。渤海J油田是較早實(shí)施聚表二元復(fù)合驅(qū)的海上油田，本次研究將結(jié)合渤海J油田的情況，探討其無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化規(guī)律。

1 無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)計(jì)算模型

無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)(RJ)是指開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一時(shí)刻(t)的產(chǎn)液指數(shù)(Jt)與初始時(shí)刻(i)產(chǎn)液指數(shù)(Ji)的比值，即

(1)

式中：qL—— 油井產(chǎn)液速度，m3/d；

pe—— 地層靜壓，MPa；

pwf—— 井底流壓，MPa。

受限于海上平臺(tái)開(kāi)發(fā)條件，海上油田化學(xué)驅(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少。用式(2)折算油井的井底流壓。

pwf=pcase+αρa(bǔ)ve(hres-hcase)

(2)

式中：pcase—— 套壓，MPa；

hres—— 儲(chǔ)層中部垂深，m；

hcase—— 套管內(nèi)動(dòng)液面垂深，m；

α—— 單位轉(zhuǎn)換因子，9.8×10-6；

ρa(bǔ)ve—— 套管動(dòng)液面下的液體平均密度，用式(3)近似計(jì)算。

ρa(bǔ)ve=ρwfw+ρo(1-fw)

(3)

式中：ρw—— 水相密度，kg/m3；

ρo—— 油相密度，kg/m3；

fw—— 油井含水率。

2 無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化規(guī)律

根據(jù)J油田化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)礦場(chǎng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用上述模型對(duì)受效油井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

2.1 化學(xué)驅(qū)在J油田的實(shí)施情況

渤海J油田屬于疏松砂巖油藏，平均孔隙度26.9%，平均滲透率1 180×10-3μm2，具有高孔高滲的物性特征；地層條件下，原油黏度17.2 mPa·s，原始溶解氣油比為31～59 m3/m3，原油密度0.93 g/cm3。

J油田于1999年10月投產(chǎn)，2000年7月開(kāi)始注水，并在綜合含水80%時(shí)開(kāi)展化學(xué)驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)如圖1所示，共計(jì)8口化學(xué)驅(qū)注入井。先后實(shí)施了聚合物驅(qū)與聚表二元復(fù)合驅(qū)。2007年10月，注水井In4轉(zhuǎn)注聚合物，其后一年內(nèi)其余7口井先后轉(zhuǎn)注聚合物。在實(shí)施半年之后，逐步顯現(xiàn)較明顯的含水率下降、產(chǎn)油量上升、吸水剖面得到改善等聚合物驅(qū)見(jiàn)效特征，取得了預(yù)期的礦場(chǎng)應(yīng)用效果。2010年10月至2011年1月，開(kāi)展聚表二元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，將In1、In2、In3、In4等4口注聚井陸續(xù)轉(zhuǎn)為二元復(fù)合驅(qū)井。2013年2月至6月，將In5、In6、In7、In8等4口注聚井陸續(xù)轉(zhuǎn)為二元復(fù)合驅(qū)井。2014年油田實(shí)施整體加密調(diào)整，將原來(lái)的反九點(diǎn)井網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾辛惺骄W(wǎng)。為聚焦化學(xué)驅(qū)方式對(duì)產(chǎn)液指數(shù)的影響，提取的有關(guān)數(shù)據(jù)截至2014年12月底，即整體加密調(diào)整實(shí)施之前。2018年試驗(yàn)區(qū)仍處于二元復(fù)合驅(qū)階段，注入聚合物濃度為1 200 mg/L，地下目標(biāo)工作黏度為8.2 mPa·s，注入表面活性劑濃度為1 200 mg/L。

圖1 渤海J油田化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)區(qū)井位圖

J油田為疏松砂巖油藏，膠結(jié)性差。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，P1、P6、P18井存在明顯出砂現(xiàn)象，P17井多次關(guān)停井。因此，未將這4口井納入無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)分析范圍。中心受效井與非中心受效井，其無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。

2.2.1 非中心受效井的情況

非中心受效井，在聚合物驅(qū)見(jiàn)效前，隨著聚合物的注入，油井含水率上升，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)上升；見(jiàn)效后，油井含水率下降，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)下降。當(dāng)含水率下降至最低點(diǎn)附近時(shí)，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)也基本降至最低；含水率回返期，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)上升，聚合物產(chǎn)出濃度也逐漸上升。轉(zhuǎn)為聚表二元復(fù)合驅(qū)后，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)止升為降。

針對(duì)上述油井無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征，下面分析原因。

見(jiàn)效前期，注入的聚合物尚未推進(jìn)至油井控制區(qū)，對(duì)產(chǎn)液指數(shù)的影響程度有限，滲流阻力延續(xù)之前水驅(qū)階段的下降趨勢(shì)。因此，油井含水率繼續(xù)上升，相應(yīng)的產(chǎn)液能力繼續(xù)上升。

隨著聚合物的注入，前緣形成富油帶且不斷擴(kuò)大。當(dāng)富油帶推進(jìn)至油井控制區(qū)并逐漸突破，原油飽和度升高，滲流阻力迅速上升，油井含水率下降，產(chǎn)液指數(shù)快速下降。當(dāng)含水率降至最低點(diǎn)附近時(shí)，滲流阻力達(dá)到極大值，產(chǎn)液指數(shù)達(dá)到最低值。

隨著富油帶完全突破，油井含水率回升，控制區(qū)剩余油飽和度下降，聚合物對(duì)地層滲流阻力的影響占據(jù)主導(dǎo)，滲流阻力不斷下降，導(dǎo)致產(chǎn)液指數(shù)回升，聚合物產(chǎn)出濃度也逐漸增大。

轉(zhuǎn)為聚表二元復(fù)合驅(qū)后，油井含水率繼續(xù)上升，但產(chǎn)液指數(shù)止升為降。這可能是由于地層中注入表面活性劑后，表面活性劑溶液與原油相互作用而最終形成乳狀液，提高了地層滲流阻力所致。典型非中心受效井無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征曲線如圖2和圖3所示，分別對(duì)應(yīng)P7、P8井。

2.2.2 中心受效井的情況

中心受效井，在聚合物驅(qū)見(jiàn)效前，油井含水率上升，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)上升；見(jiàn)效后，油井含水率下降，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)下降。當(dāng)含水率下降至最低點(diǎn)附近時(shí)，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)降低至最低點(diǎn)；含水率回返期，聚合物產(chǎn)出質(zhì)量濃度逐步上升，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)先上升，而當(dāng)聚合物產(chǎn)出質(zhì)量濃度超過(guò)600 mg/L，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)止升為降。轉(zhuǎn)為聚表二元復(fù)合驅(qū)后，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)進(jìn)一步下降。

圖2 P7井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征

圖3 P8井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征

中心受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)的變化趨勢(shì)，與非中心受效井的區(qū)別主要表現(xiàn)在含水率回返期。在此階段，中心井的產(chǎn)液指數(shù)與聚合物產(chǎn)出濃度相關(guān)。聚合物產(chǎn)出濃度高于600 mg/L，產(chǎn)液指數(shù)止升為降。推測(cè)可能與聚合物強(qiáng)度有關(guān)。中心井因?qū)?yīng)多口化學(xué)驅(qū)注入井，控制區(qū)聚合物濃度較高，在聚合物增黏與吸附滯留綜合作用下，流體滲流阻力增加，造成產(chǎn)液指數(shù)的下降。室內(nèi)測(cè)試結(jié)果，聚合物溶液黏度與濃度呈階段性變化特征，當(dāng)濃度升至600 mg/L后，黏度值迅速上升。事實(shí)上，質(zhì)量濃度1 200 mg/L的目標(biāo)聚合物溶液的黏度為8.2 mPa·s，考慮吸附滯留作用后，其實(shí)質(zhì)阻力接近16.5 mPa·s，幾乎與原油黏度相當(dāng)。典型中心受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征曲線如圖4所示(對(duì)應(yīng)P13井)。

圖4 P13井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)變化特征

對(duì)J油田化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)區(qū)受效油井的產(chǎn)液指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表1)，進(jìn)而獲得各井無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)在聚合物驅(qū)以及后續(xù)二元驅(qū)過(guò)程中相對(duì)轉(zhuǎn)注聚合物時(shí)刻的最大下降幅度，分別采用η1、η2表示。由產(chǎn)液指數(shù)與無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)的定義，可知產(chǎn)液指數(shù)與無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)的最大下降幅度值相等。在聚合物驅(qū)階段，所考察的14口受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)最大下降幅度的分布范圍為8.54%～74.26%，平均值為47.82%；大部分受效井(8口)的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)最大下降幅度為40%～60%；中心受效井(如P11、P12、P13、P16)因化學(xué)驅(qū)井影響大，其無(wú)因次下降幅度值整體上大于邊井或角井(如P7、P8、P10、P14)。

在聚表二元復(fù)合驅(qū)階段，無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)最大下降幅度范圍為28.53%～86.15%，平均降幅為61.59%；大部分受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)下降幅度為50%～70%。

由聚合物驅(qū)轉(zhuǎn)入聚表二元復(fù)合驅(qū)階段后，受效油井無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)呈進(jìn)一步下降趨勢(shì)。二元復(fù)合驅(qū)階段無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)最大降幅平均值，由聚合物驅(qū)階段的47.82%進(jìn)一步下降至61.59%。其原因可能是引入的表面活性劑誘發(fā)乳化作用，造成了流體滲流阻力的增加。

表1 受效井的產(chǎn)液指數(shù)及其相關(guān)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論及建議

渤海J油田化學(xué)驅(qū)試驗(yàn)區(qū)，受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)的變化具有一定的規(guī)律性。受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)，在聚合物驅(qū)階段先呈上升趨勢(shì)，當(dāng)聚合物驅(qū)見(jiàn)效后則開(kāi)始下降，并在含水率最低點(diǎn)附近出現(xiàn)最低值。然后，隨著含水率的回升，非中心井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)持續(xù)回升；中心井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)，在聚合物產(chǎn)出濃度突破600 mg/L后止升為降。轉(zhuǎn)為聚表二元復(fù)合驅(qū)后，受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。

按照無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)計(jì)算模型，計(jì)算得到了試驗(yàn)區(qū)受效井各階段的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)。在聚合物驅(qū)階段，14口受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)相比轉(zhuǎn)注聚合物時(shí)的下降幅度，最大值為74.26%，最小值為8.54%，平均值為47.8%，其中有8口井的下降幅度在40%～60%。在聚表二元復(fù)合驅(qū)階段，受效井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)下降幅度，最大值為86.15%，最小值為28.53%，平均值為61.59%。其中，有7口井的下降幅度在50%～70%。

在聚表二元復(fù)合驅(qū)階段，試驗(yàn)區(qū)油井的無(wú)因次產(chǎn)液指數(shù)普遍出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象。這需要綜合分析油井的出砂情況以及表面活性劑對(duì)地層油水相的影響，明確原因，制定對(duì)策，從而保持或提升地層產(chǎn)液能力，保證化學(xué)驅(qū)持續(xù)增效。