胜利油区三次采油技术政策界限及发展方向

郭兰磊　张以根　宋新旺　姜颜波

摘要　描述了胜利油区三次采油的发展历程；综合运用室内实验、数值模拟和油藏工程等多种研究手段，深入研究了三次采油期间以及后续水驱过程中相关的技术政策界限，以最大限度的减少三次采油的风险，最大幅度地提高油田的最终采收率；还提出了三次采油攻关的方向和目标，以保障胜利油区三次采油的可持续发展。

关键词　胜利油区　三次采油　聚合物驱　技术政策

一、引言

胜利油区经过30多年的勘探开发，勘探新增储量的难度越来越大，成本越来越高。已开发油田目前大都处于高含水或特高含水期，水驱稳产难度越来越大。为了在老油田的增产挖潜方面走出一条新路，保持油田开发持续稳定发展，在二次采油的基础上出现了三次采油。

胜利油区自20世纪60年代就开始了三次采油室内实验研究工作，积累了丰富的研究经验，为现场实施奠定了基础。1992年，在孤岛油田中一区Ng3开展聚合物驱矿场先导试验，在孤东油田开展了三元复合驱油先导试验，开始了胜利油区三次采油新纪元，为胜利油区的增产挖潜注入了新的活力，并取得了显著的降水增油效果。在此基础上，从适宜三次采油资源的一类单元开始，于1994～1995年开展了孤岛、孤东两个聚合物驱扩大试验，取得了明显的效果。之后，三次采油规模迅速扩大，从1997年开始进入工业化推广应用阶段。为了最大限度地降低三次采油的风险性，通过大量的室内实验、数值模拟和矿场资料统计，深入研究了胜利油区三次采油的技术政策界限。针对胜利油区的油藏特点，提出了三次采油的发展方向。

二、三次采油驱油剂产品质量的技术政策界限

性能优越的化学驱油剂是三次采油取得明显效果的基本前提。目前，三次采油化学驱油剂产品种类繁多。为了有效控制驱油剂产品的质量，针对胜利油区的油藏特点，经过“八五”、“九五”的攻关和大量的室内实验研究，建立了适合胜利油田的三次采油单元油藏特点聚合物和表面活性剂的产品质量指标。

1.聚合物产品质量指标

制定的聚合物产品技术质量指标见表1。以此指标对每批聚合物产品进行固含量、分子量、水解度和滤过比等基本物化性质进行测定和增粘性、筛网系数、抗剪切能力、热稳定性及吸附与滞留等基本应用性能进行评价。该标准得到国内外大公司认可，在聚合物干粉订货中，严格执行该技术质量指标，确保聚合物干粉的质量，保护了油区的经济利益。

表1　聚合物产品质量指标表

2.表面活性剂产品质量指标

在大量界面张力、驱油、抗[Ca²⁺]/[Mg²⁺]能力等试验的基础上，提出了适合胜利油区油藏特点和复合配方体系的表面活性剂质量指标，即pH＞7；固含量≥40%；与碱的复配体系界面张力≤3×10^-3mN/m。

三、油藏条件技术政策界限

胜利油区油藏条件极其复杂，本文主要对驱油效果影响较大的油藏非均质性、油层韵律、沉积相、油层温度、水矿化度、原油粘度、剩余油饱和度、注入时机、单层及多层等油藏条件进行了研究。

1.油藏非均质性

油藏非均质性是影响聚合物驱的一个重要因素，又分静态非均质和动态非均质两个方面。

（1）静态非均质

静态非均质性用油层渗透率变异系数（V_K）来表征，随V_K增大，水驱和聚合物驱的采收率均下降，但幅度不同。初期随 V_K增大，由于聚合物具有一定的增粘作用，可以一定程度地调整油藏纵向和平面非均质，所以采收率下降幅度较水驱下降缓，聚合物驱提高采收率幅度（E_R）逐渐增大；但聚合物的增粘和改善油藏非均质性具有一定的限度，如果V_K过大，其“指进”或“舌进”现象将加剧，因而△E_R将下降。研究结果认为V_K为0.7左右最佳，适合于三次采油区间的V_K为0.5～0.8。

（2）动态非均质

动态非均质是指在长期注水过程中由于水的冲刷作用而使原来渗透率很高的油层渗透率变得越来越高，形成“大孔道”，又称贼层，贼层的存在对开发效果有显著影响。数模研究结果表明，当含水大于90%，油田经强烈的注水冲洗，使油层渗透率增大，三采效果明显变差。矿场统计结果表明，大孔道井区见效比例与其他井区相近，但平均单井增油和每米增油幅度明显较低。因此，进行三次采油的区块动态非均质应不严重。

2.油层韵律

数值模拟结果表明，对于不同韵律的地层，水驱采收率依次为反韵律＞复合韵律＞正韵律。在反韵律地层中，由于高渗透层位于地层的上面，而低渗透层位于地层的下面。在重力作用下，上面高渗透层的水会向下部的低渗透层窜流，从而改善了中低渗透层的驱动效果。因此，反韵律油层的采收率高于正韵律油层的采收率，而复合韵律层的采收率介于反韵律和正韵律地层之间。

实施聚合物驱后，三种韵律的地层采收率都有不同程度的提高。其提高采收率幅度依次为：正韵律＞复合韵律＞反韵律（表2）。可见，聚合物的注入减弱了重力的影响，减小了垂向上水的窜流。

表2　地层的韵律性对提高采收率的影响表

3.沉积相

从矿场统计结果平均单井增油幅度来看：心滩相（A1)＞河道充填相（A2)＞河道边缘相（B)＞泛滥平原相（C）。而每米增油幅度依次为：河道边缘相（B)＞河道充填相（A2)＞心滩相（A1)＞泛滥平原相（C），但A1、A2、B相间相差不大，C相明显较差。说明与C相比A1、A2和B对三次采油更有利。

4.油层温度

油层温度影响聚合物溶液地层粘度，而地层粘度是决定聚合物驱效果的主要因素之一。用黄河水配制5000mg/L的聚合物溶液，用回注污水稀释成1500mg/L浓度，测定不同温度下的粘度。实验结果可知：随温度的上升，聚合物溶液粘度呈下降趋势，粘度保留率减小，70℃时，其粘度为26mPa.s，仅为30℃时（39.8mPa·s）的65.3%。表明聚合物溶液具有较强温敏性，目前条件下实施三次采油单元油藏温度应小于80℃。

5.水矿化度

水矿化度是通过影响聚合物溶液地层粘度而影响聚合物驱效果的。以不同比例的回注污水与黄河水混合，配制成不同矿化度的聚合物溶液，并测定溶液粘度随矿化度的变化曲线。随配制水矿化度的不断增加，溶液中的聚合物分子由伸展构象逐渐趋于卷曲构象，分子的有效体积缩小，溶液粘度减小。如质量浓度为1000mg/L的聚合物溶液完全污水配制时，其粘度为8.5mPa.s，仅为完全清水配制时（15.4mPa.s）的55.2%。聚合物溶液浓度越高，粘度保留率越低；地层水矿化度越高，聚合物溶液注入地层后，其前缘粘度下降愈大，会降低聚合物溶液的驱油效果。

6.原油粘度

三次采油单元的地层原油粘度也很重要。原油粘度低，水驱采收率高，三次采油提高采收率潜力小；原油粘度太高，也不利于驱油剂作用的发挥。数值模拟表明，胜利油区馆陶组油藏聚合物驱的原油粘度有利范围在40～70mPa·s之间，60mPa.s为最佳。

7.剩余油饱和度

剩余油是聚合物驱的物质基础。剩余油饱和度是保证三次采油驱油效果的主要因素之一，也是影响见效时间的关键因素之一。在相同地层条件下，驱油剂用量、浓度及段塞大小相同，油层的剩余油饱和度高，容易形成原油富集带，见效时间早，驱油效果好。

孤东油田八区Ng3～6和孤岛油田中一区Ng4地质条件相似、储集层物性相近、流体性质相差不大。矿场实施聚合物驱后，孤东油田八区注入0.06PV聚合物溶液即开始见到增油效果，而孤岛油田中一区Ng4注入量达到0.19PV时才开始见到明显效果（PV为孔隙体积）。其原因之一就是由于孤岛油田中一区Ng4注聚前采出程度较高（38.33%），剩余油饱和度较低，而孤东八区注聚前采出程度较低（18.9%），剩余油饱和度高。

8.注入时机

聚合物注入时机对增加采收率的幅度有明显的影响。室内物理模拟表明，注聚时间越早提高采收率效果越好，还可节省大量的注水及水处理费用。

9.单层和多层

数值模拟结果表明，多层注聚能充分发挥聚合物溶液的调剖作用，改善层间动用状况，效果好于单层注聚。在特高含水期，多层注聚优越性更明显。

四、注入参数技术政策界限

选择合适的注入参数能充分发挥驱油剂的驱油效果，相反，如果注入参数选择不当，则会不同程度的影响到三次采油的效果，甚至见不到驱油效果，造成巨大的经济损失。本文重点对驱油效果影响较大的井网、井距、用量、注采方向、受效方向数、注采比、注入速度等进行了研究。

1.井网

一般说来，三次采油都是在注水开发中后期进行的，因此需对注水开发的井网进行优化，优选出适合于三次采油的最佳井网。共计算了五点法、七点法和反九点法四种不同井网下的开发效果，注采井距取250m，数模结果表明，对于水驱，驱油效果由好到差的顺序为五点法井网、四点法井网、七点法井网、反九点法井网。对于聚合物驱，驱油效果由好到差的顺序为五点法井网、七点法井网、四点法井网、反九点法井网。而聚合物驱的增采幅度则以七点法为最高，反九点法为最低。因此，七点法、五点法和四点法井网为聚合物驱采油的理想井网。

2.井距

以五点法井网为例，研究了200m、250m、300m三种不同的井距对聚合物驱开发效果的影响。与水驱相比，提高采收率幅度分别为11.95%、11.94%和11.86%。可以看出，井距对聚合物驱的开发效果影响不大，相对来说，小井距的井网聚合物开发效果相对较好一些，但由于胜利油区油藏的非均质性较强，井距太小，易造成聚合物溶液的窜流，因此，井距为250～300m之间较为合适。

3.用量

数值模拟结果表明，聚合物用量越大，进行聚合物驱含水下降漏斗的深度和宽度也越大，提高采收率幅度也越大，但当用量过大时提高采收率上升的幅度明显变缓。矿场实际统计表明，聚合物用量越大，单井增油幅度及每米增油幅度也越大。因此，从技术角度上讲，三次采油在矿场实施过程中，用量越大效果越好。另一方面，随着聚合物用量的增大，其提高采收率幅度变缓，说明其经济效益变差。优化结果表明，胜利油区三次采油聚合物用量在450～550PV.mg/L时，财务净现值较大。因此，从经济角度上讲，聚合物最佳用量为450～550PV·mg/L。

4.注采方向

根据矿场实际统计结果，三次采油注水井的注入方向由高渗透区往低渗透区注，其驱油效果单井增油和每米增油均高于由低渗透区往高渗透区注入的方向。

5.受效方向数

三次采油中心井的见效比例、单井增油和每米增油均远远高于边角井的效果。实施三次采油油井的受效方向数越多，其增油效果越好。因此，在三次采油投产或转后续水驱时，一定要考虑同时投产或同时结束注聚，避免人为地造成大量的边角井，影响驱油效果。

6.注采比

数值模拟结果表明，实施三次采油其注采比为1.0～1.1时含水下降最大，提高采收率幅度最高，驱油效果好。因此，三次采油矿场应保证均衡注采，以达到最佳的三采效果。

7.注入速度

注入速度对最终采收率影响不大，但速度越快见效越早，投资回收快，经济效益好。而注入速度越大，剪切速率越大，聚合物溶液粘度损失越大，且易引起窜流或注入压力过高。从目前胜利油区实施单元的注入速度来看，注入速度在0.08～0.12PV/a时较合适。

五、后续水驱技术政策界限

从孤岛、孤东三个已转后续水驱的聚合物驱试验单元看，目前后续水驱阶段实际增油已占总增油量的50%左右，预测后续水驱阶段最终增油量约占总增油量60%，即三次采油的大部分油量要在后续水驱阶段采出。因此，后续水驱阶段是三采增油的一个重要阶段，必须加大对这一阶段的技术政策界限研究，以确保达到最大的增油效果。

1.压力保持水平

地层压力水平高，高渗条带压差加大，导致注入水突破聚合物段塞和已形成的“油墙”，形成新的水流通道，影响聚合物驱效果。数值模拟结果表明，在后续水驱阶段，压力保持在饱和压力附近时的开发效果要好于压力较高的开发效果。

2.后续水驱注采比

为了探讨在后续水驱阶段最佳的注采强度，对后续水驱阶段的注采比进行了数值模拟研究。结果表明，后续水驱阶段的最佳注采比为0.8～1.0，在这一范围内提高采收率幅度最大。

六、发展方向

1.高温高盐驱油体系研究及矿场实施

资源评价结果表明，胜利油区适合三次采油的地质储量为10.7649×10⁸t，其中一类单元地质储量为2.723×10⁸t，二类单元地质储量为2.6772×10⁸t，三类单元地质储量为4.5707×10⁸t，四类单元地质储量为0.794×10⁸t。目前，矿场已动用的三采资源基本为一类单元，并且一类优质资源所剩余无几，而油层温度较高和矿化度较高的二、三类资源动用较少或未动用。因此，今后需在耐温耐盐驱油体系研究方面进行攻关，以便动用丰富的二、三类地质资源。

2.聚合物驱后进一步提高采收率研究

‘八五”、“九五”期间，胜利油区实施聚合物驱单元12个，动用地质储量超过1×10⁸t。聚合物驱试验结果表明，聚合物驱实施完以后，仍有50%～70%的原油存留在地层中，地层中的剩余油储量仍十分丰富。目前，已开展的聚合物驱单元已进入或即将进入后续水驱，首要面临的问题是聚合物驱以后如何提高采收率。因此，急需开展聚合物驱以后的新技术、新方法攻关研究，以充分开采剩余在地下的石油资源。当务之急是在弱交联和石油磺酸盐驱方面进行攻关，以取得突破性进展。

3.复合驱将成为聚合物驱接替技术

如何更有效地利用石油资源和进一步提高采收率是21世纪更为关注的问题，而解决这一问题更为合理的手段是充分利用不同采油方法之间的优势，采用复合方式进行采油。随着合成化学剂复合驱（如三元复合驱、二元复合驱等）、合成化学剂－气复合驱（如泡沫驱）、不同气复合驱（如CO₂＋富气等）、合成化学剂热力复合驱、合成化学剂水平井注入复合驱等复合驱油技术的发展，以及结垢和注剂效果（如粘度、活性等）的改善，复合驱油方法将成为21世纪最重要的聚合物驱接替技术。

七、结论

通过制定三次采油驱油剂的质量标准，使驱油剂的质量得到了保证；通过制定三采注入过程和后续水驱阶段的技术政策界限，明确了适合三次采油的油藏条件范围和合理的工作制度。以上研究从不同的方面保证了胜利油区三次采油向好的方向发展。

另外，高温高盐驱油体系研究及矿场实施、聚合物驱后进一步提高采收率和各种复合驱技术研究将是今后三次采油研究的重点和方向。