自主創新引領聚合物驅技術發展

引言

孤東油田自1994年開展聚合物工業性試驗，1997年投入工業化應用以來，已經取得了顯著的技術經濟效果。截至到2005年12月底，已投入聚合物驅工業化區塊8個，含油面積29.68km2，累積動用地質儲量6748×104t，占孤東油田動用儲量的27.8%，投入注聚井370口，累計注入聚合物干粉5.02×104t，累積增油234.7×108t，提高采收率4.84%。孤東油田以聚合物驅為主的三次采油技術經過先導試驗、擴大試驗、工業化推廣應用，積累了豐富的礦場經驗，形成了具有孤東特點的三次采油技術系列，規模逐漸擴大，年增油量和累計增油量迅速增加，年增油量由1995年的0.5×104t上升到2005年的33.7×104t，取得了顯著的降水增油效果。目前日產油水平2200t，占孤東油田的近三分之一，三采區塊產量在采油廠原油總產量中“三分天下有其一”，成為孤東老油田穩產的生力軍和產量接替的重要陣地。

1 立足自主創新，集成聚合物驅技術

孤東油田以聚合物驅為主的三次采油技術發展的歷史就是一部自主創新的歷史，也是三次采油理論和實踐不斷創新的過程。自主創新，已成為不斷提高三次采油規模和貢獻率，實現三次采油持續發展的“引擎”。


隨著聚合物驅礦場試驗和工業化推廣應用的逐步深入，并經過多年的創新實踐，對聚合物驅技術有了更加深刻的認識，產生了新的做法，形成了成熟的配套技術。


1.1 采用高濃度大段塞注入方式


在國內外開展的聚合物驅提高采收率試驗中，普遍做法是采用低濃度小段塞的聚合物驅技術，聚合物用量普遍低于200PV·mg/L左右，提高采收率幅度2～5個百分點。經過實踐探索和研究，綜合認識孤東油田高速高強度開發，面對高含水、高采出程度、高滲透率的矛盾，小段塞、低用量的聚合物驅不能夠有效的封堵高滲透區域。在深入研究聚合物驅油藏適應性的基礎上，孤東油田采用了高濃度、大段塞聚合物驅的新做法。


油藏數值模擬研究表明，隨著聚合物用量的增加，提高采收率的幅度逐步增加，當用量大于400PV·mg/L以后，上升幅度逐步變緩（圖1）。

聚合物用量從200PV·mg/L增加到600PV·mg/L時，采收率提高幅度增加6個百分點，進一步增加聚合物用量到720PV·mg/L，聚合物驅最終采收率仍可以再增加1.2個百分點，分析其投入情況，仍經濟有效（圖2）。

如七區中注聚區聚合物用量由原來設計的525PV·mg/L左右增加到625PV·mg/L，日產油峰值增加了124t。該區塊連續17個月日產油保持在1050t以上，含水穩定在86.8%左右，比注聚前日產油527.8t增加了520t以上，累計增油達45×104t。在已完成的注聚區塊中，聚合物用量較大的區塊采收率提高幅度高于聚合物用量相對較小的區塊。


1.2 建立完善的配套技術


聚合物驅技術涉及到注入參數和注入方式的優化、油藏數值模擬、聚合物的配制、注入、生產井方式、采出液的處理以及動態監測等多個環節，僅僅實現單向技術的突破，不形成配套技術就無法實現科研成果向生產力的轉化，無法實現工業化的推廣應用。為此，我們從地面工藝、油藏工程等各方面協同攻關，形成了具有孤東特點的聚合物配套技術。


1.2.1 優化聚合物配制站、注入站布局


由于三次采油開發方式具有集中配制、分散注入的特點，聚合物配制站必須在空間和時間上對幾個區塊提供共享服務，以提高綜合利用率，由此帶來了聚合物配制站、注入站的優化布局問題。從數學規劃和系統工程的角度出發，應用網絡流規劃方法建立了存儲模型和選址模型混合的優化布局模型，在給定各個區塊生產時間和注聚井分布的條件下，結合現場實際情況，以投資最省為目的，優選出配制站個數、規模和位置，并繪出配制站與注聚站的服務網絡圖。以孤東六區注聚區為例，由于計劃分批投注，原來考慮現在六區東南部先建一個配制母液能力可以滿足64口注聚井的大配注站，二期工程投產后可以為另外兩個注聚站供應母液，經過與勝利設計院結合，利用數學模型優化聚合物配制站、注入站布局，同時對規劃對象進行了數值計算，改為一期工程7#配注站建設配制能力滿足自身需要，二期工程建一個配注站和一個注入站，與原來人工規劃結果對比表明，該布局模型不但可以避免設備階段閑置，還可節約投資3%。


1.2.2 全過程動態分析，保證調整措施到位


聚合物驅階段性強，具有強化采油的性質，與水驅相比開采時間短，調整余地小，調整難度大。針對聚合物驅特有的動態反映特點，把整個注聚區調整管理分為4個階段：注聚前調整階段、注聚前期高濃度段塞注入階段、注聚中后期低濃度段塞注入階段、后續注水階段。


由于聚合物驅油階段分為水驅空白、含水下降、含水穩定、含水回返四個階段，聚合物驅與水驅在動態反應特征和開采時間上的明顯不同，在聚合物驅油過程中不能利用以往已經形成的水驅開發模式進行管理，而是要圍繞如何提高聚合物的利用率、提高聚合物驅油效果、達到最佳的經濟效益來開展工作。在深入認識和掌握聚合物驅過程中的動態反映特征的基礎上，根據不同階段不同動態特征采取不同的分析方法，對注入井和油井單井動態分析、井組動態分析、區塊動態趨勢分析，之后確定出各個階段存在的主要矛盾，逐一提出解決問題的方法，并落實解決。


1.2.3 提高聚合物溶液配制質量


為了提高聚合物配制的自動化控制程度，2000年對自動化控制系統進行了改造。自控系統各組成部分的功能各自獨立，又相互適應聯為一體。工業控制機作為中英控制單元通過串行通訊口，實現與溶解單元和熟化單元中的可編程邏輯控制器進行數據交換，實時監控各單元的運行狀況。溶解裝置、罐群裝置由各自的控制器控制，由應答信號實現各裝置之間的聯系。采用大屏幕顯示器作為實時監控界面，實現各控制點的動態顯示、數據修改、故障診斷、自動報警，還可以查詢歷史事件記錄、系統各主要部件累計運行時間、裝置工藝流程圖構成圖等。


改進后的自控系統自2001年以來，先后在七區中注聚區、六區注聚區、二區注聚區現場應用，各部件、儀表、執行機構運行正常，再沒有發生冒罐等技術事故，大大減少了系統停運時間，為正常注聚提供了技術保證。


1.2.4 簡化、優化工藝流程，降低工程投資


孤東油田注聚初期，所有注聚站均按分散—熟化罐—轉輸泵—儲罐—外輸泵（喂入泵）—過濾器—注聚泵—靜混器—注聚井固定的模式進行設計建設，但通過多年的運行試驗，發現部分流程節點作用有限，而且增加了滲漏點，增大了聚合物溶液在輸送、注入過程中的粘度損失。從2001年設計建設七區中注聚工程時開始，全部取消了儲罐及轉輸泵，形成了無倒罐流程注聚工藝，同時，將站內單井混配裝置由原來臥式安裝改為立式安裝，減少站房建筑面積。聚合物注入工藝流程的精簡優化，大大降低了工程投資，使單井投資由原來的95萬元左右減少目前的85萬元左右，降低投資10%。同時，降低了管理節點和管理難度，提高了系統運行的穩定性。


1.3 實施分層注聚


孤東油田聚合物驅吸水剖面顯示，在籠統注入方式下，高滲透層的相對吸入量遠高于中、低滲透層，并且隨著層間滲透率級差的增大，低滲透油層所占厚度比例的增加，籠統注聚合物的開采效果變差。聚合物溶液在高滲透層低效注入，低滲透層聚驅動用程度低，嚴重制約了聚合物驅的整體開發效果。應用分層注入技術，較好地解決了層間吸聚差異較大的問題，提高較差層段的注入強度，控制較好層段的注入量，進一步擴大波及體積，控制注聚后期綜合含水的回升速度，改善區塊的最終開發效果。在七區中注聚區中南部選取了部分注聚井實施分層注聚試驗，共實施分層注聚井3口，措施后注聚正常，對應油井11口，見效9口，見效率81.8%，日增油能力達到9.4t/d，取得了較好的效果。


1.4 探索注聚新方法，形成新思路


1.4.1 探索“一井一制”注入法


針對注聚井的注入能力和地層的不同特點，采取不同的單井注入濃度（包括加交聯劑）和段塞注入量（即PV·mg/L），及時進行調整，由于每口井的注入段塞均不相同，故把它稱為“一井一制”注入法。“一井一制”注入法不僅解決了部分注聚井注入壓力上升迅速指進的矛盾，而且低壓井高濃度注入有效的封堵了高滲透帶，減少了聚合物竄流，提高了驅替效率。


1.4.2 實施“斜向驅”，提高剩余油動用程度


孤東油田七區西Ng52+3南部和八區注聚區由于大孔道的存在，前期注聚開發雖然取得較好的增油效果，但與設計的增油指標還有較大差距。根據在大孔道驗證中取得的啟示，對有大孔道的地層進行了實施“斜向驅”的理論和實踐的有益探索，通過改變聚合物驅油方向，使聚合物發生繞流提高驅油“盲區”即“死油區”的剩余