📝 摘要

窜流控制是与注水开发相关的一个不可避免的话题。聚合物凝胶已被证明可以通过封堵现有的水突破通道来提高采收率。随后注入的水将被导向储层中未被波及的部分，驱替部分剩余油，从而提高采收率。在聚合物凝胶处理的先导试验之前，通常采用室内实验和数值模拟来设计试验方案。理解影响聚合物凝胶处理的关键参数的物理意义，并将实验室数据与模拟器的参数关联起来，有助于油田作业设计。

本研究尝试利用CMG-STARS中的线性模型来评估不同条件下凝胶的性能。考虑了8个操作参数和岩石/聚合物凝胶相互作用参数，详细解释了每个变量及其对产水和产油的影响，并从“有效期内”和“长期”两个角度分析了堵水和增油的效果。

🖥️ CMG软件应用情况总结

 
 
项目 内容
所用软件 CMG STARS（化学驱和聚合物注入模拟器）
模型类型 一维线性模型（考虑层间窜流）
网格尺寸 100 × 1 × 20
储层分层 20层（顶部10层低渗，底部10层高渗）
渗透率 低渗层 5 md，高渗层 500 md
垂向/水平渗透率比 0.1
孔隙度 0.22
初始含油饱和度 0.85
储层温度 113°F
注入/产出方式 左端注入，右端产出（注采平衡）
凝胶类型 聚合物+交联剂（浓度：聚合物3.61E-06，交联剂8.65E-07摩尔分数）

文中明确指出：CMG STARS用于模拟凝胶在油藏中的行为，可处理最多10种组分的化学反应、吸附和传输。

📊 主要模拟结果

1. 凝胶注入时机的影响

 
 
注入时含水率 有效期（天） 有效期内减水量（bbl） 有效期内增油量（bbl） 1年采收率（%）
80% 54 274.49 274.49 9.75
90% 85 321.21 320.66 38.83
95% 92 290.25 325.66 67.77
98% 213 138.80 144.63 54.68

结论：

  • 有效期：注入越晚，有效期越长（因为高含水期水驱效率已很低）

  • 增油效率：早注（80%含水率）的单位时间增油效率最高（5.08 bbl/天）

  • 长期采收率：95%含水率时注入，1年后采收率最高（67.77%），但2年后下降明显

  • 建议：若追求长期采收率，建议在90-95%含水率时注入；若追求单位时间效率，应尽早注入

2. 凝胶注入量的影响

 
 
注入量（bbl） 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
100 67 181.51 181.22 42.14
200 78 264.67 264.23 43.13
300 92 326.25 325.66 43.71
400 107 382.94 382.34 44.29
500 121 435.65 434.74 44.89

结论：注入量越大，有效期越长，减水和增油效果越好，采收率越高。500 bbl为本研究最优值。

3. 生产压差（注水速率）的影响

 
 
注水速率（bbl/天） 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
5 428 6,565.87 146.82 40.78
10 190 2,161.97 261.94 41.93
15 123 918.31 303.24 42.88
20 92 815.20 325.66 43.71
25 72 -20.64 339.11 44.40

结论：

  • 注水速率越高，2年采收率越高

  • 但注水速率超过20 bbl/天后，减水量开始下降（25 bbl/天时甚至出现负值）

  • 20 bbl/天为最优平衡点

4. 最大吸附容量的影响

 
 
ADMAXT指数 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
×10⁻¹¹（最小） 97 383.54 383.02 44.45
×10⁻¹⁰ 96 382.91 382.38 44.42
×10⁻⁹ 96 381.82 381.29 44.40
×10⁻⁸ 89 367.96 367.46 44.30
×10⁻⁷（最大） 69 306.44 305.93 43.76

结论：

  • ADMAXT越小，总减水和增油效果越好，长期采收率越高

  • 但ADMAXT越大，单位时间效率越高（有效期更短）

  • 优先选择较小的ADMAXT以获得更好的长期效果

5. 反应频率因子的影响

 
 
反应频率因子 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
3.24×10¹ 0 0 0 38.97
3.24×10² 0 0 0 39.87
3.24×10³ 153 111.20 108.53 41.42
3.24×10⁴ 114 227.55 226.45 42.83

结论：

  • 反应频率因子低于3.24×10²时，凝胶无法有效形成，无有效期

  • 因子越大，凝胶化越快，效果越好

  • 需要足够长的凝胶化时间以保证注入性，但一旦到位，反应应尽可能快

6. 残余吸附水平（ADRT/ADMAXT）的影响

 
 
ADRT/ADMAXT 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
0.2 164 309.63 279.44 43.35
0.4 115 313.17 312.66 43.70
0.6 95 323.42 322.83 43.80
0.8 92 326.25 325.66 43.85
1.0 92 326.25 325.66 43.85

结论：比值越大，吸附越不可逆，效果越好。超过0.8后差异可忽略。

7. 可及孔隙体积（PORFT）的影响

 
 
PORFT 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
0.2 110 334.37 338.23 44.20
0.4 95 310.67 311.55 43.94
0.6 92 303.96 308.40 43.86
0.8 92 316.19 317.88 43.86
1.0 92 326.25 325.66 43.85

结论：PORFT越小，凝胶在低渗层波及面积越大，效果越好。

8. 可及阻力因子（RRFT）的影响

 
 
RRFT 有效期（天） 减水量（bbl） 增油量（bbl） 2年采收率（%）
50 110 302.39 301.74 40.29
100 83 334.72 334.69 43.81
150 71 351.41 351.39 44.00
200 65 375.75 361.96 44.13
250 60 368.89 368.86 44.20

结论：RRFT越大，减水和增油效果越好（有效期略有缩短）。

✅ 主要结论

 
 
影响因素 对有效期内减水/增油 对单位时间效率 对含水率 对采收率
早注凝胶 + + – +
增加凝胶量 + + – +
增加注水速率 先+后- + + +
降低ADMAXT +（总量） -（效率） – +
增加RFF + + – +
增加ADRT + + – +
降低PORFT + – + –
增加RRFT + + + +

（+表示正相关，-表示负相关）

🔧 凝胶吸附与相对渗透率变化示例

以生产井底部网格（100,1,20）为例：

  • RRF_w = 82.64

  • AD_cell = 6.07×10⁻⁷ lbmol/ft³

  • ADMAXT = 0.033×10⁻⁶ lbmol/ft³

  • R_kw = 1 + (82.64-1) × (6.07×10⁻⁷)/(0.033×10⁻⁶) = 1502.68

  • 水相有效渗透率降低约1500倍

🏛️ 作者及单位信息

 
 
项目 内容
作者 Kewei Shi（石柯薇）
学位 理学硕士（石油工程）
授予单位 密苏里科技大学
论文提交日期 2018年春季
导师 Mingzhen Wei 博士（主席），Baojun Bai 博士，Ralph E. Flori, Jr. 博士
本科毕业 密苏里科技大学石油工程学士（2015年）

📖 研究模型参数

 
 
参数 数值
油藏温度 113°F
原油粘度 1 cP
水粘度 0.5 cP
凝胶粘度 10 cP
初始油饱和度 85%
初始水饱和度 15%
初始地质储量 6,661.23 bbl
岩石密度 2.65 g/cm³（假设）

💡 创新点

  1. 系统量化了8个参数对凝胶处理效果的影响：包括注入时机、注入量、生产压差、最大吸附容量、反应频率因子、残余吸附水平、可及孔隙体积、可及阻力因子

  2. 区分了“有效期内”和“长期”两个时间尺度：明确了不同参数对短期效率和长期采收率的不同影响

  3. 建立了实验室参数到模拟器输入的桥梁：详细介绍了如何从实验室数据获取ADMAXT和反应频率因子

  4. 提供了相对渗透率变化的定量计算方法：给出了凝胶吸附后水相有效渗透率降低1500倍的具体计算示例

  5. 提出了“有效期内平均效率”的概念：为现场决策提供了更全面的评价指标

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