聚合物驅(qū)后二次聚驅(qū)可行性及質(zhì)量濃度優(yōu)化研究

趙鳳蘭,侯吉瑞,李洪生,莊緒超

(1.中國石油大學(xué)提高采收率研究中心,北京 102249;2.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點試驗室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,河南南陽 473132)

聚合物驅(qū)后二次聚驅(qū)可行性及質(zhì)量濃度優(yōu)化研究

趙鳳蘭1,2,侯吉瑞1,2,李洪生3,莊緒超1,2

(1.中國石油大學(xué)提高采收率研究中心,北京 102249;2.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點試驗室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院,河南南陽 473132)

以河南下二門油田為例,采用不同級差的縱向非均質(zhì)物理模型,進(jìn)行室內(nèi)二次聚驅(qū)的宏觀模擬試驗,通過考察剖面改善效果和驅(qū)油效果,研究聚合物驅(qū)后進(jìn)行二次聚驅(qū)進(jìn)一步提高采收率的可行性,并對二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)化。試驗結(jié)果表明:二次聚驅(qū)可進(jìn)一步提高采收率 5%～8%,能夠在一定程度上改善油藏的非均質(zhì)性;在給定試驗條件下,二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)不低于 2.2 g/L。研究結(jié)果為下二門油田提高采收率方案的制定和實施提供了重要的基礎(chǔ)參數(shù)和理論依據(jù),并為聚驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供了新的思路。

聚合物;提高采收率;二次聚驅(qū);可行性;驅(qū)油試驗

近年來,聚合物驅(qū)作為一項有效提高采收率的技術(shù),在河南油田、大慶油田以及勝利油田等得到廣泛應(yīng)用。研究表明,聚合物不僅能夠在很大程度上提高波及效率,而且可以通過黏彈性提高微觀驅(qū)油效率[1-4]。但是,隨著聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用,聚驅(qū)后續(xù)水驅(qū)時含水上升非?？?且仍有較大量的剩余油留在孔喉中無法采出,需要探索進(jìn)一步提高驅(qū)油效率或波及效率的技術(shù)和方法。目前提出的聚合物驅(qū)后提高采收率的技術(shù)主要包括低堿ASP三元、無堿二元復(fù)合驅(qū)或泡沫復(fù)合驅(qū)以及微生物驅(qū)等,這些技術(shù)均取得了較好的室內(nèi)驅(qū)油效果[5-12]。自 2002年開始,在河南下二門油田 H2Ⅱ,Ⅲ油組開展了聚合物驅(qū)礦場試驗,顯著改善了水驅(qū)開發(fā)效果,平均采出程度增幅達(dá) 6%,但聚驅(qū)后的采出程度僅為 35%左右,仍有 65%左右的剩余儲量,且縱向和平面均存在較大程度的非均質(zhì)性,因此急需探索聚驅(qū)后進(jìn)一步啟動剩余油和改善非均質(zhì)的方法。筆者針對河南下二門油田地層非均質(zhì)程度和原油特點(地下原油黏度 70 mPa·s),通過增加聚合物質(zhì)量濃度來降低水油流度比,即通過室內(nèi)宏觀驅(qū)油試驗研究聚合物驅(qū)后進(jìn)行二次聚驅(qū)的可行性,并進(jìn)行聚合物的質(zhì)量濃度優(yōu)化。

1 試 驗

1.1 試驗材料、物理模型及裝置

1.1.1 試驗材料

(1)聚合物。一次聚驅(qū)用聚合物為日本三菱MO4000(相對分子質(zhì)量 2100萬,固含量 92.0%),地層溫度 55℃下,質(zhì)量濃度 1 g/L時的黏度為21.59 mPa·s;二次聚驅(qū)用聚合物是鄭州產(chǎn)常規(guī)Ⅰ型聚合物(相對分子質(zhì)量 2015萬,固含量 89.0%),聚合物質(zhì)量濃度為 1.8和 2.2 g/L時的溶液黏度分別為 39.21和 70 mPa·s。

(2)試驗用油和用水。試驗用油為下二門油田脫氣脫水原油與一定比例的航空煤油配制的模擬油,55℃下黏度 70 mPa·s;試驗用水為下二門油田的模擬注入水,總礦化度為 2.282 g/L,其中Na++K+質(zhì)量濃度為 655 mg/L,Ca2+質(zhì)量濃度為20 mg/L,HCO3-質(zhì)量濃度為 1.159 g/L,水型為NaHCO3型。

1.1.2 物理模型

宏觀驅(qū)油試驗?zāi)Ｐ蜑槎S縱向非均質(zhì)物理模型(4.5 cm×4.5 cm×30 cm),分為兩層層間非均質(zhì)和三層層內(nèi)非均質(zhì)兩種,具體滲透率組合及模型參數(shù)如表1所示。

1.1.3 試驗裝置

試驗裝置與儀器包括大型恒溫箱、巖心驅(qū)替試驗裝置以及電子天平、攪拌器等。

1.2 試驗流程和方案

為模擬礦場實際開發(fā)階段,試驗流程為首先水驅(qū)至綜合含水率 92%,然后注入聚合物 MO4000 (1.0 g/L×0.4Vp,Vp為孔隙體積),后續(xù)水驅(qū)至綜合含水率 94%;再注入常規(guī)Ⅰ型聚合物 (表 1) 0.22Vp,最后水驅(qū)至含水率 98%,結(jié)束試驗。

設(shè)計的試驗方案共 14組,其中層間非均質(zhì)驅(qū)替試驗 9組,層內(nèi)非均質(zhì)試驗 5組,考察不同滲透率級差條件下不同階段的含水率、采出程度以及注入壓力情況,具體的試驗方案見表 1。

表 1 試驗設(shè)計方案及模型基本參數(shù)Table 1 Designed exper imental plan and basic model parameters

2 試驗結(jié)果討論

2.1 二次聚驅(qū)剖面改善效果

聚合物主要通過改善非均質(zhì)性擴(kuò)大波及體積來提高采收率,這可以通過層間非均質(zhì)巖心高、低滲透層的分流量變化反映出來。試驗以合注分采方式進(jìn)行,對比不同滲透率級差和聚合物注入濃度下各階段的分流率變化,考察剖面改善效果,結(jié)果見表2。

表 2 二次聚驅(qū)前后巖心分流率變化Table 2 D iversion ratio variation before and after secondary polymer flooding

8倍和 5倍級差條件下,水驅(qū)階段高低滲透層的分流量差別非常大,即絕大部分的水均經(jīng)高滲層竄流,低滲層波及系數(shù)很低,剖面非常不均勻,而 2倍級差條件下的分流量比值為 2,與級差相當(dāng),因此剖面相對均勻。經(jīng)過一次聚驅(qū)后,各個級差條件下的剖面均有所改善,低滲層分流量有所增加,但后續(xù)的水驅(qū)使低滲層的分流量再次下降,并且高低滲層分流率比值在較大級差條件下仍然非常大,如 8倍級差下,高滲層分流率超過 98%,高低滲層分流率比值在 65左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滲透率的級差。隨著滲透率級差變小,低滲層分流率增加明顯,說明地層非均質(zhì)程度越嚴(yán)重,一次聚驅(qū)的剖面改善效果越差。

經(jīng)過二次聚驅(qū)后,8倍級差條件下,采用 1.5 g/L二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度時,低滲層分流率從 1.5%增加到9.7%,高低滲層分流率比值從 65降至 9左右,高滲層分流率降低 8%,說明經(jīng)過二次聚驅(qū),非均質(zhì)性在一定程度上得到改善;隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度增加至 1.8和 2.5 g/L,低滲層分流率進(jìn)一步增加至 11.8%和 16.2%,高滲層分流率降低了10.5%和 15%,非均質(zhì)程度進(jìn)一步改善。滲透率級差從 8降至 5和 2,低滲層分流率增加,在 2倍級差和2.5 g/L濃度下,低滲層分流率達(dá) 46%,幾乎達(dá)到近一半的流量,高低滲層分流率比值僅為 1.2。

從以上分析看,滲透率級差和聚合物質(zhì)量濃度均會對二次聚驅(qū)的剖面改善程度產(chǎn)生影響,但總的看來,前者比后者的影響更加明顯。在同一滲透率級差下,聚合物質(zhì)量濃度由 1.5 g/L→1.8 g/L→2.5 g/L,高、低滲透層的分流率雖然也發(fā)生了很明顯的變化,如 5倍級差下,高低滲層分流率比值分別為4.0,3.7,2.7,但是比起滲透率級差的影響略小一些,如相同 1.8 g/L二次聚驅(qū),級差從 8→5→2,高低滲層分流率比值分別為 7.5,3.7,1.3。

從二次聚驅(qū)對剖面的改善程度看,效果較明顯,但是,經(jīng)后續(xù)水驅(qū)沖刷后,低滲層分流率很快下降,最終分流率小于 1%。另外,在較大級差下,二次聚驅(qū)后低滲層的分流率也僅為 16.2,說明聚合物對非均質(zhì)剖面的改善程度相對較小,這主要是因為聚合物溶液黏度和強(qiáng)度還沒有足夠大,流度控制能力有限,若要有效封堵竄流通道或高滲透層位,則需要采用交聯(lián)聚合物甚至凝膠凍膠等高強(qiáng)度堵劑進(jìn)行深度調(diào)剖,同時再配合使用聚合物溶液的合理濃度,這樣在總成本不增大的前提下,可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 二次聚驅(qū)驅(qū)油效果

不同滲透率級差和二次聚驅(qū)聚合物濃度下層間非均質(zhì)巖心的驅(qū)油效果如圖 1所示。

圖 1 二次聚驅(qū)聚合物濃度和級差對層間非均質(zhì)巖心驅(qū)替效果影響Fig.1 Influence of polymer concentration and permeability ratio on displacement effect with heterogeneous cores

從試驗結(jié)果看:滲透率級差由 8降為 5和 2,水驅(qū)采收率從40.6%增加至41.9%和42.0%,即隨級差減小,水驅(qū)采收率增加;經(jīng)過一次聚驅(qū)后,提高采收率幅度分別為 11.4%,12.8%和 12.9%,說明 8倍和 5倍級差條件下一次聚驅(qū)提高采收率幅度相當(dāng),而較小的 2倍級差條件下一次聚驅(qū)提高采收率幅度略低,這主要是因為非均質(zhì)性強(qiáng)的巖心水驅(qū)采收率相對較低,水驅(qū)未波及體積較大,水驅(qū)剩余油量較多,因此一次聚驅(qū)通過改善流度比可以起到較好的提高采收率效果;一次聚驅(qū)后進(jìn)行黏度較高的二次聚驅(qū),采收率的增加幅度在 3.5%～7.2%,且級差越小,二次聚驅(qū)效果越明顯,如 2倍級差時,二次聚驅(qū)提高采收率最高達(dá) 7.2%,說明二次聚驅(qū)能夠通過進(jìn)一步改善非均質(zhì)性、提高波及效率而進(jìn)一步提高采收率。同時應(yīng)該看到,當(dāng)級差增加到 5時,二次聚驅(qū)提高采收率效果降低較多,2.5 g/L時僅提高 5.8%,表明該質(zhì)量濃度下聚合物控制流度的能力相對有限,對于非均質(zhì)性較強(qiáng)的地層,必須考慮采用深部調(diào)驅(qū)或其他復(fù)合技術(shù)進(jìn)行挖潛增產(chǎn),提高原油動用程度,以最好的經(jīng)濟(jì)核算開采剩余油。

從圖 1(d)可以看出:隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度從 1.5 g/L增加到 1.8和 2.2 g/L,提高采收率程度在不斷增加,這主要是由于溶液黏度增加,控制流度比和擴(kuò)大波及體積的能力也在增強(qiáng),但曲線增加幅度下降;滲透率級差為 2時的提高采收率效果明顯好于級差為 5和 8時的情況,且級差 5和 8時的效果差別不大。

3 二次聚驅(qū)質(zhì)量濃度的優(yōu)化

采用級差 2的三層層內(nèi)非均質(zhì)巖心,對二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)化,不同聚合物質(zhì)量濃度下的提高采收率效果如圖 2所示。

圖 2 二次聚驅(qū)聚合物濃度優(yōu)化曲線Fig.2 Curve of opt im izing polymer concentration during secondary polymer flooding

從優(yōu)化曲線可以看出:隨著二次聚驅(qū)聚合物濃度增加,二次聚驅(qū)的采收率也在增大;二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度較低,如濃度在 1.5 g/L以下時,提高采收率的效果不明顯,只有通過提高聚合物質(zhì)量濃度,才可以產(chǎn)生流度控制作用而擴(kuò)大波及體積;聚驅(qū)用聚合物質(zhì)量濃度增加到 1.8,2.2和 2.5 g/L時,對應(yīng)的采出程度由原來的 1.3%增大到 3.0%, 4.6%和 5.2%,二次聚驅(qū)的效果非常明顯?？梢?由于油藏原油黏度較高 (70 mPa·s),水油流度比過大,黏性指進(jìn)嚴(yán)重,因此二次聚驅(qū)的黏度選擇是礦場應(yīng)用中應(yīng)該充分注意的技術(shù)關(guān)鍵。同時,當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度高于 2.2 g/L后,采收率提高的幅度在減小,說明在此滲透率級差和試驗條件下,二次聚驅(qū)的最優(yōu)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)該是 2.2 g/L,二次聚驅(qū)可提高采收率4.6%。

4 結(jié) 論

(1)聚合物驅(qū)后進(jìn)行更高濃度和黏度的二次聚驅(qū),通過更強(qiáng)的流度控制能力,可進(jìn)一步提高采收率5%～8%。

(2)地層的非均質(zhì)程度直接影響包括二次聚驅(qū)在內(nèi)的不同驅(qū)替階段的驅(qū)油效果,滲透率級差越大,低滲層分流率增加倍數(shù)越大,二次聚驅(qū)的改善效果越明顯,但是低滲層分流率絕對值仍然較小,即對于非均質(zhì)嚴(yán)重或存在竄流通道的地層,不能完全依靠聚合物進(jìn)行流度控制。

(3)隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度增加,對應(yīng)的二次聚驅(qū)采收率增大。在滲透率級差和試驗條件下(原油黏度 70 mPa·s),二次聚驅(qū)的最優(yōu)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)該是2.2 g/L,二次聚驅(qū)提高采收率 4.6%。

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ZHAO Feng-lan1,2,HOU Ji-rui1,2,LIHong-sheng3,ZHUANG Xu-chao1,2

Study on feasibility of secondary polymer flooding and concentration opt im ization after polymer flooding

(1.EORCenter in China University of Petroleum,Beijing102249,China;2.CMOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beijing102249,China;3.Exploration and Production Research Institute,Henan O ilfield,Nanyang473132,China)

Taking Henan Xia′ermen Oilfield as an example and using vertically heterogeneous physicalmodels with different per meability ratio,laboratory exper imentswere done to determine the feasibility of secondary polymer flooding and opt imize the polymermass concentration through investigating the profile control and flooding effects.The results show that 5%-8% of improved oil recovery efficiencywas obtained,which demonstrates that the reservoir heterogeneity was improved to some extend.The mass concentration of polymer for secondary polymer flooding could not be lower than 2.2 g/Lunder setting experimental conditions.The resultsprovide notonly important basic parameters and theoretical foundation,but also new thinking for development of improved oil recovery technologies after polymer flooding.

polymers;improved oil recovery efficiency;secondary polymer flooding;feasibility;oil displacement experiment

TE 39

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.020

1673-5005(2010)04-0102-05

2009-08-04

國家科技重大專項課題(2009ZX05009-004)

趙鳳蘭(1973-),女(漢族),山東商河人,副研究員,博士,主要從事油田化學(xué)和提高采收率技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作。

(編輯 韓國良)