納微米微球在低滲透油藏注入?yún)?shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

張繼紅 趙廣 周子健 劉永

摘 要：納微米微球作為一種新型調(diào)驅(qū)劑，由于其良好的注入性在低滲透油藏已展開應(yīng)用。為了指導(dǎo)現(xiàn)場納微米微球注入?yún)?shù)以達(dá)到更好的調(diào)驅(qū)效果，用納微米微球進(jìn)行了室內(nèi)低滲透巖心調(diào)驅(qū)參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。以采收率的變化趨勢為主要參考標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮采油速度、成本與收益等，優(yōu)選的注入?yún)?shù)為：最佳注入濃度為2 000 mg/L，最佳注入量為0.2 PV，最佳注入速度為0.3 mL/min，并以優(yōu)選出的參數(shù)注入低滲透天然巖心進(jìn)行調(diào)驅(qū)效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，采收率提高值能達(dá)到14%左右。

關(guān) 鍵 詞：納微米微球；低滲透油藏；注入?yún)?shù)；調(diào)驅(qū)效果

中圖分類號(hào)：TQ 317 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1467-04

Optimization Experiment of Injection Parameters

of Micro-nano Microspheres in Low-permeability Oilfield

ZHANG Ji-hong1， ZHAO Guang1， ZHOU Zi-jian2， LIU Yong1

（1. Key Laboratory for Enhancing Oil/Gas Recovery of Ministry of Education ， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing，163318， China；

2. Daqing Oilfield Limited Company No.1 Oil Production Factory， Heilongjiang Daqing 163001， China；

3. Drilling and Production Technology Research Institute， PetroChina Qinghai Oilfield ，Gansu Dunhuang736202， China）

Abstract： As a new agent for deep profile control and displacement， the micro-nano microsphere has been widely used in low-permeability oilfield because of its good injectivity.To instruct field injection parameters to get better profile controlling displacement effect， the optimization experiment on injection parameters in low permeability core in laboratory was carried out by taking the change trend of recovery as the main standard， and considering production rate， cost and profit. The optimized parameters were obtained as follows： the best concentration of injection 2000 mg/L， the best volume 0.2 PV and the best speed of injection 0.3 ml/min. And the profile controlling displacement effect evaluation experiment in the nature cores with the optimized parameters shows that the oil recovery has been improved by about 14%.

Key words： Micro-nano microsphere； Low-permeability oilfield； Injection parameters； Profile controlling displacement effect

我國近年石油探明儲(chǔ)量中，低滲透儲(chǔ)量所占比例高達(dá)66%，因此，研究低滲透油田經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)方式對(duì)我國石油工業(yè)的發(fā)展有著相當(dāng)重要的意義[1]。但是低滲透油藏的非均質(zhì)性較嚴(yán)重，而水驅(qū)加劇了非均質(zhì)程度[2，3]。因此，油田采用調(diào)驅(qū)劑均衡吸水剖面，進(jìn)而提高原油采收率[4-6]。但由于低滲透油藏孔喉細(xì)小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滲流阻力大的特點(diǎn)，以及調(diào)驅(qū)劑本身的限制，使得常用的調(diào)驅(qū)劑如交聯(lián)聚合物、水膨體聚合物等在低滲透油藏的注入性較差，調(diào)驅(qū)效果不理想[7-9]。納微米微球調(diào)驅(qū)技術(shù)是最近幾年在交聯(lián)聚合物溶液調(diào)驅(qū)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新型調(diào)驅(qū)技術(shù)[10]。由于納微米微球調(diào)驅(qū)劑原始尺寸較小、粘度低，因而其具有較好的注入性[11，12]。為了達(dá)到更佳調(diào)驅(qū)效果，本文進(jìn)行了納微米微球調(diào)驅(qū)劑在低滲透巖心的調(diào)驅(qū)參數(shù)優(yōu)化室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出適合葡北二斷塊最佳的調(diào)驅(qū)參數(shù)，并進(jìn)行天然巖心調(diào)驅(qū)效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，為進(jìn)一步有效開發(fā)低滲透油藏提供參考意義。

1 納微米微球調(diào)驅(qū)機(jī)理

納微米微球調(diào)驅(qū)劑平均尺寸只有幾十到幾百納米，初始尺寸較小，在遇水的初期并無明顯的體積增大現(xiàn)象，粘度值也很小，因此注入難度不大。經(jīng)過足夠長的水化時(shí)間后，納微米微球才能膨脹達(dá)到一定體積，此時(shí)才具有粘度。微球在地層中的封堵是依靠材料的彈性和變形特性，在孔喉處聚集形成封堵，并能夠在深部孔喉形成封堵-變形突破-繼續(xù)運(yùn)移-繼續(xù)封堵的循環(huán)，對(duì)油藏內(nèi)部的非均質(zhì)性進(jìn)行多次調(diào)整，從而擴(kuò)大波及體積，以達(dá)到逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)及提高采收率的目的。

2 調(diào)驅(qū)參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

（1） 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

恒溫箱，中間容器，恒速恒壓泵，手動(dòng)計(jì)量泵，真空泵，產(chǎn)液計(jì)量管，壓力表等。

（2）藥劑、油水和模型

本次實(shí)驗(yàn)采用的藥劑為濃度分別為1 500，2 000和3 000 mg/L的LHW納微米微球，平均尺寸為幾十到幾百納米，在水中可以膨脹但在油中不會(huì)膨脹。實(shí)驗(yàn)用油為47.5 ℃下配制的粘度為4.9 mPa·s的模擬原油，飽和模型用水為礦化度約為7 000 mg/L的人工合成鹽水，巖心驅(qū)替用水為葡二聯(lián)合站深度處理污水，實(shí)驗(yàn)溫度模擬地層溫度（47.5 ℃）。模型為人造三層非均質(zhì)長方巖心，巖心的尺寸為45 mm×45 mm×300 mm，三層非均質(zhì)巖心上、中、下三層的有效滲透率分別為30×10-3、50×10-3、70×10-3μm2。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

①將人造巖心抽空6 h，飽和人工合成鹽水，測量其孔隙度和孔隙體積；②將巖心在恒溫放置12 h（47.5 ℃）；③測巖心滲透率；④飽和油至巖心出口端不再出水為止，計(jì)算原始含油飽和度；⑤水驅(qū)至含水為96.3%（模擬葡北油田二斷塊目前的含水率），計(jì)算水驅(qū)階段采收率；⑥進(jìn)行注入?yún)?shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)：分別用由清水配置深度處理污水稀釋的不同濃度（1 500、2 000、3 000 mg/L）納微米微球溶液進(jìn)行調(diào)驅(qū)，注入速度分別是0.25、0.3、0.35 mL/min，注入量分別是0.05、0.1、0.2 PV；⑦后續(xù)水驅(qū)至巖心出口端含水達(dá)到98%，計(jì)算最終采收率，并優(yōu)選出最佳注入濃度、注入量以及注入速度。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)用27塊人造三層非均質(zhì)巖心分析注入速度、注入濃度及注入量對(duì)調(diào)驅(qū)效果的影響，巖心基本參數(shù)見表1，各巖心所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案和提高采收率值詳見表2。

表1 非均質(zhì)巖心基本參數(shù)

Table 1 Basic parameters of heterogeneous core

巖心

編號(hào) 水測滲透率

/10-3μm2 原始含油

飽和度，% 巖心

編號(hào) 水測滲透率/

10-3μm2 原始含油

飽和度，% 巖心

編號(hào) 水測滲透率

/10-3μm2 原始含油

飽和度，%

A-1 51.01 67.45 B-1 47.43 63.3 C-1 44.39 63.62

A-2 45.89 67.73 B-2 47.95 65.05 C-2 41.87 63.19

A-3 45.03 62.52 B-3 43.87 67.46 C-3 48.62 62.83

A-4 52.52 63.2 B-4 42.63 64.62 C-4 48.49 69.8

A-5 46.92 62.88 B-5 41.18 60.11 C-5 45.53 68.56

A-6 44.68 68.11 B-6 47.91 64.2 C-6 48.56 70.23

A-7 44.31 61.99 B-7 46.66 63.38 C-7 49.01 70.03

A-8 50.51 64.76 B-8 41.16 63.26 C-8 44.77 65.34

A-9 46.62 64.71 B-9 47.89 63.64 C-9 46.23 64.88

表2 不同方案下的提高采收率值

Table 2 The oil recovery of different program

注入速度/（ml·min-1） 0.25 0.3 0.35

注入濃度/（mg·L-1） 1 500 2 000 3 000 1 500 2 000 3 000 1 500 2 000 3 000

注入量 0.05 PV 8.12 9.23 10.22 7.94 8.96 9.89 1.72 3.88 5.03

0.1 PV 12.24 14.24 16.22 11.85 13.8 15.73 5.23 9.17 11.35

0.2 PV 14.7 16.38 18.42 14.25 15.88 17.85 8.76 12.1 14.89

（1）優(yōu)選最佳注入濃度

圖1是納微米微球溶液的提高采收率值和納微米微球溶液注入濃度的關(guān)系曲線（由于變化趨勢相似，故以注入量為0.2 PV為例作圖說明）。對(duì)比3個(gè)注入速度下的變化可得：當(dāng)濃度低于2 000 mg/L時(shí)，曲線斜率較大，注入速度越大，曲線斜率就越大，說明此濃度范圍內(nèi)，提高采收率值隨濃度的增加上升相對(duì)較快，當(dāng)濃度大于2 000 mg/L后，曲線斜率逐漸變小，采收率提高幅度也變小，趨于平緩。但是由于納微米微球濃度越大，成本越高，而室內(nèi)性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為濃度為2 000 mg/L溶液中的納微米微球膨脹后的平均粒徑最大，所以，在綜合考慮提高采收率值和經(jīng)濟(jì)效益的前提下，濃度為2 000 mg/L更適合葡北油田二斷塊的油藏條件。

（2）優(yōu)選最佳注入量

圖2是納微米微球溶液提高采收率值和納微米微球注入量的關(guān)系曲線（由于變化趨勢相似，故以注入濃度為2 000 mg/L為例作圖說明）。由圖2可得，提高采收率值隨著納微米微球注入量的增加而增大；當(dāng)注入量小于0.1 PV時(shí)，曲線斜率較大，采收率提高值上升較快，當(dāng)注入量大于0.1 PV時(shí)，采收率提高值的上升速度降低，但隨著注入量增加，采收率提高值仍有較大幅度的增加，因此考慮其調(diào)驅(qū)效果，優(yōu)選的注入量為0.2 PV。

0.2 PV

圖1 非均質(zhì)巖心提高采收率值和納微米微球濃度關(guān)系

Fig.1 The relationship between concentration of micro-nano microsphere and oil recovery

2 000 mg/L

圖2 非均質(zhì)巖心提高采收率值和納微米微球注入量關(guān)系

Fig.2 The relationship between injection amount of micro-nano microsphere and oil recovery

（3）優(yōu)選最佳注入速度

2000mg/L

圖3 非均質(zhì)巖心提高采收率值和納微米微球注入速度關(guān)系

Fig.3 The relationship between injection speed of micro-nano microsphere and oil recovery

圖3是納微米微球溶液的提高采收率值與納微米微球注入速度的關(guān)系曲線（由于變化趨勢相似，故以注入濃度為2 000 mg/L為例作圖說明）。由圖3可得，注入速度小于0.3 mL/min時(shí)，采收率提高值都較大，隨著注入速度增大，采收率提高幅度下降，當(dāng)注入速度大于0.3 mL/min時(shí)，采收率提高幅度下降較快，說明注入速度過大會(huì)導(dǎo)致后續(xù)水驅(qū)對(duì)納微米微球快速?zèng)_刷，使封堵在大孔喉處的納微米微球無法聚集變大，以至于不能實(shí)現(xiàn)逐級(jí)調(diào)驅(qū)而致使提高采收率值下降。所以，注入速度不宜過大，但是如果注入速度過小，又會(huì)導(dǎo)致采油速度降低，不能滿足生產(chǎn)需要，因此優(yōu)選的注入速度為0.3 mL/min。

綜上所述，優(yōu)選出納微米微球在葡北二斷塊的注入?yún)?shù)分別為：注入濃度為2 000 mg/L、注入量為0.2 PV、注入速度為0.3 mL/min。

3 天然巖心調(diào)驅(qū)效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用2塊天然巖心（滲透率分別為48.23×10-3μm2和29×10-3μm2）進(jìn)行天然巖心納微米微球調(diào)驅(qū)效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，注入速度為0.3 mL/min、注入量為0.2 PV、注入濃度為2 000 mg/L。天然巖心基本參數(shù)見表3。

表3 天然巖心基本參數(shù)

Table 3 Basic parameters of nature cores

巖心編號(hào) 孔隙度

，% 面積

/cm2 長度

/cm 含油飽和度

，% 水測滲透率

/10-3μm2

TR-1 22.96 4.668 5.996 57.80 48.23

TR-2 23.46 4.988 6.61 55.72 29.00

巖心TR-1注入納微米微球溶液后，后續(xù)水驅(qū)時(shí)壓力增大了0.034 MPa，采收率提高值為13.33%；巖心TR-2后續(xù)水驅(qū)時(shí)壓力增大了0.042 MPa，采收率提高值為14.51%。

天然巖心調(diào)驅(qū)效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4和圖5。由圖4和圖5可得，巖心TR-1和TR-2在注入微球階段的注入壓力均是先上升后小幅度下降，在后續(xù)水驅(qū)階段注入壓力基本保持穩(wěn)定。

含水率從注微球開始明顯下降，可能的原因是天然巖心滲透率較低，能較好地發(fā)揮納微米微球的調(diào)驅(qū)性能；采收率在后續(xù)水驅(qū)階段明顯上升，說明納微米微球能對(duì)天然巖心中的大孔道進(jìn)行有效地封堵，壓力逐漸上升，后續(xù)注水進(jìn)入未波及到的孔道，將這部分油驅(qū)出，同時(shí)隨著后續(xù)水驅(qū)的進(jìn)行，微球向巖心深部運(yùn)移并發(fā)生封堵，壓力開始上下波動(dòng)，更進(jìn)一步證明微球在巖石孔道中的封堵-突破-再封堵過程的循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)逐級(jí)深部調(diào)驅(qū)，不同部位巖心截面波及系數(shù)均有所提高，從而提高了原油采收率。

這說明注入的納微米微球溶液對(duì)巖心中高滲大孔道進(jìn)行了封堵，導(dǎo)致注入壓力上升，擴(kuò)大了波及體積，最終提高了采收率；在相同注入?yún)?shù)下，巖心滲透率越低，注入納微米微球溶液后壓力上升幅度和含水率下降幅度越大，采收率提高幅度也越大。因此，納微米微球調(diào)驅(qū)劑在低滲透油藏中有較好的調(diào)驅(qū)效果，且在一定范圍內(nèi)滲透率越低，調(diào)驅(qū)效果越好。

圖4 納微米微球注入天然巖心TR-1中調(diào)驅(qū)效果

Fig.4 The profile controlling displacement effect after injecting micro-nano microsphere in core TR-1

圖5 納微米微球注入天然巖心TR-2中調(diào)驅(qū)效果

Fig.5 The profile controlling displacement effect after injecting micro-nano microsphere in core TR-2

4 結(jié) 論

（1）通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選并確定了適合葡北二斷塊油藏特性的納微米微球溶液的調(diào)驅(qū)參數(shù)：最佳注入濃度為2 000 mg/L，最佳注入量為0.2 PV，最佳注入速度為0.3 mL/min。

（2）納微米微球在低滲透天然巖心的調(diào)驅(qū)效果較好，在水驅(qū)采收率基礎(chǔ)上，采收率提高值能達(dá)到13%～15%，且注入壓力較低，能有效降低含水率，可以作為低滲透油藏的調(diào)驅(qū)劑。

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（上接第1466頁）

3 結(jié) 論

（1）2 500萬分子量聚合物，不同交聯(lián)劑類型配制的鉻微凝膠體系成膠最低濃度界限如表2：

表2 2 500萬聚合物不同交聯(lián)劑最低成膠濃度界限表

Table 25 million molecular weight different polymer crosslinker minimum gel concentration limit table

交聯(lián)劑型號(hào) 聚合物最低成膠濃度/（mg·L-1） 交聯(lián)劑最低成膠濃度/（mg·L-1）

HD-4 350 80

HD-5 400 90

（2）對(duì)于2 500萬分子量聚合物而言，盡管交聯(lián)劑類型不同，但是成膠時(shí)間一般在24～36 h，可以為現(xiàn)場試驗(yàn)是選擇合理的候凝時(shí)間提供參考。

（3）從三種交聯(lián)劑成膠最低濃度可知，HD-4型交聯(lián)劑交聯(lián)效果好于HD-5，所需要的成膠濃度更低，同樣效果下從節(jié)省成本角度考慮，HD-4型交聯(lián)劑更利于控制成本。

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