稠油油藏聚合物驅(qū)剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

張穎蘋

(長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

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稠油油藏聚合物驅(qū)剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

張穎蘋

(長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

為探討稠油油藏聚合物驅(qū)剖面反轉(zhuǎn)規(guī)律，建立了與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相似的非均質(zhì)物理驅(qū)替模型，并用聚合物驅(qū)替模擬巖心，研究油層滲透率級(jí)差、注入濃度、注入時(shí)機(jī)對(duì)聚合物驅(qū)剖面反轉(zhuǎn)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：滲透率級(jí)差越大，剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越早，反轉(zhuǎn)程度越大，說明對(duì)于級(jí)差較大的稠油油藏用聚合物驅(qū)油效果較差；聚合物驅(qū)油過程中聚合物濃度越大，剖面反轉(zhuǎn)越早，原油采收率升高，但增長(zhǎng)速度變緩，說明在聚合物驅(qū)油時(shí)需要對(duì)聚合物的濃度范圍進(jìn)行界定；聚合物驅(qū)油注入時(shí)機(jī)越早，剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越早，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況選擇適當(dāng)注入時(shí)機(jī)。該研究成果對(duì)聚合物驅(qū)提高稠油油藏原油采收率具有指導(dǎo)意義。

聚合物驅(qū)；剖面反轉(zhuǎn)；物理模擬；反轉(zhuǎn)規(guī)律；分流率；采收率

0 引 言

聚合物驅(qū)油始于20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)70年代在美國(guó)進(jìn)行礦場(chǎng)試驗(yàn)，采收率可提高8.6%。在蘇聯(lián)阿爾蘭油田、加拿大零斯弗萊湖油田和法國(guó)沙特伊爾埃納達(dá)油田進(jìn)行工業(yè)礦場(chǎng)試驗(yàn)，采收率可提高6.0%～17.0%。大慶油田于20世紀(jì)70年代在薩爾圖油田薩爾圖油層組開展注聚合物試驗(yàn)獲得成功，勝利油區(qū)孤島油田于1992年在中一區(qū)館陶組油層進(jìn)行聚合物驅(qū)油礦場(chǎng)試驗(yàn)獲得成功。20世紀(jì)80年代在勝利油區(qū)八面河油田的稠油油藏進(jìn)行了注聚合物提高采收率先導(dǎo)試驗(yàn)獲得成功，平均提高采收率6.0%。從國(guó)內(nèi)外各油田進(jìn)行的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、礦場(chǎng)試驗(yàn)和擴(kuò)大工業(yè)性試驗(yàn)成果來看[1-5]，聚合物驅(qū)對(duì)提高稠油砂巖油藏采收率效果明顯，但對(duì)于不同稠油油藏應(yīng)用聚合物驅(qū)，必須對(duì)油藏地質(zhì)條件差異、注入?yún)?shù)優(yōu)選、注入時(shí)機(jī)選擇等方面進(jìn)行綜合研究，充分發(fā)揮聚合物的驅(qū)油作用，從而提高原油采收率。

聚合物驅(qū)油過程存在剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象[6]，剖面反轉(zhuǎn)直接影響聚合物驅(qū)油的采收率[7]。針對(duì)稀油油藏，前人開展過滲透率差異、注入濃度、注入時(shí)機(jī)選擇等對(duì)剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的影響研究，但缺少針對(duì)稠油油藏的相關(guān)研究，為此，開展了針對(duì)稠油油藏注聚合物剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。

1 剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

假設(shè)一組含有滲透率級(jí)差的并聯(lián)巖心模型，聚合物開始注入后，設(shè)定其總注入量為定值，進(jìn)入高、低滲透巖心的分液量會(huì)在其中進(jìn)行重新分配[6]。對(duì)達(dá)西定律、阻力系數(shù)的定義式以及流度定義公式進(jìn)行推導(dǎo)，得出高、低滲透率巖心間相對(duì)吸液量的關(guān)系式：

Qp1=Kw1AΔpμwRm2L

(1)

Qp2=Kw2AΔpμwRm1L

(2)

Qp1/Qp2=Rm2/MRm1

(3)

式中：Qp1為低滲透級(jí)巖心的流體流量，cm3/s；Qp2為高滲透級(jí)巖心的流體流量，cm3/s；Kw1為低滲透級(jí)巖心的有效滲透率，μm2；Kw2為高滲透級(jí)巖心的有效滲透率，μm2；μw為水相黏度，Pa·s；Rm1為注入后低滲透層的阻力系數(shù)；Rm2為注入后高滲透層的阻力系數(shù)；L為巖心的長(zhǎng)度，cm；M為高、低滲透層的滲透率級(jí)差；Δp為壓差，Pa。

由式(1)、(2)、(3)可知，高、低滲透層的阻力系數(shù)及其滲透率級(jí)差決定了總注入量在高、低滲巖心中的分配比例。在實(shí)際開發(fā)過程中，固定滲透率級(jí)差，推算出聚合物進(jìn)入高、低滲透層中的分流量值，根據(jù)阻力系數(shù)在高、低滲透層中的變化規(guī)律，可反映出剖面反轉(zhuǎn)的機(jī)理[6，8-10]。

油層是一種多孔介質(zhì)，一般用滲透率和孔隙度進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于地下條件復(fù)雜，其滲透率、孔隙度等基本參數(shù)是變化的[1]。通過室內(nèi)物理模擬進(jìn)行不同滲透率級(jí)差、不同注入時(shí)機(jī)、不同聚合物濃度條件下的剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)[2]，得出分流率曲線，并分析剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)用油為遼河油田歡喜嶺采油廠杜813區(qū)塊原油和煤油按6∶4的比例配制而成。50 ℃地面脫氣原油黏度為109 880 mPa·s，按比例配置后模擬油黏度為684 mPa·s。實(shí)驗(yàn)用水根據(jù)遼河油田歡喜嶺采油廠杜813區(qū)塊產(chǎn)出水人工配制而成。實(shí)驗(yàn)選用聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為2 500×104的聚丙烯酰胺，固相含量為89.8%，水解度為24%。實(shí)驗(yàn)巖心采用油層砂制作的人造巖心，以遼河油田歡喜嶺采油廠地質(zhì)條件為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而成，確保巖心與油藏物性參數(shù)相近(表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心的基本參數(shù)

實(shí)驗(yàn)裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等，除平流泵和手搖泵外，其他部分置于50 ℃恒溫箱內(nèi)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

(1) 并聯(lián)巖心在不同滲透率級(jí)差條件下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。固定聚合物溶液濃度、注入速度、注入時(shí)機(jī)，改變滲透率級(jí)差，研究滲透率級(jí)差對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響。

(2) 并聯(lián)巖心在不同聚合物濃度下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。固定巖心滲透率級(jí)差、聚合物溶液的注入時(shí)機(jī)及注入速度，改變聚合物溶液濃度，研究聚合物濃度對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響。

(3) 并聯(lián)巖心在不同注入時(shí)機(jī)條件下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。固定滲透率級(jí)差、聚合物溶液濃度及注入速度，調(diào)整聚合物溶液的注入時(shí)機(jī)，研究不同注入時(shí)機(jī)對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響。

2 剖面反轉(zhuǎn)規(guī)律及影響因素分析

2.1 滲透率級(jí)差對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響

聚合物濃度為2 500 mg/L，注入速度為0.3 mL/min，將1、2號(hào)巖心并聯(lián)，3、4號(hào)巖心并聯(lián)，5、6號(hào)巖心并聯(lián)，并聯(lián)后組合體巖心滲透率存在級(jí)差，1、2號(hào)巖心組合體滲透率級(jí)差為3倍，3、4號(hào)組合體滲透率級(jí)差為4倍，5、6號(hào)組合體滲透率級(jí)差為6倍，在不同滲透率級(jí)差條件下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。圖1為不同滲透率級(jí)差下聚合物注入量與分流率的關(guān)系曲線。

圖1 不同滲透率級(jí)差下的聚合物注入量與分流率的關(guān)系

由圖1可知：在聚合物驅(qū)階段滲透率級(jí)差越大，高滲透層的分流率降至最低點(diǎn)的速度越快，但分流率降至最低點(diǎn)的幅度反而變小，即高滲透層最低點(diǎn)分流率的數(shù)值越大，造成到達(dá)分流率最低點(diǎn)的時(shí)間越短，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到達(dá)最低點(diǎn)后開始上升的時(shí)機(jī)越早；在聚合物驅(qū)階段，隨著滲透率級(jí)差增大，高滲透層形成的“V”字形波動(dòng)幅度會(huì)變得越來越小。以上結(jié)果分析表明，滲透率級(jí)差越大，注入后剖面調(diào)整的見效時(shí)間越快，所需要聚合物的注入量越少，但調(diào)整后的吸液剖面持續(xù)時(shí)間越短，調(diào)剖效果越差，剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越早，聚合物驅(qū)效果越差，提高采收率的幅度越小。

不同滲透率級(jí)差條件下的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)與采收率關(guān)系見表2。由表2可知，3倍級(jí)差巖心剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的聚合物注入量比4倍級(jí)差巖心的大0.039 8倍孔隙體積，4倍級(jí)差巖心剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的聚合物注入量比6倍級(jí)差的大0.021 3倍孔隙體積，說明滲透率級(jí)差越大剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生越快。隨著滲透率級(jí)差增大，剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)提前，導(dǎo)致調(diào)剖效果變差，注入流體大部分進(jìn)入到高滲透層，提高了高滲透層采收率，而低滲透層進(jìn)入的流體急劇減少，導(dǎo)致低滲透層的采收率非常低。

表2 滲透率級(jí)差與剖面反轉(zhuǎn)關(guān)系

2.2 聚合物濃度對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響

固定滲透率級(jí)差將為4倍，注入速度為0.3 mL/min，在不同聚合物濃度下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。圖2為不同聚合物濃度下聚合物注入量與分流率的關(guān)系曲線。

圖2 不同聚合物濃度下的聚合物注入量與分流率的關(guān)系

由圖2可知：聚合物驅(qū)油階段聚合物濃度越大，高滲透層的分流率降至最低點(diǎn)的速度越快，分流率降至最低點(diǎn)的幅度也越大，即高滲透層最低點(diǎn)分流率的數(shù)值越小，到達(dá)分流率最低點(diǎn)的時(shí)間越快，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到達(dá)最低點(diǎn)后開始上升的時(shí)機(jī)越早，但分流率的上升速度較為緩慢；聚合物驅(qū)階段聚合物濃度越大，剖面調(diào)整越快，但反轉(zhuǎn)后的剖面高滲透層分流率上升速度并不快，說明合理的聚合物濃度范圍可提高油藏的采收率。

不同聚合物濃度條件下的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)與采收率關(guān)系見表3。由表3可知，聚合物濃度為2 000 mg/L比濃度為2 500 mg/L時(shí)的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的注入孔隙體積倍數(shù)大0.077 8倍孔隙體積，聚合物濃度為2 500 mg/L比濃度為3 000 mg/L時(shí)的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的注入孔隙體積倍數(shù)大0.031 2倍孔隙體積，表明隨著聚合物濃度的增加，剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)會(huì)有所提前。當(dāng)選用較低濃度的聚合物注入時(shí)，盡管剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生了滯后，但由于聚合物濃度較低，不能在高滲透層產(chǎn)生足夠的阻力，導(dǎo)致低滲透層采收率較低，而聚合物濃度過高又會(huì)造成低滲透層注入困難。因此，在聚合物濃度的選擇方面，既應(yīng)該考慮剖面反轉(zhuǎn)，又應(yīng)兼顧到采收率。

表3 聚合物濃度與剖面反轉(zhuǎn)的關(guān)系

2.3 注入時(shí)機(jī)對(duì)剖面反轉(zhuǎn)的影響

固定滲透率級(jí)差為4倍，聚合物濃度為2 500 mg/L，注入速度為0.3 mL/min，在不同注入時(shí)機(jī)條件下進(jìn)行剖面反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，圖3為不同注入時(shí)機(jī)下聚合物注入量與分流率的關(guān)系曲線。

圖3 不同注入時(shí)機(jī)下的聚合物注入量與分流率的關(guān)系

由圖3可知：聚合物驅(qū)階段隨著注入時(shí)機(jī)推后，高滲透層的分流率降至最低點(diǎn)的速度越慢，且分流率降至最低點(diǎn)的幅度也越小，即高滲透層最低點(diǎn)分流率的數(shù)值越大，到達(dá)分流率最低點(diǎn)的時(shí)間越長(zhǎng)，所需注入聚合物溶液的量越多，其分流率到達(dá)最低點(diǎn)后開始上升的時(shí)機(jī)越晚，分流率上升速度也越慢，上升幅度也越??；高滲透層的分流率繼續(xù)增加，隨著注入時(shí)機(jī)的推后，高滲透層形成的“U”字形波動(dòng)幅度會(huì)變得越來越小。分析結(jié)果表明，在整個(gè)聚合物驅(qū)替過程中，聚合物溶液注入時(shí)機(jī)的變化對(duì)吸液剖面調(diào)整產(chǎn)生很大影響，隨著注入時(shí)機(jī)推后，注入后剖面調(diào)整的見效時(shí)間越慢，所需要聚合物的量越多，但對(duì)吸液剖面的整體調(diào)整效果較差。剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越晚，反轉(zhuǎn)程度越小，聚合物驅(qū)的效果越差，不利于采收率的提高。

不同含水率下注入聚合物的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)和采收率關(guān)系見表4。由表4可知，注入時(shí)機(jī)在含水率為80%比含水率為50%的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的注入孔隙體積倍數(shù)大0.040 1倍孔隙體積，注入時(shí)機(jī)在含水率為95%比含水率為80%的剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)的注入孔隙體積倍數(shù)大0.098 1倍孔隙體積，表明隨著聚合物注入時(shí)機(jī)提前，剖面反轉(zhuǎn)點(diǎn)會(huì)相應(yīng)提前，但不能因?yàn)樽⑷霑r(shí)機(jī)越晚，發(fā)生剖面反轉(zhuǎn)的時(shí)間滯后，就選擇含水率較高時(shí)再注入聚合物，因?yàn)檫@會(huì)增加聚合物用量，且吸液剖面調(diào)整效果差，不利于提高采收率。隨著聚合物注入時(shí)機(jī)提前，采收率也有提升，但注入時(shí)機(jī)過早，會(huì)對(duì)中、低滲透層產(chǎn)生較大影響，其吸附滯留導(dǎo)致地層受到傷害，增大了后續(xù)開發(fā)的難度。

表4 注入時(shí)機(jī)與剖面反轉(zhuǎn)的關(guān)系

3 應(yīng)用指導(dǎo)

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和分析評(píng)價(jià)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)油田所屬區(qū)塊油層物性和原油物性，實(shí)施聚合物驅(qū)油提高原油采收率應(yīng)遵循按滲透率級(jí)差約為4倍進(jìn)行層系劃分和歸位，注入時(shí)機(jī)選擇在油井含水率約為80%時(shí)開始實(shí)施，注入聚合物濃度選擇在2 500 mg/L左右，能達(dá)到較理想的聚合物驅(qū)油效果，這是編制該區(qū)塊聚合物驅(qū)方案的基本原則。

4 結(jié)論及建議

(1) 儲(chǔ)層的滲透率級(jí)差越大，剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越早，聚合物驅(qū)油效果越差。考慮到稠油油藏非均質(zhì)性，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇滲透率差異較小的中低滲透層實(shí)施聚合物驅(qū)油。

(2) 聚合物注入濃度越大，剖面反轉(zhuǎn)出現(xiàn)越早，聚合物驅(qū)油效果越差。聚合物濃度過小，進(jìn)入高滲透儲(chǔ)層后不能產(chǎn)生足夠大的阻力；聚合物濃度過大，會(huì)造成儲(chǔ)層堵塞，導(dǎo)致低滲透層注入困難。因此，實(shí)踐中應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)巖心精細(xì)實(shí)驗(yàn)研究，確定合理的注入濃度。

(3) 聚合物注入時(shí)機(jī)越早，剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象越明顯，從而導(dǎo)致聚合物驅(qū)油的開發(fā)效果變差；注入時(shí)機(jī)越晚，調(diào)剖效果越差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要按照聚合物驅(qū)油的篩選標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合油藏實(shí)際，選擇合理的注入時(shí)機(jī)，減小剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象對(duì)驅(qū)油效果的影響，從而提高驅(qū)油效果。

(4) 稠油油藏聚合物剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究從技術(shù)層面入手研究剖面反轉(zhuǎn)對(duì)采收率的影響，但經(jīng)濟(jì)效益也是影響聚合物驅(qū)油發(fā)展和應(yīng)用的主要因素，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合不同時(shí)期的油價(jià)，在提高采收率兼顧經(jīng)濟(jì)效益方面開展研究。

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編輯 王 昱

20160704；改回日期：20160910

中海石油有限公司北京研究中心項(xiàng)目“早期注聚合物剖面反轉(zhuǎn)及控制方法研究”(YXKY-2014-ZY-03)

張穎蘋(1992-)，女，2014年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為該校石油工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)工程、油藏?cái)?shù)值模擬方面的研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.025

TE357.46

A

1006-6535(2016)06-0111-04