陸上油田聚驅(qū)后聚表劑驅(qū)滲流場(chǎng)變化規(guī)律研究

皮彥夫， 龔　亞

(東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

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陸上油田聚驅(qū)后聚表劑驅(qū)滲流場(chǎng)變化規(guī)律研究

皮彥夫， 龔亞

(東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318)

針對(duì)陸上油田的典型區(qū)塊，設(shè)計(jì)了二維層間物理模型，運(yùn)用自主研制的飽和度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所采用的聚驅(qū)后聚表劑驅(qū)實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展了層間二維模型驅(qū)替波及動(dòng)用監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)驅(qū)階段含油飽和度分布，從而掌握陸上典型油田區(qū)塊的波及動(dòng)用規(guī)律。結(jié)果表明，在層間二維平板巖心的并聯(lián)實(shí)驗(yàn)中，陸上典型區(qū)塊聚驅(qū)后注入1.05 PV華鼎Ⅰ聚表劑能提高采收率13.69%。飽和度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，聚驅(qū)后化學(xué)驅(qū)階段均不同程度的形成油墻，增大了滲流阻力，從而擴(kuò)大了波及體積，提高了采收率，聚表劑驅(qū)階段提高采收率的關(guān)鍵是有效的動(dòng)用了中低滲層，華鼎I型聚表劑驅(qū)替之后巖心主流通道上形成一條很寬的低含油飽和度條帶，其具有很強(qiáng)的驅(qū)油效率。

陸上油田；聚合物驅(qū)；波及規(guī)律；飽和度監(jiān)測(cè)；驅(qū)油效率

隨著我國(guó)油田的開(kāi)發(fā)，大部分主力油田都相繼進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期，三次采油已經(jīng)成為進(jìn)一步提高原油采收率的主導(dǎo)技術(shù)[1-3]。為滿足三次采油技術(shù)發(fā)展的需求，近年來(lái)研制出一種新型的一元驅(qū)油劑——聚表劑，它同時(shí)具備了流度控制能力和乳化增溶原油能力雙重特性[4-6]，綜合了聚合物和表面活性劑二者的優(yōu)勢(shì)[7-8]，在不用堿的條件下，把增黏、降低流度比、擴(kuò)大波及系數(shù)、提高對(duì)原油的增溶和乳化能力等優(yōu)勢(shì)集于一身[9-11]。目前，某些聚表劑產(chǎn)品已經(jīng)在一些油田開(kāi)始了先導(dǎo)試驗(yàn)，并且取得了很好的降水增油效果，但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用和理論知識(shí)發(fā)展不對(duì)稱[12-13]，與聚表劑相關(guān)的報(bào)道和文獻(xiàn)資料很少，而且國(guó)內(nèi)外對(duì)聚表劑驅(qū)油技術(shù)的研究主要集中在室內(nèi)性能分析方面，在深入研究層間波及規(guī)律和驅(qū)油效率方面的文獻(xiàn)較少。本文基于室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和自主研發(fā)的飽和度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)手段，采用測(cè)試驅(qū)替過(guò)程中含油飽和度的方法，通過(guò)含油飽和度的改變來(lái)判斷波及動(dòng)用情況，并且根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)情況，對(duì)所用的聚表劑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1物理模型

針對(duì)大慶油田典型區(qū)塊，根據(jù)大慶地區(qū)實(shí)際儲(chǔ)層的物性參數(shù)情況，對(duì)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M巖心的滲透率、孔隙度及非均質(zhì)程度進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)所用的巖心分別為：滲透率為1 800×10-3μm2的高滲二維巖心，滲透率為1 000×10-3μm2的中滲二維巖心以及滲透率200×10-3μm2的低滲二維巖心，尺寸均為300 mm×300 mm×15 mm。本實(shí)驗(yàn)研究中的巖心參數(shù)情況根據(jù)大慶油田一類儲(chǔ)層的實(shí)際情況確定，設(shè)計(jì)物理模型在驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中滿足動(dòng)力相似和運(yùn)動(dòng)相似原則。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)主要模擬的大慶油田的典型區(qū)塊，根據(jù)大慶油田現(xiàn)階段的開(kāi)發(fā)形勢(shì)及開(kāi)發(fā)方案，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)為45 ℃，實(shí)驗(yàn)用油為大慶油田原油和煤油按一定比例配置的模擬油，45 ℃黏度為9.8 mPa·s；飽和用水模擬礦化度為6 778 mg/L的大慶地層水，實(shí)驗(yàn)所用的驅(qū)替用水為大慶油田回注污水。聚驅(qū)過(guò)程中所用的聚合物為普通中等相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，黏度為20 mPa·s；聚表劑驅(qū)階段所用聚表劑分別為華鼎I型，質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，黏度分別為58 mPa·s和53 mPa·s。目前華鼎I型聚表劑的市場(chǎng)價(jià)為17 450元/t。

1.3實(shí)驗(yàn)方案

前期水驅(qū)至整體含水率98%以上，然后注入0.6 PV質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的中等分子質(zhì)量聚合物，在水驅(qū)至整體含水率達(dá)98%以上，注入0.15 PV高質(zhì)量濃度(1 500 mg/L)華鼎I型聚表劑保護(hù)段塞，接著注入0.9 PV質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的華鼎I型聚表劑，最后水驅(qū)至含水率98%以上，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1驅(qū)替方案的總體實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，高、中、低三層的采出程度以及總采收率如表1所示。

方案中在注0.6 PV聚合物的基礎(chǔ)上再注入1.05 PV的華鼎I聚表劑后總采收率為52.47%，這是因?yàn)榫郾韯├米陨砀唣ざ取⒆冃文芰?qiáng)等作用特點(diǎn)，通過(guò)擴(kuò)大波及系數(shù)和提高洗油效率來(lái)提高整體采收率。

表1　華鼎I聚表劑驅(qū)替階段提高采收率結(jié)果

通過(guò)對(duì)巖心中不同驅(qū)替點(diǎn)含油飽和度分布情況的統(tǒng)計(jì)，即巖心中相同位置后一時(shí)刻含油飽和度值相對(duì)前一時(shí)刻降低，則說(shuō)明在這段期間的驅(qū)替過(guò)程中該點(diǎn)被波及到了，用這種方式把巖心中含油飽和度分布圖平均分割成若干小網(wǎng)格，以一個(gè)小網(wǎng)格為單位統(tǒng)計(jì)，含油飽和度下降的網(wǎng)格占總網(wǎng)格的比例，定義為該時(shí)刻巖心中的波及系數(shù)。通過(guò)分層接液可以得到各層不同驅(qū)替點(diǎn)的采收率數(shù)值，相同時(shí)刻采收率與所對(duì)應(yīng)波及系數(shù)的比值為該驅(qū)替時(shí)刻的驅(qū)油效率值。華鼎I聚表劑驅(qū)替方案下的波及系數(shù)與驅(qū)油效率結(jié)果，如表2所示。

表2　華鼎I聚表劑驅(qū)替方案下的波及系數(shù)與驅(qū)油效率

從表2中可以看出，華鼎I型聚表劑的整體波及系數(shù)為76.10%，驅(qū)油效率為69.05%，在三個(gè)滲透層中高滲層的波及系數(shù)和驅(qū)油效率均好于低、中滲層，其中低滲層的波及系數(shù)和驅(qū)油效率均不低于50%，這是因?yàn)槿A鼎I聚表劑的分子根據(jù)孔隙的形態(tài)變形能力強(qiáng)，分子鏈不易被拉斷，成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)，可捕集并移動(dòng)殘余在巖心孔隙中的剩余油并將其拖拽出去，從而提高了華鼎I在巖心中的驅(qū)油效率。

2.2各方案動(dòng)態(tài)開(kāi)采曲線及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所反映出的聚驅(qū)加華鼎I聚表劑驅(qū)階段動(dòng)態(tài)開(kāi)采特點(diǎn)，繪制出注入PV數(shù)與各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系曲線如圖1和圖2所示。

圖1　注入PV數(shù)與綜合含水率、采收率、壓力關(guān)系曲線

Fig. 1 Relation curve between injection PV number composite water cut, recovery and pressure

圖2　注入PV數(shù)與各層分流率、壓力關(guān)系曲線

Fig.2Relation curve between injection PV number and diversion rate, composite water cut and pressure

從圖1中可以看出，驅(qū)替剛開(kāi)始時(shí)注入壓力瞬間升高，隨著注入水量的增加，巖心中油量開(kāi)始減少，綜合含水率逐漸上升，同時(shí)巖心內(nèi)流體所受到的阻力下降，壓力也隨之逐漸減低，當(dāng)水驅(qū)含水率到達(dá)98%時(shí)壓力降到平穩(wěn)。隨著聚驅(qū)的進(jìn)行壓力逐漸升高，綜合含水率開(kāi)始下降，說(shuō)明聚驅(qū)開(kāi)始動(dòng)用水驅(qū)沒(méi)波及到或沒(méi)拖拽出去的油膜，從而整體采收率也迅速上升。注入華鼎I聚表劑后，壓力快速上升，含水率隨之降低，高滲透層的分流率驟然降低，中低滲透層的分流率迅速升高，尤其是低滲透層的分流率明顯上升。

從圖2中可以看出，在水驅(qū)與聚驅(qū)階段，注入壓力在水驅(qū)階段從高值迅速下降，逐漸到平穩(wěn)，注聚后壓力逐漸升高，在注入聚表劑之后壓力迅速升高，從分流率的曲線也可以看出隨著聚表劑的逐漸注入，高滲透層的分流率開(kāi)始快速下降，中低滲透層的分流率隨之上升。在注入2.6 PV到3.2 PV的過(guò)程中，壓力升高趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)，高滲透層的分流率到達(dá)最低且保持波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)該是巖心中形成的油墻向采出井推進(jìn)，并逐漸被開(kāi)采出去。

2.3驅(qū)替方案下各滲透層巖心中含油飽和度分布

通過(guò)調(diào)用2.1節(jié)所測(cè)得的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，使用自行研制的含油飽和度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)驅(qū)替的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得出不同驅(qū)替階段的含油飽和度分布情況。

2.3.1巖心中原始含油飽和度情況圖3為高中低滲巖心中原始含油飽和度情況，從圖3中可以看出，從高滲層到低滲層含油飽和度分布圖逐漸變淺，即巖心中的飽和油量逐漸降低，因?yàn)闈B透率越大，巖樣的孔隙度越高，可飽和進(jìn)的原油量也就越多，因此含油飽和度越高。本部分給出各層不同位置的原始含油飽和度，方便與后續(xù)驅(qū)替圖進(jìn)行對(duì)比分析。下述所有含油飽和度分布圖的標(biāo)尺都相同。

圖3　各層原始含油飽和度分布圖

Fig.3The distribution of original oil saturation each layer

2.3.2水驅(qū)階段注水結(jié)束時(shí)各層含油飽和度分布如圖4所示。從圖4可以看出，在水驅(qū)階段，三個(gè)層都開(kāi)始被動(dòng)用，大部分驅(qū)替劑進(jìn)入到高滲透層，隨著注入水量的增加各個(gè)層內(nèi)出現(xiàn)明顯的指進(jìn)現(xiàn)象，當(dāng)高滲透層油水前緣突破，采出井見(jiàn)水后，中低滲透層出液量逐漸減小幾乎停止出液，而高滲透層中主流通道在注入水反復(fù)沖洗的作用下含油飽和度相對(duì)很低。

2.3.3聚驅(qū)階段注聚結(jié)束時(shí)各層含油飽和度分布如圖5所示，從圖5中可以看出，開(kāi)始注入聚時(shí)，聚合物先進(jìn)到高滲層，由于聚合物黏度高，有效地改善流度比，使流動(dòng)阻力增加，注入壓力升高，更多的流體進(jìn)入中低滲透層從而增加了模型整體的波及系數(shù)，進(jìn)一步提高模型的采收率。

圖4　注水結(jié)束時(shí)各層含油飽和度分布圖

Fig.4Distribution of oil saturation of each layer at the end of water injection

圖5　注聚結(jié)束時(shí)各層含油飽和度分布圖

Fig.5Distribution of oil saturation of each layer at the end of polymer injection

2.3.4華鼎I聚表劑驅(qū)替階段聚驅(qū)結(jié)束之后用華鼎I聚表劑驅(qū)，開(kāi)始時(shí)聚表劑進(jìn)入到阻力較低的高滲層，由于華鼎I聚表劑分子根據(jù)孔隙的變形能力強(qiáng)，易進(jìn)入到聚驅(qū)沒(méi)有波及到的孔隙中，推動(dòng)巖心中主流線兩側(cè)的油向前移動(dòng)，隨著油流的移動(dòng)，主流線上的壓力相對(duì)較小，主流線兩翼被驅(qū)替的油又逐漸向主流線靠攏，在這種驅(qū)替作用下巖心中便形成了油墻，如圖6所示。油墻的形成使油柱在孔喉中造成阻擋從而使注入壓力升高，在較高的注入壓力作用下，聚表劑開(kāi)始進(jìn)入到低滲透層以增加對(duì)它的動(dòng)用程度。

圖6　華鼎I驅(qū)替初期時(shí)各層含油飽和度分布圖

Fig.6Distribution of oil saturation of each layer at the early stage of Huading I displacement

圖7為華鼎I型聚表劑驅(qū)結(jié)束時(shí)的飽和度分布圖，對(duì)比圖6和圖7可知，隨著華鼎I聚表劑的不斷注入，高、中滲透層主流線及其兩側(cè)的含油飽和度明顯降低，形成的油墻逐漸向前推進(jìn)。在較高的注入壓力下低滲透層的分流率逐漸增加，主流線呈指狀不斷向前突進(jìn)，同時(shí)靠近注入井的主流線兩翼被波及的區(qū)域也逐漸擴(kuò)大。因?yàn)榫郾韯ざ雀?，改善巖樣中的流度比，使其在相對(duì)較低力的作用下便可以進(jìn)入細(xì)小吼道，拖拽膜。

圖7　華鼎I聚表劑驅(qū)結(jié)束時(shí)各層含油飽和度分布圖

Fig.7Distribution of oil saturation of each layer at the end of Huading I displacement

如圖7所示，注華鼎I聚表劑結(jié)束之后，低滲透層的主流線被完全打開(kāi)，高中滲透層的油墻均被突破，高滲透層的波及效率增加到0.912，主流線及兩側(cè)大面積區(qū)域含油飽和度降到0.24以下，表明華鼎I的洗油效率很高，利用其高黏彈性使聚驅(qū)不易被動(dòng)用的油被華鼎I聚表劑拖拽出去。中滲透層主流線低含油飽和度范圍變寬，低滲透層波及面積大幅度增加且主流線達(dá)到突破。

3　結(jié)論

(1) 在層間二維平板巖心并聯(lián)的實(shí)驗(yàn)中表明，陸上典型區(qū)塊聚驅(qū)后聚表劑驅(qū)能提高最終采收率，在提高最終采收率幅度方面華鼎I型聚表劑表現(xiàn)出很好的提升能力，聚驅(qū)后注入1.05 PV華鼎Ⅰ聚表劑能提高采收率13.69%。結(jié)合其市場(chǎng)價(jià)格，聚表劑驅(qū)提高采收率所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其成本值。

(2) 飽和度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，聚驅(qū)后化學(xué)驅(qū)階段均不同程度的形成油墻，增大了滲流阻力，從而擴(kuò)大了波及體積，提高了采收率，化學(xué)驅(qū)階段提高采收率的關(guān)鍵是有效的動(dòng)用了中低滲層，華鼎I型聚表劑驅(qū)替之后巖心主流通道上形成一條很寬的低含油飽和度條帶，其具有很強(qiáng)的驅(qū)油效率。

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(編輯王亞新)

The Variation Laws of Seepage of Hydrophobic Associating Polymer Flooding after Polymer Flooding in Onshore Oilfields

Pi Yanfu， Gong Ya

(KeyLaboratoryofOilandGasRecoveryofEducationMinistry，NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318，China)

In order to study the typical block of onshore oil fields, a two-dimensional interlayer physical model is designed. The experiment scheme of hydrophobic associating polymer flooding after polymer flooding is monitored by self developed saturation monitoring system. The spread and use of typical onshore oil field blocks are grasped by carrying out the experiment about the displacement, the use and the monitor of the two-dimensional interlayer physical model and monitoring and the oil saturation distribution in the chemical flooding stage in real time. The results indicated that: in two-dimensional interlayer core parallel experiments, recovery efficiency of the land typical block could be improved by 13.69% through injecting 1.05 PV Huading I hydrophobic associating polymer after polymer flooding. Saturation monitoring data showed that chemical flooding stage after polymer flooding had formed oil wall inordinately, increased filtrational resistance, so as to enlarge the swept volume and improve recovery efficiency. The key to improve the oil recovery in polymer flooding was the efficient use of the low permeability layer. A wide low oil saturation line was formed in core mainstream channels with a strong oil displacement efficiency after Huading I hydrophobic associating polymer flooding.

Onshore oil fields; Polymer flooding; Sweep efficiency; Saturation monitoring; Oil displacement efficiency

1006-396X(2016)04-0066-06投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-03-30

2016-05-06

中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金研究項(xiàng)目(2015D-5006-0214)；黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(E2016016)。

皮彥夫(1976-)，男，博士，副研究員，從事提高采收率和三次采油技術(shù)研究；E-mail：piyanfu@163com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.014