二元復(fù)合驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化實驗研究

陳文林,盧祥國,于 濤,肖傳明

(1.提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實驗室 東北石油大學(xué),黑龍江 大慶 163318; 2.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

二元復(fù)合驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化實驗研究

陳文林1,盧祥國1,于 濤2,肖傳明2

(1.提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實驗室 東北石油大學(xué),黑龍江 大慶 163318; 2.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

新型無堿二元復(fù)合驅(qū)油體系現(xiàn)已成為三次采油技術(shù)研究的新方向。針對遼河油田錦 16塊綜合含水率高、開發(fā)難度大、水驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益差等問題,利用現(xiàn)代物理模擬和理論分析等方法,在前期聚合物和表面活性劑篩選及其二元復(fù)合體系和三元復(fù)合體系性能評價的基礎(chǔ)上,對優(yōu)選出的二元復(fù)合驅(qū)油體系增油效果進(jìn)行物理模擬研究,并對二元驅(qū)油體系注入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化。推薦二元復(fù)合體系配方組成為聚合物(cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性劑 (cS=0.20%～0.30%)。

二元復(fù)合體系;物理模型;驅(qū)油效果;物理模擬;參數(shù)優(yōu)化;錦 16塊

引 言

目前,二元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)已成為三次采油技術(shù)研究的新方向[1-3]。表面活性劑 +聚合物二元復(fù)合體系可最大限度地發(fā)揮聚合物的黏彈性,減弱腐蝕結(jié)垢作用,保持超低界面張力。驅(qū)油效果接近三元復(fù)合驅(qū),且提高了化學(xué)驅(qū)油劑的環(huán)保性能。

錦 16塊現(xiàn)已進(jìn)入特高含水開發(fā)階段,為滿足礦場實際需求,需轉(zhuǎn)換開發(fā)方式。實驗利用儀器分析和物理模擬等方法,研究了二元復(fù)合驅(qū)聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入時機(jī)和段塞組合方式對二元復(fù)合體系驅(qū)油效果的影響,并對其注入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化,篩選出適合錦 16塊二元復(fù)合驅(qū)的最佳段塞組合方式,為油田礦場技術(shù)決策提供了實驗依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1.2 藥劑、油水和模型

聚合物為遼河油田提供的“聚合物A3”,相對分子質(zhì)量為 2 900×104,固含量為 88.5%。表面活性劑為遼河油田提供的非離子型表面活性劑,簡稱“表面活性劑 11”,有效含量為 50%。交聯(lián)劑為有機(jī)鉻絡(luò)合物,由大慶石油學(xué)院生產(chǎn),Cr3+含量為 2.7%。

實驗用油為模擬油,由錦 16塊脫氣原油與煤油混合而成,55℃條件下黏度為 15.0 mPa·s。實驗用水為“錦 16塊歡三聯(lián)”深度處理污水,總礦化度約為 6 000 mg/L。

模型為二維縱向?qū)觾?nèi)非均質(zhì)巖心,包括高、中、低 3個滲透層[7],滲透率分別為 4 000× 10-3、2 500×10-3、1 000×10-3μm2。模型幾何尺寸為:長 ×寬 ×高 =30 cm×4.5 cm×4.5 cm。

1.3 實驗方法

實驗方法按照參考文獻(xiàn)[8]進(jìn)行操作。

1 實驗條件

1.1 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備主要包括平流泵、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,其他設(shè)備置于溫度為 55℃的恒溫箱內(nèi)。

2 實驗條件及結(jié)果分析

2.1 聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對驅(qū)油效果影響

二元復(fù)合體系段塞尺寸為 0.38 PV,表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為 0.2%,聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)cP逐漸 增大。采收率實驗結(jié)果見表 1。

表 1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚合物條件下采收率實驗數(shù)據(jù)

實驗表明,聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對二元復(fù)合體系黏度和界面張力存在影響。聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,二元復(fù)合體系溶液的黏彈性增強(qiáng),體系流度控制能力加強(qiáng),波及體積范圍擴(kuò)大。在界面張力達(dá)到 10-2數(shù)量級的條件下,二元復(fù)合體系有較好的洗油作用,可最大限度地提高采收率,降低殘余油飽和度。因此,聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈大,二元復(fù)合驅(qū)采收率愈高。同時考慮油藏非均質(zhì)性和流體性質(zhì)的影響,推薦聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1 400～1 600 mg/L。

2.2 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對驅(qū)油效果影響

二元復(fù)合體系段塞尺寸為 0.38 PV,聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為 1 600 mg/L,表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)cS為0.05%～0.30%,依次增大。采收率實驗結(jié)果見表2。

表 2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)表面活性劑采收率實驗數(shù)據(jù)

實驗表明,表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對二元復(fù)合驅(qū)采收率存在影響。表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高,界面張力愈低,采收率愈高。這是由于表面活性劑與地層原油間相互作用,油水界面張力降低,油的乳化特性改變,同時也改變了地層巖石表面的潤濕性。一方面可形成較穩(wěn)定的油水乳狀液,另一方面還可減小油對地層表面的黏附力,且乳化油在向前移動中不易重新黏附回地層表面,洗油效率提高[9]。在相同聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下,聚合物溶液和二元復(fù)合體系黏度幾乎相同,黏度對擴(kuò)大波及體積起關(guān)鍵作用。二元復(fù)合體系擴(kuò)大波及體積作用對采收率的貢獻(xiàn)率平均高達(dá) 80%,洗油效率的貢獻(xiàn)率低于 20%。綜合考慮吸附作用對界面張力影響及各油田復(fù)合驅(qū)礦場應(yīng)用所選表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍,推薦二元復(fù)合體系最佳表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.3%。

2.3 段塞尺寸對驅(qū)油效果影響

表 3 不同段塞尺寸采收率實驗數(shù)據(jù)

二元復(fù)合體系聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)cP為 1 600 mg/L,表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)cS為 0.20%,下同。

實驗表明,驅(qū)油劑段塞尺寸對復(fù)合驅(qū)采收率存在影響(表 3)。當(dāng)段塞尺寸由 0.38 PV增到 0.57 PV時,采收率提高幅度較大,而后隨著注入段塞的增加,采收率增加幅度變小。綜合考慮化學(xué)藥劑、鉆井、配制和注入設(shè)備投入等因素,并借鑒大慶油田化學(xué)驅(qū)段塞尺寸優(yōu)化結(jié)果和實踐經(jīng)驗,建議錦16塊二元復(fù)合驅(qū)段塞尺寸為 0.57 PV。

2.4 調(diào)剖劑段塞尺寸及注入時機(jī)對驅(qū)油效果影響

聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)cP為 3 600 mg/L,cP∶c(Cr3+) =120∶1。首先,對聚合物溶液進(jìn)行預(yù)剪切,黏度保留率為 60%,加入交聯(lián)劑,然后注入巖心。前期水驅(qū)至 94%,化學(xué)驅(qū)整體段塞為 0.57 PV。

方案 4-1為 0.57 PV二元驅(qū);方案 4-2為0.03 PV凝膠 +0.54 PV二元驅(qū);方案 4-3為 0.05 PV凝膠 +0.52 PV二元驅(qū);方案 4-4為 0.07 PV凝膠 +0.50 PV二元驅(qū);方案 4-5為 0.02 PV二元驅(qū)+0.05 PV凝膠 +0.50 PV二元驅(qū)。驅(qū)替過程中注入壓力和采收率與 PV數(shù)的關(guān)系曲線見圖 1、2。

圖 1 注入壓力與注入 PV數(shù)關(guān)系曲線

結(jié)合圖 1和圖 2分析可知,在注入化學(xué)藥劑PV數(shù)相等條件下,調(diào)剖劑段塞尺寸對二元復(fù)合體系的注入壓力存在影響。相對于單一的二元驅(qū),調(diào)剖后注入二元復(fù)合體系的注入壓力上升幅度很大,且采收率陡然升高,增油效果顯著。初期注入前置段塞(Cr3+凝膠)的采收率提高幅度很小,主要是由于聚合物凝膠有效地封堵了高滲層,并沒有直接進(jìn)入中低滲透層,為后續(xù)主段塞 (二元復(fù)合體系)發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)。在注入相等 PV數(shù)凝膠的條件下,中期調(diào)剖比前期調(diào)剖采收率上升幅度緩慢,說明在中期注入的凝膠封堵效果較差,中低滲透層吸液量少[10-11]。實驗表明,在聚合物凝膠段塞尺寸變化范圍內(nèi),凝膠段塞尺寸愈大,注入時機(jī)越早,調(diào)驅(qū)效果愈好。

圖 2 采收率與注入 PV數(shù)關(guān)系曲線

2.5 天然油砂充填非均質(zhì)模型驗證實驗

為進(jìn)一步驗證該二元復(fù)合體系的驅(qū)油效果,選用天然油砂充填非均質(zhì)模型進(jìn)行驅(qū)油物理模擬實驗,實驗數(shù)據(jù)見表 4和表 5。

表 4 驅(qū)油劑類型對采收率影響實驗結(jié)果

表 5 段塞組合方式對采收率影響實驗結(jié)果

(1)驅(qū)油劑注入時機(jī)對復(fù)合驅(qū)增油效果存在影響。方案 5-1與方案 5-3相比較,二者使用的驅(qū)油劑性質(zhì)和段塞尺寸都相同,注入時機(jī)愈早,增油效果愈好。

(2)堿對復(fù)合驅(qū)增油效果存在影響。方案 5 -3與方案 5-4相比較,后者驅(qū)油劑中額外添加了弱堿 (c堿=0.4%),雖然界面張力性質(zhì)得到改善,但驅(qū)油劑黏度明顯降低,增油效果較差。

(3)驅(qū)油劑黏度和界面張力性質(zhì)對復(fù)合驅(qū)增油效果影響對比。方案 5-2(聚驅(qū))與方案 5-3 (二元驅(qū))相比較,兩者黏度相當(dāng),但界面張力大小存在較大差異,二元驅(qū)增油效果要好于聚合物驅(qū),但差距不大。由此可見,對于非均質(zhì)性比較嚴(yán)重的油藏,二元復(fù)合體系黏度性質(zhì)對采收率貢獻(xiàn)起主要作用。

(4)驅(qū)油劑段塞組合方式對復(fù)合驅(qū)增油效果影響。方案 5-5與方案 5-6相比較,其增油效果較差。在保持化學(xué)藥劑費(fèi)用不變條件下,采取“前置段塞(0.07 PV聚合物凝膠)+主段塞 (0.48 PV二元復(fù)合體系)+后續(xù)保護(hù)段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞組合方式采收率增幅最大,增油效果最好。

3 結(jié) 論

(1)遼河油田錦 16塊水驅(qū)開發(fā)效果差,必須采取強(qiáng)化采油技術(shù)措施。為最大限度提高原油采收率,減少乳化和結(jié)垢等污染問題,推薦采用二元復(fù)合驅(qū)。

(2)以室內(nèi)物理模擬優(yōu)化實驗為基礎(chǔ),參照國內(nèi)復(fù)合驅(qū)礦場實踐經(jīng)驗,推薦二元復(fù)合驅(qū)采用整體段塞,段塞尺寸為 0.57 PV。二元復(fù)合體系配方組成為聚合物 (cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性劑(cS=0.20%～0.30%)。

(3)錦 16塊油藏滲透率高、非均質(zhì)性比較嚴(yán)重,建議注二元復(fù)合體系前進(jìn)行調(diào)剖施工,調(diào)剖劑為 Cr3+聚合物凝膠。推薦采取“前置段塞 (0.07 PV聚合物凝膠)+主段塞 (0.48 PV二元復(fù)合體系)+后續(xù)保護(hù)段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞組合方式,其中聚合物溶液中聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與二元復(fù)合體系的相同,即二者黏度相同。

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編輯 周丹妮

TE357.46

A

1006-6535(2010)05-0096-04

20100318;改回日期:20100608

國家重大專項課題“高效深部液流轉(zhuǎn)向與調(diào)驅(qū)機(jī)理研究”(2008ZX05010-004)和遼河油田公司重大攻關(guān)課題“錦 16塊化學(xué)驅(qū)注入配方體系室內(nèi)實驗研究”(ZX09143003)

陳文林 (1987-),男,2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè),現(xiàn)為東北石油大學(xué)油氣田專業(yè)在讀碩士研究生,主要從事提高采收率技術(shù)方面的研究。