三元復合體系的注入方式對驅(qū)油效果影響研究

楊興宙，黃斌，張偉文，韓冊

三元復合體系的注入方式對驅(qū)油效果影響研究

楊興宙，黃斌，張偉文，韓冊

（東北石油大學， 黑龍江 大慶 163000）

在模擬大慶油田油藏條件下(45 ℃，原油粘度9.8 mPa?s)，用1 600萬、1 900萬、2 500萬聚合物配制成濃度分別為1 000、1 500、2 000、2 500 mg/L的三元復合溶液，并在滲透率為100、300、500、700、900×10-3μm2的人造巖心上開展流動性實驗，測定各組實驗的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，從而優(yōu)選出與油層滲透率匹配性較好的三元復合溶液。在三元復合驅(qū)實驗中，用優(yōu)選出的1 600萬和2 500萬聚合物配制成不同濃度的三元復合溶液并驅(qū)替非均質(zhì)(平均滲透率300×10-3μm2，變異系數(shù)0.72)人造巖心的水驅(qū)剩余油，得到了各方案不同階段采收率、含水率的變化規(guī)律，從而優(yōu)選出最佳注入方式。

注入方式；三元復合驅(qū)；段塞組合；驅(qū)油效果

大慶油田的主力油層已經(jīng)大部分被聚驅(qū)動用，留給三元復合驅(qū)的主要應用空間集中于剩余地質(zhì)儲量較大的二類油層。研究表明，對于非均質(zhì)程度嚴重的正韻律油藏，聚合物驅(qū)采出的油量主要在中、上層段，而三元復合驅(qū)采出的油量主要在中、下層段。因此，提高低滲透層段采收率是三元復合驅(qū)技術在非均質(zhì)程度嚴重油藏應用的關鍵（非均質(zhì)油藏化學驅(qū)波及效率和驅(qū)替效率的作用）。大慶油田的二類油層平面及縱向非均質(zhì)性更為嚴重，因此三元復合驅(qū)技術應用在大慶油田時，其注入方式應作調(diào)整，以提高三元復合驅(qū)技術在二類油層的有效應用[1-3]。

聚合物驅(qū)后應用普通三元復合驅(qū)、交聯(lián)三元復合驅(qū)以及交聯(lián)聚合物溶液加普通三元復合驅(qū)油液組合段塞都可在一定程度上提高采收率[4-6]。室內(nèi)實驗表明，在非均質(zhì)巖心上，三元復合驅(qū)溶液與被驅(qū)原油的粘度比應控制在2.0～4.0之間。此時,三元復合驅(qū)的采收率介于20.6%～24.0%之間[7]。本文研究了不同注入方式的驅(qū)油效果,并優(yōu)選出最佳段塞組合,為試驗區(qū)注入方案設計提供參考依據(jù)，同時為其它新注三元區(qū)塊的方案優(yōu)化設計和開發(fā)調(diào)整提供參考依據(jù)。

1 實驗條件

1.1 實驗材料及設備

巖心：石英砂環(huán)氧樹脂膠結長方巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，巖心特征為三層非均質(zhì)，縱向正韻律，平均滲透率為300×10-3μm2（滲透率分別為 100×10-3、200×10-3、600×10-3μm2），變異系數(shù)0.72。人造石英砂環(huán)氧膠結圓柱巖心，尺寸為φ2.5 cm×10 cm，滲透率為100、300、500、700、900×10-3μm26種。

化學試劑：大慶煉化公司產(chǎn)2 500×104超高分子量抗鹽聚合物，固含量為90.1%；1 900×104分子量抗鹽聚合物，固含量為90.8%；1 600×104分子量抗鹽聚合物，固含量為 89.8%；堿為 NaOH，分析純；表活劑固含量50%。

實驗用水：巖心飽和用水為模擬地層水，礦化度為6 778 mg/L；配制三元復合溶液用水及驅(qū)替用水均為一廠斷西三元示范區(qū)6#配注站注入污水。

實驗用油：一廠原油與煤油按比例配制而成的模擬油，45 ℃條件下的粘度為9.8 mPa?s。

實驗設備：恒溫箱，平流泵，真空泵，攪拌器，粘度計，手搖泵，壓力傳感器，中間容器等。

1.2 實驗流程

（1）在常溫下抽真空，用模擬地層水對巖心飽和水，測定孔隙體積，建立束縛水；

（2）在恒溫45 ℃下，進行飽和油的過程，至飽和油1.2 PV、含油飽和度為70%以上結束；

（3）在45 ℃條件下進行水驅(qū)，用污水水驅(qū)至模型出口總體含水到達98%以上結束，分別采集各時間段壓力變化值、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量及產(chǎn)油量；

（4）在45 ℃條件下進行化學驅(qū)，按實驗方案注入相應段塞，分別采集各時間段壓力變化值、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量及產(chǎn)油量；

（5）在45 ℃條件下進行后續(xù)水驅(qū)，至模型出口含水98%以上結束，分別采集各時間段壓力變化值、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量及產(chǎn)油量；

（6）分別計算各階段采收程度，總采收率，采收程度提高幅度，綜合分析量化不同注入方案驅(qū)油效果并推薦最佳驅(qū)油段塞組合。

2 實驗方案與結果分析

2.1 三元復合溶液與油層滲透率匹配關系

2.1.1 巖心流動實驗

利用滲透率分別為 100、300、500、700、900 ×10-3μm2巖心，分子量為1 600萬、1 900萬、2 500萬，濃度為1 000、1 500、2 000、2 500 mg/L聚合物配制的三元復合溶液開展流動性實驗，實驗結果見圖1、圖2、圖3。

通過上圖可以看出：（1）在不同濃度、相同分子量聚合物條件下，三元復合溶液的阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)呈現(xiàn)隨溶液中聚合物濃度的增加而變大的規(guī)律；（2）在相同濃度、相同分子量聚合物條件下，三元復合溶液的阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)呈現(xiàn)隨巖心滲透率增大而減小的規(guī)律；（3）在相同濃度、相同滲透率巖心條件下，三元復合溶液的阻力系數(shù)隨分子量增大而增大，原因可以解釋為聚合物分子量越大，分子線團尺寸越大，分子在溶液中的有效體積也就越大，所以阻力系數(shù)隨溶液中聚合物分子量的增加而增大。

2.1.2 三元復合溶液與油層滲透率匹配關系

阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)越小，意味著三元復合溶液的注入能力越好；阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)越大，也就意味著溶液注入油層越困難。根據(jù)阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和注入速度等參數(shù)，制定了三元復合溶液中聚合物分子量、濃度和巖心滲透率匹配關系的標準（具體見表1），不同濃度、不同分子量聚合物所配三元復合溶液與不同滲透率巖心的匹配關系見表2。

從表2可已看出，1 600萬聚合物配制的不同濃度的三元復合溶液與不同滲透率巖心的匹配關系都較好；1 900萬分子量聚合物配制的高濃度的三元復合溶液與低滲透率（100～300）×10-3μm2巖心匹配關系較差，低濃度的溶液與不同滲透率巖心匹配關系較好；2 500萬分子量聚合物配制的不同濃度的三元復合溶液與高滲透率（500～900×10-3μm2）巖心匹配關系較好，與低滲透率（100～300×10-3μm2）巖心匹配關系較差。

2.2 組合段塞三元復合驅(qū)實驗研究

從 2.1.2中三元復合溶液與油層滲透率匹配關系實驗結果分析可以得出：2 500萬分子量聚合物配制三元復合溶液與高滲層匹配性較好，1 600萬分子量所配三元復合溶液與低滲層匹配性較好。研究區(qū)塊的平均滲透率約為300×10-3μm2左右，實驗用巖心為三層非均質(zhì)，縱向正韻律，平均滲透率為 300 ×10-3μm2，考慮到三元復合溶液與滲透率的匹配關系，組合段塞及單端塞三元復合驅(qū)實驗方案所用聚合物為1 600萬分子量聚合物和2 500萬分子量聚合物。

針對組合段塞三元復合驅(qū)共設計了6組方案，方案流程為水驅(qū)至含水率為98%后轉(zhuǎn)三元復合溶液交替驅(qū)，交替周期為0.2 PV，三元復合溶液總注入量為0.6 PV，之后再后續(xù)水驅(qū)至含水率為98%；同時設計了 2組單段塞三元復合驅(qū)方案作為對比方案，方案流程為水驅(qū)至含水率為98%后轉(zhuǎn)三元復合驅(qū)，三元復合驅(qū)驅(qū)替時間為0.6 PV，之后再后續(xù)水驅(qū)至含水率為98%。各方案具體組合方式及采收情況見表3。

為了盡可能模擬厚大斷面鑄件的凝固過程，設計了尺寸為400mm×400mm×400mm的大試塊，其凝固時間可以通過經(jīng)驗公式來核算，也可通過凝固模擬來測算。本試驗經(jīng)過核算，設計澆注溫度為1340℃，立方體試塊凝固時間約4h，用于模擬厚大斷面球墨鑄鐵件的凝固。

從組合段塞的采收情況來看，方案4的化學驅(qū)采收率增幅最大，方案1的化學驅(qū)采收率增幅最小。對比方案1～6，可發(fā)現(xiàn)有以下規(guī)律：第一段塞為

2 500萬聚合物配制的三元復合溶液的方案普遍要比第一段塞為1 600萬聚合物配制三元復合溶液的驅(qū)油效果好，其原因是三元復合溶液中的高分子量聚合物線團尺寸較大，與巖心滲透率匹配性較好。對比方案2與4，兩種方案第一段塞與第三段塞相同，方案4第二段塞為2 000 mg/L的1 600萬聚合物配制三元液，其驅(qū)油效果要好于方案2中第二段塞為1 000 mg/L的2 500萬聚合物配制三元液，主要是因為方案4中第二段塞的低分子量高濃度聚合物配制的三元液粘度要高于方案4中的第二段塞的粘度，這樣就增加了注入水的粘度，降低了水的流度，減小了水油流度比，抑制了指進現(xiàn)象[8-10]。對比方案4與5，兩種方案第二段塞相同，但方案4的驅(qū)油效果要好于方案5，主要是因為方案4中的第一和第三段塞所用的三元液中的聚合物濃度要高于方案5，因此方案4的采收程度較好。

對比組合段塞三元復合驅(qū)與單一段塞三元復合驅(qū)的實驗結果，組合段塞注入方案的化學驅(qū)采 收程度大部分高于單一段塞三元復合驅(qū)，并且方案 4的化學驅(qū)采收程度仍是最高。因此所有注入方式設計方案中，最佳方案是方案4：2 500萬、2 000 mg/L ×0.2 PV→1 600萬、2 000 mg/L×0.2 PV→2 500萬、2 000 mg/L×0.2 PV。

3 結 論

（1）1 600萬聚合物配制的不同濃度的三元復合溶液與不同滲透率巖心的匹配關系都較好；2 500萬分子量聚合物配制的不同濃度的三元復合溶液與高滲透率（500～900）×10-3μm2巖心匹配關系較好。

（2）組合段塞注入方案的化學驅(qū)采收程度大部分高于單一段塞三元復合驅(qū)。最佳的組合段塞注入方案是注入分子量為2 500萬，濃度為2 000 mg/L和1 600萬，濃度為2 000 mg/L的聚合物配制的三元體系，周期注入量各為0.2 PV，交替1次，再注入分子量為2 500萬，濃度為2 000 mg/L的聚合物配制的三元體系0.2 PV，段塞大小為0.6 PV。

（3）在組合段塞注入方案中，第一段塞和第三段塞相同條件下，第二段塞粘度高的方案化學驅(qū)采收程度較高，主要因為三元復合溶液增加了注入水的粘度，降低了水的流度，減小了水油流度比，抑制了指進現(xiàn)象。

（4）在組合段塞注入方案中，第二段塞相同條件下，第一段塞和第三段塞粘度較高的方案化學驅(qū)采收程度較高。

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Effect of Different Injection Pattern of ASP System on Displacement Efficiency

YANG Xing-zhou，HUANG Bin，ZHANG Wei-wen，HAN Ce
（Northeast Petroleum University，Heilongjiang Daqing 163000，China）

Under simulated reservoir conditions of Daqing oilfield（45 ℃, crude oil viscosity 9.8 mPa?s）, liquidity experiment was carried out on artificial cores of 100×10-3, 300×10-3, 500×10-3, 700×10-3or 900×10-3μm2by using ASP solution with polymer concentration of 1 000, 1 500, 2 000 or 2 500 mg/L, the best ASP solution was elected by analyzing the experimental data of resistance coefficient and residual resistance factor. In the experiment of ASP flooding, the residual oil in heterogeneous artificial cores (average permeability 300×10-3μm2and its variation coefficient 0.72) was displaced by ASP solution of different concentration of polymers with 16 million molecular weight and 25 million molecular weight, the recovery of different stages and moisture content variation were got, then the best injection pattern was determined.

Injection pattern; ASP flooding; Slug combination; Displacement efficiency

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）05-0958-04

國家自然科學基金項目，項目號：51404070。

2015-03-20

楊興宙（1991-），男，山西朔州人，2013畢業(yè)于東北石油大學油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：油氣集輸及提高采收率技術。E-mail：yxznepu@163.com。