二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的實驗研究

楊陽，劉慧卿，龐占喜，陳慶元，林士堯，張兆祥，陳一鶴，劉繼偉

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京102249；2.中國石油大港油田分公司勘探事業(yè)部，天津300270；3.中國石油厄瓜多爾安第斯公司，北京100007；4.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南 南陽473132）

稠油在全世界石油資源中所占比例較大，如何開采稠油，是石油界一直在探究的問題，也越來越引起石油界的重視。目前，開采常規(guī)稠油油藏的技術(shù)主要有熱采和冷采2 種。由于熱采技術(shù)投資風(fēng)險大且受油藏環(huán)境的限制，所以，以堿驅(qū)、聚合物驅(qū)、二元復(fù)合驅(qū)等為主的稠油冷采技術(shù)的研究和發(fā)展顯得尤為緊迫［1-6］。二元復(fù)合驅(qū)提高采收率的研究主要分為驅(qū)油效率和波及效率2 個部分。國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)對驅(qū)油效率做了大量研究，但是在研究提高采收率時能測定波及效率的卻很少。本文提出了一種定量描述波及效率的實驗方法，并且通過這種方法研究普通稠油二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的影響因素，提出了普通稠油二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的數(shù)學(xué)模型。

1 物理模擬實驗研究

物理模擬實驗研究的波及效率可通過B-L 理論進(jìn)行計算。根據(jù)B-L 理論，則

其中

在實驗中：

則

波及效率為

式中：A 為滲流橫截面積，cm2；Xf為水驅(qū)油前緣位置，cm；X0為初始見水端面，cm；fw′（Swf)為含水上升率；Sˉw為整體平均含水飽和度；Swc為束縛水飽和度；Q 為流體體積，mL；Qin為注入流體體積，mL；Qout為采出流體體積，mL；Ev為波及效率；L 為管長，cm；φ 為孔隙度；q為流量，mL/min。

實驗裝置為一維填砂管模型，填砂管長30 cm，直徑2.5 cm，內(nèi)填玻璃微砂顆粒（120 目）。實驗用油選用某稠油油田地面脫氣原油與煤油混合的模擬油，恒溫水浴溫度70 ℃下黏度為63 mPa·s，實驗過程在恒溫箱設(shè)置70 ℃條件下進(jìn)行。實驗用水是借鑒某稠油油田地層水分析資料，用蒸餾水配制的地層水。實驗采用聚合物與表面活性劑的二元復(fù)合驅(qū)，聚合物溶液質(zhì)量濃度為2 000 mg/L；表面活性劑溶液為石油磺酸及助劑，配制比例為3∶1，質(zhì)量濃度4 000 mg/L。以0.5 mL/min 的流量進(jìn)行驅(qū)替，對比水驅(qū)和二元復(fù)合驅(qū)見水時，兩者的波及效率有何不同。

很多學(xué)者提出了影響化學(xué)驅(qū)提高采收率的主要因素［7-9］，但是都沒有定量表征影響大小。筆者選取流度比、非均質(zhì)性和界面張力3 個影響因素進(jìn)行研究，實驗結(jié)果見表1。

表1 波及效率實驗結(jié)果對比

1.1 流度比

每次實驗填砂管孔隙度在0.35 左右，滲透率在2 μm2左右。聚合物黏度越大，油水黏度比越低，流度比越小，減少了水的指進(jìn)，提高了波及效率。波及效率的提高幅度隨著聚合物黏度的增大而逐漸趨于平緩（見表1）。

1.2 滲透率級差

實驗用2 根填砂管。滲透率級差越大時，水驅(qū)的波及效率減小越緩慢，但是二元復(fù)合驅(qū)明顯減小。滲透率級差越大，二元復(fù)合驅(qū)提高的波及效率越??；換言之，當(dāng)滲透率級差很大，即地層非均質(zhì)性影響嚴(yán)重時，則二元復(fù)合驅(qū)對提高波及效率的意義很?。ㄒ姳?）。

1.3 界面張力

實驗中選用不同的二元張力體系，分別注入0.3%LAyL+0.15%HPAM，0.3%KPS-1+0.15%HPAM 或0.3%KPS-2+0.15%HPAM，使得界面張力的數(shù)量級分別控制在10－4，10－5，10－6（見表1）。結(jié)果表明：界面張力對提高波及效率的影響很?。坏怯捎诮缑鎻埩μ岣唑?qū)油效率影響很大，所以一般界面張力（N/m）的數(shù)量級在10－6N/m 左右。

2 數(shù)學(xué)模型的提出與數(shù)值模擬驗證

2.1 二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率數(shù)學(xué)模型

在物理模擬實驗研究和其他學(xué)者研究基礎(chǔ)上，考慮地層和流體因素對二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的影響，提出二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率（ΔEv）的數(shù)學(xué)模型：

式中：μp為聚合物溶液黏度，mPa·s；σ 為界面張力，N/m；K 為油藏滲透率，μm2；h 為油藏有效厚度，m；μo為原油黏度，mPa·s。

2.2 數(shù)值模擬研究及對數(shù)學(xué)模型的驗證

數(shù)值模擬研究中，波及效率可通過簡化公式得出。采收率（Rd）在本質(zhì)上取決于驅(qū)油效率（Ed）和波及效率（Ev），即

其中

根據(jù)守恒原理，則

將式（8）、式（9）代入式（7），得

在各個影響因素（如孔隙度、滲透率、原油黏度等）的3 種水平情況下，對二元復(fù)合驅(qū)共設(shè)計了729 個數(shù)值模擬方案，利用公式計算出含水率為98%時的水驅(qū)波及效率及轉(zhuǎn)驅(qū)后含水率再次達(dá)到98%時的波及效率，并得到提高波及效率。圖1為數(shù)值模擬結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合對比曲線?？梢钥闯?，二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率模型較符合實際情況，誤差很小。

圖1 數(shù)值模擬擬合曲線

3 實際應(yīng)用

二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)在孤島七區(qū)西進(jìn)行試驗的時間較早，實驗層為Ng54-61 層的南部，1986年7月開始投產(chǎn)，1987年5月起進(jìn)行注水開發(fā)。2003年3月至9月注入第1 段塞復(fù)合劑，2003年10月至今為第2 段塞復(fù)合劑。該層平面水淹范圍廣，注水水線推進(jìn)比較均勻。截至2006年3月，試驗區(qū)已累計增油4.8×104t，提高采收率1.7 百分點。全區(qū)平均日產(chǎn)油量由見效前的36 t 上升到180 t，增油量達(dá)到144 t，是見效前的5 倍，綜合含水率由98.2%下降到86.5%，下降11.7 百分點。從這些見效井情況可以預(yù)測： 在含水率大于98%時，平均驅(qū)油效率高達(dá)54%，在接近水驅(qū)殘余油狀態(tài)的條件下，二元復(fù)合驅(qū)仍然取得非常好的驅(qū)替效果。

孤東七區(qū)西的地層有效厚度達(dá)8 m，孔隙度為34%，滲透率為0.5～2.5 μm2，地下原油黏度為45 mPa·s，原始含油飽和度為72%。二元復(fù)合驅(qū)配方中，聚合物溶液質(zhì)量濃度為1 500～1 800 mg/L，黏度為30 mPa·s。利用二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，得到提高波及效率22.4 百分點，提高采收率14.6 百分點，比礦場預(yù)測提高采收率高3.2 百分點，有一定誤差。

4 結(jié)論

1）由B-L 理論以及含水率與含水飽和度關(guān)系推導(dǎo)出一維條件下提高波及效率的理論公式，通過一維填砂管實驗，可以定量描述波及效率。

2）在物理模擬試驗的基礎(chǔ)上，研究了二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的3 個主要影響因素。聚合物黏度越大，油水黏度比越小，越有利于提高波及效率；地層的非均質(zhì)性顯著影響二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率，非均質(zhì)性越強(qiáng)，越不利于提高波及效率；對驅(qū)油效率影響顯著的界面張力對波及效率幾乎沒有影響。

3）擬合得到二元復(fù)合驅(qū)提高波及效率的數(shù)學(xué)模型，并且通過數(shù)值模擬進(jìn)行擬合檢驗。與實際現(xiàn)場應(yīng)用對比，該數(shù)學(xué)模型能對現(xiàn)場起到一定的指導(dǎo)預(yù)測作用。

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