大慶油田過渡帶聚合物驅和三元復合驅適應性

呂昌森， 郭松林， 張曉芹， 崔長玉

(大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712)

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大慶油田過渡帶聚合物驅和三元復合驅適應性

呂昌森， 郭松林， 張曉芹， 崔長玉

(大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712)

為研究大慶油田過渡帶提高采收率方法，通過對大慶油田A區(qū)塊過渡帶與純油區(qū)近5年開發(fā)指標對比，采用巖心驅油實驗，數值模擬等方法，考察了過渡帶地區(qū)聚合物驅和三元復合驅的適應性。研究結果表明,過渡帶地區(qū)與純油區(qū)相比整體水驅開發(fā)效果較差，三、四條帶水驅效果明顯低于一、二條帶的。一、二條帶聚合物巖心驅油實驗可提高采收率12%以上，三元復合驅可提高采收率20%以上，一、二條帶適合聚合物驅和三元復合驅，而三、四條帶適合三元復合驅。一、二條帶適合采用五點法井網開采，而三、四條帶適合采用九點法井網開采。一條帶聚合物驅和三元復合驅最優(yōu)注采井距為106 m，三條帶注采井距為75 m。

過渡帶； 一、二條帶； 三、四條帶； 聚合物驅； 三元復合驅； 五點法

目前，我國大部分油田已進入三次采油階段，其中聚合物和三元復合驅應用最為廣泛[1]。聚合物驅始于20世紀 60 年代初，美國、前蘇聯(lián)、加拿大、法國、德國、阿曼等都進行了聚合物驅工業(yè)化試驗，提高采收率6%～17%[1]。國內大慶、勝利、大港、遼河、河南等油田也都進行了此類試驗，并都取得了成功[1-2]。三元復合驅始于20 世紀 80 年代初，美國Kiehl、Cambridge 油田開展了三元復合驅先導性礦場試驗并取得一定效果[3]。國內大慶、勝利、遼河、克拉瑪依等油田均進行了此類礦場試驗也取得一定效果[3-4]。三元復合驅被確定為大慶油田持續(xù)穩(wěn)產的主要接替技術，將取代聚合物驅。

大慶油田過渡帶地區(qū)指薩葡油層進入到油水同層的區(qū)域[5]。其中，葡Ⅱ進入油水同層地區(qū)為一條帶，葡Ⅰ進入油水同層地區(qū)為二條帶，薩Ⅲ進入油水同層地區(qū)為三條帶，薩Ⅱ進入油水同層地區(qū)為四條帶。過渡帶地區(qū)地質儲量6.6 億t，占總地質儲量的15.9%。水驅采出程度比純油區(qū)低10%，三次采油潛力大[2]。雖然探索了多種三次采油方法，但礦場試驗規(guī)模小，效果差異大[5]。通過油藏流體特征、巖心驅油實驗、數值模擬等，研究了聚合物驅和三元復合驅提高采收率效果，并與純油區(qū)進行了對比，為過渡帶地區(qū)三次采油技術礦場試驗和應用提供理論依據。

1 實驗研究

1.1 實驗藥品及儀器

聚合物聚丙烯酰胺(HPAM，大慶煉化公司，水解度為23%，相對分子質量為1 600×104、2 500×104)，污水(大慶油田注入污水)，過渡帶原油，重烷基苯磺酸鹽(大慶東昊公司)，NaOH(工業(yè)用品)，過渡帶天然巖心(直徑2.5 cm，長度8 cm)。儀器主要包括界面張力儀TX-500C(美國BOWING公司)，驅油裝置(江蘇華安石油儀器公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 界面張力測量方法 選用TX-500C界面張力儀進行測量，三元體系為重烷基苯磺酸鹽、堿和聚合物，聚合物為相對分子質量2 500×104、質量濃度1 500 mg/L，樣品均由污水配制，原油為不同過渡帶油，實驗溫度45 ℃，轉速為5 000 r/min，平衡2 h讀取界面張力值。

1.2.2 驅油實驗方法 巖心驅替實驗：a)恒溫箱恒溫45 ℃，巖心抽空2 h，飽和污水，放置12 h；b)測量巖心水測滲透率、飽和油，計算含油飽和度，老化12 h以上；c)再以0.6 mL/min的速度污水驅至含水率為98%；d)聚合物驅和三元復合驅，聚合物驅選用相對分子質量1 600×104聚合物，質量濃度為1 500 mg/L，污水配制，黏度為40 mPa·s左右，注入孔隙體積0.5 PV，注入速度0.2 mL/min。三元復合驅采用質量分數為0.3%重烷基苯磺酸鹽、質量分數為1.2%NaOH、質量濃度1 500 mg/L聚合物(相對分子質量為2 500×104)，污水配制，體系黏度在40 mPa·s左右；注入速度0.2 mL/min，注入孔隙體積為0.5 PV，其中三元體系0.3 PV，聚合物段塞0.2 PV；聚合物段塞相對分子質量為2 500×104，質量濃度為1 000 mg/L，黏度為40 mPa·s左右。

并聯(lián)巖心驅替實驗：并聯(lián)天然巖心選用滲透率極差為2的兩支巖心，并聯(lián)巖心驅替實驗具體步驟與巖心驅替實驗相同。

2 結果與討論

2.1 過渡帶水驅開發(fā)效果

大慶油田A區(qū)塊過渡帶與純油區(qū)近5年的開發(fā)指標如表1所示。由表1可知，過渡帶整體開發(fā)效果較差，過渡帶地區(qū)采油速度比純油區(qū)低0.31%，采出程度比純油區(qū)低9.7%，年均含水比純油區(qū)高0.92%。

表1 過渡帶與純油區(qū)開發(fā)效果對比

水驅常規(guī)砂巖油藏經驗公式分析預測過渡帶水驅采收率如表2所示。由表2可知，純油區(qū)水驅采收率好于過渡帶的，而過渡帶水驅采收率隨油藏性能變差逐漸變差。純油區(qū)比四條帶采收率高8%～16%，平均高11.8%；對于采收率的影響滲透率差異和黏度差異各占約50%；經驗公式結果表明，過渡帶水驅開發(fā)效果比純油區(qū)差。

過渡帶地區(qū)水驅開發(fā)效果比純油區(qū)差，這主要是由于以下原因導致的，主要包括過渡帶地區(qū)儲層發(fā)育由內向外含油厚度變薄、儲量豐度降低，滲透率由內向外各條帶間逐漸變差。過渡帶地區(qū)孔隙度低、分選性差、粒度半徑小，潤濕性與純油區(qū)基本一致[6-7]。過渡帶一、二條帶地層原油黏度比純油區(qū)高10%～40%，四條帶原油黏度是純油區(qū)的2～3倍，且過渡帶含膠量、含臘量均高于純油區(qū)。

表2 油藏經驗公式計算過渡帶水驅采收率

大慶油田過渡帶儲層條件差、原油黏度偏高、注采系統(tǒng)適應性差、調整工作少、開發(fā)效果相對較差。因此，需要研究進一步提高過渡帶開發(fā)效果的方法。

2.2 過渡帶聚合物驅和三元復合驅實驗研究

2.2.1 三元體系與過渡帶原油界面性能 三元體系與過渡帶原油的界面張力如表3所示。由表3可知，三元體系在較寬的重烷基苯磺酸鹽和堿的濃度與不同過渡帶原油均能形成超低界面張力。但純油區(qū)和一、二條帶原油與三元體系的界面張力高于三、四條帶的。這是由于過渡帶條帶增加，原油中膠質、瀝青質含量增加，而膠質、瀝青質有利于三元體系降低界面張力，導致隨著過渡帶條帶增加，界面張力降低[8]。

表3 過渡帶原油界面張力

2.2.2 過渡帶天然巖心聚合物驅和三元復合驅效果過渡帶不同條帶聚合物驅和三元復合驅天然巖心驅油效果如表4所示。由表4可知，不同條帶過渡帶天然巖心聚合物驅可提高采收率13%以上，隨著過渡帶條帶增加水驅，聚合物驅采收率逐漸降低。與純油區(qū)相比一、二條帶聚合物驅采收率降低較小，采收率提高值在15%以上；而三、四條帶聚合物驅降低效果較差。這主要是由于不同條帶滲透率和原油黏度不同導致的，純油區(qū)原油黏度低，滲透率高，巖心中的飽和油易被聚合物驅替出來。而隨著條帶增加原油黏度增加，且?guī)r心滲透率降低，巖心中的飽和油不易被驅替[9-10]。三、四條帶原油黏度超過20 mPa·s，而滲透率低于500 mD，原油黏度較高，在小孔隙中與巖石作用力較強，不易被聚合物驅動，因此，三、四條帶聚合物驅效果較差。

過渡帶三元復合驅可提高采收率20%以上，明顯好于相同條件下聚合物驅的。不同條帶三元復合驅采收率變化趨勢與聚合物驅相一致。一、二條帶三元復合驅可提高采收率22%以上，同樣三、四條帶三元復合驅效果也非常好，采收率提高值在20%以上。三元體系與過渡帶原油可以形成超低界面張力，在與聚合物驅同等擴大波及體積的同時三元復合驅提高了驅油效率，因此三元復合驅效果明顯好于聚合物驅的[11-12]。由于三元復合驅具有擴大波及體積和提高驅油效率的作用，且三元體系可以與三、四條帶原油形成超低界面張力，因此，三、四條帶三元復合驅效果較好。

表4 過渡帶天然巖心聚合物驅和三元復合驅效果

2.2.3 過渡帶并聯(lián)天然巖心聚合物驅和三元復合驅效果 過渡帶不同條帶并聯(lián)天然巖心聚合物驅和三元復合驅采收率如表5所示。由表5可知，隨著過渡帶條帶增加并聯(lián)天然巖心水驅，聚合物驅采收率逐漸降低，不同條帶過渡帶并聯(lián)天然巖心聚合物驅平均可提高采收率9%以上，低于均質天然巖心聚合物驅的。與純油區(qū)相比一、二條帶聚合物驅采收率降低較小，平均采收率提高值在11%以上；三、四條帶聚合物采收率出現明顯降低。這主要是由于并聯(lián)天然巖心間存在較大滲透率極差，同時由于原油黏度的作用，導致并聯(lián)巖心聚合物驅采收率低于均質巖心的。三、四條帶原油黏度過高，滲透率較低，同時由于非均質作用，三、四條帶聚合物驅效果較差。

表5 過渡帶并聯(lián)天然巖心聚合物驅和三元復合驅效果

過渡帶并聯(lián)天然巖心三元復合驅平均可提高采收率18%以上，低于均質天然巖心三元復合驅的，但同樣明顯好于相同條件下聚合物驅的。一、二條帶三元復合驅采收率變化趨勢與聚合物驅相一致，一、二條帶三元復合驅可提高采收率20%以上。三、四條帶三元復合驅沒有出現明顯降低，效果也非常好，采收率提高值在18%以上。由于三元體系可以與三、四條帶原油形成超低界面張力，在低滲透非均質天然并聯(lián)巖心中，三元體系同時具有擴大波及體積和提高驅油效率的作用，因此，三、四條帶三元復合驅效果較好。

2.3 過渡帶數值模擬研究

2.3.1 井網對聚合物驅和三元復合驅效果影響 模擬大慶油田A區(qū)塊過渡帶地質特征建立過渡帶地質模型，過渡帶地質模型平均有效滲透率和原油黏度如表6所示，有效厚度為14.6 m，油層類型為復合韻律油層，有效孔隙度為25.6%。過渡帶破裂壓力15 MPa，保持注采平衡，相滲曲線采用過渡帶儲層實測相滲曲線[13-14]。

表6 地質模型參數

應用自主研發(fā)的Poligel數值模擬軟件計算過渡帶地質模型水驅到油井綜合含水率為98%。聚合物驅和三元復合驅注入參數與2.2的相同，然后后續(xù)注水至油井綜合含水率到98%。不同井網類型對過渡帶聚合物驅和三元復合驅效果的影響如圖1所示。

圖1 井網類型對聚合物驅和三元復合驅效果影響

Fig.1 Well pattern type effect on polymer flooding and ASP flooding effect

由圖1可知, 在注采井距212 m條件下，一條帶的水驅、聚合物驅和三元復合驅均明顯好于三條帶。一條帶過渡帶聚合物驅或三元復合驅的效果以五點法井網最好，交錯行列和九點法次之。而三條帶在九點法井網情況下，聚合物驅和三元復合驅的效果最好，反九點法最差。

過渡帶一條帶儲層物性接近于純油區(qū)，其滲透率較高，原油黏度較低。同時聚合物體系或三元體系黏度較高，為保證聚合物體系或三元體系的順利注入，且不高于油層破裂壓力，一條帶采用五點法井網進行聚合物驅或三元復合驅是較為有利的[15]。而三條帶儲層物性較差，其滲透率較低，原油黏度高。在進行聚合物驅或三元復合驅時，采用注入強度高的井網，有利于提高擴大波及體積，提高儲層采收率，因此，三條帶采用九點法井網進行聚合物驅或三元復合驅的效果最好。

2.3.2 井距對聚合物驅和三元復合驅效果影響 在五點法井網條件下，模擬計算一條帶的聚合物驅和三元復合驅。在九點井網條件下，模擬計算三條帶的聚合物驅和三元復合驅。井距對過渡帶聚合物驅和三元復合驅的效果影響如圖2所示。由圖2可知，隨著井距的減小，聚合物驅和三元復合驅逐漸增加。一條帶聚合物驅和三元復合驅在井距加密到106 m后采收率提高值增加減緩，三條帶聚合物驅和三元復合驅在井距加密到75 m后采收率提高值增加減緩。

在聚合物驅和三元復合驅過程中，注采井距越小，聚合物驅和三元復合驅控制程度越大。儲層中的原油在聚合物和三元復合體系前緣逐漸累積形成油墻，油墻的規(guī)模越大，聚合物驅和三元復合驅效果越好。而在體系相同的情況下，在一定范圍內注采井距越大越有利于形成大規(guī)模的油墻。因此，在兩者共同作用下，過渡帶儲層物性較好的一條帶在注采井距低于106 m后，聚合物驅和三元復合驅的效果增加緩慢，同時考慮經濟效益因素。過渡帶一條帶聚合物驅和三元復合驅的井距選用106 m較為合適。而過渡帶儲層物性較差的三條帶注采井距選用75 m較為合適。

圖2 井距對聚合物驅和三元復合驅效果影響

2.3.3 過渡帶聚合物驅和三元復合驅效果 在注采井距為106 m，五點法和九點法井網條件下，不同過渡條帶聚合物驅和三元復合驅數值模擬計算結果如圖3所示。由圖3可知，隨著過渡條帶增加，不同過渡條帶的聚合物驅和三元復合驅效果逐漸變差，這與物理模擬結果相一致。過渡帶一、二條帶在五點法井網的聚合物驅和三元復合驅效果好于九點井網的，但三、四條帶在五點法井網的聚合物驅和三元復合驅效果低于九點井網的。這表明過渡帶一、二條帶適合采用五點法井網開采，而三、四條帶適合采用九點法井網開采。

圖3 過渡帶聚合物驅和三元復合驅效果

Fig.3 Transitional zone numerical simulation effect of polymer flooding and ASP flooding effect

3 結論

(1) 過渡帶地區(qū)與純油區(qū)相比整體水驅開發(fā)效果較差，三、四條帶水驅效果明顯低于一、二條帶的。

(2) 一、二條帶聚合物巖心驅油實驗可提高采收率12%以上，三元復合驅可提高采收率20%以上，一、二條帶適合聚合物驅和三元復合驅。三、四條帶聚合物巖心驅油實驗可提高采收率僅為9%以上，三元復合驅可提高采收率18%以上，三、四條帶適合三元復合驅。

(3) 一、二條帶適合采用五點法井網開采，而三、四條帶適合采用九點法井網開采。一條帶聚合物驅和三元復合驅最優(yōu)注采井距為106 m，三條帶最優(yōu)注采井距為75 m。

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(編輯 宋官龍)

Polymer Flooding and ASP Flooding Adaptability of Daqing Oilfield Transitional Zone

Lyu Changsen, Guo Songlin, Zhang Xiaoqin, Cui Changyu

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfieldCompanyLtd.，DaqingHeilongjiang163712,China)

Methods of improving oil recovery of transition zone in Daqing oil field was studied. The adaptability of polymer flooding and ASP flooding transition zone was researched by water flooding development effect, core displacement experiment and numerical simulation method, etc. The results show that transition zone water flooding development effect is poorer than single oil area. Three or four stripes of water flooding effect are significantly lower than one or two stripes. One or two stripes polymer flooding can increase oil recovery by more than 12%, and ASP flooding can increase oil recovery by more than 20%. The polymer flooding and ASP flooding are suitable for one or two stripes. The ASP flooding is suitable for three or four stripes transitional zone. The five-point well pattern is suitable for one or two stripes, and nine-point well pattern is suitable for three or four stripes. The optimum injection-production well spacing of one stripes is 106 meters, and three stripes injection-production well spacing is 75 meters.

Transitional zone; One or two stripes; Three or four stripes; Polymer flooding; ASP flooding; Five-point

1006-396X(2015)06-0080-07

2015-05-18

2015-05-28

國家科技部重大專項(2011ZX05052)。

呂昌森(1973-)，男，碩士，高級工程師，從事三次采油試驗及方案設計研究；E-mail：lvchangsen@petrochina.com.cn。

TE341

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.06.015