海上油田二元復(fù)合驅(qū)平面波及規(guī)律室內(nèi)物理模擬研究

蘇 旭， 董潔楠， 趙 鵬， 宋考平

(1.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶 163001；2.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318；3.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163001；4.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津300452)

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海上油田二元復(fù)合驅(qū)平面波及規(guī)律室內(nèi)物理模擬研究

蘇 旭1,2， 董潔楠3， 趙 鵬4， 宋考平2

(1.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶 163001；2.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318；3.大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠，黑龍江大慶 163001；4.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津300452)

利用巖電實(shí)驗(yàn)原理與三維物理模擬系統(tǒng)進(jìn)行了二元復(fù)合驅(qū)波及規(guī)律研究。通過(guò)模型上布置的壓力記錄表和電阻測(cè)量探針,較為準(zhǔn)確的測(cè)量了模型中壓力變化及飽和度場(chǎng)變化，進(jìn)而研究了二元復(fù)合體系波及效果。結(jié)果表明，在二元體系主要擴(kuò)大了低滲層的波及體積且提高了模型整體洗油效率，二元驅(qū)后中低滲層主流線兩側(cè)未波及，采出井之間分流線上由于邊界及注采井的影響存在未波及區(qū)域。

海上油田； 電阻-飽和度； 二元復(fù)合驅(qū)； 平面波及規(guī)律

海上油田二元復(fù)合驅(qū)正處于先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)階段，目前針對(duì)海上油田二元復(fù)合驅(qū)的研究，特別是針對(duì)二元復(fù)合驅(qū)波及規(guī)律的研究還很少[1-8]，本文利用三維非均質(zhì)大平板模型和測(cè)量微電極技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)不同注入時(shí)刻的飽和度變化情況，研究了海上油藏條件下二元復(fù)合驅(qū)平面波及規(guī)律。

1 室內(nèi)二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

1.1 物理模型與飽和度測(cè)量原理

實(shí)驗(yàn)選用三維正韻律縱向非均質(zhì)澆筑物理模型，在模型的4角以及正方形的中心各設(shè)置一口井，注采井采用直井鉆孔，井的長(zhǎng)度為3.75 cm，直徑為0.3 cm，在本次研究中，將中心井作為注水井，由電阻值求得該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含油飽和度，進(jìn)而確定模型中的油水分布，研究二元復(fù)合驅(qū)的波及規(guī)律。

圖1 三維非均質(zhì)物理模型與坐標(biāo)系

Fig.1 Three-dimensional inhomogeneous physical model and coordinate system

油氣儲(chǔ)層巖石骨架通常是不導(dǎo)電的，巖石中水的離子濃度越大，電阻值越小。地層中所測(cè)電阻值的主要受到孔隙形狀、地層水礦化度以及油水比例的影響。當(dāng)巖心孔隙度滲透率不變的情況下，電阻值只受油水比例的影響[9]，圖2為用穩(wěn)態(tài)法測(cè)定的含油飽和度與電阻值的關(guān)系曲線。由圖2可以看出，電阻值變化的一致性，說(shuō)明關(guān)系曲線具有代表性[10]。

圖2 含油飽和度-電阻值關(guān)系曲線

Fig.2 The relationship curve between resistance and saturation

1.2 實(shí)驗(yàn)原料與方案

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原料 實(shí)驗(yàn)用水為海上某油田模擬注入水，總礦化度為9 374.13 mg/L，離子組成見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)用油海上某油田模擬油，65 ℃條件下黏度為70 mPa·s。實(shí)驗(yàn)用巖心為三維非均質(zhì)模型，模型采用正韻律，模型參數(shù)如表2所示。

表1 水質(zhì)分析

表2 模型參數(shù)

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方案 在實(shí)驗(yàn)溫度65 ℃條件下，首先用海油地層水驅(qū)替至含水率為70%；然后注入質(zhì)量濃度為2 000 mg/L聚合物段塞其孔隙體積倍數(shù)(PV)為0.3， 再注入0.3 PV的二元體系(1 750 mg/L 聚合物+質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%表面活性劑)，后用海油地層水進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，至含水率達(dá)到95%。

2 結(jié)果與討論

2.1 二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3給出了二元復(fù)合驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表3可以看出，水驅(qū)結(jié)束后，模型整體采出程度為23.39%，聚合物段塞提高采出程度8.58%，二元段塞與后續(xù)水驅(qū)結(jié)束后，提高采出程度20.12%，整個(gè)化學(xué)驅(qū)階段采出程度提高了41.63%。

表3 二元復(fù)合驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 飽和度變化

實(shí)驗(yàn)共對(duì)108對(duì)電極電阻值進(jìn)行了檢測(cè)，水驅(qū)階段計(jì)數(shù)間隔為2 h，化學(xué)驅(qū)階段計(jì)數(shù)間隔為30 min，實(shí)驗(yàn)共得到231×108個(gè)不同時(shí)間段不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電阻測(cè)量值，分別選取注采出井方向測(cè)量點(diǎn)，結(jié)果如圖3所示。根據(jù)含油飽和度與電阻值關(guān)系曲線得到測(cè)量點(diǎn)注入量與飽和度的變化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖3 注采出井方向測(cè)量點(diǎn)選取

Fig.3 The measurement point selections of injection production well direction

圖4 各滲層飽和度與壓力變化曲線

Fig.4 The change curve of pressure and oil saturation of each layer on the model

從圖4中可以看出，注采井方向高滲層在水驅(qū)階段含油飽和度明顯下降，水淹較快，中低滲層含油飽和度有所下降，但下降幅度不明顯；聚驅(qū)階段，主流線壓力增大，聚合物進(jìn)入中低滲層，中滲層含油飽和度下降明顯，該層主要被波及，注聚即將結(jié)束。即注入0.56 PV時(shí)，低滲層飽和度發(fā)生變化，聚合物動(dòng)用低滲層剩余油效果有限；二元驅(qū)階段，低滲層被動(dòng)用，含油飽和度持續(xù)下降，注采井方向上壓力趨于平穩(wěn)，高滲層與中滲層剩余油進(jìn)一步動(dòng)用，注采井方向上三層均能達(dá)到殘油飽和度。由圖4(b)可以看出，沿注采井方向聚合物驅(qū)階段主要波及中滲層，二元驅(qū)階段低滲層被波及動(dòng)用。

注采出井兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)選取和飽和度變化曲線如圖5、6所示。由圖5及圖6中變化曲線可以看出，水驅(qū)階段驅(qū)替液主要沿主流線波及；主流線兩側(cè)飽和度監(jiān)測(cè)點(diǎn)未被波及，均為原始含油飽和度；聚合物驅(qū)階段，主流線兩側(cè)區(qū)域被波及，高滲層飽和度迅速下降為殘余油飽和度，在注入0.54 PV時(shí)中滲層被波及含油飽和度下降；二元驅(qū)階段，中滲層含油飽和度迅速下降為殘余油飽和度，低滲層在二元驅(qū)替驅(qū)階段得到明顯動(dòng)用，最終含油飽和度較高，低滲層驅(qū)油效果與其他兩層相比相對(duì)較差。從圖6中可以看出，聚合物驅(qū)擴(kuò)大了注采井兩側(cè)波及體積，但主要?jiǎng)佑弥懈邼B層剩余油，二元驅(qū)開(kāi)始動(dòng)用低滲層，但驅(qū)油效果有限。

圖5 注采出井兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)選取

Fig.5 The selection of measurement points on both sides of the injection and production well

圖6 注采井方向兩側(cè)飽和度變化曲線

Fig.6 The oil saturation change curve of both sides of the injection and production well

2.3 飽和度場(chǎng)變化

圖7至圖9給出了各層不同驅(qū)替時(shí)刻結(jié)束時(shí)的含油飽和度分布。

圖7 低滲透層各驅(qū)替階段含油飽和度分布圖

Fig.7 The oil saturation of low permeability layer at the diffirent flooding slug

如圖7所示，低滲層水驅(qū)(含水率70%)結(jié)束后沿主流線方向上含油飽和度較低，波及較為明顯；由于水驅(qū)壓力較低，低滲層進(jìn)液量較小，低滲層含油飽和度較高，平均含油飽和度為62.5%，二元復(fù)合驅(qū)結(jié)束后巖心中波及體積大幅度增加，增加約40%；三個(gè)注采井主流線上波及較為均勻，剩余油主要存在于采出井分流線上及驅(qū)替結(jié)束后未波及區(qū)域。

圖8 中滲透層各驅(qū)替階段含油飽和度分布圖

Fig.8 The oil saturation of middle permeability layer at the diffirent flooding slug

如圖8所示，中滲透層含油飽和度由水驅(qū)階段結(jié)束時(shí)的60%左右，下降到后續(xù)水驅(qū)結(jié)束時(shí)的15%左右，與低滲層相比中滲層在化學(xué)劑注入后擴(kuò)大波及體積效果更為明顯，這是由于隨著二元注入壓力的增大，前期聚合物段塞大量進(jìn)入中滲層，擴(kuò)大了中滲層的波及體積60%左右；二元驅(qū)結(jié)束后采出井分流線依然存在剩余油，二元溶液對(duì)未波及區(qū)域內(nèi)提高洗油效率的作用較差，該區(qū)域存在剩余油。

圖9 高滲透層各驅(qū)替階段含油飽和度分布圖

Fig.9 The oil saturation of high permeability layer at the diffirent flooding slug

如圖9所示，與中低滲層相比高滲層水驅(qū)致含水70%時(shí)，水驅(qū)波及系數(shù)達(dá)到75.2%，平均含油飽和度為50.26%，說(shuō)明水驅(qū)階段，由于驅(qū)替壓力較低，驅(qū)替液主要進(jìn)入高滲層，中低滲層進(jìn)入量較少，且主要沿主流通道波及，主流線兩側(cè)雖有部分被波及但水驅(qū)倍數(shù)較低，致使這些區(qū)域存在大量剩余油；高滲層在化學(xué)驅(qū)后波及體積約增加25%，與中滲層相比化學(xué)劑擴(kuò)大波及體積效果較差，但高滲層的含油飽和度較低，平均含油飽和度由水驅(qū)階段結(jié)束時(shí)的50.26%下降到25.82%，這是由于二元體系降低了波及區(qū)域內(nèi)剩余油的界面張力，使得該區(qū)域內(nèi)原油被驅(qū)出，含油飽和度降低。

結(jié)合各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)飽和度變化曲線以及不同驅(qū)替階段含油飽和度分布圖可以看出：水驅(qū)階段主要?jiǎng)佑酶邼B層，中低滲動(dòng)用程度較低，且主要沿主流線波及； 0.3 PV聚合物段塞主要起到了擴(kuò)大平面波及體積的作用，隨著注入壓力的增大，中低滲層依次被波及，低滲層主要沿主流線波及，中滲層與水驅(qū)相比主流線線及主流線兩側(cè)擴(kuò)大波及體積效果明顯，高滲層主要擴(kuò)大了主流線兩側(cè)的波及體積；二元驅(qū)階段由于模型中壓力繼續(xù)升高。前期聚合在二元體系的協(xié)同作用下大量進(jìn)入低滲層，使得低滲層波及體積繼續(xù)增大，原油被大量驅(qū)替出來(lái)，主流線驅(qū)替效果明顯，同時(shí)由于二元體系降低界面張力的作用使得高滲層與中滲層中波及區(qū)域內(nèi)的剩余油被驅(qū)出，含油飽和度下降，使模型中剩余油大量被驅(qū)出，最終采出程度提高了41.63%。

綜上所述，0.3 PV聚合物段塞具有擴(kuò)大波體積的作用，在二元體系的協(xié)同作用下主要擴(kuò)大了中低滲層的波及體積，二元體系同時(shí)提高了高中滲層的洗油效率，主流線上驅(qū)替效果最好；二元驅(qū)后剩余油主要集中在中低滲層主流線兩側(cè)未波及區(qū)域，采出井之間分流線上由于邊界影響及注采井的影響同時(shí)存在剩余油，低滲層擴(kuò)大波及體積提高洗油效率的效果有限，有繼續(xù)提高采收率的潛力。

3 結(jié)論

(1) 0.3 PV聚合物段塞在平面上起到了擴(kuò)大波及體積的作用，在縱向上調(diào)節(jié)了模型非均質(zhì)性，擴(kuò)大了中低滲滲層平面波及體積，且主要擴(kuò)了中滲層30%的波及體積，較大程度的動(dòng)用了中滲層剩余油，平均含油飽和度與水驅(qū)相比下降了20.12%，而低滲層由于驅(qū)替壓力不足主要沿主流線被波及，但驅(qū)油效果有限。

(2) 二元驅(qū)降低了原油界面張力大幅度提高了模型整體采收率，并在與聚合物的協(xié)同作用下繼續(xù)擴(kuò)大了各滲層的波及體積，且主要擴(kuò)大了低滲層的波及體積，使低滲層主流線兩側(cè)被波及，波及體積與水驅(qū)相比擴(kuò)大了40.14%，同時(shí)由于二元驅(qū)強(qiáng)大的洗油效率，驅(qū)替出了中高滲層波及區(qū)域內(nèi)的剩余油，含油飽和度降低；整個(gè)化學(xué)驅(qū)大幅度提高了模型采出程度41.63%。

(3) 二元驅(qū)后，中高滲層剩余油存在于部分未波及區(qū)域以及各采出井之間的分流線上，此處驅(qū)替壓力較小，且受邊界影響驅(qū)油效果較差，平均含油飽和度達(dá)到50%左右；化學(xué)驅(qū)后，低滲層平均含油飽和度較高，平均含油飽和度為32.16%，仍存在大量剩余油，有繼續(xù)提高采收率的潛力。

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(編輯 王亞新)

The Physical Simulation of Binary Flooding Flat Affect Law of Offshore Oilfield

Su Xu1,2, Dong Jienan3, Zhao Peng4, Song Kaoping2

(1.No.1 Oil Recovery Plant,Daqing Oilfield Co. Ltd., CNPC,Daqing Heilongjiang 163001,China;2.NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318,China；3.No.2OilRecoveryPlant,DaqingOilfieldCo.Ltd.,CNPC,DaqingHeilongjiang163001,China;4.TianjinBranchofCNOOC,Tianjin300452,China)

Principle of litho electric experiment and three-dimensional physical simulation system were used to research the swept law of binary. By the pressure recorder and resistivity measuring probe installed on the model, the change of the pressure and saturation in the model was accurately measured and swept law of the binary compound flooding system was evaluated. The results showed that the swept volume of low permeability layer was expanded by the binary system, and the sweep efficiency of the model was also improved. After binary flooding, the unswept areas mainly concentrated on both sides of the mainstream line in the layer of low and middle permeability, and there is unswept areas shunt online between the production wells because of the influence of border and injection-production well.

Offshore oil field; Resistance-saturation; Binary compound flooding; Law of plane sweeping

1006-396X(2015)05-0060-05

2013-12-30

2014-03-22

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)課題“海上油田聚驅(qū)后提高采收率技術(shù)油藏研究”(2011ZX05024-004-14)。

蘇旭(1988-)，男，碩士研究生，從事油氣田開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)方向研究；E-mail：suxuboy@126.com。

宋考平(1962-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的研究；E-mail:skp2001@sina.com。

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.05.012