低滲透油藏復(fù)合活性劑體系降壓增注技術(shù)研究與應(yīng)用

李力行

(中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094)

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低滲透油藏復(fù)合活性劑體系降壓增注技術(shù)研究與應(yīng)用

李力行

(中石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094)

針對(duì)低滲透油藏普遍存在注水壓力高、欠注矛盾突出的問(wèn)題，結(jié)合永1區(qū)塊低滲透儲(chǔ)層物性條件，開(kāi)展了復(fù)合增注體系配方優(yōu)化研究。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究和物模試驗(yàn)評(píng)價(jià)，確定了復(fù)合活性劑體系最佳使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%～5.0%，處理半徑為3～4m，反應(yīng)時(shí)間48h；在配套技術(shù)上，優(yōu)化了復(fù)合降壓增注施工工藝。通過(guò)在永1區(qū)塊成功開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，表明應(yīng)用復(fù)合增注技術(shù)可以有效解決低滲透油藏欠注問(wèn)題，也為同類(lèi)型油藏儲(chǔ)層改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

低滲透油藏；復(fù)合降壓增注；作用機(jī)理；工藝優(yōu)化

永1區(qū)塊屬低滲透儲(chǔ)層，物性較差，滲透率低，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然產(chǎn)能低。傳統(tǒng)的酸化壓裂措施有效期短，同時(shí)使顆粒運(yùn)移更加明顯，對(duì)地層傷害比較大[1，2]。應(yīng)用表面活性劑可以顯著降低低滲透油藏的注入壓力，增加注水量，改善油藏驅(qū)替效果，提高原油采收率。

1　表面活性劑降壓增注的理論依據(jù)

表面活性劑降壓增注的理論依據(jù)，可由注入壓力的理論公式分析如下：

(1)

Kw=K·Krw

(2)

式中：Δp為壓力梯度，MPa/m；Q為流量，m3/s；μ為流體黏度，mPa·s；h為油層厚度，m；Rr為供液半徑，m；rw為井筒半徑，m；K為地層絕對(duì)滲透率，mD；Kw為地層對(duì)注入水的有效滲透率，mD；Krw為地層對(duì)注入水的相對(duì)滲透率，1。

分析可知，如其他參數(shù)不變，注入壓力與水的有效滲透率Kw成反比。因此，通過(guò)提高地層對(duì)注入水的有效滲透率，就可以降低注入壓差。另外，如果使界面張力下降，油、水相對(duì)滲透率都將會(huì)上升；如果使巖石弱親水，則地層對(duì)注入水的有效滲透率值更高，此時(shí)對(duì)降低注入壓力更為有利。

2　表面活性劑降壓增注作用機(jī)理

低滲透油藏復(fù)合降壓增注主要是利用表面活性劑對(duì)油水界面的作用和影響，實(shí)現(xiàn)提高地層中油水相的滲透率，降低注入壓力，提高原油采收率[3～8]。其作用機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面。

1)降低油水界面張力洗油效率的提高隨毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)的增加而增加，而界面張力越小，毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)越大，殘余油飽和度越小，驅(qū)油效率就越高。在注水開(kāi)發(fā)后期，通過(guò)降低油水界面張力，可使毛細(xì)管準(zhǔn)數(shù)有2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。可見(jiàn)通過(guò)表面活性劑降低油水界面張力，可大大降低地層的毛細(xì)管作用，降低剝離原油所需的黏附功，從而提高了洗油效率。

2)降低殘余油飽和度表面活性劑體系具有較強(qiáng)的原油乳化作用，通過(guò)改善油水兩相的流度比提高波及系數(shù)。同時(shí)，也降低了毛細(xì)管阻力和滲流阻力，減小了油滴通過(guò)較小的巖石孔道或孔喉時(shí)的賈敏效應(yīng)，從而降低啟動(dòng)壓力。

3)降低邊界層厚度表面活性劑分子通過(guò)吸附在低滲儲(chǔ)層的邊界層流體表面，可以使邊界層流體的剝落功減小，此時(shí)邊界層厚度減小，巖心可流動(dòng)孔喉變大，從而減小流體在地層中的流動(dòng)阻力，提高油水相的滲流能力。

4)改變巖石表面的潤(rùn)濕性驅(qū)油效率與巖石的潤(rùn)濕性密切相關(guān)。由于砂巖地層一般為親水性，因此親油性表面活性劑的驅(qū)油效率差，而親水性表面活性劑的驅(qū)油效率較好。在驅(qū)油過(guò)程中，利用親水性表面活性劑可以增加原油與巖石界面的接觸角，從而進(jìn)一步使巖石表面的親油性親水性發(fā)生反轉(zhuǎn)，減少剝離巖石表面油滴的黏附功。

3　復(fù)合活性劑體系及性能評(píng)價(jià)

3.1復(fù)合活性劑體系組成

活性劑體系主劑為陰陽(yáng)兩性離子型C20氨基化合物類(lèi)表面活性劑，分子式為R3-C20(O)-N(R1)(R2)，另外兩種表面活性劑分別是乳化劑OP和增溶劑，乳化劑是烷基酚和環(huán)氧乙烷縮合物，分子式為RO(C2H40)nH，增溶劑是醇醚類(lèi)化合物，屬非離子型表面活性劑。根據(jù)單劑的不同性能，調(diào)整主劑、乳化劑和增溶劑配比為7∶9∶12，三者總體積分?jǐn)?shù)為28.0%，然后與溶劑油(占72%)復(fù)配。

表1　增注劑在不同溫度條件下的洗油效率

表2　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合活性劑與原油間的界面張力

3.2復(fù)合活性劑體系性能評(píng)價(jià)

3.2.1復(fù)合活性劑洗油能力評(píng)價(jià)

永1區(qū)塊原油為油樣，石英砂為試驗(yàn)砂樣，按油砂比1∶10把油和砂混合為油砂，在60℃條件下恒溫密封老化7d以上。用永1區(qū)塊注入水配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增注劑溶液，天平稱(chēng)取一定量的老化油砂放入增注劑溶液中，分別在常溫、40、60℃溫度條件下，靜態(tài)浸泡，測(cè)定洗油能力，試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增注劑在常溫下有較好的洗油能力，隨著溫度的升高，洗油效率大幅度提高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%的增注劑在60℃條件下洗油效率可達(dá)到96%以上。

3.2.2復(fù)合活性劑對(duì)油水界面性質(zhì)的影響

永1區(qū)塊注入水配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合活性劑溶液，加入原油樣品，用界面張力儀測(cè)定其界面張力，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，當(dāng)復(fù)合活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，油水界面張力達(dá)10-1mN/m數(shù)量級(jí)。

3.2.3復(fù)合活性劑改變儲(chǔ)層巖石表面潤(rùn)濕性性能評(píng)價(jià)

將同一塊天然巖心切割為4塊天然巖心片，磨光，其中3塊天然巖心片分別放入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合活性劑溶液中浸泡48h，另1塊不浸泡。用潤(rùn)濕角測(cè)量?jī)x測(cè)定處理后天然巖心片潤(rùn)濕角，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比(圖1)?？梢钥闯?，復(fù)合活性劑能使巖心的潤(rùn)濕性由強(qiáng)水濕變?yōu)槿跛疂瘢f(shuō)明具有改變潤(rùn)濕性的能力。

圖1　潤(rùn)濕角測(cè)定結(jié)果

3.2.4復(fù)合活性劑對(duì)相對(duì)滲透率的影響

圖2　復(fù)合活性劑對(duì)相對(duì)滲透率的影響

選取永1區(qū)塊天然巖心，利用非穩(wěn)態(tài)法分別測(cè)定油、注入水相對(duì)滲透率，油、復(fù)合活性劑溶液相對(duì)滲透率，研究分析油、注入水兩相相對(duì)滲透率的變化特征。以復(fù)合活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%試驗(yàn)為例(圖2)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，與水驅(qū)相滲曲線相比，復(fù)合活性劑體系驅(qū)相滲曲線發(fā)生了變化：①束縛水飽和度點(diǎn)左移，且等滲點(diǎn)左移，巖心表面親水性減弱，親油性增強(qiáng)；②當(dāng)巖石親水程度減弱時(shí)，水的相對(duì)滲透率增加，油的相對(duì)滲透率減??；③在高含水期，水相滲透率增加明顯，曲線出現(xiàn)上翹，水相滲透率顯著提高，水相流動(dòng)得以改善；④復(fù)合活性劑濃度提高，潤(rùn)濕性改變能力增強(qiáng)。

3.2.5物模流動(dòng)試驗(yàn)評(píng)價(jià)

選取永1區(qū)塊天然巖心，巖心尺寸為?2.51cm×5.46cm，孔隙體積為3.77cm3，孔隙度為13.96%，氣測(cè)滲透率為26.37mD。物模流動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程：先將巖心洗油烘干，抽空飽和注入水(計(jì)算孔隙體積)；然后用油驅(qū)替水，建立束縛水(流速0.5mL/min)；再用注入水驅(qū)替油，建立殘余油后，繼續(xù)注入水驅(qū)替至壓力穩(wěn)定(流速1.2mL/min)(記錄壓力、測(cè)水相滲透率)；最后注入8倍孔隙體積復(fù)合活性劑(60℃下保壓48h)，用注入水正向驅(qū)替巖心至壓力穩(wěn)定(流速1.2mL/min)(記錄壓力、測(cè)水相滲透率)。

以復(fù)合活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的試驗(yàn)為例，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，復(fù)合活性劑驅(qū)替前后對(duì)比，水相滲透率提高49.4%，相同注入排量下注入壓力下降27.7%。水驅(qū)注入60PV后，出現(xiàn)壓力上升，滲透率下降，水驅(qū)注入90PV后，驅(qū)替壓力和滲透率仍明顯好于復(fù)合活性劑處理前，說(shuō)明復(fù)合活性劑抗沖刷能力較強(qiáng)。

圖3　驅(qū)替試驗(yàn)曲線

4　施工工藝優(yōu)化研究

圖4　復(fù)合活性劑不同停留時(shí)間巖心滲透率的變化

圖5　不同滲透率儲(chǔ)層壓損曲線

圖6　不同巖心增注劑處理前后滲透率對(duì)比

4.1關(guān)井反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

通過(guò)評(píng)價(jià)復(fù)合活性劑體系停留時(shí)間對(duì)滲透率的影響，確定合理關(guān)井時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，復(fù)合活性劑與巖石表面接觸時(shí)間達(dá)到48h后對(duì)改善巖心滲透率的作用已不再明顯。因此確定現(xiàn)場(chǎng)施工關(guān)井反應(yīng)時(shí)間為48h。

4.2增注處理半徑的優(yōu)化

永1區(qū)塊不同滲透率儲(chǔ)層，在10m3/(d·m)的注水強(qiáng)度下，所需注水壓力在半徑方向上的分布曲線如圖5所示，增注處理半徑在3m以?xún)?nèi)是壓降敏感區(qū)，也是改造效果最明顯區(qū)域，因此可將增注處理半徑確定為3～4m。

4.3配套施工工藝的優(yōu)化

3塊不同巖心分別進(jìn)行滲透率測(cè)定試驗(yàn)。試驗(yàn)1為巖心直接注入增注劑；試驗(yàn)2為先注入污水污染巖心，再注入增注劑；試驗(yàn)3為先注入污水污染巖心，再酸預(yù)處理，最后注入增注劑。通過(guò)對(duì)比滲透率值(圖6)，表明預(yù)處理技術(shù)對(duì)增注劑增注效果有較大的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定了采用油層預(yù)處理與降壓增注技術(shù)復(fù)合配套的施工模式，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中優(yōu)選復(fù)合酸體系作為油層預(yù)處理配套技術(shù)。

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

永1區(qū)塊沙四段礫巖體位于永安油田東北部，含油層位為四段，地質(zhì)儲(chǔ)量1782×104t，埋深1950～3020m，巖石成分以礫巖、礫狀及含礫不等粒砂巖為主，砂巖及粉砂巖普遍含泥質(zhì)在10%以上，平均孔隙度11.4%，平均空氣滲透率10mD，地層溫度為97℃。永1區(qū)塊開(kāi)油井18口，日產(chǎn)油61t，綜合含水率47.9%，采出程度4.8%，采油速度0.15%。開(kāi)水井6口，日配注240m3，日實(shí)注47m3，月注采比只有0.40，地層總壓降14MPa。截至2015年底，實(shí)施復(fù)合活性劑降壓增注工藝6口井，有效5口井，有效率83.3%，日增水163m3，增水幅度380%，累計(jì)增水63730m3，平均有效時(shí)間313d，與實(shí)施前對(duì)比，月注采比由0.40上升至1.08，日產(chǎn)油增加60t，綜合含水率下降4.1%，投入產(chǎn)出比達(dá)1∶3.75?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合活性劑體系增注技術(shù)在永1低滲透油藏取得了良好的降壓增注效果。

6　結(jié)論

1)研究了復(fù)合活性劑體系并進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)價(jià)。復(fù)合活性劑洗油效率達(dá)96%以上；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，油水界面張力達(dá)10-1mN/m數(shù)量級(jí)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%～5%時(shí)可將試驗(yàn)區(qū)塊強(qiáng)水濕巖石表面轉(zhuǎn)變?yōu)槿跛疂?；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，可提高水相滲透率49.4%。

2)優(yōu)化了復(fù)合活性劑注入工藝。確定增注處理半徑為3～4m，反應(yīng)時(shí)間48h，優(yōu)選了油層預(yù)處理與降壓增注技術(shù)復(fù)合配套的施工模式，確定復(fù)合酸體系作為油層預(yù)處理配套技術(shù)。

3)低滲透油藏復(fù)合活性劑體系降壓增注技術(shù)在永1區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，為同類(lèi)型油藏儲(chǔ)層改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)，具有重要的借鑒作用和意義。

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[編輯]帥群

2016-01-19

中國(guó)石油化工股份有限公司提高采收率先導(dǎo)性試驗(yàn)投資計(jì)劃項(xiàng)目(SLZB-PYKF[2012]0407)。

李力行(1981-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)從事油氣田開(kāi)發(fā)工作，lilixing.slyt@sinopec.com。

TE357.462

A

1673-1409(2016)14-0070-05

[引著格式]李力行.低滲透油藏復(fù)合活性劑體系降壓增注技術(shù)研究與應(yīng)用[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(14):70～74.