強堿三元復(fù)合驅(qū)后提高采收率新方法
——以大慶杏樹崗油田為例

王子健， 盧祥國， 姜曉磊， 張月仙， 宋茹娥

(1.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 166521)

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強堿三元復(fù)合驅(qū)后提高采收率新方法
——以大慶杏樹崗油田為例

王子健1， 盧祥國1， 姜曉磊1， 張月仙2， 宋茹娥2

(1.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油大慶油田公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 166521)

為了探究強堿三元復(fù)合驅(qū)后進一步提高采收率的措施，以大慶杏樹崗油田為實驗平臺，以采收率、含水率和注入壓力為評價指標，在恒速和恒壓條件下開展了強堿三元復(fù)合驅(qū)后進一步提高采收率方法增油效果實驗研究。結(jié)果表明，強堿三元復(fù)合驅(qū)后注入高濃度聚合物溶液、無堿二元復(fù)合體系和弱堿三元復(fù)合體系都可以進一步提高采收率，其中高濃度聚合物驅(qū)增油效果較好。后續(xù)注入壓力升高幅度愈大，采收率增幅愈大?？紤]到大慶油田儲層以及設(shè)備耐壓能力的制約，結(jié)合經(jīng)濟技術(shù)效果的綜合評價，無堿二元體系更具有應(yīng)用前景。

高濃度聚合物；弱堿三元；無堿二元；增油效果；物理模擬；注入壓力

三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)以其采收率增幅較大而受到石油科技工作者的高度重視，已在大慶油田、勝利和克拉瑪依等油田進行了先導(dǎo)性和工業(yè)性礦場試驗，取得了明顯的增油降水效果[1-3]。目前，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)進入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段，已有部分區(qū)塊進入甚至完成了后續(xù)水驅(qū)，亟待采取進一步提高采收率措施。理論分析表明，三元復(fù)合驅(qū)后要進一步提高采收率[4-5]，就必須進一步擴大波及體積和提高洗油效率，而進一步擴大波及體積就意味著必須進一步提高注入壓力[6]。大慶油田水井注入壓力統(tǒng)計資料表明，前期三元復(fù)合體系注入壓力接近儲層巖石破裂壓力，這表明后續(xù)進一步提高采收率措施預(yù)留壓力上升空間很小。因此，在進行進一步提高采收率措施增油效果評價時[7]，必須考慮實際可能的壓力升高幅度。否則，就會出現(xiàn)室內(nèi)通過大幅度提高注入壓力實現(xiàn)了擴大波及體積目的，而礦場卻難以達到壓力升幅要求，甚至注入困難的尷尬局面。依據(jù)礦場實際需求，以大慶杏樹崗油田為實驗平臺，在恒速和恒壓條件下開展了強堿三元復(fù)合驅(qū)后進一步提高采收率方法增油效果實驗研究，這對目標區(qū)塊進一步提高采收率方法選擇具有重要參考價值。

1　實驗部分

1.1主要材料

聚合物為中國石油大慶煉化公司生產(chǎn)部分水解聚丙烯酰胺干粉，相對分子質(zhì)量為2 500×104(用CP表示)，固含量為90%。表面活性劑包括：(1)大慶油田東昊公司生產(chǎn)重烷基苯石油磺酸鹽，有效質(zhì)量分數(shù)50%，用于配制強堿三元復(fù)合體系(用Cs1表示)；(2)中國石油大慶煉化公司生產(chǎn)石油磺酸鹽，有效質(zhì)量分數(shù)38%，用于配制弱堿三元復(fù)合體系(用Cs2表示)；(3)大連戴維斯化學(xué)劑有限公司生產(chǎn)非離子表面活性劑(簡稱“DWS”，用Cs3表示)，有效質(zhì)量分數(shù)40%，用于配制無堿二元復(fù)合體系。強堿為NaOH(用CA表示)，弱堿為Na2CO3(用Ca表示)。上述藥劑取自大慶油田第四采油廠。

實驗用油由大慶油田第四采油廠脫氣原油與煤油混合而成，45 ℃條件下黏度為10.0 mPa·s。實驗用水為大慶油田第四采油廠采出污水，離子組成見表1。

表1　水質(zhì)分析

巖心為二維縱向非均質(zhì)人造巖心[8-9]，包括高中低3個滲透層，滲透率Kw=1 600×10-3μm2、800×10-3μm2和400×10-3μm2，各小層厚度為1.5 cm，外觀幾何尺寸：高×寬×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm。

1.2實驗裝置

采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測試驅(qū)油劑視黏度，分別使用“0”號轉(zhuǎn)子(0～100 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為6 r/min；“1”號轉(zhuǎn)子(100～200 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為30 r/min；“2”號轉(zhuǎn)子(200～1 000 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為30 r/min。采用TX500C旋滴油水界面張力儀測試驅(qū)油劑與原油間界面張力。

采用驅(qū)油實驗裝置評價驅(qū)油劑增油降水效果，裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等部件，除平流泵和手搖泵外，其它部分都置于45 ℃恒溫箱內(nèi)。實驗過程中平流泵的注入速度為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min一次。

1.3實驗方案設(shè)計

1.3.1強堿三元復(fù)合驅(qū)基礎(chǔ)實驗水驅(qū)至98%+強堿三元復(fù)合驅(qū)(0.06 PV的聚合物前置段塞(1 800 mg/L CP)、0.3 PV的三元主段塞(0.3%CS1+1.2%CA+2 000 mg/L CP)、0.15 PV的三元副段塞(0.2%CS1+1.0%CA+1 700 mg/L CP)以及0.2 PV的聚合物保護段塞(1 400 mg/L CP))+后續(xù)水驅(qū)至98%。以上各百分數(shù)均指對應(yīng)組分的質(zhì)量分數(shù)，后續(xù)的其它實驗都將在上述實驗基礎(chǔ)上進行，可根據(jù)不同的實驗調(diào)整后續(xù)水驅(qū)的時間。

1.3.2強堿三元復(fù)合驅(qū)后續(xù)實驗強堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)實驗方案(方案2-1至方案2-3)：弱堿三元復(fù)合驅(qū)由“聚合物前置段塞(2 500 mg/L CP)+0.35 PV三元主段塞(0.3% CS2+1.2%Ca+2 200 mg/L CP)+0.15 PV三元副段塞(0.2%CS2+1.0% Ca+2 100 mg/LCP)+聚合物保護段塞(1 400 mg/L CP)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成，其中聚合物前置段塞和聚合物保護段塞尺寸變化，但它們之和等于0.15 PV，總段塞尺寸0.7 PV。

強堿三元復(fù)合驅(qū)后無堿二元復(fù)合驅(qū)實驗方案(方案3-1～方案3-3)：無堿二元復(fù)合驅(qū)由“0.05 PV～0.1 PV聚合物前置段塞(CP2 500 mg/L)+0.65 PV～0.6 PV無堿二元段塞(0.3% CS3+1 700 mg/LCP)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成，總段塞尺寸0.7 PV。

強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)實驗方案(方案4-1)：高濃度聚合物驅(qū)由“0.7 PV高濃度聚合物段塞(CP2 500 mg/L)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成。實驗過程中首先采用“恒速方式”進行驅(qū)替(每個方案完成兩組平行實驗)，隨后從平行恒速方案中選取增油效果較好的方案進行“恒壓方式”實驗(恒壓過程中注入壓力取前期強堿三元復(fù)合體系注入過程中最高壓力)，計算采收率增幅，并與“恒速方式”進行對比。

2　結(jié)果與討論

2.1恒速實驗

2.1.1強堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)采收率實驗結(jié)果見表2。

表2　弱堿三元驅(qū)實驗結(jié)果

從表2可以看出，強堿三元復(fù)合驅(qū)后注入弱堿三元復(fù)合體系可以產(chǎn)生較好液流轉(zhuǎn)向效果，促使中低滲透層分流率即吸液量增加，這一方面擴大了波及體積，另一方面進入新波及區(qū)域弱堿三元復(fù)合體系提高了洗油效率，最終導(dǎo)致采收率較大幅度提高。此外，強堿三元復(fù)合驅(qū)后進行弱堿三元復(fù)合驅(qū)，其采收率增幅受前置聚合物段塞尺寸的影響。隨聚合物前置段塞尺寸增加，采收率增幅增加，相鄰實驗方案間采收率增幅增加(1.1%和2.0%)。

2.1.2強堿三元復(fù)合驅(qū)后無堿二元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后無堿二元復(fù)合驅(qū)采收率實驗結(jié)果見表3。

從表3可以看出，強堿三元復(fù)合驅(qū)后注入無堿二元復(fù)合體系可以進一步提高原油采收率。此外，無堿二元復(fù)合驅(qū)采收率增幅受聚合物前置段塞尺寸的影響。隨聚合物前置段塞尺寸增加，驅(qū)替相有效波及區(qū)域增大，剩余油飽和度較高的中低滲透層動用程度增加，無堿二元復(fù)合驅(qū)采收率增加，相鄰實驗方案間采收率增幅也隨之增加(1.3%和2.8%)。

表3　無堿二元驅(qū)實驗結(jié)果

2.1.3強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)采收率實驗結(jié)果見表4。

表4　高濃聚合物驅(qū)實驗結(jié)果

從表4可以看出，強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃聚合物驅(qū)可有效提高原油采收率。對比表4及表3、表2可以看出，與弱堿三元復(fù)合驅(qū)和無堿二元復(fù)合驅(qū)相比較，強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)采收率更高。分析認為，高濃度聚合物溶液黏度高，在多孔介質(zhì)中的滲流阻力大，注入壓力高，可有效增大中低滲透層的吸液壓差，擴大波及體積能力較強，因此其采收率增幅較大。

2.2恒壓和恒速實驗對比

2.2.1強堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后在兩種驅(qū)替方式下采收率(方案2-3)實驗結(jié)果見表5。

表5　弱堿三元驅(qū)實驗結(jié)果對比

從表5可以看出，注入相同的段塞，與恒速實驗相比較，恒壓實驗采收率增幅較大。實驗過程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對比見圖1。

圖1　弱堿三元驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖1可以看出，弱堿三元體系恒壓實驗壓力高于恒速實驗動態(tài)變化壓力，與恒速實驗相比較，恒壓實驗注入壓力較高，擴大波及體積能力較強，所以液流轉(zhuǎn)向效果較好，含水率降幅和采收率增幅都較大。

2.2.2強堿三元復(fù)合驅(qū)后無堿二元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后兩種驅(qū)替方式無堿二元復(fù)合驅(qū)采收率(方案3-3)實驗結(jié)果見表6。

從表6可以看出，注入相同的段塞，與恒速實驗相比較，恒壓實驗采收率增幅相對較小。

實驗過程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對比見圖2。

表6　無堿二元驅(qū)提高采收率結(jié)果對比

圖2　無堿二元驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖2可以看出，無堿二元體系恒速實驗動態(tài)變化壓力高于恒壓實驗的恒定壓力，所以與恒速實驗相比較，恒壓實驗注入壓力較低，液流轉(zhuǎn)向效果較差，含水率降幅和采收率增幅都較小。

2.2.3強堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃聚合物驅(qū)增油效果的影響強堿三元復(fù)合驅(qū)后兩種驅(qū)替方式下高濃聚合物驅(qū)采收率(方案4-1)實驗結(jié)果見表7。

從表7可以看出，注入相同的段塞，與恒速實驗相比較，恒壓實驗采收率增幅較小。

表7　高濃聚合物驅(qū)提高采收率結(jié)果對比

實驗過程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對比見圖3。

圖3　高濃聚合物驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖3對比可以看出，高濃聚合物體系恒速實驗動態(tài)變化壓力高于恒壓實驗的恒定壓力，與恒壓實驗相比較，當恒速實驗注入壓力較高時，液流轉(zhuǎn)向效果較好[10-12]，含水率降幅和采收率增幅都較大。

綜上所述，強堿三元復(fù)合驅(qū)后進一步提高采收率方法增油效果與注入壓力升高幅度密切相關(guān)。注入壓力升高幅度愈大，采收率增幅愈大。但從目前大慶油田礦場統(tǒng)計資料來看，前期強堿三元復(fù)合驅(qū)注入壓力都接近儲層巖石破裂壓力，留給后續(xù)進一步提高采收率措施的壓力上升幅度很小[13]，即進一步擴大波及體積潛力很小[14-15]。因此，在評價強堿三元復(fù)合驅(qū)后進一步提高采收率措施效果時，恒壓實驗結(jié)果更接近礦場生產(chǎn)現(xiàn)實狀況。但也必須看到，與恒速實驗相比較，恒壓實驗采液速度都呈現(xiàn)較大幅度下降，其中高濃度聚合物驅(qū)采液速度下降幅度較大，達到98%含水率所需時間較長，是無堿二元和弱堿三元復(fù)合驅(qū)所用時間的兩倍(見圖4)。

圖4　采液速度與驅(qū)替時間關(guān)系

由此可見，與無堿二元和弱堿三元復(fù)合驅(qū)相比較，強堿三元復(fù)合驅(qū)后采用高濃度聚合物驅(qū)，其采液速度下降幅度較大，生產(chǎn)持續(xù)較長，操作費用較高，降低了技術(shù)經(jīng)濟效果。

3　結(jié)論

(1) 在恒速實驗條件下，強堿三元復(fù)合驅(qū)后注入高濃度聚合物溶液、無堿二元復(fù)合體系、弱堿三元復(fù)合體系都可以進一步提高采收率，比較之下高濃度聚合物驅(qū)增油效果最好。但是在恒壓實驗條件下，高濃聚合物采液速度較低，生產(chǎn)持續(xù)時間較長，相應(yīng)操作費較高。與其它恒壓驅(qū)油方式相比較，無堿二元復(fù)合體系驅(qū)采收率增幅較大，采液速度較高。從技術(shù)效果和經(jīng)濟效益綜合考慮，無堿二元體系更具有應(yīng)用價值。

(2) 與驅(qū)油劑洗油能力相比較，其流度控制即擴大波及體積能力對采收率貢獻率較大。因此，當強堿三元復(fù)合驅(qū)后注入驅(qū)油劑具有更強流度控制和洗油能力時，就可以較大幅度提高采收率。必須強調(diào)指出，調(diào)驅(qū)劑流度控制能力是否能夠充分發(fā)揮作用還受到儲層巖石破裂壓力和設(shè)備耐壓能力的制約。

(3) 從目前大慶油田礦場統(tǒng)計資料來看，前期強堿三元復(fù)合驅(qū)注入壓力都接近儲層巖石破裂壓力，留給后續(xù)進一步提高采收率措施的壓力上升幅度很小。因此，恒壓實驗結(jié)果更能反映進一步提高采收率措施的實際增油效果。

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(編輯閆玉玲)

Experimental Method about Enhancing Oil Recovery after Alkaline/Surfactant/Polymer Flooding:Take Xingshugang Oilfield in Daqing as Research Object

Wang Zijian1, Lu Xiangguo1, Jiang Xiaolei1, Zhang Yuexian2, Song Ru’e2

(1.KeyLaboratoryofEnhancedOilRecoveryofEducationMinistry，NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318,China；2.PetroChinaDaqingOilfieldCompanyFourthProductionPlant，DaqingHeilongjiang166521,China)

In order to explore a method of further enhancing oil recovery after alkaline/surfactant/polymer flooding, taking Xingshugang oilfield in Daqing as an experiment platform and regarding oil recovery, water content and injection pressure as evaluation indicators on enhancing oil recovery, an experiment was conducted under the condition of the constant temperature and constant pressure. The results showed that alkali/surfactant/polymer with strong base system, surfactant-polymer system and alkali/surfactant/polymer with weak base system could all further enhance oil recovery, and the effect of high concentration polymer liquor was the best. The greater the subsequent of the injection pressure rose, the more the recovery growth was. Taking into account the constraints of Daqing oilfield reservoir and equipment capacity. Based on the comprehensive consideration of technical and economic effects, aurfactant-polymer system has more application prospects.

High concentration polymer; Alkalescent alkaline/surfactant/polymer system; Surfactant-polymer system； Effect of increasing oil; Physical simulation； Injection pressure

1006-396X(2016)02-0065-06

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-08-31

2015-10-20

大慶油田公司重點科技攻關(guān)課題“杏北開發(fā)區(qū)一類油層三元復(fù)合驅(qū)后提高采收率室內(nèi)研究”(DQYT-0504003-2014-JS)。

王子健(1990-)，男，碩士研究生，從事化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)研究工作；E-mail： wangzijian1207@126.com。

盧祥國(1960-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事提高采收率理論和技術(shù)方面的研究；E-mail：luxiangg2003@aliyun.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.02.013