不可及孔隙體積對(duì)聚合物段塞注入效果影響研究

王 健, 楊二龍, 董 馳

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

不可及孔隙體積對(duì)聚合物段塞注入效果影響研究

王 健, 楊二龍, 董 馳

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法研究了不可及孔隙體積對(duì)聚合物注入段塞效果影響。研究表明，對(duì)于不同滲透率地層，存在最優(yōu)注入相對(duì)分子質(zhì)量，且隨著滲透率增加，最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增加；在將地層孔隙分為強(qiáng)水洗孔隙，油水混合孔隙與未水洗孔隙的前提下，針對(duì)地層孔隙內(nèi)不同油水存在狀態(tài)，應(yīng)使用不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，以提高采收率；不可及孔隙體積存在最優(yōu)值，不同時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)聚(孔隙內(nèi)油水存在狀態(tài)不同)，最優(yōu)不可及孔隙體積會(huì)發(fā)生變化，且轉(zhuǎn)聚時(shí)間越晚，最優(yōu)不可及孔隙體積越大，當(dāng)含水率90%注聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.4，而含水率30%轉(zhuǎn)聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.3。

聚合物驅(qū)； 不可及孔隙體積； 相對(duì)分子質(zhì)量； 段塞組合； 提高采收率

大量的實(shí)驗(yàn)及礦場(chǎng)試驗(yàn)表明，聚合物驅(qū)油是一種行之有效提高原油采收率的方法，在各類(lèi)油田得到了廣泛的應(yīng)用。聚合物驅(qū)工作原理為，通過(guò)向注入水中加入高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，增加注入水黏度和降低水相滲透率來(lái)減小水相流度,提高波及系數(shù)[1-2]。對(duì)于實(shí)際油田，非均質(zhì)性較強(qiáng)，單一聚合物與儲(chǔ)層之間存在配伍性矛盾，造成聚驅(qū)后仍有大量剩余油殘留在地下。因此，需進(jìn)行多段塞注入，從而擴(kuò)大波及體積，降低聚合物用量，提高采收率。

吳文祥等[3]通過(guò)不同質(zhì)量濃度聚合物段塞實(shí)現(xiàn)流度控制，擴(kuò)大波及體積，減少聚合物用量；高明等[4]通過(guò)室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為隨著聚合物濃度增加，聚驅(qū)采收率逐漸增高；鄭波等[5-8]通過(guò)觀(guān)察巖心驅(qū)替照片，認(rèn)為較好的流度控制可大幅度提高采收率。前人研究，大多是從流度控制的角度進(jìn)行研究，沒(méi)有考慮到聚合物相對(duì)分子質(zhì)量與地層孔隙體積的匹配關(guān)系。本文通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬，針對(duì)孔隙體積內(nèi)不同油水存在狀態(tài)，應(yīng)用不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，進(jìn)行聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的組合與優(yōu)選。

1 物理模擬研究

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

平流泵、壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓力表、真空泵、真空表、恒溫箱、手動(dòng)泵、磁力攪拌器、中間容器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

(1) 模型：巖心采用人造巖心，外觀(guān)巖心尺寸為60 cm×60 cm×4.5 cm左右，氣測(cè)滲透率分別為100、 400、800、1 000(10-3μm2)左右。

(2) 實(shí)驗(yàn)用水：大慶油田采油六廠(chǎng)深度處理污水、大慶油田采油六廠(chǎng)清水，水驅(qū)用水礦化度為 981 mg/L。

(3) 實(shí)驗(yàn)用油：大慶油田采油六廠(chǎng)脫水原油與煤油配制而成的模擬油，各模擬油的黏度在45 ℃條件下為10.0 mPa·s 左右。

(4) 實(shí)驗(yàn)溫度：實(shí)驗(yàn)均在45 ℃條件下進(jìn)行。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

聚合物質(zhì)量濃度為1 000 mg/L。水驅(qū)至含水率90%時(shí)轉(zhuǎn)聚合物驅(qū)，聚合物總用量為1 000 mg/L，注入段塞為三階段塞，大小分別為0.1、0.3、0.1 PV。表1為不同滲透率巖心采收率。

表1 不同滲透率巖心采收率

巖心滲透率與聚合物相對(duì)分子質(zhì)量組合見(jiàn)表2。

表2 滲透率與聚合物相對(duì)分子質(zhì)量組合

1.4 結(jié)果分析

對(duì)不同滲透率巖心進(jìn)行不同聚合物相對(duì)分子質(zhì)量組合實(shí)驗(yàn)18組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)滲透率為400×10-3μm2時(shí)，方案8較單一段塞最優(yōu)值方案采收率提高2.03%；滲透率為800×10-3μm2時(shí)，方案13較單一段塞最優(yōu)值方案采收率提高2.34%；滲透率為1 000×10-3μm2時(shí)，方案18較單一段塞最優(yōu)值方案采收率提高1.94%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，段塞組合為三階段塞(主段塞)為最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量，一階段塞高于最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量，三階段塞低于最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)為最優(yōu)組合。原因?yàn)?，?duì)于一階段塞，進(jìn)入的孔隙主要為強(qiáng)水洗孔隙，適當(dāng)增加聚合物相對(duì)分子質(zhì)量，增加不可及孔隙體積，有利于擴(kuò)大波及體積，減少聚合物吸附；對(duì)于二階段塞，進(jìn)入的孔隙主要為油水混合孔隙，這時(shí)采用最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，有利于驅(qū)替孔隙內(nèi)剩余油；對(duì)于三階段塞，進(jìn)入的孔隙主要為未水洗孔隙，這時(shí)，減小聚合物相對(duì)分子質(zhì)量，減小不可及孔隙體積，有利于聚合物與孔隙內(nèi)原油接觸，提高采收率。同時(shí)由結(jié)果可知，不適當(dāng)?shù)木酆衔锒稳M合會(huì)影響聚合物驅(qū)替效果，降低聚合物驅(qū)采收率。

表3 實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

注：對(duì)于滲透率為100×10-3μm2的巖心，當(dāng)注入聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為2 000×104時(shí)，巖心發(fā)生明顯堵塞，故舍棄方案2、方案3與方案4。

2 數(shù)值模擬研究

運(yùn)用CMG軟件，建立理想模型，針對(duì)不可及孔隙進(jìn)行單因素分析，確定其對(duì)開(kāi)發(fā)效果影響規(guī)律。同時(shí)，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[9-10]。

2.1 不可及孔隙體積影響規(guī)律研究

首先針對(duì)不可及孔隙體積對(duì)聚驅(qū)開(kāi)發(fā)效果影響規(guī)律進(jìn)行單因素分析，建立1注4采均質(zhì)單層模型[11-12]。

當(dāng)含水率30%與含水率90%轉(zhuǎn)聚時(shí)，采收率隨不可及孔隙體積變化情況如圖1所示。

圖1 采收率隨不可及孔隙體積變化曲線(xiàn)

Fig.1 The curve of recovery ratio with the change

of inaccessible pore volume

由計(jì)算結(jié)果可知，不可及孔隙體積存在最優(yōu)值，采收率最優(yōu)值與較差值相差2.0%以上。當(dāng)不可及孔隙體積過(guò)大時(shí)，聚合物驅(qū)替原油量減少，同時(shí)對(duì)高滲透通道(例如主流線(xiàn)處)封堵效果減弱；當(dāng)不可及孔隙體積過(guò)小時(shí)，聚合物會(huì)大量吸附在巖石表面，影響聚合物驅(qū)開(kāi)發(fā)效果。

不同注聚時(shí)機(jī)情況下，最優(yōu)不可及孔隙體積也存在差異。含水率90%注聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.4，而含水率30%轉(zhuǎn)聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.3。原因?yàn)椋?dāng)含水率較低時(shí)，孔隙內(nèi)剩余油較多，此時(shí)采用較小的不可及孔隙體積聚合物可以驅(qū)替更多原油，獲得較高的采收率；當(dāng)含水率較高時(shí)，孔隙內(nèi)剩余油較少，此時(shí)采用較大的不可及孔隙體積聚合物可以起到更好的流度控制，從而使得波及效率增加。

2.2 不同聚合物段塞驅(qū)替效果研究

以滲透率400×10-3μm2為例，對(duì)物理模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表4所示。

表4 數(shù)值模擬方案與結(jié)果

由表4可以看出，對(duì)于滲透率為400×10-3μm2模型，最優(yōu)段塞組合與物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，最優(yōu)段塞組合均為一階段塞2 000萬(wàn),二階段塞1 500萬(wàn),三階段塞1 000萬(wàn)的段塞組合，表明一階段塞相對(duì)分子質(zhì)量高于最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量，增加不可及孔隙體積，減少聚合物與強(qiáng)水洗孔隙接觸；二階段塞(主段塞)為最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量，進(jìn)入油水混合孔隙，更好地驅(qū)替原油；三階段塞相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)低于最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量，這樣有利于聚合物進(jìn)入注入水未波及孔隙，擴(kuò)大波及體積，有利于采收率提高，同時(shí)可以減少聚合物用量，降低經(jīng)濟(jì)成本。

3 結(jié)論

(1) 聚合物驅(qū)替過(guò)程中，對(duì)于不同滲透率的地層，存在最優(yōu)注入相對(duì)分子質(zhì)量，且隨著滲透率增加，最優(yōu)相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增加。

(2) 對(duì)于單層模型，采用三階段塞效果優(yōu)于一階與二階段塞。這表明針對(duì)地層孔隙內(nèi)不同油水存在狀態(tài)，應(yīng)使用不同相對(duì)分子質(zhì)量聚合物，以提高采收率。

(3) 不可及孔隙體積過(guò)大時(shí)，減小了聚合物波及體積；不可及孔隙體積過(guò)小時(shí)，增加了聚合物吸附損耗量，影響聚驅(qū)效果。所以，不可及孔隙體積存在最優(yōu)值。

(4) 對(duì)于單層模型，不同時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)聚，最優(yōu)不可及孔隙體積發(fā)生變化。例如，含水率90%注聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.4，而含水率30%轉(zhuǎn)聚時(shí)最優(yōu)不可及孔隙體積為0.3。

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(編輯 王亞新)

Injection Effect by Inaccessible Pore Volume of Polymer Slug

Wang Jian, Yang Erlong, Dong Chi

(SchoolofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

The influence of the inaccessible pore volume on the polymer slug is studied through physical simulation and numerical simulation. For different permeability formations, the optimal injection molecular weight increases with increasing of permeability. In this paper, the formation pore is divided into strong water washing pore, the oil-water mixed pore and the non washed pore according to different oil and water existing state in formation pore.Different molecular weight polymers should be used to enhance oil recovery. There is an optimal value of the inaccessible pore volumeand it turnedin different time (the existence of oil and water in the pore is different).The optimum inaccessible pore volume will change, when water cut is 90%, the best inaccessible pore volume is 0.4, while the best inaccessible pore volume becomes 0.3 when the water cut is 30%.

Polymer flooding; Inaccessible pore volume; Molecular weight; Slug combination; Enhanced oil recovery

1006-396X(2016)06-0047-04

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-07-11

2016-09-06

中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目“致密油儲(chǔ)層微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)及多尺度滲流機(jī)理研究”(2014M561325)。

王健(1991-)，男，碩士研究生，從事油氣田開(kāi)發(fā)及提高采收率研究；E-mail:：374166607@qq.com。

楊二龍(1976-)，男，博士，教授，從事油氣田開(kāi)發(fā)及提高采收率研究；E-mail: 18045837343@163.3com。

TE357

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.010