大慶油田X區(qū)塊三元復(fù)合驅(qū)采出規(guī)律研究

倪洪濤

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大慶油田X區(qū)塊三元復(fù)合驅(qū)采出規(guī)律研究

倪洪濤

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

以大慶油田三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化區(qū)塊為研究對象，應(yīng)用礦場統(tǒng)計(jì)、數(shù)值模擬方法量化了三元復(fù)合驅(qū)中影響毛管準(zhǔn)數(shù)的黏度和界面張力，分析了采出液化學(xué)劑、離子濃度變化規(guī)律。結(jié)果表明：三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)能大幅度提高原油采收率19.58個(gè)百分點(diǎn)；油層中用于參與驅(qū)替的三元復(fù)合體系黏度只有初始黏度的30%～45%；化學(xué)劑運(yùn)移30%的井距時(shí)，可保持較好的界面活性，運(yùn)移至采出井處，三元復(fù)合驅(qū)體系界面張力大部分躍升至10-1mN/m以上，對驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)減弱；三元復(fù)合驅(qū)化學(xué)劑見劑順序?yàn)榫酆衔铩A、表面活性劑，見劑時(shí)間分別為注入孔隙體積倍數(shù)的0.12、0.45和0.56。

大慶油田；三元復(fù)合驅(qū)；界面張力

經(jīng)過二十多年的攻關(guān)研究，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)已形成較為完善的復(fù)合體系性能評價(jià)、篩選及礦場跟蹤調(diào)整技術(shù)，目前已進(jìn)入工業(yè)化推廣階段[1-3]。X區(qū)塊是已完成的工業(yè)化推廣區(qū)塊，在生產(chǎn)過程中采出端表現(xiàn)出很好的規(guī)律性，并取得了較好的開發(fā)效果?？偨Y(jié)三元復(fù)合體系采出變化規(guī)律，有助于深入了解三元復(fù)合驅(qū)開采規(guī)律，為三元復(fù)合驅(qū)降低生產(chǎn)成本、進(jìn)一步提高開發(fā)效果提供新思路[4-6]。

1 X區(qū)塊概況及效果

X區(qū)塊面積為4.77 km2，注采井距為141 m，采用五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，總井?dāng)?shù)214口，其中注入井109口，采出井105口。開采目的層有效厚度為5.7 m，平均有效滲透率為515×10-3μm2。目的層埋深為940.68 m，原始地層壓力為11.23 MPa，原始地層溫度為50.1 ℃。

X區(qū)塊選用的三元復(fù)合體系配方為國產(chǎn)烷基苯磺酸鹽表面活性劑（S）、強(qiáng)堿NaOH（A）及2 500×104分子量聚合物。注入化學(xué)劑過程分為：前置聚合物段塞、三元主段塞、三元副段塞、后續(xù)聚合物段塞四個(gè)階段，全過程共注入化學(xué)劑段塞1.21 PV，注入方案如表1。該區(qū)塊注入化學(xué)劑前綜合含水為96%，注入0.63 PV化學(xué)劑后含水率最低達(dá)到80.4%，全過程受效井比例達(dá)98.1%，化學(xué)驅(qū)階段采出程度為23.11%，比水驅(qū)提高采收率19.58個(gè)百分點(diǎn)，累積增油104.516×104t，取得較好的開發(fā)效果。

表1 X區(qū)塊三元復(fù)合驅(qū)實(shí)際注入方案

2 X區(qū)塊三元復(fù)合體系變化規(guī)律研究

2.1 三元復(fù)合體系黏度變化規(guī)律

三元復(fù)合體系增加驅(qū)替液黏度有利于控制油水流度比，擴(kuò)大平面和縱向上的波及體積，X區(qū)塊初期注入三元復(fù)合體系黏度平均為60 mPa·s。在化學(xué)劑全面突破后，注入黏度逐漸下降，這樣既降低了化學(xué)劑費(fèi)用，又可以防止化學(xué)劑主段塞被后續(xù)水驅(qū)段塞突破稀釋，可以更好地發(fā)揮化學(xué)劑驅(qū)油效果。化學(xué)劑在注入0.12孔隙體積倍數(shù)時(shí)并見劑后，采出液黏度逐漸升高，當(dāng)注入孔隙體積倍數(shù)為0.64時(shí)，注入端開始降低化學(xué)劑黏度，化學(xué)劑在油層中繼續(xù)運(yùn)移孔隙體積倍數(shù)的0.23，采出液黏度達(dá)到最大，為8 mPa·s（圖1）。

圖1 X區(qū)塊黏度隨注入孔隙體積倍數(shù)變化規(guī)律

根據(jù)套管反排液取樣分析，化學(xué)劑經(jīng)過地面管線、井筒和射孔眼進(jìn)入地層后，黏損率為45%～60%，到采出端黏度還剩下10%左右，這樣，在油層中參與驅(qū)替的三元復(fù)合體系黏度只有初始黏度的30%～45%。而多孔介質(zhì)的剪切、巖石礦物吸附滯留、微生物和熱的氧化降解等也會(huì)使黏度降低，真正對驅(qū)油效果有貢獻(xiàn)的毛管準(zhǔn)數(shù)進(jìn)一步降低。

2.2 三元復(fù)合體系界面張力變化規(guī)律

在油藏溫度條件下，強(qiáng)堿三元復(fù)合體系與X區(qū)塊原油界面張力測定結(jié)果表明，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%～0.30%、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%～1.4%范圍內(nèi)變化時(shí)，該三元體系能與區(qū)塊原油形成10-3mN/m超低界面張力。超低界面張力區(qū)域較寬，并向低堿低活性劑濃度偏移（圖2）。

圖2 注入三元復(fù)合體系界面活性分布

利用數(shù)值模擬方法輸入化學(xué)劑初始界面張力，考慮化學(xué)劑在油層中損耗，計(jì)算出三元復(fù)合驅(qū)段塞注入完成后的界面張力分布情況。計(jì)算結(jié)果表明，化學(xué)劑運(yùn)移30%的井距，可保持較好的界面活性，但注入井附近殘余油較少，地層吸附化學(xué)劑的能力強(qiáng)，復(fù)合體系段塞中的化學(xué)劑大部分消耗在近井地帶。化學(xué)體系在運(yùn)移至采出井處時(shí)，界面張力大部分躍升至10-1mN/m以上，這與現(xiàn)場采出端取樣檢測結(jié)果相符。而油田開發(fā)過程中，真正的潛力部位是在采出井附近，界面張力的上升，降低了毛管準(zhǔn)數(shù)，使得化學(xué)劑對采出井附近驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)被削弱。

2.3 采出液化學(xué)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化規(guī)律

在三元復(fù)合體系中，由于3種化學(xué)劑的物理化學(xué)性質(zhì)不同，它們在液-液和液-固相互作用中損耗也不同，從而表現(xiàn)出不同的滲流規(guī)律[7-8]。X區(qū)塊三元復(fù)合體系驅(qū)采出端化學(xué)劑出現(xiàn)的順序?yàn)榫酆衔?、堿、表面活性劑。聚合物溶液受不可及孔隙體積的影響，運(yùn)移速度快，聚合物溶液相對吸附量最少，化學(xué)劑注入孔隙體積倍數(shù)為0.12時(shí)，采出井見聚合物，堿溶液注入濃度大，與巖石礦物的化學(xué)反應(yīng)消耗量也大；注入孔隙體積倍數(shù)為0.45時(shí)，采出井見堿，在注入化學(xué)劑孔隙體積倍數(shù)1.0處出現(xiàn)峰值，表面活性劑相對吸附量最大；在注入孔隙體積倍數(shù)為0.56時(shí)，采出井見表面活性劑就達(dá)到峰值（圖3）?；瘜W(xué)劑色譜分離使化學(xué)劑中堿與表面活性劑的協(xié)同作用減弱，減少了超低界面張力的作用距離，驅(qū)油效果變差?；瘜W(xué)劑突破時(shí)間和峰值可以為設(shè)計(jì)注入化學(xué)劑合理用量提供參考。

圖3 采出液化學(xué)劑相對采出質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

2.4 采出液離子濃度變化規(guī)律

強(qiáng)堿三元復(fù)合體系注入地層后，一方面和地層中流體發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，另一方面與巖石礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，打破原流體和巖石礦物間的平衡狀態(tài)，使地下流體中離子組成和含量發(fā)生變化[9-10]。 水中溶解的CO2會(huì)與水分子反應(yīng)生成H2CO3，油井見效前地層水pH值小于8.5，溶液中以HCO3-離子為主，采出液中HCO3-離子濃度基本不變。隨著三元復(fù)合體系中堿的注入，采出液的pH值會(huì)越來越高，當(dāng)pH值大于8.5時(shí)，采出液中HCO3-離子濃度逐漸下降，而CO32-離子濃度逐漸上升（圖4）。

圖4 采出液陰離子濃度、pH值隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

油井見效前采出液基本都是原有儲(chǔ)層中的流體，Ca2+和Mg2+離子濃度基本保持不變，見效后Ca2+和Mg2+離子濃度增加。這主要因?yàn)槿獜?fù)合體系中Na+可與黏土礦物表面的Ca2+和Mg2+離子發(fā)生離子交換，交換出來的Ca2+、Mg2+離子來不及完全反應(yīng)就被采出。隨著三元復(fù)合體系注入體積倍數(shù)的增加，pH值逐漸增加，CO32-離子濃度不斷增加，開始大幅出現(xiàn)碳酸鹽垢，采出液中Ca2+和Mg2+離子濃度逐漸下降。當(dāng)pH值達(dá)到9.2以后，Si4+離子濃度開始大幅度升高（圖5）。Si4+離子經(jīng)過縮合、脫水生成無定型二氧化硅，在井筒的溫度、壓力及動(dòng)力學(xué)條件下生產(chǎn)硅酸鹽垢。大慶油田采出液滿足pH大于等于9、Si4+大于30 mg/L就可以判定油井結(jié)垢，三元復(fù)合驅(qū)后期主要以硅垢為主。垢質(zhì)的形成降低了三元復(fù)合驅(qū)的注采能力，在生產(chǎn)過程中應(yīng)采用弱堿體系降低注入井和采出井結(jié)垢現(xiàn)象。

圖5 采出液陽離子濃度隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

3 結(jié)論

（1）三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)能大幅度提高原油采收率，大慶玉田X區(qū)塊三元復(fù)合驅(qū)階段采出程度為23.11%，比水驅(qū)提高采收率19.58個(gè)百分點(diǎn)。

（2）油層中用于參與驅(qū)替的三元復(fù)合體系黏度只有初始黏度的30%～45%。

（3）化學(xué)劑運(yùn)移30 %的井距，可保持較好的界面活性。化學(xué)劑在運(yùn)移至采出井處界面時(shí)張力大部分躍升至10-1mN/m以上，對驅(qū)油效率的貢獻(xiàn)被削弱。

（4）X區(qū)塊三元復(fù)合體系驅(qū)化學(xué)劑突破順序?yàn)榫酆衔?、堿、表面活性劑，見劑時(shí)間分別為注入孔隙體積倍數(shù)的0.12、0.45、0.56，堿溶液在注入化學(xué)劑孔隙體積倍數(shù)的1.0處出現(xiàn)峰值，表面活性劑突破達(dá)到峰值。

（5）pH值大于8.5時(shí)，采出液中HCO3-離子濃度逐漸下降，CO32-離子濃度逐漸上升，開始出現(xiàn)碳酸鹽垢，Ca2+和Mg2+離子濃度逐漸下降。pH值達(dá)到9.2以后，Si4+離子濃度開始大幅度升高，三元復(fù)合驅(qū)后期主要以硅垢為主。

[1] 王德民. 大慶油田“三元”“ 二元”“一元”驅(qū)油研究[J] . 大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2003，22（3）: 1–9.

[2] 程杰成，廖廣志，楊振宇，等．大慶油田三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)綜述[J]．大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：46–49.

[3] 張景存．提高采收率方法研究[M]．北京:石油工業(yè)出版社，1991：50–80.

[4] 李宜強(qiáng), 隋新光, 李潔, 等. 縱向非均質(zhì)大型平面模型聚合物驅(qū)油波及系數(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[ J ]. 石油學(xué)報(bào), 2005, 26（2）: 77–84.

[5] 康萬利, 孟令偉, 高慧梅．二元復(fù)合驅(qū)表面活性劑界面張力研究[J]. 膠體與聚合物，2005，23（4）: 23–25.

[6] 朱友益，沈平平．三次采油復(fù)合驅(qū)用表面活性劑合成性能及應(yīng)用[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2002：20–30.

[7] 巢華慶. 大慶油田提高采收率研究與實(shí)踐[Ｍ]. 北京：石油工業(yè)出版社，2006：120–150.

[8] 唐鋼, 李華斌, 蘇敏. 復(fù)合驅(qū)界面張力與驅(qū)油效率的關(guān)系研究[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2005, 24（3）：81–83.

[9] 侯吉瑞. 化學(xué)驅(qū)原理與應(yīng)用[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1998：168–182.

[10] 張繼芬. 提高石油采收率基礎(chǔ)[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1997：98–105.

編輯：王金旗

1673–8217（2017）05–0088–03

TE 357.42

A

2017–03–30

倪洪濤，工程師，1982年生，2009年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油氣田開發(fā)專業(yè)，現(xiàn)從事三次采油專業(yè)工作。

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”項(xiàng)目“大慶長垣特高含水油田特高采收率示范工程”（2011ZX05052）。