海上多層合采油藏乳狀液調(diào)剖性能定量表征

吳春新，崔名喆，楊東東，劉 學(xué)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

海上油田多層合采時(shí)層間干擾現(xiàn)象明顯，對(duì)油田的開(kāi)發(fā)效果和采收率具有很大的影響[1-2]。乳化劑在多孔介質(zhì)中會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象形成乳狀液，乳狀液對(duì)不同滲透率級(jí)別油藏的封堵效果不同，改善了油田的非均質(zhì)性，從而提高了油田采收率[3-7]。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)乳狀液提高采收率方面進(jìn)行了大量的研究，王鳳琴等人[8-10]利用真實(shí)砂巖微觀模型研究和分析乳狀液在多孔介質(zhì)中的滲流特性；閆建文等人[11]研究了高溫高鹽油藏中油包水乳狀液調(diào)剖體系的適應(yīng)性和有效期；趙鳳蘭等人[12-13]研究了三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油體系各組分對(duì)原油乳狀液的影響；Guillen等人[14-15]采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方式研究了不同機(jī)械剪切應(yīng)力下乳狀液形成的機(jī)理；Clarkpe等人[16-18]針對(duì)乳狀液的流變性和滲流機(jī)理進(jìn)行了研究。目前的研究中鮮見(jiàn)針對(duì)地層條件下多孔介質(zhì)中乳狀液調(diào)剖性能定量化表征研究，對(duì)不同情況下乳狀液調(diào)驅(qū)能力認(rèn)識(shí)不足。因此，以物理模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立了適用于多層合采的乳狀液調(diào)剖能力定量預(yù)測(cè)方法，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了乳狀液調(diào)剖的效果，對(duì)制訂相應(yīng)技術(shù)政策，確保油田的高效開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為并聯(lián)填砂管合注分采裝置，主要包括平流泵、中間容器、高滲層填砂管、低滲層填砂管、恒溫箱、測(cè)壓裝置及收集器。實(shí)驗(yàn)用油根據(jù)渤海X油田地層原油的氣油比由現(xiàn)場(chǎng)分離器采集的原油復(fù)配，天然氣依照現(xiàn)場(chǎng)分離器氣的組分分析資料在實(shí)驗(yàn)室配制，實(shí)驗(yàn)地層水和實(shí)驗(yàn)注入水依照現(xiàn)場(chǎng)提供的油田地層水和注入水分析資料在實(shí)驗(yàn)室配制。

在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)滲透率級(jí)差、粒徑匹配因子以及乳狀液濃度對(duì)調(diào)剖效果影響設(shè)計(jì)了3組對(duì)比實(shí)驗(yàn)(表1)。采用滲透率級(jí)差來(lái)表征縱向非均質(zhì)性程度[19-20]，篩選滲透率級(jí)差分別為1.0～5.0、5.0～8.0、8.0～10.0、10.0～15.0的4組巖心組合；根據(jù)填制成的填砂管模型，采用不同液滴粒徑的乳狀液開(kāi)展乳狀液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用粒徑匹配因子來(lái)表征乳狀液與多孔介質(zhì)顆粒的匹配關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

式中：R為粒徑匹配因子；dm和de分別為多孔介質(zhì)孔隙和乳狀液液滴的直徑，μm。

篩選粒徑匹配因子分別為0.0～0.5、0.5～1.0、1.0～2.0、2.0～5.0的4組乳狀液體系；通過(guò)稀釋將乳狀液濃度變?yōu)?0%、20%、50%、80%，對(duì)比不同濃度乳狀液驅(qū)油效果，分析乳狀液濃度對(duì)調(diào)剖能力的影響。

表1 乳狀液調(diào)剖性能實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

在定流量下分別測(cè)試初始水驅(qū)條件下與乳狀液驅(qū)替條件下的壓力，單獨(dú)計(jì)量填砂管的油量和水量。實(shí)驗(yàn)步驟：①制作填砂管模型，對(duì)填砂管進(jìn)行洗油、烘干處理后測(cè)定空氣滲透率，飽和水后用原油驅(qū)替，制造束縛水；②根據(jù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案，將2根填砂管并聯(lián)，以 3 mL/min 的速度恒速注水驅(qū)替，記錄該過(guò)程中的每個(gè)填砂管的壓力和產(chǎn)量數(shù)據(jù)；③洗油、洗鹽，重新制造束縛水，采用相同的驅(qū)替速度進(jìn)行乳狀液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，記錄該過(guò)程中的每個(gè)填砂管的壓力和產(chǎn)量數(shù)據(jù)；④根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)比方案重復(fù)步驟①—③。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為研究乳狀液在非均質(zhì)并聯(lián)管的調(diào)剖特性，引入分流率和分流率改變系數(shù)的概念：

(2)

(3)

式中：ff為低滲管分流率，%；Qlow為低滲管中的流量，mL/min；Qhigh為高滲管中的流量，mL/min；ffF為分流率改變系數(shù)；ffe為乳狀液分流率，%；ffw為水驅(qū)分流率，%。

分流率改變系數(shù)越大，說(shuō)明該乳狀液體系調(diào)剖能力越強(qiáng)。

2.1 乳狀液調(diào)剖性能分析

為了開(kāi)展乳狀液調(diào)剖性能分析及后續(xù)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，分別開(kāi)展水驅(qū)和乳狀液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，對(duì)比低滲管分流率增加的幅度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，乳狀液驅(qū)的過(guò)程中，低滲管的分流率明顯增加。這說(shuō)明乳狀液會(huì)優(yōu)先進(jìn)入滲透率較高、阻力較小的層位，當(dāng)驅(qū)替前緣阻力較大時(shí)，后續(xù)的乳狀液進(jìn)入含油飽和度高的低滲透層，驅(qū)動(dòng)低滲透層的剩余油及殘余油。根據(jù)乳狀液驅(qū)時(shí)壓力梯度變化分析可知：乳狀液在填砂管運(yùn)移過(guò)程中，時(shí)常發(fā)生封堵—解堵—封堵的過(guò)程。乳狀液的分流率與壓力都呈現(xiàn)出波動(dòng)變化的過(guò)程，且變化趨勢(shì)相同，當(dāng)?shù)蜐B管中的分流率較大時(shí)，滲流阻力也較大；反之，滲流阻力與分流率較小，壓力也較小。這說(shuō)明乳狀液在運(yùn)移過(guò)程中的暫堵作用是其具有調(diào)剖特性的主要原因，且乳狀液的這種封堵—突破的運(yùn)移特征可使乳狀液隨著復(fù)合體系運(yùn)移到深部地層進(jìn)行封堵，有利于動(dòng)用地層深部的剩余油，從而大幅度提高采收率。

圖1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中乳狀液調(diào)剖效果

2.2 不同滲透率級(jí)差條件下調(diào)剖性能對(duì)比

圖2為不同滲透率級(jí)差下低滲管中分流率改變系數(shù)的變化情況。由圖2可知，隨著滲透率級(jí)差的增大，乳狀液調(diào)剖能力呈增強(qiáng)的趨勢(shì)。這是因?yàn)槿闋钜涸诟邼B層具有很高的封堵強(qiáng)度，乳狀液在高滲層封堵強(qiáng)度高，破乳率低，導(dǎo)致更多的乳狀液進(jìn)入低滲透層，而低滲層較強(qiáng)的剪切作用使乳狀液發(fā)生破乳，從而導(dǎo)致乳狀液在低滲層中的流動(dòng)阻力較小，致使大量的乳狀液和后續(xù)流體可從低滲管排出。

圖2 滲透率級(jí)差對(duì)乳狀液調(diào)剖效果的影響

2.3 不同粒徑匹配關(guān)系下調(diào)剖性能對(duì)比

圖3為不同粒徑匹配因子下低滲管中分流率改變系數(shù)的變化情況。由圖3可知，分流率改變系數(shù)隨著粒徑匹配因子的增加呈先增加后下降的過(guò)程，當(dāng)粒徑匹配因子約為1時(shí)，乳狀液的調(diào)剖能力最強(qiáng)。因此，在進(jìn)行調(diào)剖時(shí)，選取的乳狀液液滴粒徑與多孔介質(zhì)粒徑相當(dāng)，乳狀液的調(diào)剖性能最好。

圖3 粒徑匹配因子對(duì)乳狀液調(diào)剖效果的影響

2.4 不同乳狀液濃度下調(diào)剖性能對(duì)比

圖4為不同乳狀液濃度下低滲管中分流率改變系數(shù)的變化情況。由圖4可知，隨乳狀液濃度的增大，分流率改變系數(shù)增大，即乳狀液調(diào)剖能力呈增強(qiáng)的趨勢(shì)。這是因?yàn)槿闋钜涸诙嗫捉橘|(zhì)中運(yùn)移時(shí)，乳狀液液滴封堵孔喉，后續(xù)驅(qū)替液繼續(xù)流動(dòng)，液滴在巖心中積累，使乳狀液起到調(diào)剖作用，乳狀液濃度越高，積累效應(yīng)越明顯，調(diào)剖能力越強(qiáng)。

圖4 乳狀液濃度對(duì)調(diào)剖效果的影響

3 調(diào)剖性能的定量表征

基于物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)滲透率級(jí)差、粒徑匹配程度和乳狀液濃度等變量與調(diào)剖能力之間關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，確定了適用于多層合采的乳狀液調(diào)剖能力預(yù)測(cè)公式：

ffF=λF1F2F3

(4)

(5)

F2=exp[-(lnR)2·γ]

(6)

F3=cμ

(7)

式中：F1為滲透率級(jí)差影響系數(shù)；Kmax為高滲層位滲透率，μm2；Kmin為低滲層位滲透率，F(xiàn)2為粒徑匹配因子影響系數(shù)；；F3為乳狀液濃度影響系數(shù)；c為乳狀液濃度，%；λ、ω、γ、μ分別為公式中的待定系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。

通過(guò)多元非線性回歸確定干擾系數(shù)公式中參數(shù)：λ=3.22，ω=2.01，γ=0.46，μ=0.35。

4 實(shí)例應(yīng)用

利用海上A 油田2 口典型乳狀液調(diào)剖井驗(yàn)證調(diào)剖能力預(yù)測(cè)公式。A 油田油藏為典型的多層合采油藏，2005年投注，X-1井縱向共有10個(gè)小層，劃分為2套油層組(Ⅰ+Ⅱ)進(jìn)行分層測(cè)試；X-2井縱向共有8個(gè)小層，劃分為2套油層組(Ⅰ+Ⅱ)進(jìn)行分層測(cè)試。2 口測(cè)試井的具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，測(cè)試過(guò)程中電潛泵運(yùn)行頻率為30 Hz。X-1、X-2井縱向上2個(gè)油層組(Ⅰ+Ⅱ)合采，縱向滲透率級(jí)差分別為3.1和2.2，進(jìn)一步細(xì)分層系的潛力不大，因此，考慮采用乳狀液調(diào)剖對(duì)井組的開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行改善。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，利用式(3)計(jì)算得到實(shí)際分流率改變系數(shù)，利用式(4)計(jì)算得到預(yù)測(cè)分流率改變系數(shù)(表3)。由表3可知，X-1井預(yù)測(cè)分流率改變系數(shù)與實(shí)際分流率改變系數(shù)相比，誤差約為3.77%；X-2井預(yù)測(cè)分流率改變系數(shù)與實(shí)際分流率改變系數(shù)相比，誤差為2.59%，該成果應(yīng)用于2口井，誤差均小于5.00%，預(yù)測(cè)分流率改變系數(shù)與實(shí)際分流率改變系數(shù)接近，證明了該預(yù)測(cè)方法的有效性。

表2 X-1、X-2井調(diào)剖測(cè)試資料

表3 X-1、X-2井實(shí)際與預(yù)測(cè)分流率改變系數(shù)對(duì)比

5 結(jié)論及建議

(1) 利用填砂管模型，模擬了乳狀液在不同滲透率級(jí)差下多孔介質(zhì)中的滲流特征，根據(jù)滲透率級(jí)差、粒徑匹配程度及乳狀液濃度與調(diào)剖能力之間的相關(guān)性，確定了適用于多層合采的乳狀液調(diào)剖能力預(yù)測(cè)公式。

(2) 渤海X油田的應(yīng)用表明，海上多層合采油藏乳狀液調(diào)剖性能定量表征預(yù)測(cè)公式能定量表征乳狀液調(diào)剖性能，具有一定的可推廣性。

(3) 乳狀液調(diào)剖性能定量表征是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，與乳狀液的特征及儲(chǔ)層的地質(zhì)特征緊密相關(guān)，同時(shí)與工藝也存在一定的相關(guān)性，下一步應(yīng)開(kāi)展全面研究，從而更加真實(shí)地反映乳狀液的調(diào)剖性能，實(shí)現(xiàn)油藏的高效開(kāi)發(fā)。

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