古城油田稠油油藏二元復(fù)合驅(qū)提高采收率研究

佘文昌，孔柏嶺

（1. 中國(guó)石化中原工程設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州 450000；2. 中國(guó)石化河南油田分公司）

古城油田泌125區(qū)塊Ⅴ2–5層為普通稠油油藏，油藏埋深590 m，油藏溫度46 ℃，地下原油黏度平均652.7 mPa·s，水黏度0.57 mPa·s，水油流度比高達(dá)1 146。1987年該區(qū)塊投入開發(fā)，經(jīng)歷了天然能量開發(fā)、井組蒸汽吞吐、水驅(qū)等階段，目前已進(jìn)入水驅(qū)開發(fā)中后期。由于地下原油黏度大、滲透率高（1.606μm2）、儲(chǔ)層物性非均質(zhì)嚴(yán)重，注入水快速指進(jìn)，水驅(qū)竄流嚴(yán)重，水驅(qū)開發(fā)效果差。目前綜合含水89.3%，采出程度14.04%，標(biāo)定水驅(qū)采收率為18.54%。

從化學(xué)驅(qū)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，化學(xué)驅(qū)技術(shù)可動(dòng)用的油藏原油黏度小于100 mPa·s或200 mPa·s[1-2]。我國(guó)普通稠油資源儲(chǔ)量豐富，對(duì)普通稠油油藏開展研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義。古城油田泌125區(qū)塊稠油油藏采用表面活性劑驅(qū)和聚合物驅(qū)提高采收率的難度很大，二元復(fù)合化學(xué)驅(qū)技術(shù)比單一的化學(xué)驅(qū)更具優(yōu)勢(shì)，可以大幅度改善古城油田泌125區(qū)塊Ⅴ2–5層稠油油藏水驅(qū)開發(fā)效果[3–7]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）MO4000，相對(duì)分子質(zhì)量2 200萬(wàn)，水解度24%。

表面活性劑NPS–E：羧酸鹽型表面活性劑。

配制水：古城B125塊注入污水，總礦化度2 866 mg/L， NaHCO3水型。

原油：實(shí)驗(yàn)用原油是8口生產(chǎn)井脫水原油混合后，用5%煤油稀釋，調(diào)成黏度為653 mPa·s的模擬油。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）界面張力測(cè)量。聚合物、表面活性劑及表面活性劑/聚合物二元復(fù)合體系與原油間的界面張力，用美國(guó)TEMCO公司生產(chǎn)的510型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀在50 ℃、4 500 r/mim條件下測(cè)量。

（2）黏度測(cè)量。聚合物、表面活性劑及表面活性劑/聚合物二元復(fù)合體系的黏度用美國(guó)生產(chǎn)的DV–ⅢBrookfield黏度計(jì)在50℃、零號(hào)轉(zhuǎn)子6 r/mim條件下測(cè)量。

（3）物模驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。人造長(zhǎng)巖心：寬 3.5 cm、高3.5 cm、長(zhǎng)度20 cm，孔隙體積81.16 cm3、滲透率1 500×10–3μm2。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟：①B125塊注入水飽和巖心；②實(shí)驗(yàn)溫度50℃下，B125區(qū)塊模擬原油驅(qū)水，獲得束縛水飽和度20%左右，放置老化12 h；③實(shí)驗(yàn)溫度50 ℃下，用B125區(qū)塊注入水驅(qū)油至含水98%；④注入0.45 PV化學(xué)劑溶液后，繼續(xù)水驅(qū)至含水98%。

2 化學(xué)驅(qū)油體系的性能評(píng)價(jià)

2.1 化學(xué)驅(qū)溶液的黏度與界面張力

經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)，選擇部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）MO4000作為驅(qū)劑，當(dāng)聚合物溶液濃度為2 000 mg/L時(shí)，聚合物溶液的黏度大于80 mPa·s。篩選的表面活性劑樣品有石油磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、羧酸鹽、兩性離子型表面活性劑產(chǎn)品，其中稠環(huán)芳烴羧酸鹽NPS–E性能良好。表面活性劑NPS–E濃度1 000 mg/L時(shí)，界面張力5.23×10–2mN/m，濃度2 000 mg/L時(shí)界面張力達(dá)到1.59×10–2mN/m，濃度3 000mg/L時(shí)界面張力達(dá)到5.30×10–3mN/m。

2.2 二元復(fù)合驅(qū)油體系的性能評(píng)價(jià)

2.2.1 二元復(fù)合驅(qū)濃度對(duì)二元復(fù)合體系性能的影響

在較寬的聚合物與表面活性劑濃度范圍內(nèi)，MO4000/NPS–E二元復(fù)合體系界面張力達(dá)到 10–2mN/m級(jí)。MO4000濃度2 000 mg/L時(shí)，隨著表面活性劑 NPS–E濃度增加，二元復(fù)合體系界面張力降低、黏度下降。NPS–E濃度 3 000 mg/L時(shí)，隨著MO4000濃度增加，二元復(fù)合體系界面張力變化不大、黏度增加。2 000mg/L的 MO4000和 2000mg/L的NPS–E二元復(fù)合體系界面張力 2.70×10–2mN/m，黏度為81.1 mPa·s，與水驅(qū)相比界面張力下降3個(gè)數(shù)量級(jí)，黏度上升2個(gè)數(shù)量級(jí)，可以作為二元體系的基本配方。

表1 二元復(fù)合驅(qū)濃度對(duì)二元體系界面張力與黏度的影響

2.2.2 二元復(fù)合驅(qū)油體系的乳化性能

要使二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)有效驅(qū)動(dòng) B125區(qū)塊 653 mPa·s的原油，表面活性劑的乳化作用非常重要。原油乳化液的黏度可用Richarson公式表示：

式中μ為原油乳化液的黏度，mPa·s，μw為外相的黏度，mPa·s，Φ為內(nèi)相在乳化液中所占的體積分?jǐn)?shù)，k為常數(shù)。乳化液的黏度主要取決于外相的黏度，當(dāng)B125區(qū)塊653 mPa·s的原油形成水包油乳化液時(shí)，原油黏度大幅度降低，使難于流動(dòng)的普通稠油易于流動(dòng)。

二元體系/原油比與二元體系乳化液黏度的關(guān)系如圖1所示，可以看出，隨著原油組份增加，乳化液的黏度增大。顯微鏡觀察表明，二元體系/原油比在9:1～5:5，乳化液黏度小于200 mPa·s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于653 mPa·s的原油黏度，此時(shí)乳化液為水包油乳化液（O/W）。二元體系/原油比大于4∶6后，乳化液黏度快速增大，二元體系/原油比在4∶6～3∶7范圍內(nèi)為過(guò)渡期，水包油乳化液與油包水乳化液應(yīng)同時(shí)共存，是O/W與W/O體系的轉(zhuǎn)化點(diǎn)。

二元體系/原油比在 3∶7時(shí)，乳化液主要以油包水的形態(tài)存在（W/O）（圖2）。如二元體系/原油比2∶8時(shí)，乳化液黏度779.1 mPa·s，大于653 mPa·s的原油黏度，此時(shí)的乳化液為油包水乳化液。NPS–E/MO4000二元體系在相當(dāng)寬范圍內(nèi)都是水包油乳化液（O/W），水包油乳化液的存在，既可以降低原油黏度，又可以提高二元體系的黏度，非常有利于流度比改善[8–9]。

圖1 乳化液中二元體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)與乳化液黏度的關(guān)系

值得一提的是，B125區(qū)塊產(chǎn)出液含水90%左右，考慮到二元復(fù)合驅(qū)含水大幅度下降，含水也很難低于50%。因此，在整個(gè)二元復(fù)合驅(qū)過(guò)程中，油藏中的乳化液都會(huì)以水包油乳化液的形式存在，其黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于653 mPa·s的原油黏度，流動(dòng)性大大提高，有利于原油的采出。

2.2.3 二元復(fù)合體系的綜合性能

對(duì)于地下原油黏度653 mPa·s的稠油油藏，二元復(fù)合驅(qū)與水驅(qū)相比，黏度從 0.57 mPa·s提高到81.1 mPa·s，界面張力從19.2 mN/m降低到2.70×10–2mN/m，流度比從1 146降低到8.1，毛管數(shù)增加1.01×105倍。當(dāng)二元體系與原油形成乳化液后，流度比進(jìn)一步降低到6.0，毛管數(shù)增加1.35×105倍（表2）。二元復(fù)合體系提高了稠油的流動(dòng)能力、大幅度降低水油流度比、毛管數(shù)增加5個(gè)數(shù)量級(jí)，具備大幅度提高采收率的技術(shù)基礎(chǔ)。

表2 二元復(fù)合驅(qū)的性能參數(shù)與水驅(qū)性能參數(shù)的比較

2.3 化學(xué)驅(qū)油體系的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

由不同化學(xué)驅(qū)油體系在不同模型中的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可以看出（表3），MO4000 / NPS–E二元復(fù)合體系提高采收率15.99%，提高采收率幅度高于聚合物驅(qū)（8.27%）和表面活性劑驅(qū)（6.36%）；二元復(fù)合體系改善流度比和提高驅(qū)油效率的協(xié)同作用發(fā)揮明顯。對(duì)于層間非均質(zhì)模型，二元復(fù)合體系段塞兩端各加一個(gè)調(diào)剖段塞，提高采收率值可達(dá)24.10%。因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該將調(diào)剖段塞和復(fù)合體系結(jié)合使用，擴(kuò)大波及體積、改善流度比與提高驅(qū)油效率共同作用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果會(huì)更好。

表3 一元體系與二元體系驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）聚合物MO4000與表面活性劑NPS–E組成的二元復(fù)合體系可大幅度提高驅(qū)油體系的黏度，并大幅度降低界面張力，使毛管數(shù)增加5個(gè)數(shù)量級(jí)，具備提高采收率的技術(shù)條件，對(duì)原油黏度為 653 mPa·s的稠油油藏可以進(jìn)行二元復(fù)合驅(qū)。

（2）二元復(fù)合體系提高采收率幅度大于單獨(dú)的聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)，體現(xiàn)了聚合物改善流度比和表面活性劑提高驅(qū)油效率的協(xié)同作用。

（3）二元復(fù)合體系的乳化性能可以降低原油黏度、提高驅(qū)替液的黏度，能夠大幅度提高普通稠油的流動(dòng)性、進(jìn)一步改善流度比。