非均質(zhì)微觀模型驅(qū)替剩余油分布規(guī)律研究

王欣然，李紅英，谷志猛，楊志成，柴秋會(huì)

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)芊治龈鞣N驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的采收率，而非均質(zhì)模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)可以分析宏觀剩余油分布規(guī)律以及開發(fā)動(dòng)態(tài)等[1-3]，但不能觀察微觀驅(qū)替過(guò)程。水驅(qū)后的微觀剩余油尺度非常小，一般屬于微米級(jí)[4-7]。玻璃刻蝕模型可以動(dòng)態(tài)直觀地觀察整個(gè)孔隙規(guī)模級(jí)的驅(qū)替過(guò)程以及剩余油的分布形態(tài)，為研究驅(qū)油過(guò)程提供理論支持。本文通過(guò)微觀孔隙模型研究早期注聚條件下剩余油富集規(guī)律影響及主控因素。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)條件及流程

實(shí)驗(yàn)儀器：顯微鏡、可視化裝置、針管泵、注射器、光源等。實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃。實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

1.2 實(shí)驗(yàn)材料及模型

實(shí)驗(yàn)用油：真空泵油，與煤油體積比為 2:1配制，25 ℃條件下黏度為19.8 mPa·s。為便于觀察，將適量的蘇丹紅加入模擬油，將模擬油染成紅色，過(guò)濾后使用。

實(shí)驗(yàn)用水：根據(jù)渤海 J油田水源井離子組成復(fù)配的地層水，礦化度為3 878 mg/L，25 ℃條件下黏度 0.9 mPa·s。

聚合物體系：渤海 J油田注入聚合物，低黏聚合物濃度400 mg/L，黏度5.3 mPa·s；高黏聚合物濃度600 mg/L，黏度7.2 mPa·s。

聚表二元體系：聚合物濃度600 mg/L加表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%。

模型：對(duì)角均質(zhì)玻璃刻蝕微觀模型，孔隙半徑為 0.2～1.0 mm。

2 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

編制不同方案，觀察不同驅(qū)替介質(zhì)在不同驅(qū)替速度下的剩余油分布規(guī)律（表1）。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)包括水驅(qū)、低黏聚合物驅(qū)、高黏聚合物驅(qū)和聚表二元驅(qū)。①將微觀模型水驅(qū)洗凈后飽和油；②低速驅(qū)，以恒定的驅(qū)替速度0.004 mL/min至模型不出油為止，通過(guò)可視化裝置拍照記錄驅(qū)油過(guò)程及剩余油存在形式；③高速驅(qū)，提高驅(qū)替速度至0.020 mL/min至模型不出油為止，通過(guò)可視化裝置拍照記錄剩余油存在形式。④清洗模型，更換驅(qū)油體系重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)方案

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

文中所有圖片的水流方向均為從左下到右上，暗紅色代表染色模擬油。圖2為飽和油后（即驅(qū)替開始之前）模型中玻璃油刻蝕模型中選定單元的含油孔隙分布。

圖2 模型飽和油初始時(shí)刻及流動(dòng)方向

3.1 不同驅(qū)替速度下不同驅(qū)替介質(zhì)剩余油分布

3.1.1 水驅(qū)剩余油分布

以速度為0.004 mL/min的低速水驅(qū)后選定單元的剩余油分布見(jiàn)圖3a，以速度為0.020 mL/min的高速水驅(qū)后選定單元的剩余油分布見(jiàn)圖3b。低速水驅(qū)后剩余油類型主要為簇狀、柱狀、膜狀和Y狀剩余油。①膜狀剩余油主要在弱親油孔隙表面，油粘附在孔隙表面，水驅(qū)剪切力小于粘附力，不能將油膜從孔隙表面剝離形成膜狀剩余油，其流動(dòng)阻力很大。② Y狀剩余油本質(zhì)上屬于膜狀剩余油，多形成在形狀為Y狀的孔隙區(qū)域，粘附在孔隙表面的油膜易在兩個(gè)方向受到驅(qū)動(dòng)力，形成Y狀剩余油。③柱狀剩余油是由于模型內(nèi)孔隙存在微觀非均質(zhì)性，大孔道內(nèi)的油被驅(qū)走，小孔道內(nèi)阻力較大，水相不能進(jìn)入，油被卡斷，形成柱狀剩余油。④簇狀剩余油是被細(xì)小孔道包圍起來(lái)的大油塊。低速水驅(qū)時(shí)簇狀剩余油較多，而高速水驅(qū)注入水能夠進(jìn)入簇狀剩余油，將其分割成柱狀剩余油，減少剩余油。

圖3 水驅(qū)后剩余油分布

3.1.2 低濃度聚合物驅(qū)剩余油分布

用濃度為600 mg/L，黏度為7.2 mPa·s的聚合物分別進(jìn)行速度為0.004 mL/min的低速驅(qū)替和速度為0.020 mL/min的高速驅(qū)替，選定單元的最終剩余油分布情況如圖4。

圖4 低濃度聚驅(qū)后剩余油分布形式

由水驅(qū)（圖3）和低濃度聚驅(qū)（圖4）剩余油分布情況可知，與水驅(qū)相比，注入聚合物能夠顯著驅(qū)替簇狀、柱狀剩余油，較大幅度地提高水相的波及系數(shù)，從而減少剩余油。低濃度聚合物驅(qū)替條件下，剩余油模式主要以柱狀和膜狀剩余油為主，這是因?yàn)榇貭钍Ｓ嘤偷恼掣搅ο鄬?duì)較小，聚合物擴(kuò)大驅(qū)替相波及體積的同時(shí)，能夠有效驅(qū)替簇狀剩余油；高濃度聚合物驅(qū)替條件下，提高聚合物驅(qū)替速度可增大驅(qū)替相剪切力，使粘附力較大的部分柱狀剩余油得到動(dòng)用，微觀模型中剩余油模式主要以膜狀剩余油為主，剩余油飽和度進(jìn)一步降低。

3.1.3 高濃度聚合物驅(qū)剩余油分布

用濃度為800 mg/L、黏度為9.1 mPa·s的聚合物分別進(jìn)行速度為0.004 mL/min的低速驅(qū)替和速度為0.020 mL/min的高速驅(qū)替，研究單元的剩余油分布情況(圖5)。

對(duì)比低濃度聚驅(qū)（圖4）和高濃度聚驅(qū)（圖5）剩余油分布情況可以看出：在相同注入速度下，注入高濃度聚合物后，簇狀剩余油分布的區(qū)域顯著減少，部分較大的柱狀剩余油也進(jìn)一步減少，這是由于提高注入聚合物濃度能夠使驅(qū)替相的黏度增加，從而進(jìn)一步減小油水流度比，同時(shí)還能提高驅(qū)替相剪切力的作用。特別是在高濃度聚合物高速驅(qū)替的情況下，簇裝剩余油幾乎消失，剩余油以小柱狀、膜狀剩余油為主；但由于細(xì)小孔喉中的柱狀剩余油有較高的滲流阻力，即使提高高濃度聚合物的注入速度，也無(wú)法使小柱狀剩余油得到有效驅(qū)替。

3.1.4 聚表二元體系驅(qū)剩余油分布

圖5 高濃度聚驅(qū)后剩余油分布

用聚合物濃度為600 mg/L、表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的復(fù)合體系，分別進(jìn)行速度為0.004 ml/min的低速驅(qū)替和速度為 0.020 ml/min的高速驅(qū)替，所選單元的剩余油分布情況如圖6。

圖6 聚表二元驅(qū)后剩余油分布形式

聚表二元復(fù)合驅(qū)結(jié)合了聚合物驅(qū)的高黏度和表面活性劑驅(qū)低界面張力的優(yōu)點(diǎn)，不僅能提高波及系數(shù)，還能提高驅(qū)油效率[8-10]。聚表二元驅(qū)驅(qū)替前緣能相對(duì)均勻地推進(jìn)，連通多個(gè)喉道的孔隙，導(dǎo)致Y狀剩余油的形成。與單一聚合物驅(qū)相比，聚表二元驅(qū)沒(méi)有明顯的簇狀和柱狀剩余油，剩余油類型以Y狀和膜狀為主，說(shuō)明二元復(fù)合驅(qū)能夠改善流度比，同時(shí)降低油水界面張力，使粘附力較高的剩余油被驅(qū)替出來(lái)。提高聚表二元驅(qū)的注入速度，能夠有效增加毛管數(shù)，提高微觀驅(qū)油效率，使Y狀和膜狀剩余油變薄，驅(qū)替效果進(jìn)一步變好。

3.2 注入體系對(duì)不同模式剩余油分布的影響

不同注入體系對(duì)不同類型的剩余油的影響不同，為有效對(duì)比不同驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)油效果，在低注入速度下分析各注入體系對(duì)剩余油分布的影響。

3.2.1 對(duì)膜狀剩余油分布的影響

膜狀剩余油前緣受驅(qū)動(dòng)力、粘附力和內(nèi)聚力三個(gè)主要作用力的影響。聚合物驅(qū)能增大驅(qū)動(dòng)力，但低濃度聚合物不足以驅(qū)動(dòng)油膜，高濃度聚合物會(huì)使膜狀剩余油明顯降低。聚表二元體系中的表面活性能使孔隙表面向親水性轉(zhuǎn)變，降低了油膜的粘附力，并且顯著降低油水界面張力，剩余油容易被拉斷，聚表二元驅(qū)能顯著減少膜狀剩余油。

3.2.2 對(duì)柱狀剩余油分布的影響

柱狀剩余油主要是由注入水指進(jìn)造成的，水驅(qū)時(shí)由于指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，柱狀剩余油較多，聚合物能夠提高注入相的波及系數(shù)，且高濃度聚合物驅(qū)效果好于低濃度聚合物，使柱狀剩余油減少。聚表二元體系所產(chǎn)生的協(xié)同作用，可使柱狀剩余油進(jìn)一步減少。

3.2.3 對(duì)簇狀剩余油分布的影響

聚合物驅(qū)降低簇狀剩余油機(jī)理與降低柱狀剩余油機(jī)理相同。低濃度聚驅(qū)和高濃度聚驅(qū)可將孔隙內(nèi)柱狀的剩余油進(jìn)一步驅(qū)替，在喉道內(nèi)形成柱狀剩余油。聚表二元驅(qū)能將柱狀剩余油進(jìn)一步驅(qū)替，驅(qū)替后剩余油類型主要為膜狀剩余油。降低簇狀剩余油效果的驅(qū)油體系由高到低分別為聚表二元驅(qū)、高濃度聚驅(qū)、低濃度聚驅(qū)。

4 結(jié)論

（1）水驅(qū)后剩余油類型主要為簇狀、柱狀和膜狀剩余油，前兩者為主要分布模式。

（2）對(duì)于相同的驅(qū)替介質(zhì)，高速驅(qū)替下的剩余油均少于低速驅(qū)替下的剩余油，說(shuō)明適當(dāng)增大驅(qū)替速度能夠改善驅(qū)替效果。

（3）聚合物驅(qū)能夠提高水相的波及系數(shù)，降低剩余油飽和度，且高濃度聚合物驅(qū)替效果優(yōu)于低濃度聚合物。聚表二元驅(qū)協(xié)同作用，不僅能提高波及系數(shù)，還能提高驅(qū)油效率，驅(qū)替后剩余油最少，驅(qū)替效果最好。