復(fù)雜斷塊油藏高含水期化學(xué)劑強(qiáng)化CO2復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)

蔣永平

中國(guó)石化華東油氣分公司泰州采油廠

洲城油田自1992年12月投入開發(fā)以來(lái)先后經(jīng)歷天然能量開發(fā)、注水穩(wěn)產(chǎn)、一次加密調(diào)整及產(chǎn)量遞減4個(gè)開發(fā)階段。由于頻繁地調(diào)層生產(chǎn)，使地下油水關(guān)系變得十分復(fù)雜，剩/殘余油的有效開發(fā)成為油田深度開發(fā)階段核心問題。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)復(fù)雜斷塊三角洲相儲(chǔ)層剩余油及殘余油形成機(jī)理、分布規(guī)律及主控因素做了卓有成效的研究，由于儲(chǔ)層平面及層間（內(nèi)）非均質(zhì)性，注入工作劑繞流區(qū)，剩余油呈現(xiàn)出“普遍發(fā)育、局部富集”的分布態(tài)勢(shì)；注入工作劑波及區(qū)內(nèi)，由于毛管力效應(yīng)及配位數(shù)等微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征的影響，孔隙內(nèi)殘余油呈現(xiàn)油膜、閉鎖或孤滴狀賦存，研究區(qū)含水率已高達(dá)92%，采出程度達(dá)36.9%，但仍有大量的原油殘留地下，因此亟需研發(fā)新的適合具有典型“小、碎、薄”等［1-3］特點(diǎn)的洲城高滲一般稠油油藏［4-5］開采措施，實(shí)現(xiàn)該類油藏剩余油的有效開發(fā)。

在歸納總結(jié)整裝油藏深度開發(fā)階段提高采收率技術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)基礎(chǔ)上，針對(duì)洲城油田復(fù)雜斷塊地質(zhì)特征及開采狀況，開展了化學(xué)劑強(qiáng)化CO2復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)體系先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，獲得了較好的增產(chǎn)效果。通過系統(tǒng)室內(nèi)2C復(fù)合驅(qū)油體系驅(qū)替物理實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究其增油機(jī)理，優(yōu)化注采方式及相應(yīng)參數(shù)，為該技術(shù)的完善及在蘇北油田同類區(qū)塊進(jìn)一步推廣與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 高含水油藏2C復(fù)合驅(qū)提高采收率機(jī)理

中高滲一般稠油油藏單純注CO2或化學(xué)法提高采收率的作用機(jī)理及配套工藝技術(shù)較為成熟，已在國(guó)內(nèi)外眾多區(qū)塊推廣應(yīng)用，并取得較顯著增油效果?；瘜W(xué)劑強(qiáng)化CO2復(fù)合驅(qū)提高采收率技術(shù)是以CO2超覆增能為基礎(chǔ)，通過CO2擴(kuò)散攜帶洗油劑至正韻律油層頂部，充分利用洗油劑的界面特性改變?cè)托阅芑騼?chǔ)層物性，提高CO2波及系數(shù)和驅(qū)油效率，改善CO2驅(qū)采開發(fā)效果，達(dá)到大幅度提高采收率的目標(biāo)。

相對(duì)于CO2或洗油劑單一注入介質(zhì)，研發(fā)的CO2輔助降黏劑具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：通過伴注洗油劑，可降低油水界面張力，提高洗油效率；同時(shí)，降低原油黏度，改善流動(dòng)性；加入驅(qū)油劑以改善油層巖石的潤(rùn)濕性及界面張力，降低殘余油飽和度。洗油劑分子進(jìn)入膠質(zhì)、瀝青質(zhì)片狀分子之間，使稠油中的超分子結(jié)構(gòu)由較高層次向較低層次轉(zhuǎn)化，從而降低原油黏度，減小原油流動(dòng)阻力，從而取得更好的驅(qū)油效果。

低油水界面張力洗油劑主要成分是兩性表面活性劑，具有較強(qiáng)降低油水界面張力的作用。注入儲(chǔ)層的CO2，不但能起到原油體積膨脹增能作用、溶解降黏作用、改善儲(chǔ)層滲透性及橫向驅(qū)油的效果，同時(shí)，通過CO2與洗油劑的混注，可減少洗油劑在近井帶巖石顆粒表面的吸附，將更多殘余油置于洗油劑波及范圍之內(nèi)，顯著提高單純注入洗油劑時(shí)的波及體積，特別是超覆作用下，CO2將洗油劑攜帶至正韻律砂體的高部位，對(duì)頂部剩余油實(shí)現(xiàn)有效波及，改善縱向波及的同時(shí)提高微觀驅(qū)油效率，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)油效率與波及系數(shù)的雙重目標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

儀器：巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置（巖心夾持器，中間容器以及恒溫箱），平流泵，磁力攪拌器，Texa-500界面張力儀，Wzs-1型阿貝折光儀，石油密度計(jì)，KTS-822電脫水儀，天平、自組裝手套箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

材料：實(shí)驗(yàn)選取洲城18井原油，地面脫氣原油黏度約為50 mPa·s；礦場(chǎng)用洗油劑；水樣為井口產(chǎn)出液中分離地層水；實(shí)驗(yàn)采用人造長(zhǎng)巖心，巖心長(zhǎng)30 cm，截面積4.91 cm2；純度為99.99%的CO2和N2氣。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

評(píng)價(jià)礦場(chǎng)用洗油劑洗油率、耐溫、耐鹽性能；用蒸餾水配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的洗油劑溶液，在手套箱中抽去空氣，調(diào)節(jié)手套箱內(nèi)通入的N2和CO2比例，將洗油劑溶液和原油放置于手套箱中飽和12 h，然后測(cè)定油/地層水體系、油/水/洗油劑溶液體系、油/水/不同CO2濃度飽和洗油劑溶液體系下界面張力，測(cè)試過程中，將洗油劑溶液注入樣品測(cè)試管中，再注入內(nèi)相油滴，旋緊測(cè)試管壓帽，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為5000 r/min，按一定的時(shí)間間隔測(cè)量油滴直徑和長(zhǎng)度，計(jì)算得到界面張力隨時(shí)間的變化曲線；最后，應(yīng)用巖心驅(qū)替裝置，以水驅(qū)油作為基礎(chǔ)對(duì)比方案，設(shè)計(jì)水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2氣驅(qū)、洗油劑驅(qū)以及洗油劑、CO2交替驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和長(zhǎng)巖心物性參數(shù)見表1。

3 結(jié)果與討論

3.1 洗油劑性能評(píng)價(jià)

廠家送檢的樣品洗油劑為水溶性液體，1%的洗油劑即可大幅度降低油水界面張力，高溫（80 ℃）及礦化度較高的地層水對(duì)洗油劑的界面張力影響較小，可以忽略不計(jì)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用磁力攪拌器低速攪拌2 h樣品完全分散，無(wú)沉淀、分層、乳化現(xiàn)象。分別用0.3%和1%的洗油劑浸泡油砂，未加洗油劑時(shí)，上層液體澄清透明，加入洗油劑后，油砂中原油逐漸進(jìn)入上層水相中，則說(shuō)明該洗油劑具有較好的洗油能力。用石油醚萃取剩余油砂中原油后，觀察洗油劑的洗油效果，如表2所示。

表1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)方案及物性參數(shù)表Table 1 Core displacement test plan and physical parameter

表2 洲18井原油洗油能力評(píng)價(jià)Table 2 Oil washing agent Zhoucheng 18 well crude oil thin oil capacity evaluation

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，隨著洗油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，洗油率增大。這是由于洗油劑中的表面活性劑通過親水、親油基團(tuán)的作用，使溶液形成了穩(wěn)定的O/W體系，降低了界面張力和原油黏度，更容易將油膜從顆粒表面剝離。以萃取后的石油醚為樣品，根據(jù)描述吸光度與吸光物質(zhì)濃度關(guān)系的朗伯–比爾定律，通過觀察紫外分光光度計(jì)上的吸光度來(lái)測(cè)量其含油量，當(dāng)洗油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.3%增加到1%時(shí)，吸光度從0.425降到0.295。

3.2 洗油劑降低界面張力性能評(píng)價(jià)

由黏附功公式可知，油水界面張力越低，驅(qū)油體系從巖石表面剝離油滴的能力越強(qiáng)［6］，根據(jù)界面張力和剩余油飽和度的關(guān)系，當(dāng)界面張力小于0.01 mN/m時(shí)，波及區(qū)域的殘余油飽和度可大幅度降低。因此，洗油劑/CO2/油水復(fù)合體系界面張力大小及變化規(guī)律是揭示2C驅(qū)油技術(shù)提高采收率機(jī)理的關(guān)鍵問題。

測(cè)定油/地層水體系、油/水/洗油劑溶液體系、油/水/CO2飽和后洗油劑溶液體系3種溶液體系界面張力，圖1為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CO2飽和1%洗油劑溶液后界面張力值。

圖1 CO2飽和1%洗油劑后體系內(nèi)油水間界面張力Fig. 1 Interfacial tension between oil and water in CO2 saturated 1% oil wash

測(cè)試結(jié)果表明，加入洗油劑能夠極大地降低油水間界面張力；pH值的降低同樣能夠降低油水間界面張力。由于加入洗油劑后，表面活性物質(zhì)的分子能夠定向地排列于油水兩相之間的界面層中，使界面的不飽和力場(chǎng)得到補(bǔ)償，從而使界面張力降低。CO2飽和后，能夠在一定程度上降低表面活性劑的pH值，當(dāng)pH值降低后，會(huì)改變表面活性劑物質(zhì)的狀態(tài)，使界面張力降低。由此可見，洗油劑與CO2的協(xié)同作用，相對(duì)于單一注入介質(zhì)使油水界面張力降低幅度更大，進(jìn)一步提高微觀驅(qū)油效率。

3.3 注入方式實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)洲城油田開發(fā)方式，驅(qū)油物理模擬在60 ℃恒溫條件下實(shí)驗(yàn)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，共開展4組驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2～圖5。

圖2 水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線Fig. 2 Curve of water flooding test results

圖3 水驅(qū)后轉(zhuǎn)洗油劑驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線Fig. 3 Curve of experimental results of water-flushing agent after waterflood

圖4 水驅(qū)后轉(zhuǎn)CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線Fig.4 Curve of experimental results of CO2 flooding after waterflood

圖5 水驅(qū)后洗油劑/CO2交替驅(qū)曲線Fig. 5 Curve of alternating water displacement after water flooding/CO2

由圖2可知，水驅(qū)油過程中在注入0.298 PV時(shí)，出口端見水，無(wú)水采收率為38.26%；見水突破后，含水率上升很快，最終保持穩(wěn)定。隨著注水量的增加，注入壓力不斷上升，在見水后一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大；此后開始逐漸降低，并趨于穩(wěn)定。水驅(qū)結(jié)束時(shí)，最終采收率為53.68%。

由圖3可知，水驅(qū)過程中含水率不斷上升；轉(zhuǎn)注洗油劑后，含水率降低至85.18%，隨后又逐漸上升。同時(shí)，使用洗油劑驅(qū)后，在乳化作用下，使原油由W/O型轉(zhuǎn)變成O/W型乳狀液，降低了原油黏度和驅(qū)油阻力，由水驅(qū)的53.68%增至61.33%，從而提高了原油采收率率。

由圖4可知，水驅(qū)結(jié)束轉(zhuǎn)注CO2氣驅(qū)，由于CO2極易溶于原油，降低了原油黏度和油水界面張力；CO2溶于原油后，會(huì)使原油的體積發(fā)生膨脹；原油中的CO2在溫度升高后會(huì)部分游離汽化，產(chǎn)生部分能量，促進(jìn)驅(qū)油，采收率由水驅(qū)的53%提升至65.76%。

由圖5可知，采用了洗油劑/CO2交替驅(qū)后，注入壓力高于水驅(qū)和CO2驅(qū)的注入壓力，含水率上升的速度比較慢，采收率達(dá)到了73.67%，表明洗油劑/CO2段塞注入效果最好。由于洗油劑/CO2交替驅(qū)的過程中，經(jīng)過多次的交替驅(qū)后，擴(kuò)大了液相和氣相的波及范圍，提高了驅(qū)替壓力。隨著交替驅(qū)的進(jìn)行，巖心孔隙中含水飽和度逐漸增加，注入水開始占據(jù)大孔道，在孔隙中部形成連續(xù)相，氣相則以更小的氣泡形式滲流。油以油膜形式聚集在氣的周圍，水驅(qū)氣的同時(shí)，也將油采出，從而提高了最終采收率。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，4種驅(qū)替方案中，水驅(qū)采出率最低，為53.68%；洗油劑驅(qū)優(yōu)于水驅(qū)，采出率為61.33%；CO2驅(qū)的采出率為65.76%；洗油劑/CO2交替驅(qū)的采出率最高，達(dá)到了73.67%。其他指標(biāo)對(duì)比表明，水驅(qū)的注入壓力較高，含水率上升較快；CO2驅(qū)的注入壓力最低；降黏劑/CO2交替驅(qū)的注入壓力最高，高于水驅(qū)和CO2驅(qū)的注入壓力，含水率上升較慢。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議生產(chǎn)中采用降粘劑/CO2段塞注入方式有利于充分利用CO2超覆作用擴(kuò)大洗油劑波及范圍，提高最終采收率。

4 礦場(chǎng)應(yīng)用

洲城油田洲Ⅳ斷塊1992年底投入開發(fā)，主要含油層系為垛一段底塊砂巖，縱向上劃分為9層，主力含油小層為2、6層，屬于底水能量充足，中高滲高采出程度一般稠油油藏（原油黏度26.83 mPa·s）。為了進(jìn)一步明確2C驅(qū)油體系驅(qū)油效果影響因素。建立洲18井組實(shí)際地質(zhì)模型，應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)連續(xù)注入、段塞注入，并考慮CO2注入速度、洗油劑注入速度、洗油劑濃度3種因素的組合注入方案，洲18井組2C驅(qū)油提高采收率技術(shù)最優(yōu)推薦注采參數(shù)為：CO2與洗油劑3次段塞注入、CO2/洗油劑總量配比為2∶1，二氧化碳注入速度為100 t/d，洗油劑注入速度為100 t/d、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%。極差分析表明，CO2/洗油劑總量配比對(duì)開發(fā)效果影響最大，其次為注入段塞數(shù)，最后洗油劑濃度。基于室內(nèi)及數(shù)值模擬參數(shù)優(yōu)化認(rèn)識(shí)，對(duì)洲城油田一注一采井組礦場(chǎng)試驗(yàn)表明，注入CO2和洗油劑，含水率由措施前的99%降到措施后的41%；日產(chǎn)油1.03 m3，措施后提高到10.03 m3，效果顯著。井組日產(chǎn)油由1 t增至6 t，含水從98%降至65%～80%，取得顯著增油降水效果。理論研究及礦場(chǎng)實(shí)踐表明，2C驅(qū)油技術(shù)是復(fù)雜斷塊油藏深度開發(fā)階段改善開發(fā)效果、挖潛剩余油有效手段，對(duì)同類型“三高”油藏開發(fā)具有積極意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

（1）洗油劑具有較好的耐溫性、耐鹽性，可以大幅降低油水界面張力；隨著洗油劑溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，洗油率增加，洗油劑洲城油田一般稠油表現(xiàn)出較好的洗油性能，當(dāng)洗油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，洗油率達(dá)到了90.64%。

（2）通過對(duì)洗油劑對(duì)油水間界面張力的影響，在微觀上研究了洗油劑的洗油能力以及其對(duì)稠油的驅(qū)替機(jī)理。洗油劑能夠極大地降低油水間界面張力，能夠很好地改善稠油的驅(qū)替效果，同時(shí)，pH值對(duì)于油水間界面張力具有一定的影響。

（3）高含水油藏水驅(qū)結(jié)束后轉(zhuǎn)洗油劑、CO2驅(qū)和洗油劑/CO2交替驅(qū)均取得較好的提高采收率效果，三者提高幅度分別達(dá)到7.65%、12.1%和20.0%，其中，洗油劑/CO2交替驅(qū)大于CO2或洗油劑單獨(dú)驅(qū)替效果，表明2C復(fù)合驅(qū)油體系洗油劑與CO2的協(xié)同作用可以更好地提高采收率。

（4）數(shù)值模擬及極差分析結(jié)果表明，洲18井組2C驅(qū)油提高采收率技術(shù)最優(yōu)推薦注采參數(shù)為CO2與洗油劑三次段塞注入、CO2/洗油劑總量配比為2∶1，二氧化碳注入速度為100 t/d，洗油劑注入速度為100 t/d、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，其中，CO2/洗油劑總量配比對(duì)開發(fā)效果影響最大，其次為注入段塞數(shù)，最后為洗油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)。洲18井區(qū)一注一采礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)表明，針對(duì)類似洲城油田正韻律中高滲油田，化學(xué)劑和CO2交替驅(qū)替可以達(dá)到較好的穩(wěn)油控水效果。