韓培慧 ，閆 坤 ，曹瑞波 ，高淑玲 ，佟 卉

（1.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318；2.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

0 引言

聚驅后油層剩余油分布高度零散、優(yōu)勢滲流通道發(fā)育，開采難度大，驅油機理復雜［1-2］，驅油體系配方難度大，經濟效益差，目前還沒有較成熟的提高采收率方法。在聚驅后油層提高采收率驅油方法研究方面，國內各研究單位研究了多段塞平行聚能驅油［3-4］、凝膠與表活劑交替注入［5-7］、熱采等多種驅油方法［8-9］，這些方法大多限于室內理論研究，僅少數驅油方法開展了相關現場試驗［10-11］。

目前，大慶油田聚合物驅區(qū)塊進入后續(xù)水驅階段的地質儲量占已投注總地質儲量的比例為75.2%，資源體量巨大，亟須突破聚驅后提高采收率技術，實現提高采收率10%以上的目標。篩選高濃度聚驅、三元復合驅及利用非均相復合驅等新型驅油方法開展現場試驗，以期為提高油田的經濟效益提供依據。

1 聚驅后油層開發(fā)現狀及面臨的主要挑戰(zhàn)

1.1 開發(fā)現狀

截至2016年12月，大慶油田一類油層工業(yè)化注聚區(qū)塊57個，進入聚驅后續(xù)水驅區(qū)塊41個，平均采出程度56%。聚驅后續(xù)水驅區(qū)塊綜合含水由后續(xù)水驅初期的92.3%上升到目前的97.5%，單井日產油由后續(xù)水驅初期的7 t下降到目前的1.7 t。

聚驅后油層縱向上弱，未水洗段與中、強水洗段交互分布，剩余儲量潛力主要分布在油層發(fā)育較好的葡Ⅰ2、葡Ⅰ2和葡I5+6單元；平面上剩余油高度零散，剩余儲量潛力主要分布在河道砂內部；聚驅后優(yōu)勢滲流通道在平面上大面積分布，所占井組比例為81%，縱向上主要分布在葡Ⅰ2和葡Ⅰ3單元的下部，分別占本單元厚度比例的23.7%和24.9%。

1.2 主要挑戰(zhàn)

聚驅后油層剩余油平面上高度分散，縱向上中、強水洗段交互分布，開采難度大［12-14］，聚驅后優(yōu)勢滲流通道發(fā)育，層間、層內和平面三大矛盾加劇［15-17］。由于化學劑在儲層的滯留及壓力場和飽和度場發(fā)生改變，致使驅油機理更加復雜，流度控制和剖面調整更加困難，導致經濟而高效的深部調堵技術形成難度加大?，F有調剖劑初始黏度高（膨脹倍數高），易污染中、低滲透層，性能不能滿足深部封堵優(yōu)勢滲流通道的需要，是聚驅后油層開發(fā)的主要矛盾。聚驅后必須要考慮驅替相和被驅替相之間的流度比或流度控制作用。因為聚驅后油層會有大量的殘留聚合物，低滲透層滯留量遠大于高滲透層，這一差異導致層間、層內和平面矛盾更加突出。因而，聚驅后提高采收率方法必須同時具有擴大波及系數和提高微觀驅油效率的雙重作用。

統(tǒng)計聚驅前后取心井資料結果表明，聚驅前平均含水飽和度為0.472，聚驅后為0.591。在聚驅過程中，聚合物溶液地下有效黏度為30 mPa·s時，能夠滿足流度比小于1的要求。聚驅后，再用同樣黏度（30 mPa·s）的聚合物驅油，則不能滿足流度比小于1的要求。聚驅后高滲透層位，含水飽和度已達到0.70，即使黏度提高到100 mPa·s，流度比還是遠大于1（圖1）。因此，聚驅后僅靠增加驅替相黏度達到合理流度控制的能力有限，必須在調、堵的基礎上擴大波及體積，進而提高驅油效率［18-20］。

圖1 相對滲透率、流度比與不同含水飽和度關系曲線Fig.1 Relationships of water saturation with relative permeability and fluidity ratio

2 聚驅后常規(guī)驅油方法現場試驗

在聚驅后儲層物性、剩余油分布特征和驅油體系優(yōu)選研究的基礎上，開展了聚驅后高濃度聚驅和三元復合驅等常規(guī)驅油方法現場試驗研究。

2.1 高濃度聚驅現場試驗

2.1.1 試驗區(qū)概況

在原聚驅井網基礎上，通過井網重構分別開展了薩北油田北二東西塊和喇嘛甸油田北東塊2個高濃度聚驅現場試驗。其基本概況如表1所列。

薩北油田北二東西塊試驗區(qū)2010年8月開始注入高濃度聚合物，2015年7月停止注入聚合物，累計注入聚合物溶液0.682 PV，聚合物用量1 809 mg/L·PV，截至2018年12月已后續(xù)水驅0.384 PV，累計注采比0.97；喇嘛甸油田北東塊2011年9月開始注入高濃度聚合物，2016年4月停止注入聚合物，累計注入聚合物溶液0.696 PV，聚合物用量1 895 mg/L·PV，截至2018年12月已后續(xù)水驅0.330 PV，累計注采比0.82。

表1 高濃度聚驅試驗區(qū)基本概況Table 1 Basic introduction of high concentration polymer flooding test area

2.1.2 試驗效果及認識

試驗區(qū)注入高濃度聚合物后，注入剖面得到有效改善，吸水厚度比例增加。薩北油田北二東西塊和喇嘛甸油田北東塊試驗區(qū)吸水厚度比例較空白水驅分別上升了26.3%和14.9%，比一次聚驅增加了15.8%和0.5%。同時，采出液氯離子質量濃度增加了229 mg/L，說明此時增加了新的出油部位；注入壓力上升了4.3～5.2 MPa，視吸水指數下降了32%～58%，聚驅后擴大波及體積效果明顯。

中心井見效明顯，薩北油田北二東西塊和喇嘛甸油田北東塊中心井含水均下降了6%，截至2018年12月聚驅后采收率分別提高了8.0%和8.1%，數值模擬預測最終采收率分別提高了8.05%～8.27%。

2.2 三元復合驅現場試驗

2.2.1 試驗區(qū)概況

分別在北二西、南三東開展了聚驅后弱堿三元復合驅和強堿締合聚合物三元復合驅現場試驗。試驗區(qū)基本概況如表2所列。

北二西試驗區(qū)采用2 500萬分子量普通聚合物、碳酸鈉、石油磺酸鹽的弱堿三元復合體系；南三東試驗區(qū)采用締合聚合物、氫氧化鈉、烷基苯磺酸鹽的強堿三元復合體系。締合聚合物具有遇堿增黏的作用，因此三元體系可以在較低的聚合物濃度下具備較高的黏度。

表2 三元復合驅試驗區(qū)基本概況Table 2 Basic introduction ofASPflooding test area

2.2.2 試驗效果及認識

截至2018年12月，北二西試驗區(qū)注入三元主段塞為0.606 V，累計注采比為0.85。注入壓力上升了3.9 MPa，吸水厚度比例增加了14.4%，采出井見效比例為81.8%，綜合含水下降了4.6%，單井含水最大降幅20.6%，階段提高采收率為8.45%。預測最終提高采收率10.44%；南三東試驗區(qū)注入三元主段塞0.505 PV，注入三元副段塞0.196 V，累計注采比為1.08。注入壓力上升了4.6 MPa，吸水厚度比例增加了32.0%，采出井見效比例100%，綜合含水下降了4.7%，單井含水最大降幅為6.4%，階段提高采收率為5.5%，預測最終提高采收率7.76%。

已開展的2個聚驅后三元復合驅現場試驗效果存在差異，弱堿三元復合驅效果優(yōu)于強堿締合聚合物三元復合驅。這2個試驗區(qū)注入三元體系黏度相同，壓力升幅相近，見效時機相近。強堿締合聚合物三元復合驅試驗區(qū)含水下降速度快，但波動較大，弱堿三元復合驅試驗區(qū)含水穩(wěn)定下降且降幅大，采出程度高，試驗效果好。分析其效果存在差異的原因是：①締合聚合物三元復合驅試驗區(qū)試驗前采出程度高；②締合聚合物三元體系地下黏度保留率低；③強堿締合聚合物三元體系結垢嚴重［21-23］。

3 聚驅后新型驅油方法研究

聚驅后常規(guī)驅油方法現場試驗表明，高濃度聚合物體系具備較好的擴大波及體積的能力，現場試驗見到了一定效果，但由于其提高驅油效率能力有限，不能進一步降低波及區(qū)域的殘余油飽和度，聚驅后達不到提高采收率10%以上的目標。弱堿三元復合驅雖然可提高采收率10%以上，取得較好的技術效果，但為了保持流度控制作用，須大幅增加聚合物用量，至使經濟效益變差。為實現最大幅度提高采收率和最佳的經濟效益，探索研究了3種新型驅油方法，并通過物理模擬驅油實驗評價了其驅油效果。

依據大慶油田聚驅后油層狀況設計了實驗物理模型。該模型由3支均質巖心并聯組成，高滲層空氣滲透率為4 000 mD，寬度為4.5 cm，厚度為1.8 cm，長度為30 cm；中滲層空氣滲透率為2 000 mD，寬度為4.5 cm，厚度為2c m，長度為30 cm；低滲層空氣滲透率為500 mD，寬度為4.5 cm，厚度為2 cm，長度為30 cm。3種新型驅油方法驅油實驗均采用此模型。

實驗設備為QY-12型自動物理模擬驅油實驗裝置，主要由驅動系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)、中間容器、壓力采集系統(tǒng)等幾部分組成。實驗程序為：水驅至含水率98%+一次聚驅0.57 PV+后續(xù)水驅至含水率98%+聚驅后化學劑驅+后續(xù)水驅至含水率98%。實驗過程中采用量筒采集采出液，并準確讀取采出油量、出水量。一次聚驅采用1 200萬分子量中分聚合物，質量濃度為1 000 mg/L，用量為570 mg/L·PV。以下3種驅油方法實驗中一次聚驅提高采收率均在15%左右。

3.1 “調堵劑+驅油體系”組合注入驅油方法

聚驅后的單純三元復合驅，為保持流度控制作用，須大幅增加聚合物用量。為此，研究了通過“新型調堵劑+弱堿三元”注入方式降低聚合物用量的方法。新型調堵劑選用低初黏可控凝膠，與常規(guī)凝膠調堵劑相比，低初黏可控凝膠體系初黏可控制在10 mPa·s以下，30 d 內保持在 300 mPa·s以下，30 d后上升到2 000 mPa·s左右，該性能凝膠體系有利于實現優(yōu)勢滲流通道深部定點封堵且對中低滲透層污染小。

3.1.1 實驗方案設計

設計了2組實驗方案：方案一為聚驅后“新型調堵劑+驅油體系”注入方式，驅油體系選用弱堿三元體系；方案二為聚驅后弱堿三元復合驅，方案二作為評價方案一驅油效果的對比方案。

聚驅后實驗程序如下：

（1）聚驅后“低初黏可控凝膠+弱堿三元”：0.1 PV低初黏凝膠（質量濃度為1 000 mg/L）+0.5 PV三元（聚合物質量濃度為1 800 mg/L）+0.2 PV聚合物保護段塞（聚合物質量濃度為1 300 mg/L）+后續(xù)水驅至含水率98%。

（2）聚驅后弱堿三元復合驅：0.5 PV三元（聚合物質量濃度為2 600 mg/L）+0.2 PV聚合物保護段塞（聚合物質量濃度為1 900 mg/L）+后續(xù)水驅至含水率98%。

3.1.2 實驗結果分析

實驗結果表明，聚驅后弱堿三元復合驅可提高采收率10.2%。聚驅后采用“低初黏可控凝膠+弱堿三元”注入方式可提高采收率12.3%，較單純三元復合驅提高了2.1%，并且可使弱堿三元體系聚合物質量濃度由單純弱堿三元復合驅的2 600 mg/L降到1 800 mg/L，節(jié)省了三元主段塞聚合物用量的30.7%，聚驅后共節(jié)省聚合物用量25%。實驗結果表明：“低初黏可控凝膠+弱堿三元”組合注入驅油方法，既提高了采收率，又降低了聚合物用量。

從注入壓力曲線（圖2）可以看出：“低初黏凝膠+弱堿三元”注入方式的壓力升幅遠高于單純三元復合驅，說明凝膠有效封堵了高滲層，控制了低效與無效循環(huán)，后續(xù)注入的三元體系在中低滲層中產生較大滲流阻力，微觀上有利于剝離啟動受各種微觀力作用的殘余油，宏觀上可大幅提高中低滲層吸液比例，從而提高中低滲層的動用程度。

圖2 注入壓力與注入孔隙體積倍數（PV）曲線Fig.2 Injection pressure curves of different injection modes

3.2 非均相復合驅油方法

非均相復合體系由非連續(xù)相（PPG）與連續(xù)相（弱堿三元體系）混合而成。PPG是預交聯凝膠顆粒的英文簡寫，它是確定采用化學交聯構筑凝膠網絡，前加堿共水解法引入離子單元，可獲得具有一定彈性、較高溶脹倍數、穩(wěn)定性好的樣品，同時工藝簡單，成本較低。物理化學性能評價表明，非均相體系形成超低界面張力范圍寬，90 d仍能達到超低界面張力；黏度穩(wěn)定性好，90 d黏度保留率可達86.6%，遠高于普通三元體系。滲流實驗表明，非均相復合體系具有較高阻力系數和殘余阻力系數，且能運移至油層深部。

3.2.1 實驗方案設計

聚驅后非均相復合驅實驗方案如下：0.5 PV非均相（PPG質量濃度為500 mg/L，聚合物質量濃度為1 400 mg/L）+0.2 PV聚合物保護段塞（聚合物質量濃度為1 300 mg/L）+后續(xù)水驅至含水率98%。

對比實驗采用前文3.1部分所屬聚驅后三元復合驅實驗方案。

3.2 .2 實驗結果分析

圖3 聚驅后采收率提高值與不同滲透層的關系Fig.3 Different permeability stratification and average recovery value after polymer flooding

大幅提高了低滲層動用程度，調整剖面效果顯著。實驗結果表明：聚驅后的非均相復合驅可提高采收率13.6%，較三元復合驅采收率提高了3.4%，共節(jié)省聚合物用量28%。非均相復合驅之所以取得較好的驅油效果，原因在于PPG能夠吸水膨脹，膨脹后的顆粒具有彈性，在壓力作用下變形通過孔隙，具有交替堵驅、高效轉向、均衡驅替、調洗協(xié)同等特點。從圖3可以看出，不同滲透層非均相復合驅采收率提高值均高于三元復合驅。其中，低滲層采收率提高值差異大，非均相驅高于弱堿三元驅12.1%，說明非均相復合驅大幅提高了低滲層動用程度，調整剖面效果顯著。

3.3 插層聚合物復合驅油方法

插層聚合物復合體系由插層聚合物與弱堿三元體系混合而成。插層聚合物是以丙烯酰胺單體為主，利用插層技術，采用原位聚合將單體和改性黏土有機結合，從而形成了具有新結構的聚合物。插層聚合物具有較好的黏度穩(wěn)定性且殘余阻力系數明顯大于阻力系數，有較好的調堵能力。

3.3.1 實驗方案設計

聚驅后插層聚合物復合驅實驗方案如下：0.5 PV插層聚合物復合體系（插層聚合物的質量濃度為1 000 mg/L，普通25萬分子量聚合物質量濃度為1 000 mg/L）+0.2 PV聚合物保護段塞（聚合物質量濃度為1 300 mg/L）+后續(xù)水驅至含水率98%。

對比實驗采用前文3.1部分所屬聚驅后三元復合驅實驗方案。

3.3.2 驅油效果評價

實驗結果表明，聚驅后插層聚合物復合驅可提高采收率15.9%，較弱堿三元復合驅采收率提高了5.7%，節(jié)省聚合物用量25%，取得了較好的效果。

通過巖心滲流實驗研究了插層聚合物驅油效果好于普通聚合物的滲流機理。配制同為1 000 mg/L質量濃度的插層聚合物溶液和普通中分聚合物溶液開展?jié)B流實驗，對比2種類型聚合物滲流特性的差別。從圖4可以看出：插層聚合物注入壓力、阻力系數和殘余阻力系數均明顯高于普通聚合物，且插層聚合物具有殘余阻力系數明顯大于阻力系數的特點。并聯巖心分流實驗表明（圖5），插層聚合物可大幅提高低滲層吸液比例，在后續(xù)水驅階段分流率高于高滲層。上述特點說明，插層聚合物具有較強的調堵性能［24-26］，可大幅提高低滲透層動用程度，因此驅油效果好于普通聚合物。

圖4 不同聚合物注入壓力隨注入PV數變化曲線Fig.4 Variation curves of different polymer injection pressure with PV numb

圖5 不同滲透層分流率隨注入PV數變化曲線Fig.5 Variation curves of different permeability layers with injected PV number

3.4 對比分析

現場試驗和大量室內研究表明，聚驅后必須走“堵調驅”相結合的技術路線，即在調、堵的基礎上擴大波及體積，提高驅油效率。本次研究所述3種方法均具有“堵調驅”功能，聚驅后均能大幅降低剩余油飽和度，只是每種方法“堵調”的原理有所不同，模型各階段剩余油飽和度及主要堵調原理如表3所列。

表3 不同驅油方法及主要驅油機理Table 3 Different oil displacement methods and main oil displacement mechanisms

為了說明這3種方法應用于現場的經濟性，以實際開展現場試驗的北二西弱堿三元復合驅為例進行了經濟效益評價。

計算依據為：

新增產值（收入）=技術增油量×單位原油價格（不含稅）×商品率。

新增利潤=收入-營業(yè)稅金及附加-石油特別收益金-增油量成本費用。

營業(yè)稅金及附加=城建稅+教育費附加+資源稅。

增油量成本費用=噸油成本費用×增油量×商品率。

總經濟效益=累計增產油量×（原油價格-操作成本）-鉆井費用-基建費用-累計措施費用-化學劑費用。

評價結果表明，北二西弱堿三元復合驅在油價404.38$/t時內部收益率可達到6%。本次研究所述的3種方法化學劑用量均小于北二西弱堿三元復合驅，而且提高采收率幅度均大于弱堿三元復合驅，現場實施工藝上與弱堿三元復合驅相同。因此，在油價404.38$/t時內部收益率應遠大于6%，在當前510.95$/t左右油價條件下具有較大的利潤空間。

4 結論

（1）依據“堵、調、驅”相結合的技術路線，研發(fā)了“調堵劑+驅油體系”組合注入、非均相復合驅、插層聚合物復合驅3種新型驅油方法，3種方法聚驅后采收率分別提高了12.3%，13.6%和15.9%，較普通三元復合驅分別提高了2.1%，3.4%和5.7%。

（2）3種新型驅油方法既大幅提高了聚驅后的采收率，又降低了聚合物用量，具備較好應用前景。