弱堿ASP在Ⅲ類油層中長(zhǎng)距離運(yùn)移的采收率效果評(píng)價(jià)

陳宇光 侯吉瑞 尚丹森 方舟

1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院2.中石油三次采油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室低滲油田提高采收率應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究室 3.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

弱堿三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展的一種三次采油提高采收率新技術(shù)。強(qiáng)堿容易與地層巖心反應(yīng)并結(jié)垢[1-2]，對(duì)地層的影響比較大。目前，許多文獻(xiàn)都對(duì)弱堿三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行過(guò)相關(guān)的報(bào)道[3-5]，在大慶Ⅲ類油層也有相關(guān)的研究。周志軍等[6]研究了弱堿三元復(fù)合體系在不同注入階段的注入壓力、采出液黏度、阻力系數(shù)等參數(shù)在Ⅲ類油層巖心中的變化規(guī)律；閆文華等[7]研究了Ⅲ類油層中弱堿三元復(fù)合體系的聚合物濃度、表面活性劑濃度、注入時(shí)機(jī)及注入方式對(duì)驅(qū)油效果的影響；賈忠偉等[8]對(duì)三元復(fù)合驅(qū)在Ⅲ類油層中提高采收率的可行性進(jìn)行研究，認(rèn)為Ⅲ類油層應(yīng)用三元復(fù)合驅(qū)是可行的。但是，關(guān)于弱堿三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)在Ⅲ類油層中的規(guī)律研究都是在巖心中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，由于巖心長(zhǎng)度的限制，一般不超過(guò)1 m，反映三元復(fù)合體系在地層中的長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)移過(guò)程規(guī)律有限。馬云飛等[9-10]和安晨輝[11]對(duì)超長(zhǎng)砂管長(zhǎng)距離運(yùn)移實(shí)驗(yàn)都有過(guò)相關(guān)的研究，對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，但是都沒(méi)有研究弱堿三元復(fù)合體系，且研究的對(duì)象均為大慶Ⅱ類油層，未對(duì)Ⅲ類油層有過(guò)相關(guān)的報(bào)道。大慶油田Ⅲ類油層比Ⅱ類油層具有滲透率更低、有效厚度更小等特點(diǎn)。因此，對(duì)Ⅲ類油層中弱堿三元復(fù)合體系在30 m超長(zhǎng)填砂管的運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

聚合物(P)：部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，分子量800萬(wàn)，有效含量90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；表面活性劑(S)：石油磺酸鹽，有效含量40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；堿(A)：碳酸鈉，分析純。

實(shí)驗(yàn)用水：大慶油田深度處理脫油污水；實(shí)驗(yàn)用油：航空煤油和大慶油田采油二廠脫水原油按比例配制成黏度為9.9 mPa·s(45 ℃)的模擬油；油砂：大慶油田天然巖心經(jīng)過(guò)抽提、解集處理獲得。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

布氏黏度計(jì)(Brookfield Viscometer)，TX-500C界面張力儀，KQ2000E型超聲波清洗器及自主設(shè)計(jì)制造的30 m填砂長(zhǎng)管物理驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置包括：自控恒溫箱、恒壓恒速泵、中間容器、30 m填砂長(zhǎng)管模型、壓力傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

(1) 使用油砂填充30 m長(zhǎng)管后，對(duì)30 m長(zhǎng)管填砂模型進(jìn)行抽真空處理，然后飽和水并測(cè)定孔隙體積和水測(cè)滲透率。

(2) 飽和模擬油，并在45 ℃下老化10天。

(3) 水驅(qū)至出口含水率達(dá)到98%。

(4) 前后順序注入弱堿三元復(fù)合體系主段塞和副段塞。主段塞0.35 PV，體系配方為0.3%(w)S+1.2%(w)A +1650 mg/L P，黏度為24.6 mPa·s；副段塞0.2 PV，體系配方為0.2%(w)S+1.0%(w)A +1550 mg/L P，黏度為24.3 mPa·s。

(5) 注入0.2 PV的保護(hù)段塞(1200 mg/L P，黏度為24.4 mPa·s)。

(6) 后續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)到98%。

以上實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃恒溫，流速為0.3 mL/min恒速。從主段塞開(kāi)始注入時(shí)取樣，取樣時(shí)刻對(duì)應(yīng)的注入體積如表1所列，取樣點(diǎn)分布如表2所列。

表2 取樣點(diǎn)分布Table 2 Distribution of sampling points取樣點(diǎn)編號(hào)123456距入口端距離/cm12838363888811431398取樣點(diǎn)編號(hào)789101112距入口端距離/cm156319082163241826733000

1.4 分析方法

(1) 使用布氏黏度計(jì)測(cè)黏度。測(cè)量溫度45 ℃，轉(zhuǎn)速6 r/min。

(2) 使用TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)界面張力。測(cè)量溫度45 ℃，轉(zhuǎn)速5000 r/min。

(3) 使用KQ2000E型超聲波清洗器和分刻度容量瓶測(cè)量殘余油飽和度，具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)[12]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 驅(qū)油動(dòng)態(tài)分析

在30 m填砂長(zhǎng)管物理模型中研究Ⅲ類油層弱堿三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的驅(qū)油效果如表3所示，驅(qū)油動(dòng)態(tài)曲線如圖2所示。

表3 驅(qū)油效果Table 3 Oil recovery efficiency孔隙度/%水測(cè)滲透率/10-3 μm2初始含油飽和度/%水驅(qū)采收率/%提高采收率幅度/%23.96105.9465.7243.5717.06

從表3可看出，在滲透率為105.94×10-3μm2的Ⅲ類油層中，水驅(qū)采收率為43.57%，進(jìn)行弱堿三元復(fù)合驅(qū)后，提高采收率幅度為17.06%，說(shuō)明弱堿三元復(fù)合驅(qū)在Ⅲ類油層中的提高采收率效果較好。

由圖2可見(jiàn)，注入壓力曲線整體趨勢(shì)是先上升后下降。在壓力上升階段，最高壓力達(dá)到12.5 MPa，約是水驅(qū)壓力(3.4 MPa左右)的3.68倍，說(shuō)明該弱堿三元復(fù)合體系在Ⅲ類油層中保證注入能力良好的基礎(chǔ)上，還能保證一定的控制流度和提高滲流阻力的能力。注入壓力在主段塞、副段塞和保護(hù)段塞均有不同程度的升高，其中主段塞壓力上升幅度最大，這主要與注入體積的大小有關(guān)；在注入壓力下降階段，開(kāi)始下降速度較快，逐漸變緩，最終壓力下降至5.4 MPa左右，約是水驅(qū)壓力的1.59倍，說(shuō)明該弱堿三元體系在Ⅲ類油層中對(duì)地層滲透率的影響較小，能保證Ⅲ類油層殘余油的后續(xù)開(kāi)發(fā)。含水率曲線趨勢(shì)為先上升、基本保持不變、后下降、再整體上升。其中，在主段塞階段含水率基本不變，在副段塞階段含水率開(kāi)始下降，保護(hù)段塞階段含水率降至最低值(約為72%)后，含水率開(kāi)始上升，在后續(xù)水驅(qū)階段含水率整體上升。這是因?yàn)椋寒?dāng)三元復(fù)合體系注入到地層時(shí)，由于在地層中運(yùn)移距離較長(zhǎng)，弱堿三元復(fù)合體系不能將其在近井地帶驅(qū)出的剩余油快速驅(qū)替到出口，因此主段塞含水率保持不變，副段塞含水率開(kāi)始降低，此時(shí)三元復(fù)合體系開(kāi)始見(jiàn)效，且效果不斷增強(qiáng)，在保護(hù)段塞(注入體積的1.2 PV處)驅(qū)油效果達(dá)到最大，隨后驅(qū)油效果逐漸衰弱，含水率開(kāi)始上升，因此，含水率在后續(xù)水驅(qū)階段整體上升。

2.2 黏度規(guī)律變化

黏度是三元復(fù)合驅(qū)油效果重要的因素之一，黏度的大小主要與聚合物的含量有關(guān)，增大體系的黏度能有效地改善流度比，增大三元復(fù)合驅(qū)的波及體積，從而提高石油的采收率[13]。因此，研究了弱堿三元復(fù)合驅(qū)體系黏度在Ⅲ類油層長(zhǎng)距離運(yùn)輸中的變化規(guī)律，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可看出：第1～第7次取樣樣品的黏度隨著運(yùn)移距離的增加而逐漸減少，這是由于三元復(fù)合體系和保護(hù)段塞在地層運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生遇水稀釋、地層吸附、滯留作用以及剪切作用，使三元復(fù)合體系和保護(hù)段塞的黏度下降，且體系前緣部分最先與地層接觸，受到水稀釋、地層吸附、滯留作用影響最大。因此，體系前緣的黏度最小；而第8～第11次取樣樣品的黏度隨著運(yùn)移距離的增加，黏度的峰值不斷右移，并且峰值下降，第8次開(kāi)始是后續(xù)水驅(qū)階段，水驅(qū)推動(dòng)三元復(fù)合體系和保護(hù)段塞向地層深處移動(dòng)，造成峰值向右移動(dòng)，而三元復(fù)合體系和保護(hù)段塞在地層深處繼續(xù)發(fā)生遇水稀釋、吸附、滯留作用以及剪切作用，黏度逐漸下降，造成峰值下降。由此可見(jiàn)：在運(yùn)移過(guò)程中，距離入口端越近，驅(qū)替劑整體的黏度越大，此時(shí)驅(qū)替劑在地層中的波及能力越強(qiáng)，驅(qū)油效果就越好；而隨著與入口端距離的增加，驅(qū)替劑整體黏度變小，此時(shí)驅(qū)替劑在地層中的波及能力減弱，驅(qū)油效果也相應(yīng)地變差。

2.3 界面張力規(guī)律變化

界面張力是三元復(fù)合驅(qū)油效果另外一個(gè)重要因素，界面張力的大小主要與表面活性劑和堿含量的大小有關(guān)，油水界面張力越低，地層中的剩余油越容易被驅(qū)動(dòng)，洗油效率更好，提高采收率的幅度更大[14]。因此，研究了弱堿三元復(fù)合驅(qū)體系界面張力在Ⅲ類油層長(zhǎng)距離運(yùn)輸中的變化規(guī)律，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可看出 ：第1次～第5次取樣樣品的界面張力隨著運(yùn)移距離的增加而減小，這是由于表面活性劑和堿在地層中發(fā)生稀釋、吸附、滯留作用，且驅(qū)替前緣受到作用的影響最大；而從第6次開(kāi)始，注入的驅(qū)替液為保護(hù)段塞，推著三元復(fù)合體系向地層深處運(yùn)移，且三元復(fù)合體系中后部的表面活性劑和堿又受到稀釋、擴(kuò)散的作用，從而使界面張力隨著向深部運(yùn)移發(fā)生先降低后增加的趨勢(shì)，且隨著運(yùn)移距離的增加，地層對(duì)驅(qū)替液的稀釋、吸附、滯留影響嚴(yán)重，界面張力的最低值是逐漸減小的。從整體上看，隨著運(yùn)移距離的增加，界面張力值逐漸增大。運(yùn)移距離在8.9 m之前，界面張力在超低界面張力下(10-3mN/m數(shù)量級(jí))，此時(shí)可以將地層中的剩余油順利地驅(qū)替出來(lái)，地層內(nèi)的剩余油減少，洗油效率得到提升，采收率能得到大幅度的提高。當(dāng)運(yùn)移距離超過(guò)8.9 m之后，界面張力達(dá)到10-2mN/m數(shù)量級(jí)，盡管有堿起到保護(hù)劑的作用，但超低界面張力仍是脆弱的，三元復(fù)合體系隨著運(yùn)移距離的增加，表面活性劑受到地層水稀釋、地層吸附、色譜分離、油水相分離等因素的影響，含量大大減少，從而破壞了超低界面張力這種理想的狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)移距離達(dá)到17.5 m時(shí)，界面張力上升到10-1mN/m數(shù)量級(jí)；超過(guò)20 m后，界面張力達(dá)到100mN/m數(shù)量級(jí)。因此，在30 m長(zhǎng)管填砂模型中，弱堿三元復(fù)合體系的超低界面張力僅能在模型的前8.9 m處維持，此時(shí)地層的洗油效率最好，對(duì)地層剩余油的驅(qū)替效果最好，而界面張力以10-2mN/m數(shù)量級(jí)運(yùn)移得更遠(yuǎn)一些，它與黏度的協(xié)同作用也可能是提高驅(qū)油效率的因素之一。

2.4 殘余油分布規(guī)律

對(duì)30 m長(zhǎng)管填砂物理模型驅(qū)油后的殘余油分布比例與距入口端距離范圍的變化規(guī)律研究結(jié)果如圖5所示。

從圖5可看出，殘余油分布的整體趨勢(shì)為隨著距入口端距離的增加，殘余油占總殘余油的比例逐漸上升。前10 m殘余油占總殘余油的比例為5%；10 ～20 m處殘余油所占比例上升，占總殘余油的比例為33%；20 m以后，殘余油所占總殘余油的比例最高，達(dá)到62%。對(duì)比圖3和圖4可看出，前10 m黏度最高，界面張力大部分在超低界面張力狀態(tài)，體系在地層中的波及能力和洗油能力最好，此時(shí)驅(qū)油效果最好，因此，殘余油所占比例僅為5%；而在10～20 m的范圍內(nèi)，黏度降低，界面張力降為10-2mN/m甚至10-1mN/m數(shù)量級(jí)，此時(shí)復(fù)合體系的波及能力和洗油能力大大減弱，驅(qū)油效果變差，從而使殘余油所占比例達(dá)到33%；在20 m之后，此時(shí)黏度最小，界面張力達(dá)到100mN/m數(shù)量級(jí)，此時(shí)復(fù)合體系的波及能力很小，洗油能力基本喪失，因此，殘余油的比例達(dá)到62%。由此可見(jiàn)：Ⅲ類油層經(jīng)過(guò)弱堿三元復(fù)合驅(qū)后，地層近井地帶殘余油較少，殘余油在地層中深部區(qū)域大量聚集，而這與弱堿三元復(fù)合體系的黏度和界面張力在地層中運(yùn)移的變化有關(guān)。

3 結(jié)論

(1) 弱堿三元復(fù)合驅(qū)對(duì)地層的傷害較小，能有效地注入到Ⅲ類油層地層中，提高采收率幅度在水驅(qū)采收率的基礎(chǔ)上提高17.06%。

(2) 弱堿三元復(fù)合體系的黏度在近井地帶提高采收率效果最好，并且超低界面張力僅僅維持在8.9 m之前，對(duì)地層的洗油效率最好，對(duì)地層剩余油的驅(qū)替效果最好。

(3) 地層近井地帶殘余油較少，殘余油在地層中深部區(qū)域大量聚集，這與弱堿三元復(fù)合體系的黏度和界面張力變化有關(guān)。