三次采油不同驅(qū)替方式下驅(qū)油效率研究

李瑋龍，王喜梅，孫 穎，梁 斌

（1.中國(guó)石油大港油田分公司，天津 300280；2.中國(guó)石油渤海鉆探工程公司合作開(kāi)發(fā)分公司，天津 300457）

石油資源對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高具有重要作用，但是石油為非再生資源，隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的加深，老油田儲(chǔ)量采出程度的提高，剩余油難以繼續(xù)采出，因此提高油氣采收率成為整個(gè)石油工業(yè)普遍關(guān)心的問(wèn)題。三次采油技術(shù)是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，對(duì)提高原油采收率、穩(wěn)定老油田原油產(chǎn)量起到重要作用。三次采油采用物理-化學(xué)方法，改變流體性質(zhì)、相態(tài)和改變氣-液、液-液、液-固相間界面作用，擴(kuò)大注入物的波及范圍以提高驅(qū)油效率，再一次大幅度提高采收率。儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征控制和影響著流體的滲流特征、流動(dòng)分布和驅(qū)油效率[1]，對(duì)巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)特性、滲流特征的研究，為三次采油技術(shù)的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

目前對(duì)三次采油驅(qū)油效率的研究，主要基于巖心實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用掃描電鏡、常規(guī)壓汞、核磁共振、恒速壓汞等方法研究?jī)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[2-4]，其中掃描電鏡主要分析儲(chǔ)層的礦物類型、形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)[5]，常規(guī)壓汞技術(shù)[8]可以研究?jī)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，獲取孔喉分選、大小、滲流能力及連通性的參數(shù)，核磁共振技術(shù)能夠得到巖心微觀的流體參數(shù)[6-8]，恒速壓汞技術(shù)[9]可以較為準(zhǔn)確地描述和表征微觀孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得巖心內(nèi)部喉道、孔隙及孔喉半徑比的發(fā)育特征。本文基于三次采油實(shí)驗(yàn)區(qū)塊鉆井取心資料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)改變驅(qū)替介質(zhì)分析驅(qū)油效率的差異性，應(yīng)用驅(qū)油微觀模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)更深入地研究?jī)?chǔ)層流體運(yùn)動(dòng)的微觀機(jī)理，揭示不同驅(qū)替介質(zhì)的驅(qū)油效果。

圖1 取心井明II-9 油組砂巖分類圖

港西油田明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，主力砂巖儲(chǔ)層為點(diǎn)壩沉積，因埋藏較淺，巖心為膠結(jié)疏松、高孔高滲砂巖。取心井A 井位于港西油田中心腹地，通過(guò)對(duì)該井取心，深入開(kāi)展儲(chǔ)層各項(xiàng)屬性及驅(qū)油實(shí)驗(yàn)性分析，指導(dǎo)整個(gè)區(qū)塊三次采油開(kāi)發(fā)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施。下面研究主要針對(duì)明II-9 小層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究分析。

1 巖石礦物學(xué)及常規(guī)物性特征

應(yīng)用X 射線衍射儀，對(duì)巖石粉末狀晶體進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)各種礦物對(duì)X 射線的不同衍射角度和強(qiáng)度，判斷和計(jì)算所含礦物的種類以及含量。明Ⅱ-9 小層巖性主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和少量長(zhǎng)石巖屑砂巖（見(jiàn)圖1）。通過(guò)鑄體薄片顯微鏡下觀察碎屑粒級(jí)主要為細(xì)砂，中砂、極細(xì)砂次之，巖石碎屑顆粒整體分選性較好，碎屑粒級(jí)以細(xì)砂為主，碎屑顆粒分布均勻，顆粒磨圓多呈次圓狀-次棱角狀，顆粒間接觸關(guān)系為點(diǎn)接觸。孔隙發(fā)育較好，分布均勻，連通性較好。膠結(jié)作用主要表現(xiàn)均為泥質(zhì)膠結(jié)及黃鐵礦膠結(jié)，泥質(zhì)膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為自生黏土礦物膠結(jié)作用（見(jiàn)圖2）。由于壓實(shí)作用，降低了巖石的孔隙度，從而孔隙喉道變得狹小，從而導(dǎo)致孔隙連通較差，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度、滲透率有一定的影響。

常規(guī)物性分析使用美國(guó)巖心公司生產(chǎn)的孔隙度、滲透率自動(dòng)測(cè)定儀、蒸餾抽提法對(duì)巖心進(jìn)行測(cè)定。平均孔隙度分布范圍為32.0 %～35.0 %；平均滲透率分布范圍為389.2×10-3μm2～865.3×10-3μm2，為高孔高滲儲(chǔ)層，油層以中水洗為主，局部弱水洗，含油飽和度為18.4 %～23.7 %。

圖2 明II-9 小層鑄體薄片圖版

表1 聚合物溶液驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 聚合物溶液驅(qū)油效率圖

2 不同驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)

2.1 基于巖心的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

編號(hào)為5-017D、5-017E、5-017F 的巖心樣品，分別采用聚合物溶液、聚合物+表面活性劑溶液（二元體系）、聚合物+表面活性劑+堿溶液（三元體系）進(jìn)行提高驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1）。首先飽和巖心、造束縛水，接著水驅(qū)2 PV，再換聚合物驅(qū)1 PV，后續(xù)水驅(qū)階段記錄1 PV、2 PV、5 PV、10 PV、20 PV、30 PV、40 PV 及50 PV 的數(shù)據(jù)，注入速度保持在0.5 mL/min，觀察含水率是否達(dá)到98 %，變化是否穩(wěn)定。

通過(guò)公式：ηpv=×100%計(jì)算驅(qū)油效率，式中：ηpv-某一注入倍數(shù)下的驅(qū)油效率；Vpv-某一注入倍數(shù)下驅(qū)出的油量，cm3；V-巖心中的總飽和油量，cm3。

配制聚合物溶液，對(duì)巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（見(jiàn)表1、圖3），對(duì)于聚合物溶液來(lái)說(shuō)，水驅(qū)2 PV時(shí)，巖心的水驅(qū)程度是47.1 %，注入1 PV 聚合物溶液之后，提高驅(qū)油效率是26.3 %，表明聚合物溶液有較好的提高采收率的能力。對(duì)于聚表二元介質(zhì)來(lái)說(shuō)，水驅(qū)2 PV 時(shí)，巖心的水驅(qū)程度是44.9 %，注入1 PV 聚表二元介質(zhì)溶液之后，提高驅(qū)油效率為31.3 %，表明聚合物溶液有較好的提高采收率的能力。對(duì)于三元體系驅(qū)替介質(zhì)來(lái)說(shuō)，三元體系提高驅(qū)油效率為32.5 %左右，三元體系提高驅(qū)油效果的能力明顯強(qiáng)于單一的聚合物溶液。從驅(qū)油效率對(duì)比，三元體系最優(yōu)，二元體系次之，單一聚合物介質(zhì)最低。

圖4 5-017E 巖心二元驅(qū)面孔率切片對(duì)比圖

圖5 5-017E 巖心二元驅(qū)前后面孔率變化圖

實(shí)驗(yàn)證實(shí)聚合物驅(qū)油的主要機(jī)理為擴(kuò)大波及面積，同時(shí)也提高了吸油效率。聚表二元驅(qū)介質(zhì)中加入表面活性劑，提高了聚合物擴(kuò)大波及面積和吸油效率的協(xié)同作用，聚表堿三元驅(qū)替介質(zhì)中加入了堿，進(jìn)一步強(qiáng)化了聚合物和表面活性劑的作用，使得驅(qū)油效果由聚合物驅(qū)-二元驅(qū)體系-三元驅(qū)體系逐漸變優(yōu)。

二元試劑驅(qū)油值含水98 %后，二元試劑進(jìn)入巖心孔喉，具有一定的堵塞作用。從驅(qū)替前后巖心CT 掃描切片（見(jiàn)圖4）上看[10-12]，驅(qū)替后巖心微觀孔隙明顯減少，尤其中小孔被堵塞明顯。從驅(qū)替方向上看（見(jiàn)圖5），巖心面孔率趨于降低，巖心前段較后段降低效果更明顯，整體平均面孔率從25.3 %減小至7.2 %。即：化學(xué)試劑進(jìn)入巖心對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流通道具有一定的堵塞作用，從而改變驅(qū)替介質(zhì)改變流動(dòng)路徑，擴(kuò)大波及范圍，驅(qū)油效果得到顯著改善。

2.2 基于微觀刻蝕仿真玻璃模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

為了避免不同巖心物性的差異給驅(qū)油實(shí)驗(yàn)造成的誤差，通過(guò)應(yīng)用微觀刻蝕仿真技術(shù)，對(duì)天然巖心切片進(jìn)行鑄體薄片和電鏡掃描分析，依據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)特征制作微觀仿真玻璃模型，使其具有和巖心切片相似的孔隙特征，如此仿制多塊孔隙、物性相同的模型，從而實(shí)現(xiàn)不同驅(qū)油介質(zhì)在完全相同的巖心特征下的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比。

基于微觀刻蝕仿真玻璃模型建立了三套驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案，方案一、方案二和方案三在水驅(qū)1 PV 后，分別進(jìn)行1 PV 的聚合物驅(qū)、二元（聚合物+表面活性劑）驅(qū)和三元（聚合物+表面活性劑+堿）驅(qū)，然后再進(jìn)行8 PV 的水驅(qū)，對(duì)驅(qū)油效果進(jìn)行對(duì)比分析。

化學(xué)驅(qū)油較大程度的提高了攜帶出孔喉中殘余油的能力，對(duì)黏附在孔隙邊上的油膜、油滴具有清洗作用。從三套實(shí)驗(yàn)方案驅(qū)油效果（見(jiàn)圖6）對(duì)比看，方案三對(duì)巖心剩余油的驅(qū)替效率最好，驅(qū)油效率為38.8 %，驅(qū)替范圍最大，方案二次之，驅(qū)油效率為30.3 %，方案一驅(qū)油效率僅21.4 %。因此，化學(xué)驅(qū)替介質(zhì)的改變對(duì)驅(qū)油效率具有明顯的影響，從聚合物驅(qū)向二元（聚合物+表面活性劑）驅(qū)，再向三元（聚合物+表面活性劑+堿）驅(qū)，驅(qū)油效果是逐漸變優(yōu)的。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）從驅(qū)替前后對(duì)比來(lái)看，聚合物試劑進(jìn)入孔隙，對(duì)優(yōu)勢(shì)滲流路徑具有一定的堵塞作用，從而擴(kuò)大驅(qū)替介質(zhì)的波及范圍，盤活儲(chǔ)層中受非均質(zhì)性影響形成的殘余油區(qū)，從而更大程度提高油氣的采收率。

（2）應(yīng)用多種技術(shù)及實(shí)驗(yàn)方法，分別對(duì)聚合物、聚表二元體系及聚表堿三元體系的驅(qū)油效果進(jìn)行對(duì)比分析，證實(shí)聚合物、二元體系、三元體系的驅(qū)油效果依次變優(yōu)，驅(qū)油波及面積也逐漸增大。

圖6 微觀刻蝕仿真驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案效果圖