聚合物驅(qū)油對(duì)儲(chǔ)層聲波時(shí)差的影響

張慶國(guó)，張曉軍

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

聚合物驅(qū)油技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)性已廣泛應(yīng)用于高含水油田中，并取得顯著成效。油田采油過(guò)程通常是先水驅(qū)然后聚驅(qū)，導(dǎo)致儲(chǔ)層流體更復(fù)雜。由于聚合物溶液的“高黏彈”特性，則聚驅(qū)后儲(chǔ)層內(nèi)流體性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致儲(chǔ)層的聲波特性發(fā)生變化。以往研究表明，聚驅(qū)后聲波時(shí)差變化不大但并沒(méi)有作過(guò)分析，存在某些層位聲波時(shí)差明顯增大的情況，如孤東八區(qū)Ng5+6層系15井層聲波時(shí)差前后對(duì)比，由注聚前的387 μs/m增加到見(jiàn)聚后的416 μs/m,增加幅度達(dá)7.2%[1]，針對(duì)這一現(xiàn)象筆者進(jìn)行了研究。

首先分析聚合物驅(qū)油機(jī)理，通過(guò)加入聚合物溶液，降低水油流度比,擴(kuò)大注入水在油層中的波及體積來(lái)提高原油采收率。具體可以描述為在宏觀上，聚合物黏稠度非常大，在注入地層的過(guò)程中，先滲流滲透率較高的地層中，增加水相的滲流阻力，在高滲透率地層與低滲透率地層之間形成壓力差，這個(gè)壓力差只要足夠大，聚合物就會(huì)向低滲透率地層進(jìn)行滲透，直到壓力達(dá)到平衡，從而達(dá)到提高了波及體積的效果。從另一個(gè)角度看，注入聚合物可以改善水油流度比，控制注入液在高滲透層中的流動(dòng)速度，使在高、低滲透層中以較均勻的速度向前推進(jìn)，從而改善非均質(zhì)層中的吸水剖面[2-3]。從微觀上看，黏稠的高濃度聚合物在流經(jīng)比較復(fù)雜的地層孔隙吼道時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流區(qū)，使剩余油變成油滴從而被攜帶走[3]。通過(guò)聚合物驅(qū)油機(jī)理筆者了解到聚驅(qū)后聚合物的賦存位置，即之前水驅(qū)可進(jìn)入的孔滲好的大孔隙和一些孔滲不好的微孔隙喉道中。根據(jù)巖心聚驅(qū)的實(shí)驗(yàn)研究，隨著聚驅(qū)的持續(xù)，由于聚合物溶液吸附、滯留等特性，能夠填充孔隙體積[4-7]。

在聚合物聲學(xué)特性方面，水的聲傳播速度大于聚合物溶液中的聲傳播速度，也就是說(shuō)聚合物溶液聲波時(shí)差比水大[8-9]。一般認(rèn)為，聚驅(qū)前后孔隙度變化不大，巖石骨架和孔隙所占的體積為一定值,且?guī)r石骨架聲波時(shí)差不變，由于孔隙流體被聚合物溶液替代，導(dǎo)致聲波時(shí)差響應(yīng)增大。分析原因是聚合物溶液黏度比水大,相應(yīng)地對(duì)聲波能量的損耗也比水大。聚合物長(zhǎng)期驅(qū)替可能會(huì)滯留，導(dǎo)致孔隙有所減小，從而導(dǎo)致聲波時(shí)差響應(yīng)減小。但是與前一種因素相比是次要的。綜合而言，聚驅(qū)后儲(chǔ)層聲波時(shí)差響應(yīng)最終是增大的。

聲波測(cè)井是最常見(jiàn)的常規(guī)測(cè)井之一，也是孔隙度評(píng)價(jià)最重要的一條曲線，由于聚合物驅(qū)替導(dǎo)致聲波時(shí)差增大，造成儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確，因此，研究聚驅(qū)后儲(chǔ)層聲波時(shí)差變化規(guī)律至關(guān)重要，可為儲(chǔ)層孔隙度的校正提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與巖樣分析

1.1 試樣及測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)優(yōu)選直徑2.5 cm的7塊人造巖樣，編號(hào)并氣測(cè)滲透率K。切割巖心使符合驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)z套尺寸長(zhǎng)度50 mm編號(hào)。人造巖心不需洗油洗鹽操作，需要在ZHCS-Ⅱ型巖石電聲參數(shù)綜合全自動(dòng)測(cè)量裝置中110 ℃烘干24 h。切割、烘干處理后，測(cè)量巖心的凈重、長(zhǎng)度、直徑3項(xiàng)要素。根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出平均長(zhǎng)度l、平均直徑d和巖樣的密度值。所用地層水模擬大慶地區(qū)地層水，原始礦化度為6 000 mg/L，本次實(shí)驗(yàn)配置4 000 mL濃度為6 000 mg/L的NaCl溶液。聚合物溶液礦化度ρ1=1 000 mg/L。用BH-Ⅱ型真空加壓飽和裝置對(duì)巖樣進(jìn)行抽真空飽和模擬地層水，抽真空結(jié)束后，對(duì)巖心室內(nèi)巖心進(jìn)行48 h的NaCl溶液飽和，飽和結(jié)束后，取出巖心放入相應(yīng)的NaCl溶液中使其保持飽和狀態(tài)待用。用AEL-200型天平測(cè)量濕重和浮重，結(jié)合測(cè)量的凈重，據(jù)阿基米德定律，計(jì)算可求得巖心孔隙度，再根據(jù)測(cè)量得到的巖心直徑、巖心長(zhǎng)度計(jì)算出巖心體積，結(jié)合計(jì)算出的孔隙度值，可求得巖心的孔隙體積Vk，見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同一塊巖樣測(cè)量水驅(qū)、聚驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)時(shí)的聲波時(shí)差值，聚驅(qū)過(guò)程中考慮聚合物質(zhì)量濃度ρ2、聚合物相對(duì)分子質(zhì)量Mr的影響。本實(shí)驗(yàn)利用HF-F型智能超聲P·S波綜合測(cè)試儀，利用相應(yīng)軟件讀取聲波時(shí)差值。模擬地下真實(shí)的地層壓力情況，對(duì)巖樣加壓(軸壓和圍壓)分析，也考慮地層溫度的影響。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，完成儀器和軟件調(diào)試。一切檢查無(wú)誤后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先測(cè)量常溫、常壓下巖樣的縱波時(shí)差及電阻值并記錄，然后加圍壓及軸壓，將模擬油加入巖樣，測(cè)量巖樣此時(shí)的縱波時(shí)差及電阻值并記錄。將流量設(shè)置為0.5 mL/h，對(duì)巖樣進(jìn)行驅(qū)替，每隔1 h對(duì)不同驅(qū)替狀態(tài)下的巖樣進(jìn)行聲電聯(lián)測(cè)并記錄，當(dāng)溶液驅(qū)替至1.5～2.0倍孔隙體積后，改換另一種液體進(jìn)行驅(qū)替，按上述的實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)進(jìn)行操作。同樣的在溶液驅(qū)替至1.5～2.0倍孔隙體積后，實(shí)驗(yàn)完成并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。

表1 巖心基本參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為3個(gè)階段。

(1)水驅(qū)階段用模擬地層水將飽含模擬地層水的巖樣驅(qū)替至聲波時(shí)差穩(wěn)定狀態(tài)，用來(lái)模擬水驅(qū)后的沖洗帶地層。

(2)聚驅(qū)階段繼續(xù)用聚合物溶液驅(qū)替巖樣后，聚驅(qū)過(guò)程中考慮聚合物溶液質(zhì)量濃度、相對(duì)分子質(zhì)量的影響，用來(lái)模擬聚合物驅(qū)后的沖洗帶地層。

(3)后續(xù)水驅(qū)階段用模擬地層水驅(qū)替至聲波時(shí)差穩(wěn)定狀態(tài)，用來(lái)模擬聚驅(qū)后泥漿濾液對(duì)沖洗帶地層的沖刷。

對(duì)水驅(qū)、聚驅(qū)與后續(xù)水驅(qū)3個(gè)階段聲波時(shí)差的變化進(jìn)行對(duì)比，分析孔隙內(nèi)殘余聚合物對(duì)聲波時(shí)差值的影響。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

對(duì)1～3號(hào)，4、5號(hào)和6、7號(hào)巖樣進(jìn)行驅(qū)替，聲波時(shí)差隨注入體積的變化見(jiàn)圖1。橫坐標(biāo)零點(diǎn)左側(cè)為常壓聲波時(shí)差值，零點(diǎn)為加壓聲波時(shí)差值(模擬地層壓力，軸壓15 MPa、圍壓15 MPa)。1～3號(hào)聲波時(shí)差穩(wěn)定值見(jiàn)表2，4、5號(hào)巖樣聲波時(shí)差穩(wěn)定值見(jiàn)表3，6、7號(hào)巖樣聲波時(shí)差穩(wěn)定值見(jiàn)表4。由圖1可知，1～7號(hào)巖樣驅(qū)替情況，壓力增大，7塊巖樣聲波時(shí)差降低。溫度會(huì)對(duì)聲波時(shí)差值產(chǎn)生較大影響，溫度升高，7塊巖樣聲波時(shí)差值會(huì)降低，溫度恒定聲波時(shí)差值穩(wěn)定。無(wú)論常溫還是模擬地層溫度的條件下水驅(qū)之后聚驅(qū)，聲波時(shí)差值增大，對(duì)4、5號(hào)巖樣分析表明，在聚驅(qū)過(guò)程中改變聚合物質(zhì)量濃度對(duì)聲波時(shí)差影響較小。

圖1 1～7號(hào)巖樣驅(qū)替聲波時(shí)差值Fig. 1 Acoustic time difference values of displacem-ent of No.1-7 rock samples

表2 1～3號(hào)巖樣驅(qū)替聲波時(shí)差變化情況

表3 4、5號(hào)巖樣驅(qū)替聲波時(shí)差變化情況

表4 6、7號(hào)巖樣驅(qū)替聲波時(shí)差變化情況

由圖1可見(jiàn)，對(duì)1～3號(hào)、6和7號(hào)巖樣分析表明，在聚驅(qū)過(guò)程中改變聚合物溶液質(zhì)量濃度和分子量對(duì)聲波時(shí)差影響較小可以忽略。在后續(xù)水驅(qū)時(shí)，7塊巖樣聲波時(shí)差值又減小，孔滲近似的巖樣聲波時(shí)差變化情況相似。聲波時(shí)差值減小是由于聚合物溶液被地層水驅(qū)替了，認(rèn)為不同溶液驅(qū)替速度不同，改變?nèi)芤簳r(shí)聲波時(shí)差突變所致，所以聲波時(shí)差穩(wěn)定值更具有研究意義，對(duì)聚驅(qū)聲波時(shí)差增幅進(jìn)行計(jì)算，3號(hào)巖樣增幅明顯，增幅4%以上，其他巖樣增幅1%左右;繼續(xù)對(duì)水驅(qū)之后聚驅(qū)聲波時(shí)差值增幅和后續(xù)水驅(qū)聲波時(shí)差降幅進(jìn)行計(jì)算分析，7塊巖樣中6塊增幅與降幅近似相等，但是3號(hào)巖樣聲波時(shí)差增幅達(dá)4%，降幅1%，后續(xù)水驅(qū)聲波時(shí)差大于水驅(qū)聲波時(shí)差較明顯，結(jié)合前文實(shí)例說(shuō)明在實(shí)際測(cè)井中會(huì)存在聲波時(shí)差變化顯著的情況。但是存在后續(xù)水驅(qū)聲波時(shí)差略小于水驅(qū)情況，仍需進(jìn)一步研究。

對(duì)兩口井距較近、物性相近的聚驅(qū)后檢查井北2-351-檢P61和其對(duì)子井北2-4-P47井聲波時(shí)差進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)部分層段聚驅(qū)后聲波時(shí)差出現(xiàn)增大的情況，在取心水淹層段，隨著水淹程度的增強(qiáng)，聲波時(shí)差變化量有增大的趨勢(shì)，利用校正后的孔隙度模型計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度符合較好。

3 結(jié) 論

(1)聚合物驅(qū)油可以描述為宏觀上增大體積波及系數(shù)、微觀上驅(qū)替微小孔隙殘余油而提高驅(qū)油效率，聚合物溶液由于高黏彈性造成聲波能量損耗大而至聲波時(shí)差增大，據(jù)聲波時(shí)差公式可得由聚合物聲波時(shí)差增大導(dǎo)致測(cè)井響應(yīng)一般增大。

(2)根據(jù)巖心聚驅(qū)實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證聚驅(qū)后聲波時(shí)差確有增大的現(xiàn)象，但聚驅(qū)過(guò)程中聚合物溶液濃度分子量對(duì)聲波時(shí)差影響不大，可以忽略不計(jì)。

(3)聚驅(qū)后巖心聲波時(shí)差增大幅度相差很大，3號(hào)巖心增幅明顯超過(guò)4%，其它巖心增幅不足1%，分析與聚合物滯留有關(guān)，具體情況仍需進(jìn)一步研究。

(4)聚驅(qū)聲波時(shí)差增大，后續(xù)水驅(qū)模擬實(shí)際測(cè)井時(shí)泥漿濾液沖洗聲波時(shí)差又有一定減小，但和水驅(qū)相比存在聲波時(shí)差測(cè)井值增幅很大的情況，認(rèn)為實(shí)際測(cè)井聲波時(shí)差增幅3%以上時(shí)需對(duì)孔隙度模型進(jìn)行校正，以提高孔隙度的評(píng)價(jià)精度。