海上X油田調(diào)驅(qū)劑評價及調(diào)驅(qū)效果實驗研究

別夢君 劉 斌 張 偉 瞿朝朝 楊志成

(中海石油(中國)有限公司天津分公司， 天津 300452)

海上X油田儲層物性較好，高孔高滲，平均滲透率為1 750×10-3μm2，但滲透率變異系數(shù)為0.85，非均質(zhì)性嚴重。目前，由于層間矛盾突出，注入水單層單向突進嚴重，含水率已高達88%，亟待采取調(diào)驅(qū)措施以抑制注入水突進。針對此類強非均質(zhì)性、高礦化度油田，Cr3+聚合物凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)應(yīng)用較為普遍，并在陸上油田“降水增油”實踐中發(fā)揮了重要作用[1-4]。渤海各油田目前均處于開發(fā)中期，由于海上平臺操作空間小、化學驅(qū)設(shè)備改造難度大、生產(chǎn)操作費用較高，因此大部分油田仍以水驅(qū)開發(fā)為主，較少采用 Cr3+聚合物凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)[5-8]。有關(guān)X油田的礦場試驗研究也未見報道。為此，我們結(jié)合X油田的地質(zhì)特征和流體性質(zhì)制作人造巖心，開展Cr3+聚合物凝膠性能室內(nèi)實驗研究，分析Cr3+聚合物凝膠的增油效果及其影響因素。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗藥劑

實驗所用的主要藥劑有：聚合物，為大慶煉化公司生產(chǎn)的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)干粉，其相對分子質(zhì)量為1 900×104(簡稱“高分”，固含量90%，水解度為24.6%)；有機鉻，取自渤海油田，Cr3+含量為2.7%；實驗用水，采用海上X油田模擬注入水，其礦化度為6 502.4 mg/L；實驗用油，為模擬油，由X油田脫氣原油與煤油混合而成，在65 ℃條件下黏度為15.0 mPa·s。

1.2 物理模型

流動性能實驗的物理模型為石英砂巖環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造柱狀巖心[9]，其幾何尺寸為φ2.5 cm×10 cm，氣測滲透率(Kg)為3 000×10-3μm2。

調(diào)驅(qū)效果實驗的物理模型由環(huán)氧樹脂石英砂膠結(jié)而成，包括高、低、中3層滲透層，其氣測滲透率分別為3 000×10-3、500×10-3、1 200×10-3μm2，小層厚度分別為1.0、0.5、3.0 cm，外觀幾何尺寸(高×寬×長)為4.5 cm×4.5 cm× 30 cm。

1.3 實驗儀器

采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀，采用“0”號轉(zhuǎn)子和“1”號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為7.34 s-1。

實驗所用主要儀器設(shè)備包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。除平流泵和手搖泵外，其他置于65 ℃恒溫箱內(nèi)。

1.4 調(diào)驅(qū)方案

(1) 方案1：觀察調(diào)驅(qū)劑類型對驅(qū)油效果的影響。此方案分為以下2種：

方案1-1，水驅(qū)至含水90%+0.10 PV聚合物溶液(cP=800 mg/L )+后續(xù)水驅(qū)98%。

方案1-2，水驅(qū)至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝膠(cP=800 mg/L，聚 ∶Cr3+=270 ∶1，此比值為質(zhì)量濃度比，下同)+后續(xù)水驅(qū)98%。

(2) 方案2：觀察聚合物濃度對驅(qū)油效果的影響(聚 ∶Cr3+=270 ∶1 )。此方案細分為5種(方案2-1 — 方案2-5)：水驅(qū)至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝膠(各方案cP依次為400、600、800、1 000、1 200 mg/L)+后續(xù)水驅(qū)98%。

(3) 方案3：觀察交聯(lián)劑濃度對驅(qū)油效果的影響(cP=800 mg/L )。此方案細分為4種(方案3-1 — 方案3-4)：水驅(qū)至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝膠(各方案聚 ∶Cr3+依次取360 ∶1、270 ∶1、180 ∶1、90 ∶1)+后續(xù)水驅(qū)98%。

(4) 方案4：觀察段塞體積對驅(qū)油效果的影響(聚 ∶Cr3+=270 ∶1，cP=800 mg/L)。此方案細分為5種(方案4-1 — 4-5)：水驅(qū)至含水90%+Cr3+聚合物凝膠(各方案段塞體積依次為0.05、0.075、0.10、0.125、0.15 PV )+后續(xù)水驅(qū)98%。

在上述實驗過程中，注入速度為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min。聚合物凝聚成膠溫度為油藏溫度65 ℃，成膠時間為6 h。實驗開始前對調(diào)驅(qū)劑進行預(yù)剪切，使其黏度保留率為60%。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 壓力特征分析

2.1.1 聚合物濃度對壓力特征的影響

利用模擬注入水配制4種不同聚合物質(zhì)量濃度的Cr3+聚合物凝膠(聚 ∶Cr3+取270 ∶1)和聚合物溶液，其黏度測試結(jié)果如表1所示。

表1 4種Cr3+聚合物凝膠黏度測試結(jié)果

實驗所用巖心的滲透率為3 000×10-3μm2，其注入壓力與段塞體積關(guān)系如圖1所示。

從圖1可以看出，在巖心滲透率和交聯(lián)劑濃度相近的條件下，聚合物質(zhì)量濃度愈大，注入壓力愈高。在后續(xù)水驅(qū)階段，對于聚合物凝膠的水驅(qū)注入壓力逐漸升高并最終趨于穩(wěn)定，而聚合物溶液的注入壓力規(guī)律則與此相反，即后續(xù)水驅(qū)壓力逐漸降低[10]。

此外，在相同聚合物濃度條件下，聚合物凝膠和聚合物溶液的黏度相差不大，但前者的注入壓力卻高出很多，且后續(xù)水驅(qū)壓力持續(xù)升高，表現(xiàn)出了獨特的滲流特征。這說明該凝膠是以“分子內(nèi)”的交聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)為主[11]。

注：聚合物凝膠與聚合物溶液壓力實驗結(jié)果對比以cp=1 600 mg/L為例，其他濃度規(guī)律一樣

2.1.2 交聯(lián)劑濃度對壓力特征的影響

利用模擬注入水配制4種不同交聯(lián)劑濃度的Cr3+聚合物凝膠，其黏度測試結(jié)果如表2所示。

表2 4種Cr3+聚合物凝膠黏度測試結(jié)果

實驗所用巖心的滲透率為3 000×10-3μm2，注入壓力與段塞體積關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，在巖心滲透率和聚合物濃度相近的條件下，聚 ∶ Cr3+的比值越小即交聯(lián)劑濃度越大，Cr3+聚合物凝膠交聯(lián)作用越強，對巖心多孔介質(zhì)的封堵作用也越加強烈，注入壓力也會越來高[12]。

2.2 調(diào)驅(qū)效果分析

2.2.1 調(diào)驅(qū)劑類型對調(diào)驅(qū)效果的影響

在段塞體積為0.1 PV的條件下，調(diào)驅(qū)劑類型對調(diào)驅(qū)效果的影響(采收率)如表3所示。

圖2 注入壓力與段塞體積關(guān)系

表3中的數(shù)據(jù)顯示，調(diào)驅(qū)劑類型對調(diào)驅(qū)劑的增油效果有影響。在調(diào)驅(qū)劑用量相同的條件下，Cr3+聚合物凝膠的增油效果優(yōu)于聚合物溶液，兩種方案相對于水驅(qū)的采收率增幅分別為5.6%和9.9%，后者比前者高出4.3%。

在調(diào)驅(qū)階段，隨著調(diào)驅(qū)劑的注入量增加，調(diào)驅(qū)劑在巖心的吸附滯留量不斷增加，從而導(dǎo)致過流斷面減小、流動阻力增大，因此注入壓力也逐漸升高。當聚合物分子發(fā)生“分子內(nèi)”交聯(lián)反應(yīng)后，Cr3+使得分子鏈收縮而變得緊湊，剛性增強，變形能力變差。當聚合物凝膠分子通過孔喉半徑與其分子線團尺寸相當?shù)膸r石喉道時，極易發(fā)生捕集，封堵能力更強，故其注入壓力要高于相同濃度條件下的聚合物溶液的值。

表3 調(diào)驅(qū)劑類型對調(diào)驅(qū)效果的影響(cp=800 mg/L，聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

在后續(xù)水驅(qū)階段，由于注入水的稀釋作用，聚合物分子鏈表面原有的電荷動態(tài)平衡被破壞，一部分陽離子會從擴散層進入到Stern層，聚合物分子鏈的負電荷數(shù)量進一步減少，靜電排斥力減弱，促使原本卷曲的分子鏈變得更卷曲。對于聚合物凝膠，其 “分子內(nèi)”的交聯(lián)反應(yīng)會加劇，分子線團變得更緊湊，變形能力進一步變差，使得原來已經(jīng)處于捕集狀態(tài)的分子線團越發(fā)不易通過變形擠出孔隙而被采出，從而使?jié)B流阻力增大，注入壓力持續(xù)上升，最終趨于穩(wěn)定[13]。而對于聚合物溶液，隨著后續(xù)水驅(qū)的沖刷容易通過變形而不斷被采出，其吸附量逐漸減少，對多孔介質(zhì)的封堵作用越來越弱，最終導(dǎo)致后續(xù)水驅(qū)壓力逐漸降低。

綜合分析認為，聚合物凝膠的注入壓力遠高于聚合物溶液。特別是在后續(xù)水驅(qū)階段，更能有效地改善吸水剖面，擴大注入水的波及體積，進而使各個小層的水驅(qū)動用程度提高、采收率增幅加大。

2.2.2 聚合物質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)效果的影響

在調(diào)驅(qū)劑段塞體積為0.1PV的條件下，聚合物質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)效果的影響(采收率)如表4所示。

表4 聚合物質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)效果的影響(聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

從表4可以看出，聚合物濃度對調(diào)驅(qū)劑增油效果存在影響。在調(diào)驅(qū)劑段塞體積相同的條件下，隨著聚合物質(zhì)質(zhì)量濃度的增大，調(diào)驅(qū)采收率也會提高但增幅逐漸減小。這是因為，隨著聚合物質(zhì)量濃度變大，聚合物凝膠的黏度逐漸增加，使得驅(qū)替相與被驅(qū)替相流度比逐漸減小并越來越接近于1，從而使前緣推進更加均勻，進而有效地改善了流度比，提高了波及體積效率及采收率。此外，聚合物的質(zhì)量濃度越大、注入壓力越高，就越有利于提高采收率。從經(jīng)濟性的角度考慮，調(diào)驅(qū)劑的聚合物質(zhì)量濃度以600～800 mg/L為宜。

2.2.3 交聯(lián)劑濃度對調(diào)驅(qū)效果的影響

在調(diào)驅(qū)劑段塞體積為0.1PV條件下，交聯(lián)劑濃度(聚絡(luò)質(zhì)量濃度比)對調(diào)驅(qū)劑的影響如表5所示。

從表5可以看出，交聯(lián)劑濃度對調(diào)驅(qū)劑增油效果存在影響。在調(diào)驅(qū)劑段塞體積相同的條件下，隨聚鉻比減小即交聯(lián)劑濃度增大，Cr3+聚合物凝膠的交聯(lián)作用增強，分子鏈的變形能力進一步變差，導(dǎo)致對多孔介質(zhì)的封堵作用增強，注入壓力逐漸升高，從而使吸液剖面逐漸得到改善，使調(diào)驅(qū)采收率得以提高。同樣，交聯(lián)劑濃度(聚 ∶Cr3+)以180 ∶1～270 ∶1為宜。

2.2.4 段塞體積對調(diào)驅(qū)效果的影響

在聚合物質(zhì)量濃度為800 mg/L的條件下，調(diào)驅(qū)劑段塞體積對調(diào)驅(qū)效果的影響如表6所示。

表5 交聯(lián)劑濃度對調(diào)驅(qū)劑的影響(cP=800 mg/L)

表6 調(diào)驅(qū)劑段塞體積對調(diào)驅(qū)效果的影響(聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

從表6可以看出，在聚合物質(zhì)量濃度相同的條件下，調(diào)驅(qū)采收率隨著Cr3+聚合物凝膠注入段塞體積的增大而提高，相對于水驅(qū)采收率其增幅分別為5.3%、7.2%、10.4%、14.2%、17.7%、20.5%，相鄰方案間的采收率增幅分別為1.9%、3.2%、3.8%、3.5%、2.8%。由此可見，在實驗段塞體積范圍內(nèi)，段塞體積越大，Cr3+聚合物凝膠封堵高滲透層的效果就越好，而且后續(xù)水驅(qū)波及體積范圍越大，采收率及其增幅也越大[14-15]。同樣，調(diào)驅(qū)劑的段塞體積以0.075～0.125 PV為宜。

3 結(jié) 語

在海上X油藏的溫度和注入水條件下，Cr3+聚合物凝膠以“分子內(nèi)”交聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)為主，具有黏度低、流動阻力大、與油藏多孔介質(zhì)適應(yīng)性強等特點，其調(diào)驅(qū)增油效果優(yōu)于聚合物溶液。隨著聚合物和交聯(lián)劑濃度增大，調(diào)驅(qū)劑段塞體積增加，最終采收率逐漸增加。但是，從經(jīng)濟性和采收率增長的角度考慮，這三者并不是越大越好，宜選用最佳參數(shù)值。根據(jù)實驗結(jié)果，推薦了X油田調(diào)驅(qū)劑室內(nèi)實驗的聚合物濃度、交聯(lián)劑濃度和段塞體積等參數(shù)范圍，以供參考。