組合調(diào)驅(qū)提高采收率技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

王宏申，魏 俊，張志軍，石端勝，徐 良，陳增輝，肖文鳳

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

組合調(diào)驅(qū)是基于提高波及體積和驅(qū)油效率的驅(qū)油機(jī)理理念，將兩種及以上的具有不同功能的調(diào)剖劑與驅(qū)油劑以最優(yōu)的組合方式進(jìn)行驅(qū)替，協(xié)同增效，以提高原油采收率為目的的EOR技術(shù)。與單一體系驅(qū)相比，組合調(diào)驅(qū)結(jié)合了各體系的優(yōu)勢(shì)并能使其發(fā)揮出更大的作用。目前已對(duì)組合調(diào)驅(qū)技術(shù)驅(qū)油機(jī)理開(kāi)展了一些研究［1-6］，并在現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用［7-11］，取得一定效果，但結(jié)果表明該技術(shù)仍不夠成熟和完善，在組合調(diào)驅(qū)段塞組合方式、各段塞用量等方面仍缺乏研究。本文利用多功能組合調(diào)驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，對(duì)組合調(diào)驅(qū)提高采收率機(jī)理、段塞組合方式和各段塞用量進(jìn)行研究，為海上油田調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用水為模擬地層水，礦化度8 060 mg/L，Ca2+、Mg2+含量468 mg/L，油為原油與煤油稀釋配制的模擬油，65℃條件下黏度為89 mPa·s。聚合物凝膠體系為0.25%線性聚合物（分子量1 400×104以上）+0.4%酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑+0.04%助劑，65℃下初始黏度為56 mPa·s，成膠后體系黏度為3.75×104mPa·s。納米微球濃度為0.3%，初始粒徑中值為445 nm，3～5 d后體積膨脹倍數(shù)為15倍左右，預(yù)交聯(lián)顆粒濃度為0.05%，初始粒徑中值為30μm，3～5 d后體積膨脹倍數(shù)為6倍左右。表面活性劑為陰離子型，濃度0.3%，油水界面張力6.5×10-3mN/m。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用多功能組合調(diào)驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1）進(jìn)行三維模型的填制，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力實(shí)時(shí)采集分析。模型尺寸為30 cm×30 cm×4.5 cm，滲透率為1 200×10-3μm2左右，采用一注一采方式，注采井分布在模型對(duì)角兩端。裝置主要由平流泵（1）、真空泵（2）、閥門(mén)（3）、中間容器（5）、（6）、（7）、（8）、數(shù)字壓力表（9）、計(jì)算機(jī)（14）、自動(dòng)取樣器（11）、組合調(diào)驅(qū)物理模型（10）和恒溫箱（15）組成。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方案及流程

實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1，所有方案總注入量均為0.3 PV。

表1 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案

方案1～3為單一堵（聚合物凝膠）、調(diào)（納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒）、驅(qū)（表面活性劑）段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。方案4～5為堵調(diào)驅(qū)段塞組合方式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，各段塞用量為0.1 PV。方案6～8為堵調(diào)驅(qū)段塞用量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度恒定為65℃。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）填制模型；

（2）抽真空、飽和水，水測(cè)滲透率，計(jì)算孔隙度；

（3）飽和模擬油；

（4）一次水驅(qū)至含水75%，記錄水驅(qū)過(guò)程中的壓力場(chǎng)，并計(jì)算此時(shí)水驅(qū)采收率；

（5）注入0.3 PV的組合調(diào)驅(qū)體系（聚合物凝膠候凝3 d，納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒注入后靜置膨脹3 d）；

（6）進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，記錄過(guò)程中壓力場(chǎng)，并計(jì)算最終采收率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同段塞組合驅(qū)油效果

從表2可以看出，聚合物凝膠、納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒和表面活性劑的組合驅(qū)油效果明顯好于單一段塞驅(qū)，相比水驅(qū)最高提高采收率38.75%，說(shuō)明組合調(diào)驅(qū)提高采收率技術(shù)能夠充分發(fā)揮聚合物凝膠封堵水流優(yōu)勢(shì)通道，納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒深部液流轉(zhuǎn)向及表面活性劑提高驅(qū)油效率的協(xié)同作用，從而大幅提高驅(qū)油效果。

表2 不同段塞組合驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比方案1～5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知在竄流通道形成后，必須先用高強(qiáng)度聚合物凝膠進(jìn)行水流優(yōu)勢(shì)通道的封堵，才能取得較好的提高采收率效果，單獨(dú)注入或先注入“調(diào)”、“驅(qū)”段塞都不能取得最優(yōu)效果，說(shuō)明此開(kāi)發(fā)階段油藏提高采收率更側(cè)重于注入流體波及體積的擴(kuò)大，在此基礎(chǔ)上協(xié)同驅(qū)油效率的提高，才能最大程度改善油藏開(kāi)發(fā)效果。

對(duì)比方案4，7，8實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，適當(dāng)提高“堵”段塞用量，可進(jìn)一步提高采收率，但聚合物凝膠段塞用量過(guò)大時(shí)，一方面會(huì)進(jìn)入中低滲透層，造成儲(chǔ)層污染，導(dǎo)致后續(xù)流體注入壓力高，注不進(jìn)等問(wèn)題，另一方面也會(huì)增加施工成本，降低技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)竄流通道得到有效封堵后，“調(diào)”段塞能夠進(jìn)一步封堵次級(jí)水流通道，促進(jìn)后續(xù)流體在油藏深部轉(zhuǎn)向，最大程度提高波及體積。

2.2 單一段塞注入含水率及壓力場(chǎng)特征

從圖2、圖3可以看出，注入聚合物凝膠和納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒體系后，注入端壓力上升明顯，形成較均衡的壓力場(chǎng)分布。注采井間竄流通道得到封堵，后續(xù)注入流體進(jìn)入兩側(cè)波及較少區(qū)域，驅(qū)替原油到達(dá)油井，提高采收率機(jī)理主要體現(xiàn)在后續(xù)流體的擴(kuò)大波及。

圖2 單一段塞注入壓力場(chǎng)分布（藍(lán)點(diǎn)為注入井，紅點(diǎn)為生產(chǎn)井）

圖3 單一段塞注入含水率曲線

兩種體系注入后都有封堵的效果，壓力場(chǎng)圖顯示從注入端到采出端，壓力是逐漸降低的，注入端壓力高就會(huì)使后續(xù)的注入流體進(jìn)入壓力低的區(qū)域，起到擴(kuò)大波及體積的作用，壓力高低的不同致使“堵”和“調(diào)”的波及體積不同，從而導(dǎo)致了采收率的不同。由于聚合物凝膠封堵作用更強(qiáng)，因此“堵”的壓力大于“調(diào)”，含水率下降幅度更大，提高采收率幅度更高。而“驅(qū)”的壓力場(chǎng)在注采井之間有明顯的低壓驅(qū)，表明注入表面活性劑后，注采井間竄流通道依然存在，后續(xù)注入流體仍會(huì)沿著這個(gè)通道流動(dòng)，降低通道中的剩余油飽和度，提高采收率機(jī)理主要體現(xiàn)在對(duì)水流通道中剩余油的驅(qū)洗，不能提高波及體積，因此含水率沒(méi)有明顯下降。

2.3 不同段塞組合方式含水率及壓力場(chǎng)特征

從表2可以看出，堵調(diào)驅(qū)段塞組合方式驅(qū)油效果更好，比調(diào)驅(qū)堵段塞組合提高采收率6.01%。從圖4、圖5可以看出，一次水驅(qū)結(jié)束時(shí)，注采井間為低壓條帶，兩側(cè)壓力較高，說(shuō)明此時(shí)已形成水流優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)應(yīng)油井含水75%，見(jiàn)圖6。對(duì)比不同段塞組合方式調(diào)驅(qū)體系注入后壓力場(chǎng)（b1、b2）的分布可知，按照堵調(diào)驅(qū)段塞組合注入后，注入端壓力上升明顯，并在注采井垂直方向形成近似等壓條帶，竄流通道得到有效封堵，形成近活塞式驅(qū)替，并持續(xù)到后續(xù)水驅(qū)。反映在含水率曲線中，含水降幅更大，含水漏斗寬度更大。說(shuō)明在水竄通道形成后，堵調(diào)驅(qū)段塞組合方式能夠充分發(fā)揮三者之間的協(xié)同作用，先利用聚合物凝膠封堵水流優(yōu)勢(shì)通道，然后利用納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒進(jìn)入次級(jí)孔吼，通過(guò)它在孔喉處不斷“堆積—堵塞—壓力升高—變形通過(guò)”，促使后續(xù)流體轉(zhuǎn)向，進(jìn)一步擴(kuò)大波及，最后注入表面活性劑，降低油水界面張力，提高波及區(qū)域驅(qū)油效率，從而大幅提高采收率。

圖4 堵調(diào)驅(qū)段塞組合不同時(shí)刻壓力場(chǎng)分布

圖5 調(diào)驅(qū)堵段塞組合不同時(shí)刻壓力場(chǎng)分布

圖6 不同段塞組合方式下含水率曲線

2.4 不同堵調(diào)驅(qū)段塞用量注入壓力及含水率

從圖7可以看出，隨著聚合物凝膠段塞用量的增加，注入壓力上升明顯，增加納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒段塞用量會(huì)提高注入壓力的峰值。注入表面活性劑段塞后，注入壓力明顯下降。從圖8可以看出，按照15%堵+60%調(diào)+25驅(qū)的段塞用量方式注入，含水下降幅度最大，降水漏斗持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，方案8相比方案6提高采收率8.05%，說(shuō)明在水流優(yōu)勢(shì)通道形成后，需要優(yōu)先進(jìn)行竄流通道的封堵，適當(dāng)增加堵段塞的用量，但聚合物凝膠用量過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)注入壓力高，注不進(jìn)的問(wèn)題。

圖7 不同堵調(diào)驅(qū)段塞用量注入壓力曲線

圖8 不同堵調(diào)驅(qū)段塞用量含水率曲線

3 結(jié)論

（1）聚合物凝膠+納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒+表面活性劑的“堵調(diào)驅(qū)”段塞組合調(diào)驅(qū)方式相比單一段塞注入驅(qū)油效果更好，它能充分發(fā)揮聚合物凝膠封堵水流優(yōu)勢(shì)通道，納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒深部液流轉(zhuǎn)向及表面活性劑提高驅(qū)油效率的協(xié)同作用。

（2）當(dāng)聚合物凝膠、納米微球/預(yù)交聯(lián)顆粒、表面活性劑各段塞用量比例分別為15%，60%，25%時(shí)，驅(qū)油效果最好，相比水驅(qū)可提高采收率38.75%。

（3）“堵調(diào)驅(qū)”段塞組合調(diào)驅(qū)壓力場(chǎng)分布顯示竄流通道得到有效封堵，注入端壓力上升明顯，并在注采井垂直方向形成近似等壓條帶，從而形成近活塞式驅(qū)替。