油田開發(fā)后期靜態(tài)參數(shù)變化及規(guī)律研究

王鳳剛

（北京宇畔科技發(fā)展有限公司，北京102200）

1 開發(fā)后期化學(xué)驅(qū)油對(duì)油藏靜態(tài)參數(shù)影響的機(jī)理

在化學(xué)驅(qū)注聚過(guò)程中可能會(huì)由于地層中的敏感性礦物、地層流體性質(zhì)、注入水水質(zhì)等原因?qū)е掠蜌鈱硬煌愋偷膿p害而使注聚壓力上升，聚合物溶解不完全、產(chǎn)生“魚眼”堵塞；聚合物大分子吸附堵塞等[1]。可以說(shuō)，造成油氣層損害的因素是多方面的，是各種因素綜合作用的結(jié)果，在這里將重點(diǎn)分析聚合物本身的原因造成的對(duì)油氣層的損害。

1.1 聚合物溶液與油藏流體不配伍造成的損害

在驅(qū)油過(guò)程中，如果聚合物溶液與油藏流體不配伍，不僅會(huì)使聚合物損失增大，還會(huì)損害地層。

1.1.1 與地層水的不配伍

在較高溫度下，聚丙烯酰胺在水中易于發(fā)生水解。溫度越高，水解速度越快。在高水解度下，聚丙烯酰胺中的羧基與水中鈣離子作用形成沉淀，這樣一方面造成聚丙烯酰胺的有效濃度降低，起不到增加水相粘度的作用；另一方面這些沉淀堵塞地層也會(huì)引起地層損害[2]。一般來(lái)說(shuō)，地層溫度在50℃以下時(shí)，聚丙烯酰胺水解速度很慢，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。如不考慮鹽敏效應(yīng)，它可以耐受較高濃度的二價(jià)陽(yáng)離子。在溫度達(dá)到70℃時(shí)，注入水中的二價(jià)陽(yáng)離子不能超過(guò)200mg/L，否則可能出現(xiàn)沉淀。地層水與聚合物的配伍性主要需要考慮地層水的含鹽、特別是二價(jià)陽(yáng)離子的情況。

1.1.2 與地層巖石的不配伍性

研究表明，在油濕油藏或砂粒表面油膜上，聚丙烯酰胺的吸附量幾乎為0。而在強(qiáng)親水(完全水濕)模型上出現(xiàn)最大的吸附量。但由于實(shí)際巖石的潤(rùn)濕性是非均質(zhì)性的，也就是說(shuō)小孔隙和膠結(jié)部位可能水濕，大孔隙的內(nèi)表面為油濕，這就預(yù)示著注進(jìn)油藏中的聚合物吸附分布同樣也是不均勻的。聚合物在小孔隙和膠結(jié)點(diǎn)處的吸附會(huì)給流體的流動(dòng)造成阻力，損害地層。此外，由于聚合物的高粘，還會(huì)使膠結(jié)松散的砂粒和微粒發(fā)生運(yùn)移，造成地層損害[3]。

1.1.3 聚合物分子量的影響

聚合物分子量增大，在同樣濃度下可產(chǎn)生更高的粘度，因此，人們希望采用分子量盡可能高的聚合物，以獲得最大的粘度。聚合物分子量與巖石的滲透率之間存在一定的配伍性。若分子量過(guò)高，通過(guò)孔隙介質(zhì)時(shí)將發(fā)生嚴(yán)重的剪切降解，其溶液粘度與低分子量聚合物的粘度相差不多，但卻使注入壓力明顯上升，不僅浪費(fèi)了能源，同時(shí)還會(huì)引起地層損害[4]。

1.2 機(jī)械堵塞

聚合物的主要作用是提高水相粘度、降低油水粘度比，以提高注入流體的波及效率。因而在注入過(guò)程中注入壓力上升、吸水能力降低，這都是聚合物驅(qū)中出現(xiàn)的正?，F(xiàn)象。但由于使用的聚合物配制設(shè)備和工藝問(wèn)題，在聚合物溶解過(guò)程中，不可避免地會(huì)造成聚合物溶解的不好，容易形成聚合物的聚集體“魚眼”，當(dāng)進(jìn)入地層后，就會(huì)在孔吼處產(chǎn)生滯留堵塞，從而引起不應(yīng)有的地層損害。聚合物干粉產(chǎn)品易于運(yùn)輸，但是在溶解過(guò)程中更易形成“魚眼”。由于其顆粒極不均勻，微顆粒太多，假如這些顆粒未能以單顆粒的形式均勻分散于水的渦流中，聚集在一起的聚合物顆粒與水接觸，外層遇水溶漲，阻止水分子繼續(xù)進(jìn)入其內(nèi)部，從而形成“魚眼”?！棒~眼”一旦形成就很難再溶解了。而且，分散后的聚合物在水中要充分熟化，以完全溶解；倘若熟化不充分，聚合物未能充分溶解，會(huì)產(chǎn)生聚合物凝膠團(tuán)，同樣也會(huì)堵塞地層。因此，保證聚合物能夠充分溶解、避免“魚眼”與凝膠團(tuán)的形成，是預(yù)防聚合物堵塞地層的有效途徑。所以，注聚井產(chǎn)生地層機(jī)械堵塞的主要原因是聚合物溶解過(guò)程中形成的“魚眼”和凝膠團(tuán)及其不達(dá)標(biāo)水質(zhì)中的污油、固體顆粒等。

2 化學(xué)驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層靜態(tài)參數(shù)影響的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用水為油田提供的污水，聚合物為部分水解聚丙烯酰胺，固含量為88%，分子量為2500萬(wàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程均在試驗(yàn)區(qū)油層溫度（53℃）下進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)儀器：驅(qū)替裝置；可以測(cè)定多點(diǎn)滲透率的填砂管，見圖1。

圖1 巖芯流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀的巖芯夾持器結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

圖 1 中，1、2、3 分別為三個(gè)壓力傳感器，通過(guò)觀測(cè)有關(guān)壓力值的變化可以計(jì)算出各段填砂管的滲透率值和流度。其中，1、2之間長(zhǎng)度等于3.2cm；1、3之間的長(zhǎng)度等于5.4cm；1、4之間的巖芯長(zhǎng)度等于6.2cm。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

考慮到聚合物溶液在儲(chǔ)層中流動(dòng)時(shí)，隨著運(yùn)移的進(jìn)行其溶液的粘度及聚合物分子量將發(fā)生變化，因此我們采用多點(diǎn)滲透率測(cè)定儀。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

①采用20～40目石英砂充填填砂管，通過(guò)控制填砂管壓制時(shí)的壓力及恒壓時(shí)間，制成滲透率不同的石英砂填砂管，進(jìn)行抽空飽和地層水，測(cè)其孔隙度；

②將填砂管放入恒溫箱中53℃下放置12h，接入驅(qū)替裝置采用地層水驅(qū)替（0.2mL/min），不斷檢測(cè)巖芯上的壓力和流量，直至壓力穩(wěn)定，測(cè)出填砂管各測(cè)點(diǎn)間原始滲透率；

③配制濃度為1500mg/L 的污水聚合物溶液，以0.2mL/min 的注入到填砂管中，檢測(cè)聚合物溶液通過(guò)填砂管時(shí)各測(cè)點(diǎn)的壓力；

④分別注入某一孔隙體積倍數(shù)的污水聚合物溶液，然后采用地層污水對(duì)填砂管進(jìn)行驅(qū)替，直到壓力穩(wěn)定，記錄下各測(cè)點(diǎn)的壓力，計(jì)算滲透率，該滲透率稱為最終滲透率（又稱為沖洗滲透率或殘余滲透率）；

⑤分別注入不同體積的污水聚合物溶液，重復(fù)進(jìn)行步驟①～④。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理公式

不可壓縮流體通過(guò)水平多孔介質(zhì)穩(wěn)定流動(dòng)的達(dá)西公式為：

式中：Q——流量，cm3/s；

k——巖芯滲透率，10-3mm2；

A——多孔介質(zhì)的橫截面積，cm2；

μ——流體粘度，mPa·s；

L——多孔介質(zhì)長(zhǎng)度，cm；

Δp——長(zhǎng)度L上的壓力降，atm。

巖芯滲透率保留率定義為：

式中：ko——填砂管的原始滲透率；

k——注入不同體積的污水聚合物溶液后續(xù)水驅(qū)穩(wěn)定時(shí)的滲透率。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1 各填砂管段的滲透率保留值隨注入體積的變化

按照上述實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)定了注入不同體積倍數(shù)的污水聚合物溶液后地層污水的滲透率，并計(jì)算出各段的滲透率的保留率，如圖2所示。

圖2中所示隨著注入體積的增大，填砂管各段的滲透率均下降，下降幅度隨著距注入端口距離的增加而減小，隨著注入體積的增加降低趨勢(shì)逐漸減緩。對(duì)于距注入段較遠(yuǎn)的3～4 段其最終的滲透率保留率為67.5%，而距注入段最近的1～2 段其滲透率保留率為47.8%。這說(shuō)明在注聚過(guò)程中距離注聚井越近的地層滲透率傷害越厲害，且滲透率主要在進(jìn)井地帶發(fā)生損害，在注聚的過(guò)程中應(yīng)著重考慮如何降低近井地帶聚合物的吸附和捕集等造成的傷害是保證正常注聚，延長(zhǎng)注聚有效期的關(guān)鍵。

2.3.2 污水聚合物驅(qū)對(duì)填砂管損害深度的確定

圖2 不同污水聚合物溶液注入體積對(duì)滲透率的影響

不同污水注入體積，同一段填砂管的滲透率變化是不同的，通過(guò)向填砂管中注入不同體積倍數(shù)的污水聚合物溶液，來(lái)模擬聚合物驅(qū)在儲(chǔ)層中運(yùn)移距離的遠(yuǎn)近，研究聚合物驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層的損害深度。

由圖3 可以看出，在其他條件相同時(shí)，距離注入段距離越遠(yuǎn)，滲透率保留率越高，在距注入段相同的距離處，注入的聚合物孔隙倍數(shù)越大，滲透率保留率越低。隨著注入倍數(shù)的增加，滲透率保留率的值保持不變。這主要是由于隨著聚合物的注入，其在多孔介質(zhì)表面的吸附滯留量越來(lái)越多，當(dāng)注入孔隙體積倍數(shù)達(dá)到某一值時(shí)，聚合物在多孔介質(zhì)中的吸附達(dá)到飽和。

圖3 不同距離下聚合物驅(qū)對(duì)滲透率保留率的影響

2.3.3 填砂管不同原始滲透率對(duì)滲透率保留率的影響

采用20～40 目的石英石，通過(guò)控制填砂管填制時(shí)施加的壓力，制成滲透率為1500mD、1000mD、600mD三種滲透率的30cm 長(zhǎng)的填砂管，采用1500mg/L 的聚合物溶液，以0.2mL/min 的注入速度向填砂管中注入不同的孔隙體積的聚合物溶液，測(cè)量聚驅(qū)前后的滲透率，研究原始滲透率對(duì)聚驅(qū)滲透率保留率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 原始滲透率對(duì)聚驅(qū)滲透率保留率的影響

由圖4 可以看出，填砂管的原始滲透率越大，同一注聚體積對(duì)滲透率的傷害越少，亦即滲透率保留率越大。這是由于滲透高的填砂管其內(nèi)部孔隙吼道直徑比低滲透率填砂管大，聚合物驅(qū)替時(shí)產(chǎn)生的阻力小，聚合物大分子更容易通過(guò)。且高滲透填砂管內(nèi)部的連通性好，聚合物溶液不易在填砂管內(nèi)部滯留，導(dǎo)致滲透率保留率較低滲透填砂管要高。

3 小結(jié)

（1）通過(guò)多點(diǎn)滲透率測(cè)定儀研究了不同注入倍數(shù)、原始滲透率及距注入端距離等因素對(duì)聚驅(qū)過(guò)程中滲透率降低率的影響規(guī)律；

（2）通過(guò)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)及壓汞實(shí)驗(yàn)，研究了長(zhǎng)期注聚對(duì)儲(chǔ)層孔滲參數(shù)及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，結(jié)果表明長(zhǎng)期注聚會(huì)使得地層的非均質(zhì)性進(jìn)一步加強(qiáng)。