特低滲砂巖油藏的滲吸采油工藝參數(shù)優(yōu)化研究

曾順鵬 李育展 劉歷歷 解英明 張 星

1. 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院, 重慶 401331;2. 勝利油田工程技術(shù)研究院, 山東 東營(yíng) 257000

0 前言

中國(guó)特低滲砂巖油藏儲(chǔ)量豐富,由于其滲透率較低,通常采用壓裂和注水的方式才能實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。隨著注水時(shí)間的增加,受裂縫的影響,油井含水上升加快,水侵、水竄日益嚴(yán)重,高含水給油井穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)的突出矛盾,成為導(dǎo)致注水開(kāi)發(fā)效果差的關(guān)鍵問(wèn)題[1-3]。

針對(duì)特低滲砂巖油藏的水驅(qū)開(kāi)發(fā),周萬(wàn)富等學(xué)者發(fā)現(xiàn),微納米孔道的吸水產(chǎn)生了明顯的毛管力,這一滲吸作用能夠有效提高特低滲砂巖油藏的采收率[4-5];張星等學(xué)者發(fā)現(xiàn),在特低滲砂巖油藏實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中,表面活性劑能有效降低油水間的界面張力以及改善潤(rùn)濕性[6-9]，且注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時(shí)間等工藝參數(shù)的變化,在地層中形成不穩(wěn)定的壓力場(chǎng),使?jié)B吸液不斷重新分布,在壓差作用下使其實(shí)現(xiàn)層間滲流,增強(qiáng)毛管作用力。因此,這些工藝參數(shù)都能對(duì)采收率產(chǎn)生明顯的影響[10-18],但對(duì)采收率的影響規(guī)律還不十分明確。

為此,以勝利油田某區(qū)塊特低滲砂巖油藏為研究對(duì)象,通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了表面活性劑類(lèi)型及注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時(shí)間工藝參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)滲吸的影響,利用工程應(yīng)用—生產(chǎn)擬合的方法對(duì)勝利油田SL-3區(qū)塊的動(dòng)態(tài)滲吸采油參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了應(yīng)用試驗(yàn)。

1 滲吸采油影響因素分析

水驅(qū)特低滲砂巖儲(chǔ)層過(guò)程中,當(dāng)滲吸液進(jìn)入毛細(xì)管微孔中流動(dòng)時(shí),流體滲吸作用的大小主要受毛管力、黏性力以及重力3種作用力的影響[19-22],見(jiàn)圖1。

圖1 孔道流體受力圖Fig.1 The force of the fluid in the channel

孔道中的流體受力表達(dá)式為:

F=Fcap-Fvisco-Fgrav=2πrδcosθ-8πrhv-ρπr2hg

(1)

式中:Fcap為毛管力,N;Fvisco為黏性力,N;Fgrav為重力,N;δ為界面張力,mN/m;θ為潤(rùn)濕角,°;r為毛管孔隙半徑,μm;v為滲吸流體的速度,m/s;h為頁(yè)面上升高度,cm;ρ為流體密度,g/cm3;g為重力常數(shù),m/s2。

通過(guò)分析式(1)可得出如下結(jié)論。

1)在滲吸過(guò)程中,Fcap為動(dòng)力,Fvisio和Fgrav為阻力。界面張力δ、潤(rùn)濕角θ的改變能夠影響毛管驅(qū)動(dòng)力的大小。

2)增大界面張力能夠提升毛管力,也使得原油在裂縫中很難流動(dòng);減小界面張力能夠讓原油容易流動(dòng),也使得毛管力驅(qū)動(dòng)力減小,所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的界面張力區(qū)間進(jìn)行滲吸采油。

3)潤(rùn)濕角減小,巖心越親水,毛管力越大。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,通常采用表面活性劑來(lái)降低界面張力和改善巖石的潤(rùn)濕性。為此,提升滲吸動(dòng)力需要選擇更優(yōu)的表面活性劑。

2 表面活性劑篩選

根據(jù)勝利油田已在應(yīng)用的15種表面活性劑,從中初選出了YC- 01、OP-10、FH-1這3種適用于SL-3區(qū)塊的表面活性劑。

實(shí)驗(yàn)用油為SL-3區(qū)塊地層原油,其界面張力為10.928 8 mN/m;實(shí)驗(yàn)用水為SL-3區(qū)塊地層水,總礦化度為29 795.6 mg/L,水型為CaCl2;溫度設(shè)定為80 ℃。

使用TX-500界面張力測(cè)試儀器、jgw-360 a潤(rùn)濕角測(cè)定儀測(cè)量了3種表面活性劑在0.1%質(zhì)量濃度下的油水間界面張力和接觸角,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同類(lèi)型表面活性劑界面張力和接觸角表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,3種表面活性劑中界面張力最低為FH-1的 0.009 6 mN/m,接觸角最小為FH-1的65.41°,發(fā)現(xiàn)表面活性劑FH-1改善潤(rùn)濕性能力最強(qiáng)。

3 滲吸采油實(shí)驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中,滲吸液的注入壓力會(huì)影響滲吸液注入孔道的距離;滲吸液的注入量決定滲吸液能否充滿孔隙,同時(shí)決定滲吸液與地層中原油的交換效率;注入滲吸液的次數(shù)和燜井時(shí)間的長(zhǎng)短能夠決定滲吸液能否通過(guò)滲吸作用將地層中原油更有效地驅(qū)替出來(lái)。需要對(duì)注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步研究,找出這些參數(shù)對(duì)滲吸采油效果的影響規(guī)律。

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

SL-3區(qū)塊原油、SL-3區(qū)塊地層水、SL-3區(qū)塊巖心。

3.2 實(shí)驗(yàn)儀器及裝置

ABP-186復(fù)壓孔滲儀、巖心驅(qū)替裝置、電子天平、游標(biāo)卡尺等。

3.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1)將巖心編號(hào),量取各個(gè)巖心的幾何尺寸。

2)用ABP-186復(fù)壓孔滲儀測(cè)得各巖心的孔隙度、滲透率。

3)將巖心放入80 ℃的烘箱中烘烤8 h以上,讓其冷卻后,取出稱(chēng)重,直到前后兩次質(zhì)量差小于0.01 g為止,取平均值為巖心干重。

4)用抽真空飽和的方法使巖心飽和地層水并稱(chēng)重。

5)用驅(qū)替方法將巖心原油飽和,計(jì)量驅(qū)替出水的體積,稱(chēng)量驅(qū)替前后巖心質(zhì)量差以及巖心吸油體積,將巖心浸泡在原油中待用。

3.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1)將處理好的巖心放入巖心夾持器中,調(diào)節(jié)恒溫箱使巖心夾持器外的加熱套升溫至實(shí)驗(yàn)溫度80 ℃,且保持穩(wěn)定。

2)以0.5 mL/min的速度將滲吸液注入巖心中，注入完成后關(guān)閉閥門(mén)。

3)反應(yīng)一段時(shí)間后打開(kāi)閥門(mén),用地層水進(jìn)行驅(qū)油。

4)當(dāng)連續(xù)一段時(shí)間不出油時(shí),即該條件下試驗(yàn)完成,記錄量筒中排出油體積,計(jì)算驅(qū)油效率。

5)更換巖心,在不同的表面活性劑、注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時(shí)間的條件下重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 不同表面活性劑對(duì)滲吸采油效果的影響

利用濃度為0.1%的不同類(lèi)型的表面活性劑溶液進(jìn)行動(dòng)態(tài)滲吸實(shí)驗(yàn),測(cè)量不同類(lèi)型的表面活性劑溶液的滲吸采油效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.2 Flow chart of displacement experiment

圖3 不同類(lèi)型表面活性劑與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.3 Relationship between different types ofsurfactants and imbibition recovery rate

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,利用常規(guī)水驅(qū)方法其平均采收率為20.6%,在水驅(qū)后,采用滲吸方法進(jìn)行采油,采收率有很大程度的提高。但是,加入的表面活性劑不同,采收率提高程度也不同。

4.2 注入壓力對(duì)滲吸采油效果的影響

通過(guò)改變注入壓力研究注入壓力對(duì)滲吸采油效果的影響,測(cè)量不同注入壓力下的滲吸采收率效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同注入壓力與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.4 Relationship between different injection pressuresand imbibition recovery rate

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,注入壓力增大,滲吸采收率提高。主要原因?yàn)?注入壓力增大,滲吸液通過(guò)裂縫滲吸進(jìn)入巖心內(nèi)部區(qū)域更遠(yuǎn),導(dǎo)致滲吸液改變巖心孔隙潤(rùn)濕性區(qū)域更大,滲吸作用增強(qiáng),滲吸采收率提高。

4.3 注入量對(duì)滲吸采油效果的影響

通過(guò)改變注入量研究注入量對(duì)滲吸采油效果的影響,測(cè)量不同注入量下的滲吸采收率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同注入量與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.5 Relationship between different injection volumesand imbibition recovery rates

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出,隨著注入量的增大,滲吸采收率不斷增大。當(dāng)注入量達(dá)到1 PV時(shí),滲吸采收率最大為37.4%,此后繼續(xù)增大注入量,滲吸采收率也不會(huì)發(fā)生明顯變化。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制注入量,注入過(guò)多的表面活性劑溶液并不能提高采收率,反而會(huì)延遲施工工期，增加工程成本。

4.4 注入次數(shù)對(duì)滲吸采油效果的影響

通過(guò)改變注入次數(shù)對(duì)滲吸采油效果的影響。測(cè)量不同注入次數(shù)下的滲吸采收率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 注入次數(shù)與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.6 Relationship between injection times andimbibition recovery rate

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,隨著注入次數(shù)的增加,滲吸采收率不斷增大,但是滲吸采收率增幅不斷減小。這是由于滲吸液每次注入地層后都會(huì)使得巖心中一部分原油在滲吸作用下被驅(qū)替出來(lái),隨著注入次數(shù)的增加,巖心中的含油飽和度不斷降低,通過(guò)滲吸作用能驅(qū)替出的原油也越來(lái)越少,當(dāng)注入次數(shù)達(dá)到4次時(shí),滲吸采收率增幅較小。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)當(dāng)選擇合適的注入次數(shù),這樣能夠有效縮短滲吸采油時(shí)間。

4.5 燜井時(shí)間對(duì)滲吸采油效果的影響

通過(guò)改變燜井時(shí)間對(duì)滲吸采油效果的影響,測(cè)量在不同燜井時(shí)間下的動(dòng)態(tài)滲吸效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 不同燜井時(shí)間與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.7 Relationship between different soaking timeand imbibition recovery rate

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,隨著燜井時(shí)間增大,采收率不斷增加。當(dāng)燜井時(shí)間達(dá)到48 h后,燜井時(shí)間繼續(xù)增加,滲吸采收率也不會(huì)增大。當(dāng)燜井時(shí)間小于48 h時(shí),隨著燜井時(shí)間增加,油水間滲吸反應(yīng)時(shí)間增大,滲吸采收率不斷提高;當(dāng)燜井時(shí)間大于48 h時(shí),繼續(xù)增大滲吸時(shí)間,滲吸采收率不會(huì)有明顯的提高。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)該選擇合適的燜井時(shí)間。

從圖5～7可以看出，表面活性劑種類(lèi)、注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時(shí)間對(duì)滲吸效果有較大影響。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出在實(shí)驗(yàn)室中最優(yōu)滲吸實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:滲吸劑為FH-1陰離子表面活性劑,注入壓力為25 MPa,注入量為1 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時(shí)間大于48 h。

5 工藝參數(shù)優(yōu)化

為了優(yōu)化滲吸采油工藝參數(shù),將通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的滲吸參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)施工情況相結(jié)合進(jìn)行滲吸采油工藝參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)勝利油田其他區(qū)塊滲吸采油工藝參數(shù)和滲吸效果進(jìn)行調(diào)研,得到的工藝參數(shù)和滲吸采油效果見(jiàn)表2。

根據(jù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合其他區(qū)塊施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1)注入壓力。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,注入壓力越大,增產(chǎn)效果越好。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中要盡量提高注入壓力,試驗(yàn)區(qū)塊的最大注入壓力為30 MPa,所以將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)注入壓力設(shè)為30 MPa。

2)注入量。根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，注入量越大,滲吸采收率越大,注入量超過(guò)1 PV后采收率不會(huì)增加。但是,根據(jù)表2可以看出,注入量為1.5 PV時(shí)的增產(chǎn)效果大于1 PV時(shí)的增產(chǎn)效果。這是由于在施工過(guò)程中,注入流體不能全部進(jìn)入地層,在注入過(guò)程中存在一定的液體損失,導(dǎo)致實(shí)際注入地層流體的量小于設(shè)計(jì)注入量,因此,將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)注入量設(shè)為1.5 PV。

3)注入次數(shù)。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,注入次數(shù)為4次。

4)燜井時(shí)間。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出,注入量超過(guò)48 h并不會(huì)使得增產(chǎn)效果增加,所以將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)燜井時(shí)間設(shè)為48 h。

表2 其他區(qū)塊滲吸采油工藝參數(shù)及滲吸效果表

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出的滲吸采油實(shí)驗(yàn)參數(shù)結(jié)合近幾年勝利油田滲吸采油施工方案,最后優(yōu)化出現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)為:注入壓力為30 MPa,注入量為1.5 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時(shí)間為48 h,注入0.1%濃度的FH-1表面活性劑溶液400 m3。

6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

勝利油田SL-3區(qū)塊為特低滲砂巖油藏儲(chǔ)層,區(qū)塊含油面積為2.9 km2,地質(zhì)儲(chǔ)量為173.9×104t,巖心孔隙度平均為17.1%,滲透率平均為3.276 mD;油藏地層壓力33.05 MPa,地層溫度為80 ℃,儲(chǔ)層埋深2 550～2 800 m。從2017年7月開(kāi)始,該區(qū)塊注水時(shí)水竄、水淹現(xiàn)象嚴(yán)重,油井含水量不斷提升,注水效果越來(lái)越差,產(chǎn)能不斷降低。截至2018年7月該區(qū)塊停止生產(chǎn)時(shí),已開(kāi)油井14口,水井7口,平均單井產(chǎn)液量為3.19 t/d,產(chǎn)油量為0.20 t/d,含水率達(dá)到92.1%?？紤]到該區(qū)塊滲透率較低,非均質(zhì)性強(qiáng),巖心喉道半徑小,同時(shí)含水率較高,符合滲吸采油條件,從2019年5月開(kāi)始對(duì)M-1、M-2、M-3井實(shí)施滲吸采油,至2019年11月,3口井的平均產(chǎn)液量恢復(fù)到6.17 t/d，產(chǎn)油量上升到4.10 t/d，含水率下降至33.3%,其前后產(chǎn)能對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 實(shí)施滲吸采油前后油井產(chǎn)能對(duì)比表

該區(qū)塊進(jìn)行滲吸采油后,產(chǎn)能明顯提高,日產(chǎn)液量提高了2倍,日產(chǎn)油量提高了19倍,含水率降低了58.8%,增產(chǎn)效果顯著。

7 結(jié)論

1)陰離子表面活性劑FH-1能夠明顯降低油水間界面張力，減少潤(rùn)濕角,提高動(dòng)態(tài)滲吸采收率。

2)隨著注入壓力的增大,滲吸采收率增大;隨著注入量的增大,滲吸采收率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);隨著注入次數(shù)的增加,采收率不斷增大,但是增幅不斷減小;燜井時(shí)間為48 h時(shí),滲吸采收率最大。

3)利用工程擬合的方法優(yōu)化了滲吸采油工藝參數(shù),注入壓力為30 MPa,注入量為1.5 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時(shí)間為48 h,注入0.1%濃度的FH-1表面活性劑溶液400 m3。

4)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,滲吸采油方法在勝利油田SL-3區(qū)塊特低滲砂巖油藏儲(chǔ)層取得了良好的增產(chǎn)效果,日產(chǎn)油量提高了19倍,含水率降低了58.8%,同時(shí)發(fā)現(xiàn)表面活性劑濃度對(duì)采收率影響較大。