趙鳳蘭,侯吉瑞,李洪生,莊緒超

(1.中國(guó)石油大學(xué)提高采收率研究中心,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,河南南陽(yáng) 473132)

聚合物驅(qū)后二次聚驅(qū)可行性及質(zhì)量濃度優(yōu)化研究

趙鳳蘭1,2,侯吉瑞1,2,李洪生3,莊緒超1,2

(1.中國(guó)石油大學(xué)提高采收率研究中心,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,河南南陽(yáng) 473132)

以河南下二門油田為例,采用不同級(jí)差的縱向非均質(zhì)物理模型,進(jìn)行室內(nèi)二次聚驅(qū)的宏觀模擬試驗(yàn),通過(guò)考察剖面改善效果和驅(qū)油效果,研究聚合物驅(qū)后進(jìn)行二次聚驅(qū)進(jìn)一步提高采收率的可行性,并對(duì)二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明:二次聚驅(qū)可進(jìn)一步提高采收率 5%～8%,能夠在一定程度上改善油藏的非均質(zhì)性;在給定試驗(yàn)條件下,二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)不低于 2.2 g/L。研究結(jié)果為下二門油田提高采收率方案的制定和實(shí)施提供了重要的基礎(chǔ)參數(shù)和理論依據(jù),并為聚驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供了新的思路。

聚合物;提高采收率;二次聚驅(qū);可行性;驅(qū)油試驗(yàn)

近年來(lái),聚合物驅(qū)作為一項(xiàng)有效提高采收率的技術(shù),在河南油田、大慶油田以及勝利油田等得到廣泛應(yīng)用。研究表明,聚合物不僅能夠在很大程度上提高波及效率,而且可以通過(guò)黏彈性提高微觀驅(qū)油效率[1-4]。但是,隨著聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用,聚驅(qū)后續(xù)水驅(qū)時(shí)含水上升非?？?且仍有較大量的剩余油留在孔喉中無(wú)法采出,需要探索進(jìn)一步提高驅(qū)油效率或波及效率的技術(shù)和方法。目前提出的聚合物驅(qū)后提高采收率的技術(shù)主要包括低堿ASP三元、無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)或泡沫復(fù)合驅(qū)以及微生物驅(qū)等,這些技術(shù)均取得了較好的室內(nèi)驅(qū)油效果[5-12]。自 2002年開(kāi)始,在河南下二門油田 H2Ⅱ,Ⅲ油組開(kāi)展了聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn),顯著改善了水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果,平均采出程度增幅達(dá) 6%,但聚驅(qū)后的采出程度僅為 35%左右,仍有 65%左右的剩余儲(chǔ)量,且縱向和平面均存在較大程度的非均質(zhì)性,因此急需探索聚驅(qū)后進(jìn)一步啟動(dòng)剩余油和改善非均質(zhì)的方法。筆者針對(duì)河南下二門油田地層非均質(zhì)程度和原油特點(diǎn)(地下原油黏度 70 mPa·s),通過(guò)增加聚合物質(zhì)量濃度來(lái)降低水油流度比,即通過(guò)室內(nèi)宏觀驅(qū)油試驗(yàn)研究聚合物驅(qū)后進(jìn)行二次聚驅(qū)的可行性,并進(jìn)行聚合物的質(zhì)量濃度優(yōu)化。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料、物理模型及裝置

1.1.1 試驗(yàn)材料

(1)聚合物。一次聚驅(qū)用聚合物為日本三菱MO4000(相對(duì)分子質(zhì)量 2100萬(wàn),固含量 92.0%),地層溫度 55℃下,質(zhì)量濃度 1 g/L時(shí)的黏度為21.59 mPa·s;二次聚驅(qū)用聚合物是鄭州產(chǎn)常規(guī)Ⅰ型聚合物(相對(duì)分子質(zhì)量 2015萬(wàn),固含量 89.0%),聚合物質(zhì)量濃度為 1.8和 2.2 g/L時(shí)的溶液黏度分別為 39.21和 70 mPa·s。

(2)試驗(yàn)用油和用水。試驗(yàn)用油為下二門油田脫氣脫水原油與一定比例的航空煤油配制的模擬油,55℃下黏度 70 mPa·s;試驗(yàn)用水為下二門油田的模擬注入水,總礦化度為 2.282 g/L,其中Na++K+質(zhì)量濃度為 655 mg/L,Ca2+質(zhì)量濃度為20 mg/L,HCO3-質(zhì)量濃度為 1.159 g/L,水型為NaHCO3型。

1.1.2 物理模型

宏觀驅(qū)油試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槎S縱向非均質(zhì)物理模型(4.5 cm×4.5 cm×30 cm),分為兩層層間非均質(zhì)和三層層內(nèi)非均質(zhì)兩種,具體滲透率組合及模型參數(shù)如表1所示。

1.1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置與儀器包括大型恒溫箱、巖心驅(qū)替試驗(yàn)裝置以及電子天平、攪拌器等。

1.2 試驗(yàn)流程和方案

為模擬礦場(chǎng)實(shí)際開(kāi)發(fā)階段,試驗(yàn)流程為首先水驅(qū)至綜合含水率 92%,然后注入聚合物 MO4000 (1.0 g/L×0.4Vp,Vp為孔隙體積),后續(xù)水驅(qū)至綜合含水率 94%;再注入常規(guī)Ⅰ型聚合物 (表 1) 0.22Vp,最后水驅(qū)至含水率 98%,結(jié)束試驗(yàn)。

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案共 14組,其中層間非均質(zhì)驅(qū)替試驗(yàn) 9組,層內(nèi)非均質(zhì)試驗(yàn) 5組,考察不同滲透率級(jí)差條件下不同階段的含水率、采出程度以及注入壓力情況,具體的試驗(yàn)方案見(jiàn)表 1。

表 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及模型基本參數(shù)Table 1 Designed exper imental plan and basic model parameters

2 試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1 二次聚驅(qū)剖面改善效果

聚合物主要通過(guò)改善非均質(zhì)性擴(kuò)大波及體積來(lái)提高采收率,這可以通過(guò)層間非均質(zhì)巖心高、低滲透層的分流量變化反映出來(lái)。試驗(yàn)以合注分采方式進(jìn)行,對(duì)比不同滲透率級(jí)差和聚合物注入濃度下各階段的分流率變化,考察剖面改善效果,結(jié)果見(jiàn)表2。

表 2 二次聚驅(qū)前后巖心分流率變化Table 2 D iversion ratio variation before and after secondary polymer flooding

8倍和 5倍級(jí)差條件下,水驅(qū)階段高低滲透層的分流量差別非常大,即絕大部分的水均經(jīng)高滲層竄流,低滲層波及系數(shù)很低,剖面非常不均勻,而 2倍級(jí)差條件下的分流量比值為 2,與級(jí)差相當(dāng),因此剖面相對(duì)均勻。經(jīng)過(guò)一次聚驅(qū)后,各個(gè)級(jí)差條件下的剖面均有所改善,低滲層分流量有所增加,但后續(xù)的水驅(qū)使低滲層的分流量再次下降,并且高低滲層分流率比值在較大級(jí)差條件下仍然非常大,如 8倍級(jí)差下,高滲層分流率超過(guò) 98%,高低滲層分流率比值在 65左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滲透率的級(jí)差。隨著滲透率級(jí)差變小,低滲層分流率增加明顯,說(shuō)明地層非均質(zhì)程度越嚴(yán)重,一次聚驅(qū)的剖面改善效果越差。

經(jīng)過(guò)二次聚驅(qū)后,8倍級(jí)差條件下,采用 1.5 g/L二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度時(shí),低滲層分流率從 1.5%增加到9.7%,高低滲層分流率比值從 65降至 9左右,高滲層分流率降低 8%,說(shuō)明經(jīng)過(guò)二次聚驅(qū),非均質(zhì)性在一定程度上得到改善;隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度增加至 1.8和 2.5 g/L,低滲層分流率進(jìn)一步增加至 11.8%和 16.2%,高滲層分流率降低了10.5%和 15%,非均質(zhì)程度進(jìn)一步改善。滲透率級(jí)差從 8降至 5和 2,低滲層分流率增加,在 2倍級(jí)差和2.5 g/L濃度下,低滲層分流率達(dá) 46%,幾乎達(dá)到近一半的流量,高低滲層分流率比值僅為 1.2。

從以上分析看,滲透率級(jí)差和聚合物質(zhì)量濃度均會(huì)對(duì)二次聚驅(qū)的剖面改善程度產(chǎn)生影響,但總的看來(lái),前者比后者的影響更加明顯。在同一滲透率級(jí)差下,聚合物質(zhì)量濃度由 1.5 g/L→1.8 g/L→2.5 g/L,高、低滲透層的分流率雖然也發(fā)生了很明顯的變化,如 5倍級(jí)差下,高低滲層分流率比值分別為4.0,3.7,2.7,但是比起滲透率級(jí)差的影響略小一些,如相同 1.8 g/L二次聚驅(qū),級(jí)差從 8→5→2,高低滲層分流率比值分別為 7.5,3.7,1.3。

從二次聚驅(qū)對(duì)剖面的改善程度看,效果較明顯,但是,經(jīng)后續(xù)水驅(qū)沖刷后,低滲層分流率很快下降,最終分流率小于 1%。另外,在較大級(jí)差下,二次聚驅(qū)后低滲層的分流率也僅為 16.2,說(shuō)明聚合物對(duì)非均質(zhì)剖面的改善程度相對(duì)較小,這主要是因?yàn)榫酆衔锶芤吼ざ群蛷?qiáng)度還沒(méi)有足夠大,流度控制能力有限,若要有效封堵竄流通道或高滲透層位,則需要采用交聯(lián)聚合物甚至凝膠凍膠等高強(qiáng)度堵劑進(jìn)行深度調(diào)剖,同時(shí)再配合使用聚合物溶液的合理濃度,這樣在總成本不增大的前提下,可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 二次聚驅(qū)驅(qū)油效果

不同滲透率級(jí)差和二次聚驅(qū)聚合物濃度下層間非均質(zhì)巖心的驅(qū)油效果如圖 1所示。

圖 1 二次聚驅(qū)聚合物濃度和級(jí)差對(duì)層間非均質(zhì)巖心驅(qū)替效果影響Fig.1 Influence of polymer concentration and permeability ratio on displacement effect with heterogeneous cores

從試驗(yàn)結(jié)果看:滲透率級(jí)差由 8降為 5和 2,水驅(qū)采收率從40.6%增加至41.9%和42.0%,即隨級(jí)差減小,水驅(qū)采收率增加;經(jīng)過(guò)一次聚驅(qū)后,提高采收率幅度分別為 11.4%,12.8%和 12.9%,說(shuō)明 8倍和 5倍級(jí)差條件下一次聚驅(qū)提高采收率幅度相當(dāng),而較小的 2倍級(jí)差條件下一次聚驅(qū)提高采收率幅度略低,這主要是因?yàn)榉蔷|(zhì)性強(qiáng)的巖心水驅(qū)采收率相對(duì)較低,水驅(qū)未波及體積較大,水驅(qū)剩余油量較多,因此一次聚驅(qū)通過(guò)改善流度比可以起到較好的提高采收率效果;一次聚驅(qū)后進(jìn)行黏度較高的二次聚驅(qū),采收率的增加幅度在 3.5%～7.2%,且級(jí)差越小,二次聚驅(qū)效果越明顯,如 2倍級(jí)差時(shí),二次聚驅(qū)提高采收率最高達(dá) 7.2%,說(shuō)明二次聚驅(qū)能夠通過(guò)進(jìn)一步改善非均質(zhì)性、提高波及效率而進(jìn)一步提高采收率。同時(shí)應(yīng)該看到,當(dāng)級(jí)差增加到 5時(shí),二次聚驅(qū)提高采收率效果降低較多,2.5 g/L時(shí)僅提高 5.8%,表明該質(zhì)量濃度下聚合物控制流度的能力相對(duì)有限,對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的地層,必須考慮采用深部調(diào)驅(qū)或其他復(fù)合技術(shù)進(jìn)行挖潛增產(chǎn),提高原油動(dòng)用程度,以最好的經(jīng)濟(jì)核算開(kāi)采剩余油。

從圖 1(d)可以看出:隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度從 1.5 g/L增加到 1.8和 2.2 g/L,提高采收率程度在不斷增加,這主要是由于溶液黏度增加,控制流度比和擴(kuò)大波及體積的能力也在增強(qiáng),但曲線增加幅度下降;滲透率級(jí)差為 2時(shí)的提高采收率效果明顯好于級(jí)差為 5和 8時(shí)的情況,且級(jí)差 5和 8時(shí)的效果差別不大。

3 二次聚驅(qū)質(zhì)量濃度的優(yōu)化

采用級(jí)差 2的三層層內(nèi)非均質(zhì)巖心,對(duì)二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)化,不同聚合物質(zhì)量濃度下的提高采收率效果如圖 2所示。

圖 2 二次聚驅(qū)聚合物濃度優(yōu)化曲線Fig.2 Curve of opt im izing polymer concentration during secondary polymer flooding

從優(yōu)化曲線可以看出:隨著二次聚驅(qū)聚合物濃度增加,二次聚驅(qū)的采收率也在增大;二次聚驅(qū)的聚合物質(zhì)量濃度較低,如濃度在 1.5 g/L以下時(shí),提高采收率的效果不明顯,只有通過(guò)提高聚合物質(zhì)量濃度,才可以產(chǎn)生流度控制作用而擴(kuò)大波及體積;聚驅(qū)用聚合物質(zhì)量濃度增加到 1.8,2.2和 2.5 g/L時(shí),對(duì)應(yīng)的采出程度由原來(lái)的 1.3%增大到 3.0%, 4.6%和 5.2%,二次聚驅(qū)的效果非常明顯。可見(jiàn),由于油藏原油黏度較高 (70 mPa·s),水油流度比過(guò)大,黏性指進(jìn)嚴(yán)重,因此二次聚驅(qū)的黏度選擇是礦場(chǎng)應(yīng)用中應(yīng)該充分注意的技術(shù)關(guān)鍵。同時(shí),當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度高于 2.2 g/L后,采收率提高的幅度在減小,說(shuō)明在此滲透率級(jí)差和試驗(yàn)條件下,二次聚驅(qū)的最優(yōu)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)該是 2.2 g/L,二次聚驅(qū)可提高采收率4.6%。

4 結(jié) 論

(1)聚合物驅(qū)后進(jìn)行更高濃度和黏度的二次聚驅(qū),通過(guò)更強(qiáng)的流度控制能力,可進(jìn)一步提高采收率5%～8%。

(2)地層的非均質(zhì)程度直接影響包括二次聚驅(qū)在內(nèi)的不同驅(qū)替階段的驅(qū)油效果,滲透率級(jí)差越大,低滲層分流率增加倍數(shù)越大,二次聚驅(qū)的改善效果越明顯,但是低滲層分流率絕對(duì)值仍然較小,即對(duì)于非均質(zhì)嚴(yán)重或存在竄流通道的地層,不能完全依靠聚合物進(jìn)行流度控制。

(3)隨著二次聚驅(qū)聚合物質(zhì)量濃度增加,對(duì)應(yīng)的二次聚驅(qū)采收率增大。在滲透率級(jí)差和試驗(yàn)條件下(原油黏度 70 mPa·s),二次聚驅(qū)的最優(yōu)聚合物質(zhì)量濃度應(yīng)該是2.2 g/L,二次聚驅(qū)提高采收率 4.6%。

[1] WANGDe-min,et al.Application results and understanding of several problems of industrial scale polymer flooding in Daqing oil field[R],SPE 20928,1998.

[2] 王德民,程杰成,楊清彥.黏彈性聚合物溶液能夠提高巖心的微觀驅(qū)油效率[J].石油學(xué)報(bào),2000,21(5):45-51.

WANGDe-min,CHENG Jie-cheng,YangQing-yan.Viscous-elastic polymer can increase micro-scale displacement efficiency in cores[J].Acta Petrolei Sinic,2000,21(5): 45-51.

[3] 夏惠芬,王德民,劉中春,等.黏彈性聚合物溶液提高微觀驅(qū)油效率的機(jī)理研究[J].石油學(xué)報(bào),2001,22(4): 16-19.

X IA Hui-fen,WANG De-min,LIU Zhong-chun,et al. Study on the mechanis m of polymer solution with visco-elastic behavior increasing microscopic displacement efficiency[J].Acta Petrolei Sinic,2001,22(4):16-19.

[4] 黃延章,于大森,張桂芳.聚合物驅(qū)油微觀機(jī)理研究[J].油田化學(xué),1990,7(1):6-10.

HUANG Yan-zhang,YU Da-sen,ZHANG Gui-fang.Microscopic mechanis ms of oil displacement by polymer solution[J].Oilfield Chemistry,1990,7(1):6-10.

[5] 趙福麟,王業(yè)飛,戴彩麗.聚合物驅(qū)后提高采收率技術(shù)研究 [J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,30 (1):86-90.

ZHAO Fu-lin,WANG Ye-fei,DA I Cai-li,Techniques of enhanced oil recovery afterpolymer flooding[J].Journalof ChinaUniversity of Petroleum(Edition ofNature Science), 2006,30(1):86-90.

[6] 劉仁強(qiáng).聚驅(qū)后無(wú)堿驅(qū)油體系提高采收率機(jī)理研究[D].大慶:大慶石油學(xué)院,2007.

LIU Ren-qiang.Mechanis m research on enhancing oil recovery of flooding oil system without alkaline after polymer flooding[D].Daqing:Daqing Petroleum Institute,2007.

[7] 孔柏嶺,丁榮輝,唐金星,等.河南油田改善聚合物驅(qū)油效果的技術(shù)途徑[J].油田化學(xué),2005,22(3):237-240.

KONGBai-ling,D ING Rong-hui,TANG Jin-xing,et al. The technical measures for improving polymer flood efficiency in Henan oilfield[J].Oilfield Chemistry,2005,22 (3):237-240.

[8] 于麗,孫煥泉,肖建洪,等.聚驅(qū)后 SDCM21/聚合物二元復(fù)合體系提高采收率研究[J].油田化學(xué),2007,24 (4):355-358.

YU Li,SUNHuan-quan,X IAO Jian-hong,et al.SDCM-1/HPAMsurfactant/polymer combinational flooding fluid for further enhanced oil recovery after polymer flood finished[J].Oilfield Chemistry,2007,24(4):355-358.

[9] 張?jiān)茖?盧祥國(guó),任艷濱,等.三種驅(qū)油劑在聚驅(qū)后二維非均質(zhì)物理模型上的驅(qū)油效果[J].油田化學(xué),2007, 24(3):242-245.

ZHANG Yun-Bao,LU Xiang-guo,RENYan-bin,et al. Displacement efficiency for three different EORchemical agents in two-dimension heterogeneous physical model after polymer flooding[J].Oilfield Chemistry,2007,24(3): 242-245.

[10] 劉麗.聚驅(qū)后剩余油分布規(guī)律及挖潛措施[D].大慶:大慶石油學(xué)院,2005.

LIU Li. The roles of residual oil distribution and the measurement of further exploitation after polymer flooding [D].Daqing:Daqing Petroleum Institute,2005.

[11] 于麗,孫煥泉,肖建洪,等.用于注聚驅(qū)后的含有中強(qiáng)緩沖堿三元復(fù)合體系研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào):理學(xué)版,2008,43(3):16-20.

YU Li,SUNHuan-quan,X IAO Jian-hong,et al.Studies on theASP compound system withmoderate basic strength alkali after polymer injection flooding[J].Journal of ShandongUniversity(Natural Science),2008,43(3):16-20.

[12] 王克文,孫建孟,關(guān)繼騰,等.聚合物驅(qū)后微觀剩余油分布的網(wǎng)絡(luò)模型模擬 [J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,30(1):86-90.

WANG Ke-wen,SUNJian-meng,Guan Ji-teng,et al. Ne twork modelmodelingofmicrocos mic remainingoil distribution after polymer flooding[J].Journal of China U-niversity of Petroleum(Edition ofNature Science),2006, 30(1):72-76.

ZHAO Feng-lan1,2,HOU Ji-rui1,2,LIHong-sheng3,ZHUANG Xu-chao1,2

Study on feasibility of secondary polymer flooding and concentration opt im ization after polymer flooding

(1.EORCenter in China University of Petroleum,Beijing102249,China;2.CMOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beijing102249,China;3.Exploration and Production Research Institute,Henan O ilfield,Nanyang473132,China)

Taking Henan Xia′ermen Oilfield as an example and using vertically heterogeneous physicalmodels with different per meability ratio,laboratory exper imentswere done to determine the feasibility of secondary polymer flooding and opt imize the polymermass concentration through investigating the profile control and flooding effects.The results show that 5%-8% of improved oil recovery efficiencywas obtained,which demonstrates that the reservoir heterogeneity was improved to some extend.The mass concentration of polymer for secondary polymer flooding could not be lower than 2.2 g/Lunder setting experimental conditions.The resultsprovide notonly important basic parameters and theoretical foundation,but also new thinking for development of improved oil recovery technologies after polymer flooding.

polymers;improved oil recovery efficiency;secondary polymer flooding;feasibility;oil displacement experiment

TE 39

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.020

1673-5005(2010)04-0102-05

2009-08-04

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(2009ZX05009-004)

趙鳳蘭(1973-),女(漢族),山東商河人,副研究員,博士,主要從事油田化學(xué)和提高采收率技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作。

(編輯 韓國(guó)良)