王 越,孫 衛(wèi),張 奉,劉柏林,巢忠堂

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室,陜西西安710069;2.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)

聚合物微球和表面活性劑結(jié)合提高采收率實驗研究
——以沙埝油田 H區(qū)塊為例

王 越1,孫 衛(wèi)1,張 奉1,劉柏林2,巢忠堂2

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室,陜西西安710069;2.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)

針對蘇北盆地沙埝油田 H斷塊開發(fā)中出現(xiàn)的含水高、遞減快和常規(guī)工藝措施難以解決注入水沿高滲條帶突進等問題,提出了利用聚合物微球進行深度調(diào)剖,并利用真實砂巖模型,對聚合物微球和表面活性劑的驅(qū)油機理、驅(qū)油效率及剩余油分布等進行了物理模擬研究。研究表明,驅(qū)油效率隨著物性的變好,非均質(zhì)性的減弱而提高;微球和表面活性劑聯(lián)合使用可使采收率平均提高8.74%;并且微觀非均質(zhì)性越強,采收率的增加值越大。

聚合物微球;表面活性劑;驅(qū)油效率;沙埝油田

表面活性劑驅(qū)是三次采油的有效方法[1-2],但中高含水期單一表面活性劑驅(qū)油體系,波及系數(shù)低,采收率增加值不大。調(diào)剖是增大注入劑波及系數(shù)的主要手段,但傳統(tǒng)調(diào)剖劑存在有效期短,無法發(fā)揮深度調(diào)剖作用等缺點,而新型的聚合物微球,可在水中均勻分散進入注水地層并吸水膨脹,通過在孔隙中運移來實現(xiàn)逐級封堵作用[3-5]。近年來有人提出“2+3”提高采收率技術(shù),核心是在對地層充分調(diào)剖的基礎(chǔ)上,注入驅(qū)油劑,將剩余油飽和度較高區(qū)域的油驅(qū)出,最大限度地提高原油采收率[6]。但該技術(shù)只有少量研究及現(xiàn)場應(yīng)用,且主要集中在中高滲透油藏中,鮮見適應(yīng)于低滲透油藏的成功報道[6-9]。本次研究利用真實砂巖微觀模型,對聚合物微球和表面活性劑的驅(qū)油機理、驅(qū)油效率和剩余油分布等進行了實驗研究,以期對“2+3”驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏的應(yīng)用做出有意義的探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

江蘇油田H斷塊位于蘇北盆地沙埝油田中部,主要含油層系為古近系阜寧組阜三段,為一套淺水→較深水→湖泊環(huán)境的三角洲沉積,巖性為長石巖屑砂巖,含少量的巖屑長石砂巖。平均孔隙度為23%,空氣滲透率為 40.3×10-3μm2,滲透率級差為150.1,表現(xiàn)出較強的非均質(zhì)性。當(dāng)前已暴露出低滲透油藏水驅(qū)開發(fā)的典型問題:含水高,遞減快,注水效果差。

2 實驗?zāi)Ｐ团c設(shè)備

實驗共制作模型10塊,真實砂巖模型系采用H斷塊儲層巖心制作,具體制作工藝見文獻(xiàn)[10]。實驗用油為地層原油(粘度2.2 m Pa·s),表面活性劑為陽離子C34H74N2Br2,水為實際注入水。實驗時在油中加入少量油溶紅和水中加入甲基藍(lán)。實驗方法為常規(guī)真實砂巖驅(qū)油實驗(見文獻(xiàn)[10-11])?，F(xiàn)配質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%微球溶液并注入模型,注入量為0.3倍孔隙體積。待微球在模型中停留7天后,注入0.5 PV質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的表面活性劑溶液,隨后進行1 PV水驅(qū),并計算最終驅(qū)油效率。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 微球膨脹前后真實形態(tài)

微球采用微乳聚合而成的一種凍膠型堵劑,微球膨脹前粒徑中值為200 nm,所配0.2%微球放置在40℃左右的培養(yǎng)皿中,在體視顯微鏡下觀察(圖1(A),(B))。微球放置7天后,膨脹到原來的40倍左右,平均粒徑達(dá)到約8μm,與各樣品壓汞實驗數(shù)據(jù)對比,實驗中各樣品平均中值孔喉半徑為19μm,數(shù)量級為μm級,故該尺寸的微球完全可以達(dá)到封堵要求(表1)。

圖1 真實砂巖微觀實驗照片

表1 微球膨脹后粒徑與樣品中值喉道半徑統(tǒng)計 μm

3.2 注入壓力的變化

對注入微球并放置7天后的模型注入0.5 PV 0.3%的表面活性劑溶液,由于微球體積明顯膨大,多個微球同時在喉道處堆積產(chǎn)生封堵,造成注入壓力較之2 PV水驅(qū)時明顯增大(圖2)。其中,壓力增加最大的是模型5,壓力升高了8.8 KPa,增加最小的是模型10,升高了2.1 KPa,每塊樣品壓力平均升高3.98 KPa。

圖2 注入壓力的變化

3.3 驅(qū)替類型

對注入表面活性劑的模型進行1 PV水驅(qū)油實驗,由于樣品微觀非均質(zhì)性的影響,注入微球后,主要觀察到如下2種類型驅(qū)替現(xiàn)象:

(1)均質(zhì)模型。該類驅(qū)替方式以模型1、3、4為代表。以模型3為例,鏡下觀察發(fā)現(xiàn),該類模型整體孔喉分選較好,模型的微觀非均質(zhì)性較弱。由于孔隙連通性好,1～2倍水驅(qū)時波及范圍已較大,注入微球后,微球放置膨大后對部分連通性相對較好的孔隙進行一定程度的封堵,隨后進入的表活劑主要對小孔喉處及大孔喉邊部的油膜殘余油和角隅殘余油進行了驅(qū)替(圖1(C),(D)圈中所示),圖C中2 PV水驅(qū)后的油膜狀剩余油在圖D中已被表活劑驅(qū)替。

(2)非均質(zhì)模型。該類驅(qū)替方式以模型8、10為代表。鏡下觀察發(fā)現(xiàn),該類模型的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性非常嚴(yán)重,以模型8為例,在1～2倍水驅(qū)時,由于水沿連通性好的大孔隙突進,波及范圍較小,注入微球后,微球進入主要滲流通道,膨大后對大孔喉進行封堵,使得后續(xù)進行的表活劑驅(qū)中注入水進入了常規(guī)水驅(qū)時未曾波及到的區(qū)域(圖1(E)、(F)),E圖中在2 PV水驅(qū)時由于孔喉非均質(zhì)性造成了注入水大范圍的繞流,該片區(qū)域幾乎未曾被注入水波及到,在調(diào)驅(qū)后,注入水進入該區(qū)域,該繞流殘余被油驅(qū)替。

3.4 剩余油分布

常規(guī)真實砂巖油水驅(qū)替實驗表明,水驅(qū)過程終了時,微觀剩余油主要有兩種形成方式:一種是由于微觀指進,繞流形成的殘余油;另一種是由于非活塞式驅(qū)油及卡段形成的殘余油。并且在注入水達(dá)到高倍數(shù)以上,由于注入水已形成了固定通道,使得微觀剩余油分布很難發(fā)生改變[11-14]。而本次實驗發(fā)現(xiàn),微球在模型中膨大形成堵塞可導(dǎo)致剩余油的重新分布。如模型9(圖1(G)、(H)),圖 G中為2 PV水驅(qū)后形成的卡斷殘余油,在圖 H中這部分殘余油已經(jīng)匯集到一起,成為連片的油流。這種看似反常的現(xiàn)象是由于被迫改道的注入水將原來未曾波及到的繞流剩余油驅(qū)替出來,并與原來通道上被驅(qū)替過形成的卡斷殘余油匯集,又形成完整的油流,此現(xiàn)象證明了微球的調(diào)剖作用很明顯,是微球造成了剩余油的重新分布。當(dāng)然,這只是局部區(qū)域在整個驅(qū)替過程中一個時間點的狀況,在油田的實際生產(chǎn)中,在后續(xù)水不斷注入的情況下,這種類型的剩余油也將會被驅(qū)替出來。

4 驅(qū)油效率影響因素

4.1 物性對驅(qū)油效率的影響

水驅(qū)油實驗結(jié)果表明(圖3),驅(qū)油效率與物性成一定的正相關(guān)關(guān)系,各模型的孔隙度、滲透率越大,其驅(qū)油效率也越高,這是因為孔隙度和滲透率是樣品物性的綜合表征,這二者值越大,樣品中油的可容空間和有效滲流通道也越多,在水驅(qū)油的過程中越不容易被卡斷,越容易形成連續(xù)的油流而被驅(qū)出。而由于賈敏效應(yīng)的影響,要使被已經(jīng)形成卡斷的殘余油重新匯集而被驅(qū)出是相當(dāng)困難的。

圖3 物性與2PV驅(qū)油效率的關(guān)系

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對驅(qū)油效率的影響

孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性主要由樣品的孔喉分選系數(shù)和均值系數(shù)體現(xiàn)。隨著樣品非均質(zhì)性增強(分選系數(shù)變大,均質(zhì)系數(shù)變小),驅(qū)油效率減小,但相關(guān)性較差(圖4)。這是因為樣品的非均質(zhì)性強弱對油水驅(qū)替過程有著正反兩方面的影響。一方面,孔喉分選差、非均質(zhì)性強,會使注入水突進,波及面積低,這對采收率有不利的影響;另一方面,孔喉分選差意味著樣品中存在粗大的孔喉,這更容易形成連續(xù)的油流,會使卡斷殘余油的形成有所減少。同理,非均質(zhì)性弱對驅(qū)油效率的影響也具有雙重性。這二種截然相反的作用疊加在一起,使得孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對驅(qū)油效率的影響較為復(fù)雜,不同的研究者甚至得出了相反的結(jié)論[15-16],但在本次研究中,研究區(qū)阜三段樣品由于非均質(zhì)性強使得注入水突進,造成波及面積減小,使采收率降低占主導(dǎo)地位。

圖4 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性與2 PV驅(qū)油效率的關(guān)系

在對常規(guī)2 PV水驅(qū)結(jié)束后的模型注入聚合物微球,然后以表活劑段塞驅(qū)替之后,各模型的最終驅(qū)油效率較之2 PV水驅(qū)油效率均有不同程度的提高,平均增加8.74%。驅(qū)油效率的增加值與孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性有明顯的相關(guān)關(guān)系(圖5)。非均質(zhì)性越強(分選系數(shù)越大,均質(zhì)系數(shù)越小),驅(qū)油效率的增加值也越高。這是因為注入微球調(diào)驅(qū)之后,優(yōu)勢水流通道被封堵,后續(xù)水被迫改道,使得原來大量的繞流殘余油被驅(qū)替,故驅(qū)油效率提高較大,如模型4、8、10。這三塊模型的驅(qū)油效率平均提高了12.9%,最高達(dá)15.79%。而對于非均質(zhì)性較弱的模型,由于孔喉分布較為均一,注入水推進本來就比較均勻,故微球的調(diào)驅(qū)作用發(fā)揮的不明顯,驅(qū)油效率的增加主要來自于后續(xù)表面活性劑溶液對滲流通道上油膜殘余油及角隅殘余油的剝蝕。如模型3、2,驅(qū)油效率分別增加了3.77%和5.74%。

圖5 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性與驅(qū)油效率增加值的關(guān)系

5 結(jié)論

(1)室內(nèi)真實砂巖微觀模型實驗表明,利用聚合物微球調(diào)剖,水驅(qū)油注入壓力有明顯的增加并會造成剩余油的重新分布。

(2)影響低滲透儲層水驅(qū)油效率的因素有物性和孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性,物性越好和非均質(zhì)性越弱,水驅(qū)油效率越高。

(3)對于低滲儲層,在注入聚合物微球調(diào)剖后,再用表面活性劑驅(qū)替,驅(qū)油效率有明顯的提高,并且模型的非均質(zhì)性越強,驅(qū)油效率提高越大。

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TE357.431

A

1673-8217(2011)05-0105-04

2011-04-14;改回日期:2011-05-12

王越,1986年生,在讀碩士研究生,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系油氣田開發(fā)工程專業(yè),主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)研究工作?；痦椖?西北大學(xué)研究生科研創(chuàng)新實驗資助項目(10YSY03)。

編輯:劉洪樹