郭春萍 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院采收率二室,黑龍江大慶163712)

三元復(fù)合體系黏度場分布模擬研究

郭春萍 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院采收率二室,黑龍江大慶163712)

準(zhǔn)確預(yù)測地層黏度分布情況,將為油田中后期的開發(fā)注入方式優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。開展長管巖心物理模擬試驗(yàn),檢測不同PV數(shù) (時(shí)間)、不同采樣點(diǎn) (井距)采出微小液滴的黏度,滴定采出液化學(xué)劑質(zhì)量濃度,得到不同時(shí)機(jī)化學(xué)劑質(zhì)量濃度變化規(guī)律,給出化學(xué)劑運(yùn)移速度關(guān)系,計(jì)算出色譜分離引起的黏度場分布;實(shí)際黏度與色譜分離黏度差值為油水乳化對黏度貢獻(xiàn),通過不同乳化程度、不同含水條件下乳化引起的黏度,模擬給出地下乳化程度分布場。

三元復(fù)合體系;長管模型;色譜分離;乳化程度;黏度場;分布規(guī)律

隨著油田開發(fā)的深入,大慶油田已進(jìn)入定量開發(fā)階段。迄今為止,對于開發(fā)后期注入體系與原油作用后混相黏度的計(jì)算仍沒有成熟的模型和關(guān)聯(lián)式。如果能夠準(zhǔn)確預(yù)測不同時(shí)機(jī)、不同注入點(diǎn)的復(fù)合體系色譜分離程度及乳化程度,將為油田中后期的開發(fā)以及復(fù)合體系驅(qū)油的流動(dòng)計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。通過長管模型驅(qū)替試驗(yàn),可系統(tǒng)研究色譜分離規(guī)律及乳化作用引發(fā)黏度分布情況,為改善三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)效果提供依據(jù)[1～3]。

基于以上的研究背景,筆者通過長管巖心物理模擬試驗(yàn)測得的小液滴物性數(shù)據(jù),推算色譜分離引發(fā)黏度及乳狀液黏度,得到色譜分離程度及乳化程度分布場,進(jìn)而得到復(fù)合驅(qū)黏度場。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)儀器

1.1 試驗(yàn)材料

所用表面活性劑是美國SCI公司生產(chǎn)的烷基苯磺酸鈉ORS-41和Stepan公司的石油磺酸鈉B100;堿劑采用NaOH;采用的部分水解聚丙烯酰胺平均分子量為2500× 104,固含量89%;原油為油井脫水原油,物性見表1;水為油井采出污水。石油磺酸鹽表面活性劑,有效含量50%;Na OH,分析純;試驗(yàn)用水為大慶油田采出污水,礦化度為6379.6mg/L,離子組成見表2;試驗(yàn)用油為大慶采油廠脫水原油與煤油按體積比配制的模擬油,45℃時(shí)黏度約10.0mPa·s。

表1 原油物性(45℃)

表2 注入水中各離子的質(zhì)量濃度

1.2 試驗(yàn)儀器

所用試驗(yàn)儀器包括:POLYTON均化器;TEXAS500-C旋滴界面張力儀;HARKE 150L流變儀;巖心驅(qū)替裝置;恒流泵(美國TELEDYNE ISCO公司);XSP-1C生物顯微鏡(上海團(tuán)結(jié)儀器制造公司);中間容器,真空泵,壓力表,恒溫箱,電子天平,攪拌器等。巖心為人造均質(zhì)澆筑長巖心模型,尺寸約為4.5cm×4.5cm×720cm,中間帶有測壓點(diǎn)和取樣口,測壓點(diǎn)、取樣口均勻分布于長管巖心上。

2 試驗(yàn)方法

在室溫下將巖心抽空、飽和地層礦化水,計(jì)算孔隙體積和孔隙度;巖心在45℃下恒溫加熱,用大慶采油廠模擬油驅(qū)替水、飽和油,建立束縛水,計(jì)算原始含油飽和度。用污水驅(qū)油 (連續(xù)注水3.5PV,水驅(qū)采出程度52.58%),直到出口端產(chǎn)出液含水率達(dá)到98.0%(實(shí)際長管模型含水率達(dá)到99.5%),計(jì)算水驅(qū)采收率;注入化學(xué)劑段塞(0.3PV三元主段塞:1.2%堿+0.3%活性劑+1600mg/L聚合物;三元復(fù)合體系初始黏度:49.7mPa·s),記錄驅(qū)替過程中的壓力動(dòng)態(tài)和采油量,并沿程取樣、照相。

3 結(jié)果與討論

假定運(yùn)移速率基本恒定(由于注入速率恒定為0.60m L/s,采出速率也基本不變),隨著運(yùn)移距離的增加,活性劑、堿、聚合物的質(zhì)量濃度不斷損失,聚合物質(zhì)量濃度的下降導(dǎo)致整個(gè)三元段塞黏度總體上呈降低趨勢;在低堿條件下,聚合物溶液水解性較好,堿的質(zhì)量濃度降低相對可使三元溶液恢復(fù)一定黏度,即為三元段塞的色譜分離作用。起初由于運(yùn)移的距離短,色譜分離引起的黏度上升程度較小,隨注入距離的增大,色譜分離程度逐漸增大;乳化作用同樣引發(fā)黏度上升,初始注入時(shí),油水比大,形成黏度大的油包水型乳狀液;隨含水率增加逐漸達(dá)到黏度峰值,又轉(zhuǎn)型為黏度較低的水包油型乳狀液,黏度降低[4,5]。

質(zhì)量濃度損耗導(dǎo)致段塞黏度下降,色譜分離作用使三元段塞黏度逐漸上升,而乳化使得三元段塞黏度先升后降。以上3種作用相互疊加后黏度為三元復(fù)合體系地下運(yùn)移實(shí)際黏度。

3.1 化學(xué)劑運(yùn)移速率及質(zhì)量濃度損失規(guī)律

由于聚合物(P)、堿(A)、活性劑(S)運(yùn)移速率(v)不相同,vP＞vA＞vS(由于活性劑質(zhì)量濃度變化對復(fù)合體系黏度影響程度不大,這里僅討論聚合物及堿),三元段塞從注入一開始便存在不同程度色譜分離。

圖1中聚合物、堿的采出質(zhì)量濃度逐漸增大,后續(xù)又由于吸附損耗減小,整個(gè)過程存在峰值,將質(zhì)量濃度峰近似為質(zhì)量濃度段塞,以質(zhì)量濃度峰頂點(diǎn)運(yùn)移速率為基準(zhǔn)點(diǎn),計(jì)算得到vA≈0.74vP。

在運(yùn)移過程中化學(xué)劑發(fā)生吸附損耗,化學(xué)劑質(zhì)量濃度不斷降低,聚合物和堿逐漸分離,可推知地下不同距離處聚合物及堿的質(zhì)量濃度分布如圖2,查反配質(zhì)量濃度黏度曲線如圖3,得到小段塞色譜分離后地下黏度分布情況。

圖1 化學(xué)劑質(zhì)量濃度峰運(yùn)移曲線

圖2 化學(xué)劑質(zhì)量濃度實(shí)測及擬合曲線

圖3 三元復(fù)合體系黏濃曲線

3.2 色譜分離引發(fā)黏度場分布

三元段塞運(yùn)移過程中不斷發(fā)生色譜分離,引起黏度大幅上升。長管試驗(yàn)中黏度受效約0.9PV結(jié)束,聚合物段塞前緣已于0.77PV時(shí)刻經(jīng)過采出端(150m),質(zhì)量濃度基本呈指數(shù)規(guī)律損失至800mg/L,此時(shí)堿段塞質(zhì)量濃度呈指數(shù)規(guī)律損失至0.48%,段塞運(yùn)移至129m處。

聚合物質(zhì)量濃度峰、堿質(zhì)量濃度峰在運(yùn)移過程中,在不同地點(diǎn)、不同注入PV數(shù)時(shí)刻,質(zhì)量濃度峰重疊程度均有所差異。由圖2中聚合物及堿質(zhì)量濃度運(yùn)移損耗擬合曲線,結(jié)合三元復(fù)合體系黏度質(zhì)量濃度曲線 (見圖3)給出三元復(fù)合體系注入過程中色譜分離場分布 (圖4)。

圖4 三元復(fù)合驅(qū)注入過程中色譜分離黏度場分布

注入過程中三元段塞化學(xué)劑質(zhì)量濃度在油層中不斷損耗降低,黏度隨運(yùn)移距離不斷降低;色譜分離引發(fā)黏度先增加后減小,注入0.5PV時(shí)刻、3/5井距(3#采樣口處)前,色譜分離引發(fā)黏度增長大,色譜分離作用強(qiáng);注入0.5PV時(shí)刻、3/5井距后,色譜分離引發(fā)黏度倍數(shù)明顯減弱。

3.3 乳化引發(fā)黏度場分布

圖5中總體趨勢為黏度峰隨注入PV數(shù)增加隨運(yùn)移距離向右移動(dòng),且峰值、峰寬逐漸減小。

段塞黏度峰值及峰寬值隨運(yùn)移距離均不斷降低,0.3PV時(shí)刻1#、2#采樣點(diǎn)受效,0.5PV時(shí)刻1#、2#、3#采樣點(diǎn)受效,0.7PV時(shí)刻3#、4#、5#采樣點(diǎn)受效,0.8PV時(shí)刻4#、5#采樣點(diǎn)受效,0.9PV時(shí)刻高黏度段塞(黏度大于50.0mPa·s,即高于三元配制質(zhì)量濃度)受效基本結(jié)束。

圖6可見三元段塞在運(yùn)移過程中,實(shí)際檢測值與模擬色譜分離恢復(fù)引起的黏度峰值存在差值,即為不同乳化程度貢獻(xiàn)的黏度增幅。

圖5 不同運(yùn)移距離采出液黏度分布

圖6 不同含水率時(shí)乳化程度與黏度相關(guān)性

假定含水率從0～100%隨運(yùn)移距離呈線性變化,以0.31PV為例,段塞運(yùn)移至2#采樣點(diǎn)時(shí)刻,檢出黏度為97.0mPa·s,此時(shí)色譜分離恢復(fù)的黏度為70.0mPa·s,乳化貢獻(xiàn)的黏度增幅為27.0mPa· s,含水率約為20.0%,乳化程度達(dá)到Ⅲ級,未色譜分離部分體系反配黏度為46.0m Pa·s,乳化貢獻(xiàn)黏度增幅為51.0mPa·s,乳化程度等級為Ⅴ級;0.46PV時(shí),極小段塞體系運(yùn)移至3/5井距處,檢出黏度為83.0m Pa·s,此時(shí)色譜分離恢復(fù)的黏度約為54.0m Pa·s,乳化貢獻(xiàn)的黏度增幅為26.0m Pa· s,含水率約為90%,乳化程度達(dá)到Ⅱ級,未色譜分離部分體系反配黏度為33.0m Pa·s,乳化貢獻(xiàn)黏度增幅為50.0mPa·s,乳化程度等級為Ⅲ級;0.8PV時(shí),極小段塞體系運(yùn)移至出口處,檢出黏度為59.0mPa·s,此時(shí)色譜分離恢復(fù)的黏度約為32.0mPa·s,乳化貢獻(xiàn)的黏度增幅為27.0m Pa·s,含水率約為90%,乳化程度達(dá)到Ⅱ級,未色譜分離部分體系反配黏度為31.0mPa·s,乳化貢獻(xiàn)黏度增幅為26.0mPa·s,乳化程度等級為Ⅱ級。

圖7 三元復(fù)合驅(qū)注入過程乳化引發(fā)黏度分布場

初始注入時(shí),三元復(fù)合體系段塞初遇油墻,油水比大,形成黏度大的油包水型乳狀液,注入0.31PV時(shí)刻、2/5井距處,乳化引發(fā)黏度大,乳化作用強(qiáng),乳化程度Ⅲ級;隨含水增加,逐漸轉(zhuǎn)型為黏度較小的水包油型乳狀液,黏度降低,注入0.46PV時(shí)刻、3/5井距處,乳化引發(fā)黏度減弱至Ⅰ～Ⅱ級;注入0.62PV時(shí)刻、4/5井距處,乳化程度減弱至Ⅰ級(圖7)。

4 認(rèn)識

1)聚合物運(yùn)移速率大于堿的運(yùn)移速率,但從注入到采出并未完全色譜分離;色譜分離的部分引發(fā)黏度大幅度上升。

2)化學(xué)劑運(yùn)移速率基本不變,色譜分離程度隨運(yùn)移距離增大。但由于質(zhì)量濃度線性吸附損耗,井距1/5～3/5處色譜分離引發(fā)黏度增加幅度大。

3)注入0.31PV時(shí)刻,井距2/5處乳化引發(fā)黏度最大,達(dá)到Ⅲ級乳化,為乳化引發(fā)黏度峰值; 0.46PV時(shí)刻、3/5井距處,乳化程度降至Ⅰ～Ⅱ級,已完成乳狀液類型W/O至O/W的轉(zhuǎn)型。

4)分析長管巖心物理模擬試驗(yàn)采出液結(jié)果,給出堿及聚合物運(yùn)移速率,結(jié)合相同類型化學(xué)劑黏度質(zhì)量濃度曲線,計(jì)算給出各采出點(diǎn)化學(xué)劑質(zhì)量濃度分布情況,并反推得到不同注入時(shí)刻、不同井距處色譜分離程度分布場、乳化引發(fā)黏度分布場。

5)結(jié)合長管物理模擬試驗(yàn)及室內(nèi)分析試驗(yàn),給出了一種三元復(fù)合驅(qū)色譜分離場、乳化黏度分布場模型的計(jì)算方法。

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[編輯] 黃鸝

TE357.461

A

1000-9752(2014)12-0220-04

2014-05-20

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05010-004)。

郭春萍(1981-),女,2003年大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,從事三次采油技術(shù)工作。