王姍姍 武 濱 康曉東 薛新生 胡 科 張 健 朱玥珺

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 2.中海油研究總院 北京 100028；3.中國石油華北油田分公司采油三廠 河北河間 062450)

不同滲透率級差下化學驅油體系優(yōu)選*

王姍姍1,2武 濱3康曉東1,2薛新生1,2胡 科1,2張 健1,2朱玥珺1,2

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 2.中海油研究總院 北京 100028；3.中國石油華北油田分公司采油三廠 河北河間 062450)

王姍姍,武濱,康曉東，等.不同滲透率級差下化學驅油體系優(yōu)選[J].中國海上油氣，2017,29(4)：104-108.

WANG Shanshan,WU Bin,KANG Xiaodong,et al.Optimization of flooding system under different permeability ratios[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(4):104-108.

針對聚合物驅過程中出現(xiàn)的剖面返轉現(xiàn)象，選取不同驅油體系(聚合物、微球、凝膠、泡沫)，開展了滲透率級差為3、6、10時不同驅油體系單一或交替注入的驅油效果實驗對比，結果表明：滲透率級差為3時，濃度為1 400 mg/L和800 mg/L的聚合物交替注入較濃度為1 100 mg/L的聚合物連續(xù)注入可提高采出程度3.5個百分點；滲透率級差為6或10時，凝膠和聚合物交替注入效果最好，采出程度較聚合物連續(xù)注入可分別提高14.6個百分點或20.3個百分點。對于滲透率級差較小的儲層，推薦采用高低濃度聚合物交替注入；對于滲透率級差較大的儲層，高低濃度聚合物交替注入失效，采用高黏體系封堵高滲層再注入聚合物的方式能夠顯著改善吸液剖面。

滲透率級差；驅油體系；微球；凝膠；泡沫；聚合物；連續(xù)注入；交替注入；提高采出程度

聚合物通過“增黏”“降滲”來改善地層流度比和提高波及系數(shù)，從而提高原油采油率[1-3]。但是對于非均質性較強的油藏，聚合物驅效果會受到影響。注聚初期，當聚合物進入地層以后，大部分會沿著高滲通道流動并通過吸附滯留逐漸在高滲層中建立阻力；隨著高滲層阻力不斷增加，聚合物逐漸進入低滲層，并在其中吸附滯留，這樣高、低滲層均得到動用，儲層的非均質性得到了改善。然而，隨著低滲層吸液量的不斷增加，阻力不斷增加，吸液壓差不斷減小，聚合物會再次進入高滲層并在其中突進，出現(xiàn)吸液剖面返轉現(xiàn)象，這樣必然會造成無效循環(huán)，導致聚合物用量大。研究表明，要抑制剖面返轉、改善儲層的非均質性，可以從驅油體系和儲層的配伍性入手，選擇不同濃(黏)度的聚合物或者不同的驅油體系進行交替注入[4-6]，目前關于剖面返轉的研究主要集中在對剖面返轉機理、規(guī)律的認識以及不同分子量聚合物及注入時機等對剖面返轉的影響[4,7-10]等。對于不同滲透率級差下如何選擇合適的注入體系以達到更高的采收率，尚沒有學者開展相關研究。此外，目前的研究主要以大慶油田為研究對象，注聚時機主要是在含水率98%時，該條件下高滲層中剩余油較少，交替注入提高采收率的目標層可能與早期注聚存在差別。

針對以上問題，本文以渤海某油田地層條件為例，采用物理模擬手段考察了早期注聚(以含水80%為例)過程中的吸液剖面變化情況，針對不同滲透率級差下不同體系對剖面返轉的抑控制作用進行了對比，并根據(jù)高、低滲透層分流率變化情況、吸液量及采出程度等對注入體系進行了篩選。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1) 聚合物：部分水解的聚丙烯酰胺，相對分子質量2 000萬～2 200萬，固含量88%。

2) 凝膠：酚醛類凝膠，聚合物800 mg/L，交聯(lián)劑2 000 mg/L，助交聯(lián)劑1 500 mg/L，成膠后黏度20 000 mPa·s。

3) 微球：聚合物納米微球(SD320)，初始粒徑2～5 μm。

4) 泡沫：發(fā)泡劑為α烯烴磺酸鹽，含量為5%。

5) 實驗用模擬油為渤海某油田原油與煤油混合而成；實驗用水為渤海某油田模擬水，礦化度為1 678 mg/L，模擬水中離子質量濃度見表1。

表1 模擬水中離子的質量濃度Table 1 Ion concentration of simulated water

6) 實驗用巖心為人造長方巖心(30 cm×4.5 cm×4.5 cm)，采用巖心驅替裝置進行驅油實驗，兩管并聯(lián)模擬不同滲透率級差。

1.2 實驗步驟

1) 巖心抽真空，飽和模擬水，測定孔隙體積；

2) 水驅，測水相滲透率；

3) 飽和模擬油，計算含油飽和度；

4) 57 ℃下，水驅油至含水80%，計算水驅采收率；

5) 注單一驅油體系或者不同驅油體系段塞組合總量為0.475 PV ；

6) 后續(xù)水驅至含水98%，計算采收率和分流率。

1.3 實驗方案

設計了滲透率級差為3、6、10情況下，不同驅油體系組合方式對驅油效果的影響實驗，所用驅油體系的名稱、濃度及用量如下。

1) 單一濃度聚合物連續(xù)注入：聚合物濃度1 100 mg/L，聚合物用量0.475 PV。

2) 高低濃度聚合物交替注入：高濃聚合物濃度1 400 mg/L，低濃聚合物濃度800 mg/L，高低濃度聚合物注入量均為0.237 5 PV。

3) 凝膠和聚合物交替注入：凝膠注入0.15 PV；聚合物濃度800 mg/L，注入量0.325 PV。

4) 微球和聚合物交替注入：微球濃度3 000 mg/L，注入0.15 PV；聚合物濃度800 mg/L，注入0.15 PV。

5) 泡沫聚合物復合體系注入：1 100 mg/L聚合物+5%發(fā)泡劑，0.475 PV。

滲透率級差為3時(氣測滲透率分別為200、600 mD的人造長方巖心)，選用單一濃度聚合物連續(xù)注入及高低濃度聚合物交替注入2種方式；滲透率級差為6時(氣測滲透率分別為200、1 200 mD的人造長方巖心)，選用單一濃度聚合物連續(xù)注入以及高低濃度聚合物、凝膠和聚合物及微球和聚合物交替注入等4種方式；滲透率級差為10時(氣測滲透率分別為200、 2 000 mD的人造長方巖心)，選用單一濃度聚合物連續(xù)注入、凝膠和聚合物交替注入及泡沫聚合物復合體系注入等3種方式。

2 結果與分析

2.1 滲透率級差為3時的情況

單一濃度聚合物連續(xù)注入和高低濃度聚合物交替注入下，高低滲層分流率的變化曲線如圖1所示。由圖1可知，水驅階段，高滲層分流率呈現(xiàn)增加趨勢，而低滲層分流率逐漸下降；隨著聚合物的注入，高滲層分流率逐漸降低，低滲層分流率逐漸增加，儲層的非均質性得到改善；注聚約0.1 PV后，低滲分流率開始下降，由32%降至約24%，發(fā)生剖面返轉。

圖1 聚合物連續(xù)注入和高低濃度交替注入高低滲層 分流率(滲透率級差為3)Fig .1 Distributing rate curves of continuous injection and high & low concentration alternative injection patterns in high and low permeability(permeability ratio 3)

從圖1還可以看出，連續(xù)注入和交替注入方式下，高低滲層初始分流率之比均為3∶1左右；相對于單一濃度聚合物連續(xù)注入體系，高低濃度聚合物交替注入體系低滲層分流率變化呈現(xiàn)出更加平緩的倒“U”形，有效地提高了低滲層的分流率，抑制了高滲層優(yōu)勢滲流通道的形成，從而延長了聚驅的有效作用時間。計算得到高低濃度聚合物交替注入體系低滲層吸液量為29.4%，較連續(xù)注入體系增加了5.9個百分點。分析認為，主要原因是交替注入首先注入的是高濃度聚合物，其在高滲層中建立阻力的速度要明顯快于連續(xù)注入的中濃度聚合物，高滲層分流率下降的速度和程度均高于連續(xù)注入中濃度聚合物；之后注入低濃度聚合物，其在低滲層中建立阻力的速度較連續(xù)注入中濃度聚合物要慢，聚合物得以在低滲層中推進，有效地提高了低滲層的吸液量，使聚合物能在高低滲透層同步運移，有效利用率得到了保障。

圖2給出了連續(xù)注入和交替注入方式下聚合物驅提高采出程度的幅度。與連續(xù)注入相比，交替注入低、高滲層采出程度分別增加了6.0、2.8個百分點，總采出程度增加了3.5個百分點。也就是說，交替注入同時提高了低滲層和高滲層的采出程度，這與交替注入主要提高低滲層采出程度[4,7-8]的認識不完全一致,分析原因主要是聚合物注入時機不同導致含油飽和度不同。本實驗室均在含水率為80%時開始注聚，高滲層和低滲層均存在不少剩余油，聚合物的交替注入能夠同時動用高、低滲層，而大慶油田聚驅選擇在含水率為98%時，高滲層剩余油極少，故其交替注入主要提高低滲層采出程度。

圖2 聚合物連續(xù)注入和高低濃度交替注入提高 采出程度對比(滲透率級差為3)Fig .2 Enhanced recovery of low permeability layer and the recovery of continuous injection and high & low concentration alternative injection patterns(permeability ratio 3)

2.2 滲透率級差為6時的情況

分別開展單一濃度聚合物連續(xù)注入、高低濃度聚合物交替注入、凝膠和聚合物交替注入及微球和聚合物交替注入對比實驗，高低滲層分流率如圖3所示。從圖3可以看出，連續(xù)注聚和高低濃度聚合物交替注入情況下，高低滲層分流率的變化趨勢和幅度均相似，可見在較高的滲透率級差下，高低濃度聚合物交替注入的方式對吸液剖面的改善作用較弱。分析認為，主要原因是高低滲層滲流阻力差別太大，注入的聚合物體系基本上直接沿優(yōu)勢通道突進，不能有效增加低滲層的吸液量，所以無論是高低濃度聚合物交替注入還是連續(xù)注聚，二者改善剖面的能力均很弱。從微球和聚合物交替注入的分流率曲線來看(圖3)，其發(fā)生剖面返轉的時間較連續(xù)注入得到了延遲，但分流率變化幅度與連續(xù)注入并沒有明顯變化，主要原因是微球未能成功對高滲層進行封堵，高滲層分流率沒有顯著下降。凝膠和聚合物的注入方式與連續(xù)注聚相比，低滲層分流率大幅提高(圖3)，分流率曲線呈現(xiàn)斜“L”形。分析認為，這是由于首先注入的凝膠體系成功封堵了高滲層，使得后續(xù)注入的聚合物體系能夠順利進入低滲層，顯著地提高了低滲層吸液量。

圖3 不同方案高低滲層分流率對比(滲透率級差為6)Fig .3 Distributing rate curves of high and low permeability layers(permeability ratio 6)

單一濃度聚合物連續(xù)注入、高低濃度聚合物交替注入、凝膠和聚合物交替注入及微球和聚合物交替注入方式下，低滲層吸液量分別為10.8%、11.3%、22.1%和10.9%，可見凝膠和聚合物交替注入的方式能夠使低滲層吸液量有顯著增加(較連續(xù)注聚增加了11.3個百分點)，而其他兩種交替方式效果不明顯。

上述4種注入方案提高采出程度情況見圖4。從高滲層、低滲層及總采出程度的提高幅度來看，凝膠和聚合物交替注入的方式最優(yōu)，總采出程度較連續(xù)注入提高14.6個百分點，其次為微球和聚合物交替注入以及高低濃度聚合物交替注入。因此，對于滲透率級差為6的儲層來說，不同濃度聚合物交替注入以及微球和聚合物交替注入的方式對剖面返轉并沒有起到顯著的抑制、控制作用，而采用先注入凝膠再注入聚合物的方式能夠顯著改善儲層非均質性，對低滲層、高滲層的采出程度均有大幅的提高。

圖4 4種方案提高采出程度對比(滲透率級差為6)Fig .4 Enhanced recovery of high,low permeability layers and the comprehensive recovery of four experiments (permeability ratio 6)

2.3 滲透率級差為10時的情況

單一濃度聚合物連續(xù)注入、凝膠和聚合物交替注入以及泡沫聚合物復合體系調驅方式下，高低滲層的分流率對比曲線如圖5所示。從圖5可以看出，相對于聚合物連續(xù)注入的方式，凝膠和聚合物交替以及泡沫聚合物復合體系調驅均能夠使低滲層分流率在較長時間內保持較高的水平，發(fā)生剖面返轉的時間得到了延遲，改善了低滲層的吸液剖面。計算得到聚合物連續(xù)注入、凝膠和聚合物交替注入以及泡沫復合體系注入低滲層的吸液量分別為7.0%、15.4%和14.1%，即后兩種方式較聚合物連續(xù)注入能夠大幅提高低滲層吸液量。分析認為，主要原因是凝膠體系及泡沫聚合物復合體系能夠對高滲層進行有效調堵，顯著地改善了剖面，使更多驅替液進入了低滲層。

圖5 3種方案高低滲層分流率對比(滲透率級差為10)Fig .5 Distributing rate curves of high and low permeability layers(permeability ratio 10)

上述3種注入方案提高采收率程度對比如圖6所示，可以看出，3種方案下提高采收率的效果為凝膠和聚合物交替注入>泡沫聚合物復合體系調驅>聚合物連續(xù)注入，凝膠和聚合物交替注入較連續(xù)注入可使低、高滲層采出程度分別提高27.8個百分點和14.7個百分點、總采出程度提高20.3個百分點。泡沫聚合物交替注入較連續(xù)注入可使低、高滲層采出程度分別提高17.7個百分點和14.8個百分點、總采出程度提高15.9個百分點。由此可見，在級差10的條件下，對于強非均質地層，普通調剖手段的作用十分有限，必須采取調堵手段，對高滲層進行封堵，凝膠和聚合物交替注入和泡沫聚合物復合體系調驅都能夠有效地提高低滲層吸液量，從而大幅度提高采出程度。

圖6 3種方案提高采出程度對比(滲透率級差為10)Fig .6 Enhanced recovery of high,low permeability layers and the comprehensive recovery of three experiments(permeability ratio 10)

3 結論

1) 對于滲透率級差較小的儲層，采用高低濃度聚合物交替注入能夠改善吸液剖面。級差為3時，采用高低濃聚合物交替注入比連續(xù)注入同等用量的中濃度聚合物可提高采出程度3.5個百分點。

2) 對于滲透率級差較大的儲層，高低濃度聚合物交替注入失效，采用高黏體系封堵高滲層再注入聚合物的方式能夠顯著改善吸液剖面。級差為6時，采用凝膠和聚合物交替注入比連續(xù)注聚可提高采出程度14.6個百分點；級差為10時，采用凝膠體系封堵高滲層再注入聚合物較連續(xù)注聚可提高采出程度20.3個百分點。

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(編輯：楊 濱)

Optimization of flooding system under different permeability ratios

WANG Shanshan1,2WU Bin3KANG Xiaodong1,2XUE Xinsheng1,2HU Ke1,2ZHANG Jian1,2ZHU Yuejun1,2

(1.StateKeyLaboratoryofOffshoreOilExploitation,Beijing100028,China; 2.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China; 3.ThirdOilProductionFactory,PetroChinaHuabeiOilfieldCompany,Hejian,Hebei062450,China)

Aiming at the profile reversal phenomenon during polymer flooding, oil displacement experiments with single or alternate flooding systems are carried out with various flooding systems(polymer, microspheres, gels and foam) under permeability ratios of 3, 6 and 10.Results show that when the permeability ratio is 3, oil recovery is improved by 3.5 percentage points with 1 400 mg/L and 800 mg/L polymer alternate injection compared with 1 100 mg/L polymer continuous injection.When the permeability ratios are 6 or 10, gel and polymer alternate injection shows the best displacement efficiency, which improves oil recovery by 14.6 percentage points or 20.3 percentage points compared with continuous polymer injection.For reservoir with small permeability ratio, high and low concentration polymer alternate injection is recommended.To modify the imbibition profile of large permeability ratio layers, high viscosity system is needed to be injected firstly to plug high permeability layer and then polymer is injected.

permeability ratio; flooding system; microspheres; gel; foam; polymer; continuous injection; alternative injection; enhanced oil recovery

*中海石油(中國)有限公司綜合科研項目“海上多層稠油油藏化學驅交替注入技術研究(編號：YXKY-2014-ZY-03)”部分研究成果。

王姍姍，女，工程師，現(xiàn)主要從事油田化學及提高采收率方面的研究工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院海油大廈B座710室(郵編：100028)。E-mail：wangshsh24@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)04-0104-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.04.013

TE32+3

A

2016-12-24 改回日期：2017-03-27