張繼紅，相建昌

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

目前，隨著油田不斷開(kāi)采，大多數(shù)油田已進(jìn)入特高含水期開(kāi)發(fā)階段，但采出程度較低，繼續(xù)水驅(qū)挖潛的經(jīng)濟(jì)效益變差[1-3]。因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題采用凝膠體系，既可以改善儲(chǔ)層非均質(zhì)性，又可以改善油水流度比，從而增大注水波及系數(shù)提高水驅(qū)油藏的采收率。

近年來(lái)，以功能聚合物和聚表劑等為代表的新型聚合物陸續(xù)被油田投入礦場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了較好增油降水效果[4-7]。但聚合物分子尺寸大會(huì)造成其與儲(chǔ)層配伍性變差，由此注入困難，對(duì)低滲儲(chǔ)層傷害等問(wèn)題。與聚合物溶液相比,弱凝膠是一種濃度較低的聚合物,主要以分子間交聯(lián),輔以分子內(nèi)交聯(lián),交聯(lián)度較弱,具有深層驅(qū)油的三維結(jié)構(gòu)[8-12]。A.Stavlant[13]等人,初步研究了膠態(tài)分散凝膠（CDG）體系在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)特性,發(fā)現(xiàn):凝膠溶液通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)行為與聚合物溶液相似。凝膠在沙填充模型的入口端和篩子處將生成的骨料保留或過(guò)濾，以形成“濾餅”，這通常會(huì)導(dǎo)致芯端面被阻塞，并且在巖心深部沒(méi)有明顯的流動(dòng)阻力。將聚合物交聯(lián)以進(jìn)一步改善其驅(qū)油效果的作法,在國(guó)外油田上應(yīng)用十分廣泛[14,15],并且成功率高達(dá)75%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)用油 實(shí)驗(yàn)室配制模擬原油，原油與煤油的配比 1.6∶1.1，47.5℃條件下測(cè)得原油粘度為4.5mPa·s；

實(shí)驗(yàn)用水 大慶油田采油七廠9#5回注污水，礦化度為 4800mg·L-1；

實(shí)驗(yàn)所用調(diào)驅(qū)體系

（1）YFFTP兩性離子型聚合物，陽(yáng)離子度3.0%～5.0%，水解度 14.0%～15.0%，分子量1300萬(wàn)～1500萬(wàn)，白色粉劑，工業(yè)品；

（2）YFJJ堿性交聯(lián)劑，白色粉末，水溶，工業(yè)品；

（3）BS-99調(diào)剖穩(wěn)定劑，白色或棕色粉末，水溶，工業(yè)品。

實(shí)驗(yàn)儀器 微觀光刻玻璃模型、TELEDYNE ISCO MODEL 260D SYRINGE PUMP微量泵、HX-2型恒溫箱、OLYMPUS SZX16顯微鏡、川大圖像分析系統(tǒng)、六通閥、精密壓力表（1MPa）、中間容器等。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程，見(jiàn)圖1。

實(shí)驗(yàn)溫度 模擬地層油藏條件，實(shí)驗(yàn)溫度為47.5℃。

圖1 微觀實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Microscopic experimental device diagram

表1 微觀模型數(shù)據(jù)表Tab.1 Micro model data sheet

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將模型用小型真空機(jī)抽真空；

（2）用微量泵以（0.2mL·h-1）的速度飽和油，在恒溫環(huán)境中（47.5℃）恒溫2h；

（3）用微量泵以（0.2mL·h-1）的速度飽和水；

（4）水驅(qū)含水率達(dá)到98%時(shí)停止驅(qū)替，計(jì)下采收率；

（5）在以相同的速度注入0.3PV凝膠；

（6）當(dāng)水驅(qū)含水率達(dá)到98%時(shí)停止驅(qū)替，計(jì)下采收率。

（7）做整體和局部的圖像分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 均質(zhì)模型各階段剩余油分布特征分析

均質(zhì)模型驅(qū)替過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 均質(zhì)模型驅(qū)替過(guò)程Fig.2 Homogeneous model displacement process

由于均質(zhì)模型特性，在水驅(qū)階段會(huì)形成一條沿著主對(duì)角線方向的滲流通道，所以有大量的剩余油未被波及到。并且主流通道一旦形成后對(duì)其他方向的波及能力會(huì)大大減弱，即使一直水驅(qū)其他方向的剩余油也無(wú)法被采出來(lái)。注調(diào)驅(qū)體系階段，在調(diào)驅(qū)體系向前運(yùn)移過(guò)程中由于粘彈性會(huì)封堵一部分的主流通道，推進(jìn)水向其他方向運(yùn)移，使部分剩余油被采出；后續(xù)水驅(qū)階段由于注入壓力提高，迫使水流轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大波及與區(qū)域，開(kāi)始波及水驅(qū)階段未波及的區(qū)域。在向前推進(jìn)的過(guò)程中會(huì)形成類活塞式驅(qū)替，可以對(duì)之前未波及區(qū)域的剩余油進(jìn)行驅(qū)替，從而將殘余油重新動(dòng)用，提高微觀洗油效率，從而提高采收率。

對(duì)比分析均質(zhì)模型各階段的剩余油分布情況見(jiàn)圖3。

圖3 各階段剩余油分布圖Fig.3 Distribution of remaining oil at each stage

從圖3中可以看出，注水階段結(jié)束后，在光刻玻璃模型中仍然有大量的殘留油不受影響。在驅(qū)油階段，大部分驅(qū)油體系將以較小的阻力進(jìn)入主流通道。會(huì)封堵一部分主流通道，迫使一部分水轉(zhuǎn)向，波及未被波及的區(qū)域，白色框架中的剩余油顯然被動(dòng)用了，而一些剩余油（圖3中的黑色框架）也被動(dòng)用了。在隨后的注水階段中，驅(qū)油體系膠凝后，驅(qū)油體系的粘彈性將進(jìn)一步擴(kuò)大主導(dǎo)通道的阻塞效果。隨著驅(qū)替壓力的持續(xù)升高，注水階段中未受影響的區(qū)域開(kāi)始被動(dòng)使用，增加了影響量（圖3黑框）。此外，調(diào)驅(qū)體系還會(huì)在水的推動(dòng)下能夠捕獲周圍的殘余油，提高了微觀洗油效率（圖3白框）。

2.2 非均質(zhì)模型各階段剩余油分布特征分析

非均質(zhì)模型驅(qū)替過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖4 非均質(zhì)模型驅(qū)替過(guò)程圖Fig.4 Heterogeneous model displacement process diagram

光刻玻璃模型的入口在左下角，光刻玻璃模型的出口在右上角。從圖4中可以看出，模型左上角大部分沒(méi)有被波及因此為滲流高阻力區(qū)，主要波及的是模型的右下角，因此為滲流阻力低區(qū)。注入水驅(qū)階段開(kāi)始時(shí)，水會(huì)從滲流阻力低的區(qū)域進(jìn)入模型并在沿著滲流低阻力區(qū)不斷推進(jìn)，幾乎沒(méi)有水進(jìn)入滲流高阻力區(qū)。到水驅(qū)結(jié)束后，水沿著低滲流阻力區(qū)會(huì)形成一條優(yōu)勢(shì)通道，大部分油無(wú)法被采出來(lái)。注調(diào)驅(qū)體系階段開(kāi)始時(shí)，大部分調(diào)驅(qū)體系會(huì)優(yōu)先進(jìn)入優(yōu)勢(shì)通道。在注調(diào)驅(qū)體系后期，存在于滲流低阻力區(qū)的剩余油和殘余油開(kāi)始被動(dòng)用，向前運(yùn)移。后續(xù)水驅(qū)階段，由于成膠后調(diào)驅(qū)體系對(duì)水驅(qū)波及區(qū)的大孔道進(jìn)行了有效的封堵，驅(qū)替壓力上升，注入水不斷進(jìn)入剩余油富集區(qū)域，擴(kuò)大了波及體積，同時(shí)由于調(diào)驅(qū)體系具有粘彈性，在較高的壓力梯度下發(fā)生運(yùn)移，拉伸并攜帶殘余油，提高了微觀洗油效率。

對(duì)比分析非均質(zhì)模型各階段的剩余油分布情況見(jiàn)圖5。

圖5 各階段剩余油分布圖Fig.5 Distribution of remaining oil at each stage

從圖5中可以看出，注水后，在光刻玻璃模型的高滲流阻力區(qū)域中仍然有大量的殘余油，而在低滲流阻力區(qū)也殘留了大量的殘留油。大多數(shù)驅(qū)油體系優(yōu)先進(jìn)入阻力較小的優(yōu)勢(shì)通道和水流通道，框中的剩余油會(huì)受到影響；在后續(xù)水驅(qū)階段，調(diào)驅(qū)體系膠凝后，調(diào)驅(qū)體系的粘彈性將阻塞主要通道。作用進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著注入壓力的升高，原來(lái)未受影響區(qū)域中的剩余油開(kāi)始被被動(dòng)用，因此，受影響的體積將擴(kuò)大。另外，隨著壓力升高，調(diào)驅(qū)體系向前移動(dòng)，并進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)受影響區(qū)域中的剩余油。因此，洗油效率得以提高。

通過(guò)微觀驅(qū)替成相系統(tǒng)計(jì)算出的水驅(qū)階段采收率為35.37%，而注入調(diào)驅(qū)階段采收率為43.43%，采收率提高了8.06%，注入調(diào)驅(qū)體系提高采收率的效果非常好。

2.3 驅(qū)替后不同類型殘余油

由于地層條件差異性，不同的條件會(huì)形成不同類型的殘余油。利用微觀光刻玻璃模型模擬驅(qū)油過(guò)程，可以直觀的分析各階段的油水分布規(guī)律。根據(jù)水驅(qū)后殘余油存在多種形態(tài)，將微觀殘余油分為4種類型，并分析調(diào)驅(qū)體系對(duì)每種類型殘余油的驅(qū)替機(jī)理。

膜狀殘余油 膜狀剩余油廣泛存在于親油的孔隙中，由于油附著在巖石壁面的力大于注入水的剪切力，注入水無(wú)法將孔隙中的原油驅(qū)替，致使殘余油吸附在巖石表面，形成油膜。水驅(qū)階段結(jié)束后膜狀殘余油依然在模型表面聚集，用川大圖像分析軟件將拍攝的圖像放大20倍得到圖6。當(dāng)注入調(diào)驅(qū)體系后，由于調(diào)驅(qū)體系粘度、彈性，在驅(qū)替壓力下開(kāi)始向前運(yùn)移，部分殘余油被很好的捕集、粘連并攜帶，從而提高原油采收率。

圖6 膜狀殘余油Fig.6 Membrane residual oil

盲端狀殘余油 是指水驅(qū)階段結(jié)束后存在于孔隙死角或孔隙盲端的原油，孔喉大部分的原油已經(jīng)被水驅(qū)替。盲端狀殘余油廣泛存在于孔隙死角或孔隙盲端中，且盲端越深，越不易被驅(qū)替出來(lái)，用川大圖像分析軟件將拍攝的圖像放大20倍得到圖7。由于巖石表面是親油性的，水驅(qū)階段結(jié)束后該部分殘余油處在孔隙盲端中，不能被有效驅(qū)替出來(lái)，注入調(diào)驅(qū)體系后，盲端殘余油被調(diào)驅(qū)體系很好的捕集、粘連并攜帶，從而提高原油采收率。

圖7 盲端狀殘余油Fig.7 Blind-end residual oil

柱狀殘余油 柱狀殘余油廣泛存在于喉道處，在水驅(qū)過(guò)程中，受毛細(xì)管阻力的影響，注入水無(wú)法波及細(xì)喉道處的油，因此，殘留在這些喉道中的油形成柱狀殘余油。見(jiàn)圖8。

圖8 柱狀剩余油Fig.8 Column-shaped residual oil

從圖8中可以看出，由于注入壓力小，毛細(xì)管阻力大于驅(qū)替壓力，因此不能動(dòng)用殘余油。調(diào)驅(qū)體系注入后，將優(yōu)先阻隔滲流阻力較低的區(qū)域，從而增加注入壓力，使注入壓力克服了毛細(xì)管阻力，驅(qū)替了殘留油，提高了原油采收率。

油滴狀殘余油 在水驅(qū)過(guò)程中，注入水沿著親水的巖石壁面或附著于壁面上的水膜前進(jìn)，在孔隙內(nèi)的油被完全驅(qū)走之前，被水占據(jù)的喉道使油流被卡斷，油以油滴的形式留在孔隙內(nèi)，成為"孤島狀"殘余油?？缀硐嗖钤酱?，“孤島狀”殘余油就越容易形成，可以明顯的看出水驅(qū)階段結(jié)束后油滴狀殘余油依然分布在孔道內(nèi)。這是由于其連通喉道較小，存在“賈敏效應(yīng)”，在水驅(qū)后不能有效的將該部分殘余油動(dòng)用，見(jiàn)圖9。

圖9 油滴狀殘余油Fig.9 Oil-drop-shaped residual oil

在后續(xù)注水階段，因?yàn)檎{(diào)驅(qū)體系將優(yōu)先阻塞大通道，部分阻塞水流通道，增加驅(qū)替壓力并轉(zhuǎn)移液流，所以油滴狀殘余油克服了“賈敏效應(yīng)”的毛細(xì)管阻力，使殘余油沿著巖石表面向前移動(dòng)并被動(dòng)用，從而提高了原油采收率。

2.4 結(jié)果分析

表2 采收率統(tǒng)計(jì)表（%）Tab.2 Statistics of recovery factor

最終將均質(zhì)模型、非均質(zhì)模型水驅(qū)采收率，注入調(diào)驅(qū)階段采收率對(duì)發(fā)現(xiàn)注入調(diào)驅(qū)體系后非均質(zhì)模型的采收率提高8.06%，均質(zhì)模型采收率提高了14.36%，均質(zhì)模型提高幅度較大。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)注入調(diào)驅(qū)劑對(duì)比均質(zhì)模型和非均質(zhì)模型的采收率提高值，均質(zhì)模型的采收率提高了14.36%，非均質(zhì)模型的采收率提高了8.06%。

（2）當(dāng)調(diào)驅(qū)體系注入后，驅(qū)替壓力增大。由于調(diào)驅(qū)體系的粘彈性，在向前運(yùn)移的過(guò)程中會(huì)吸附、攜帶殘余油，從而對(duì)殘余油進(jìn)行有效的驅(qū)替，剩余油類型主要以膜狀剩余油和盲端剩余油、油滴剩余油、柱狀剩余油為主。