徐 冰

（1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163453）

非均質(zhì)油藏注水開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水期，生產(chǎn)井含水率急劇上升，注入水沿著強(qiáng)水淹層（高滲透層）形成水流優(yōu)勢(shì)通道，弱、未水淹層（低滲透層）內(nèi)剩余油無(wú)法得到有效動(dòng)用。大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，深部調(diào)剖措施是改善低效、無(wú)效循環(huán)的有效手段，可有效解決竄流和繞流問(wèn)題［1-7］。深部調(diào)剖措施對(duì)縱向非均質(zhì)儲(chǔ)層的剩余油動(dòng)用情況是急需解決的基礎(chǔ)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)調(diào)剖前后高、低滲透層的剩余油的定量表征，可為深入研究不同調(diào)剖措施的效果及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工提供科學(xué)的理論依據(jù)。

目前開(kāi)展的有關(guān)調(diào)剖對(duì)剩余油動(dòng)用情況方面的研究多見(jiàn)于室內(nèi)一維、二維物理模型模擬方法，利用三維物理模型開(kāi)展的模擬實(shí)驗(yàn)研究很少。一維物理模型應(yīng)用廣泛、成本低廉、測(cè)試方便，但受模型尺寸的限制，無(wú)法對(duì)注采關(guān)系進(jìn)行模擬，因此對(duì)礦場(chǎng)實(shí)踐的指導(dǎo)價(jià)值低［8-10］。二維物理模型可表征物性的平面非均質(zhì)性，但無(wú)法模擬縱向非均質(zhì)性［11-16］。三維物理模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)注采關(guān)系的模擬，其優(yōu)勢(shì)在于能夠反映油氣滲流中某些參數(shù)（如溫度場(chǎng)、飽和度場(chǎng)）在三維空間的非均勻展布和變化過(guò)程，這是一維、二維物理模型模擬實(shí)驗(yàn)無(wú)法替代的［17-19］。三維縱向非均質(zhì)平板模型可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層物性差異的模擬，同時(shí)能表征不同措施對(duì)剩余油動(dòng)用情況的影響。

筆者通過(guò)電阻率法對(duì)縱向非均質(zhì)模型中剩余油分布進(jìn)行定量表征［20-24］，通過(guò)模擬正韻律厚油層水驅(qū)、聚合物驅(qū)、凝膠體系調(diào)剖實(shí)驗(yàn)，測(cè)量調(diào)剖前后電阻率分布情況，根據(jù)巖-電關(guān)系曲線繪制剩余油分布圖，分析不同儲(chǔ)層物性差異、不同注水規(guī)模、不同注聚合物規(guī)模以及不同調(diào)剖措施對(duì)剩余油分布的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

巖心模型孔隙介質(zhì)中存在油、水兩相，其中水相中的鹽可電離出陰、陽(yáng)離子，離子在電場(chǎng)的作用下會(huì)定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流，且電流強(qiáng)度與水相中的離子含量有關(guān)。假設(shè)巖心模型中其他物性不變，電阻率只是關(guān)于孔隙中油水含量的函數(shù)，可建立一條電阻率與含油飽和度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。應(yīng)用阿爾奇飽和度與巖性關(guān)系的理論方法進(jìn)行飽和度標(biāo)定，由于巖心中其他組分均不導(dǎo)電，所以可以通過(guò)不同電阻率直觀的反映巖心中的含油飽和度，即：

利用微電極巖心模型測(cè)定不同滲透率巖心在不同含油飽和度條件下的電阻率，建立巖-電關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線。在三維縱向非均質(zhì)帶電極模型進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)不同測(cè)試點(diǎn)的電阻率，可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線反算各測(cè)試點(diǎn)的含油飽和度。通過(guò)軟件可繪制整個(gè)非均質(zhì)模型在某一時(shí)刻含油飽和度的分布情況。不同滲透率巖心的電阻率與含油飽和度標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1）表明：隨著地層流體中含油飽和度的降低，含水飽和度增加、水中離子含量增加，電阻率降低；在相同含油飽和度條件下，巖心滲透率越大電阻率越低。

圖1 電阻率與含油飽和度標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curves of resistivity and oil saturation

1.2 平板模型

1.2.1 平板模型設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三維兩層縱向非均質(zhì)帶電極平板模型，各滲透層等厚且正韻律分布，每層模型幾何尺寸為300 mm×300 mm×45 mm。其中，低滲透層有效滲透率固定為200 mD，高滲透層有效滲透率分別設(shè)計(jì)為1 000，2 000，3 000，4 000 mD，滲透率級(jí)差相應(yīng)為5，10，15，20。注采方式模擬五點(diǎn)法井網(wǎng)1/4 井網(wǎng)開(kāi)發(fā)，單塊巖心含油飽和度測(cè)試點(diǎn)有9個(gè)，巖心實(shí)物圖及電阻率（含油飽和度）測(cè)點(diǎn)如圖2及圖3所示。

1.2.2 平板模型制備及質(zhì)量控制方法

平板模型制備步驟包括配料、拌砂、裝模、初步加壓、電極埋置、二次加壓、加溫固化、焊錫等，并對(duì)巖心孔隙度和水測(cè)滲透率進(jìn)行測(cè)定［25-29］。通過(guò)配制最佳的環(huán)氧樹脂用量，使平板模型的硬度一致、均勻程度一致、承受高溫高壓后驅(qū)替效果一致；通過(guò)一定的加壓強(qiáng)度、環(huán)氧樹脂用量及石英砂粒度分布方差來(lái)控制平板模型的滲透率；通過(guò)環(huán)氧樹脂的含量控制孔隙度；通過(guò)添加天然巖心碎屑和黏土礦物實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的表征模擬。通過(guò)反復(fù)的設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-驗(yàn)證，模型的密封性能和實(shí)驗(yàn)尺寸均滿足實(shí)驗(yàn)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖2 雙層縱向非均質(zhì)帶電極巖心模型Fig.2 Double-layer vertical heterogeneous plate model of core with electrodes

圖3 測(cè)試點(diǎn)分布Fig.3 Distribution of measurement points

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括耐高溫-高壓恒溫箱、ISCO 高精度柱塞泵、中間容器、氮?dú)馄俊r心夾持器、手搖圍壓泵、壓力表和流量計(jì)、原油脫水儀等。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)材料

采用大慶油田第一采油廠注入污水配制聚合物溶液及凝膠體系，實(shí)驗(yàn)用水離子組成為：陽(yáng)離子Na+，Ca2+，Mg2+質(zhì)量濃度分別為1 265.0，32.10，7.30 mg/L，陰離子HCO32-，Cl-，SO42-，CO32-質(zhì)量濃度分別為1 708.56，780.12，9.61，210.07 mg/L，總礦化度為4 012.76 mg/L。

將大慶油田第一采油廠采出原油經(jīng)過(guò)脫水及過(guò)濾處理，與航空煤油按照質(zhì)量比為3.2∶1混合配制模擬油，油藏溫度45 ℃下模擬油黏度為8.8 mPa·s。

聚合物為常規(guī)聚丙烯酰胺，有效含量為90%，相對(duì)分子質(zhì)量為1 600×104～1 900×104，大慶煉化公司生產(chǎn)；不同質(zhì)量聚合物溶液在剪切速率為7.314 s-1時(shí)黏度實(shí)測(cè)值如表1所示。

凝膠體系用聚合物為常規(guī)聚丙烯酰胺，有效含量為90%，大慶煉化公司生產(chǎn)，Cr3+交聯(lián)劑有效含量為90%，穩(wěn)定劑有效含量為90%，均來(lái)自大慶油田采油工程研究院。成膠時(shí)間分別為0，4，8，12，24，48，72，120 和168 h，對(duì)應(yīng)的凝膠體系黏度分別為42.3，63.5，132.1，435.2，1 125，3 653，4 242，4 164 和4 159 mPa·s。

表1 不同質(zhì)量聚合物溶液黏度實(shí)測(cè)值及提高值Table1 Measurement and increment of viscosity of polymer solution at different concentrations

1.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟包括：①水測(cè)滲透率測(cè)定，依據(jù)達(dá)西公式計(jì)算巖心滲透率。②檢查模型是否漏氣。③抽真空，飽和水，飽和油。④開(kāi)展水驅(qū)、常規(guī)聚合物驅(qū)、注凝膠體系、常規(guī)聚合物驅(qū)、后續(xù)水驅(qū)。在飽和水及飽和油的過(guò)程中，利用萬(wàn)用表測(cè)量模型不同位置的電阻率直至模型各測(cè)試點(diǎn)電阻率均勻分布且達(dá)到飽和狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)流程圖如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)流程Fig.4 Experimental process

1.3.4 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方案（表2）主要包括：①利用平板模型，測(cè)試不同滲透率級(jí)差（5，10，15，20）對(duì)調(diào)驅(qū)前后剩余油分布的影響（方案1-1—1-4），得到不同縱向非均質(zhì)條件下凝膠體系的調(diào)剖效果。②在相同平板模型條件下（低、高滲透層滲透率分別為200 和2 000 mD），測(cè)試不同注水量（水驅(qū)模型見(jiàn)水、模型含水率為50%、模型含水率為80%）轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)對(duì)調(diào)剖前后剩余油分布的影響（方案2-1—2-3），得到不同注水開(kāi)發(fā)階段轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)的開(kāi)發(fā)效果。③在相同平板模型條件下（低、高滲透層滲透率分別為200 和2 000 mD），測(cè)試不同聚合物注入量（聚合物驅(qū)空白實(shí)驗(yàn)，聚合物注入量分別為0.1，0.3，0.5，0.7 PV）轉(zhuǎn)調(diào)剖對(duì)剩余油分布的影響（方案3-1—3-5），得到不同注聚合物階段進(jìn)行調(diào)剖開(kāi)發(fā)效果。④在相同平板模型條件下（低、高滲透層滲透率分別為200 和2 000 mD），測(cè)試不同調(diào)剖劑用量（方案4-1—4-2，1/3，1/2半徑調(diào)剖劑用量）對(duì)調(diào)驅(qū)前后剩余油分布及調(diào)剖效果的影響。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案匯總Table2 Summary of design schemes

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過(guò)電極法測(cè)量模型各滲透層在不同驅(qū)替時(shí)刻各測(cè)試點(diǎn)的電阻率，依據(jù)電阻率與含油飽和度間的標(biāo)準(zhǔn)曲線反算出各測(cè)試點(diǎn)的含油飽和度，利用SUFER 軟件形成不同滲透層、不同驅(qū)替階段模型含油飽和度分布。

2.1 滲透率級(jí)差的影響

將4組不同滲透率級(jí)差巖心模型最終剩余油飽和度進(jìn)行對(duì)比（圖5）發(fā)現(xiàn)，滲透率級(jí)差越大，低滲透層內(nèi)剩余油越富集，調(diào)剖后近井地帶洗油效果較差。對(duì)高滲透層來(lái)說(shuō)，滲透率級(jí)差越大，水流優(yōu)勢(shì)通道越明顯，波及程度越大，洗油效果越好。

由于模型滲透率級(jí)差不同，水驅(qū)階段各滲透層的開(kāi)發(fā)效果存在較大差異，因此模型的最終含油飽和度場(chǎng)分布不能直觀的反映調(diào)剖效果。將后續(xù)水驅(qū)階段（調(diào)剖后）含油飽和度場(chǎng)與前置聚合物驅(qū)0.5 PV（調(diào)剖前）含油飽和度場(chǎng)做差值，并繪制差值云圖來(lái)反映凝膠體系對(duì)剩余油的作用情況。結(jié)果（圖6）表明，滲透率級(jí)差越大，調(diào)剖效果越好。特別是滲透率級(jí)差大于15，聚合物驅(qū)不能有效波及低滲透層，經(jīng)凝膠體系調(diào)剖后，低滲透層內(nèi)剩余油得到有效動(dòng)用。

4 組不同滲透率級(jí)差巖心模型采收率對(duì)比結(jié)果表明，滲透率級(jí)差越大，調(diào)剖效果越好。滲透率級(jí)差為5，水驅(qū)采收率為41.1%，調(diào)剖后采收率提高13.81%；滲透率級(jí)差為10，水驅(qū)采收率為36.9%，調(diào)剖后采收率提高16.3%；滲透率級(jí)差為15，水驅(qū)采收率為32.1%，調(diào)剖后采收率提高17.9%；滲透率級(jí)差為20，水驅(qū)采收率為28.3%，調(diào)剖后采收率提高17.1%。滲透率級(jí)差大于15 時(shí)，表現(xiàn)出極佳的調(diào)驅(qū)效果。

2.2 注水量的影響

對(duì)比不同注水量條件下調(diào)剖后模型剩余油飽和度分布（圖7）可知，注水量對(duì)低滲透層的波及效果沒(méi)有明顯改善，不同方案開(kāi)發(fā)效果基本一致。

將方案2-1—2-3 與方案1-2（含水率達(dá)100%轉(zhuǎn)化學(xué)驅(qū)作為對(duì)比方案）的最終含油飽和度做差值，并繪制差值云圖來(lái)反映調(diào)剖體系對(duì)剩余油的作用情況，結(jié)果（圖8）表明，不同注水量轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)，對(duì)剩余油的影響較小，幾乎可忽略不計(jì)。

水驅(qū)至模型見(jiàn)水轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)，水驅(qū)采收率為19.1%，總采收率為56.8%；水驅(qū)至模型含水率達(dá)50%轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)，水驅(qū)采收率為28.6%，總采收率為54.3%；水驅(qū)至模型含水率達(dá)80%轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)，水驅(qū)采收率為34.4%，總采收率為53.8%；水驅(qū)至模型含水率達(dá)100%轉(zhuǎn)注化學(xué)驅(qū)，水驅(qū)采收率為36.9%，總采收率為53.2%。不同方案開(kāi)發(fā)效果基本一致。

2.3 聚合物注入量的影響

圖5 不同滲透率級(jí)差平板模型剩余油飽和度對(duì)比Fig.5 Comparison of remaining oil saturation of the plate models with varied permeability ratios

圖6 不同滲透率級(jí)差平板模型含油飽和度差值云圖（調(diào)剖前后）Fig.6 Cloud chart of oil saturation differences of plate models with varied permeability ratio（before and after profile control）

圖7 不同注水量調(diào)剖后剩余油飽和度對(duì)比Fig.7 Comparison of remaining oil saturation after profile control with different water injection volumes

圖8 不同注水量的含油飽和度差值云圖（調(diào)剖前后）Fig.8 Cloud chart of oil saturation differences in plate models with different water injection volumes（before and after profile control）

將不同聚合物注入量調(diào)剖后模型剩余油飽和度進(jìn)行對(duì)比分析（圖9）可知，聚合物注入量越小，調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，對(duì)低滲透層的波及程度越大。

將方案3-2—3-5 與方案3-1（空白實(shí)驗(yàn)-聚合物驅(qū)1.0 PV）最終含油飽和度做差值，并繪制差值云圖來(lái)反映調(diào)剖體系對(duì)剩余油的作用情況。結(jié)果（圖10）表明，方案3-2 調(diào)剖效果最好。方案3-1—3-5最終采收率分別為46.6%，59.9%，55.5%，53.2%和52.1%，方案3-2最終采收率最高。

圖9 不同聚合物注入量的剩余油飽和度對(duì)比Fig.9 Comparison of remaining oil saturation after profile control with different polymer injection volumes

圖10 不同聚合物注入量的含油飽和度差值云圖（調(diào)剖前后）Fig.10 Cloud chart of oil saturation differences in plate models with different polymer injection volumes（before and after profile control）

2.4 調(diào)剖劑用量的影響

將2組不同調(diào)剖劑用量的剩余油飽和度進(jìn)行對(duì)比（圖11）表明，調(diào)剖劑用量越大，調(diào)剖半徑越大，低滲透層動(dòng)用程度越高，油水前緣向生產(chǎn)井推進(jìn)越遠(yuǎn)。

將方案4-1—4-2 與方案3-1 的最終含油飽和度做差值，并繪制差值云圖來(lái)反映調(diào)剖劑用量對(duì)剩余油的作用情況，結(jié)果（圖12）表明，調(diào)剖劑用量越大，調(diào)剖效果越好，低滲透層動(dòng)用程度越高，油水前緣向生產(chǎn)井推進(jìn)越遠(yuǎn)。將2組不同調(diào)剖劑用量下開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，化學(xué)驅(qū)采收率隨著調(diào)剖劑用量的增加而增大，調(diào)剖半徑由1/3 增加至1/2，化學(xué)驅(qū)采收率由13.1%增加至21.4%。

圖11 不同調(diào)剖劑用量剩余油飽和度對(duì)比Fig.11 Comparison of remaining oil saturation in plate models with different amount of profile control agents

圖12 不同調(diào)剖劑用量含油飽和度差值云圖（調(diào)剖前后）Fig.12 Cloud chart of oil saturation differences in plate models with different amount of profile control agent（before and after profile control）

3 結(jié)論

利用微電極巖心模型測(cè)定4組不同滲透率巖心在不同含油飽和度條件下的電阻率，建立巖-電關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線。隨著地層流體中含油飽和度的降低，含水飽和度增加、水中離子含量增加，電阻率降低。相同含油飽和度條件下，巖心滲透率越大，電阻率越低。

滲透率級(jí)差越大，低滲透層內(nèi)剩余油越富集，調(diào)剖后波及程度提高幅度越大，高滲透層水流優(yōu)勢(shì)通道越明顯，波及程度越大，洗油效果越好。滲透率級(jí)差大于15時(shí)，表現(xiàn)出極佳的調(diào)驅(qū)效果。隨著注水量的降低，總采收率增加，但增加幅度不大。采收率的差異主要是由于開(kāi)展化學(xué)驅(qū)時(shí)機(jī)越早，高滲透層內(nèi)剩余油越富集，后期洗油效率越高。注聚合物量越小，調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，提高采收率幅度越大。聚合物驅(qū)0.1 PV 后注入凝膠體系調(diào)剖，低滲透層可形成水流通道；聚合物驅(qū)注入量越多，低滲透層主流線的調(diào)剖半徑越小。調(diào)剖劑用量越大，對(duì)高滲透層的封堵半徑越大，即調(diào)剖半徑越大，低滲透層的波及體積大幅度提高，剩余油動(dòng)用程度越高，油水前緣向生產(chǎn)井推進(jìn)越遠(yuǎn)。調(diào)剖半徑由1/3 增加至1/2，化學(xué)驅(qū)采收率由13.1%增加至21.4%。

符號(hào)解釋

I——含油飽和度，f；

Ro——巖石完全含水時(shí)的電阻率，Ω·m；

Rt——巖石含油時(shí)的電阻率，Ω·m。