聚合物驱后二次聚驱可行性及质量浓度优化研究

赵凤兰,侯吉瑞,李洪生,庄绪超

(1.中国石油大学提高采收率研究中心,北京 102249;2.中国石油大学石油工程教育部重点试验室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探开发研究院,河南南阳 473132)

聚合物驱后二次聚驱可行性及质量浓度优化研究

赵凤兰1,2,侯吉瑞1,2,李洪生3,庄绪超1,2

(1.中国石油大学提高采收率研究中心,北京 102249;2.中国石油大学石油工程教育部重点试验室,北京 102249; 3.河南油田分公司石油勘探开发研究院,河南南阳 473132)

以河南下二门油田为例,采用不同级差的纵向非均质物理模型,进行室内二次聚驱的宏观模拟试验,通过考察剖面改善效果和驱油效果,研究聚合物驱后进行二次聚驱进一步提高采收率的可行性,并对二次聚驱的聚合物质量浓度进行优化。试验结果表明:二次聚驱可进一步提高采收率 5%～8%,能够在一定程度上改善油藏的非均质性;在给定试验条件下,二次聚驱聚合物质量浓度应不低于 2.2 g/L。研究结果为下二门油田提高采收率方案的制定和实施提供了重要的基础参数和理论依据,并为聚驱后进一步提高采收率技术的发展应用提供了新的思路。

聚合物;提高采收率;二次聚驱;可行性;驱油试验

近年来,聚合物驱作为一项有效提高采收率的技术,在河南油田、大庆油田以及胜利油田等得到广泛应用。研究表明,聚合物不仅能够在很大程度上提高波及效率,而且可以通过黏弹性提高微观驱油效率[1-4]。但是,随着聚合物驱技术的应用,聚驱后续水驱时含水上升非常快,且仍有较大量的剩余油留在孔喉中无法采出,需要探索进一步提高驱油效率或波及效率的技术和方法。目前提出的聚合物驱后提高采收率的技术主要包括低碱ASP三元、无碱二元复合驱或泡沫复合驱以及微生物驱等,这些技术均取得了较好的室内驱油效果[5-12]。自 2002年开始,在河南下二门油田 H2Ⅱ,Ⅲ油组开展了聚合物驱矿场试验,显著改善了水驱开发效果,平均采出程度增幅达 6%,但聚驱后的采出程度仅为 35%左右,仍有 65%左右的剩余储量,且纵向和平面均存在较大程度的非均质性,因此急需探索聚驱后进一步启动剩余油和改善非均质的方法。笔者针对河南下二门油田地层非均质程度和原油特点(地下原油黏度 70 mPa·s),通过增加聚合物质量浓度来降低水油流度比,即通过室内宏观驱油试验研究聚合物驱后进行二次聚驱的可行性,并进行聚合物的质量浓度优化。

1 试 验

1.1 试验材料、物理模型及装置

1.1.1 试验材料

(1)聚合物。一次聚驱用聚合物为日本三菱MO4000(相对分子质量 2100万,固含量 92.0%),地层温度 55℃下,质量浓度 1 g/L时的黏度为21.59 mPa·s;二次聚驱用聚合物是郑州产常规Ⅰ型聚合物(相对分子质量 2015万,固含量 89.0%),聚合物质量浓度为 1.8和 2.2 g/L时的溶液黏度分别为 39.21和 70 mPa·s。

(2)试验用油和用水。试验用油为下二门油田脱气脱水原油与一定比例的航空煤油配制的模拟油,55℃下黏度 70 mPa·s;试验用水为下二门油田的模拟注入水,总矿化度为 2.282 g/L,其中Na++K+质量浓度为 655 mg/L,Ca2+质量浓度为20 mg/L,HCO3-质量浓度为 1.159 g/L,水型为NaHCO3型。

1.1.2 物理模型

宏观驱油试验模型为二维纵向非均质物理模型(4.5 cm×4.5 cm×30 cm),分为两层层间非均质和三层层内非均质两种,具体渗透率组合及模型参数如表1所示。

1.1.3 试验装置

试验装置与仪器包括大型恒温箱、岩心驱替试验装置以及电子天平、搅拌器等。

1.2 试验流程和方案

为模拟矿场实际开发阶段,试验流程为首先水驱至综合含水率 92%,然后注入聚合物 MO4000 (1.0 g/L×0.4Vp,Vp为孔隙体积),后续水驱至综合含水率 94%;再注入常规Ⅰ型聚合物 (表 1) 0.22Vp,最后水驱至含水率 98%,结束试验。

设计的试验方案共 14组,其中层间非均质驱替试验 9组,层内非均质试验 5组,考察不同渗透率级差条件下不同阶段的含水率、采出程度以及注入压力情况,具体的试验方案见表 1。

表 1 试验设计方案及模型基本参数Table 1 Designed exper imental plan and basic model parameters

2 试验结果讨论

2.1 二次聚驱剖面改善效果

聚合物主要通过改善非均质性扩大波及体积来提高采收率,这可以通过层间非均质岩心高、低渗透层的分流量变化反映出来。试验以合注分采方式进行,对比不同渗透率级差和聚合物注入浓度下各阶段的分流率变化,考察剖面改善效果,结果见表2。

表 2 二次聚驱前后岩心分流率变化Table 2 D iversion ratio variation before and after secondary polymer flooding

8倍和 5倍级差条件下,水驱阶段高低渗透层的分流量差别非常大,即绝大部分的水均经高渗层窜流,低渗层波及系数很低,剖面非常不均匀,而 2倍级差条件下的分流量比值为 2,与级差相当,因此剖面相对均匀。经过一次聚驱后,各个级差条件下的剖面均有所改善,低渗层分流量有所增加,但后续的水驱使低渗层的分流量再次下降,并且高低渗层分流率比值在较大级差条件下仍然非常大,如 8倍级差下,高渗层分流率超过 98%,高低渗层分流率比值在 65左右,远远大于渗透率的级差。随着渗透率级差变小,低渗层分流率增加明显,说明地层非均质程度越严重,一次聚驱的剖面改善效果越差。

经过二次聚驱后,8倍级差条件下,采用 1.5 g/L二次聚驱聚合物质量浓度时,低渗层分流率从 1.5%增加到9.7%,高低渗层分流率比值从 65降至 9左右,高渗层分流率降低 8%,说明经过二次聚驱,非均质性在一定程度上得到改善;随着二次聚驱聚合物质量浓度增加至 1.8和 2.5 g/L,低渗层分流率进一步增加至 11.8%和 16.2%,高渗层分流率降低了10.5%和 15%,非均质程度进一步改善。渗透率级差从 8降至 5和 2,低渗层分流率增加,在 2倍级差和2.5 g/L浓度下,低渗层分流率达 46%,几乎达到近一半的流量,高低渗层分流率比值仅为 1.2。

从以上分析看,渗透率级差和聚合物质量浓度均会对二次聚驱的剖面改善程度产生影响,但总的看来,前者比后者的影响更加明显。在同一渗透率级差下,聚合物质量浓度由 1.5 g/L→1.8 g/L→2.5 g/L,高、低渗透层的分流率虽然也发生了很明显的变化,如 5倍级差下,高低渗层分流率比值分别为4.0,3.7,2.7,但是比起渗透率级差的影响略小一些,如相同 1.8 g/L二次聚驱,级差从 8→5→2,高低渗层分流率比值分别为 7.5,3.7,1.3。

从二次聚驱对剖面的改善程度看,效果较明显,但是,经后续水驱冲刷后,低渗层分流率很快下降,最终分流率小于 1%。另外,在较大级差下,二次聚驱后低渗层的分流率也仅为 16.2,说明聚合物对非均质剖面的改善程度相对较小,这主要是因为聚合物溶液黏度和强度还没有足够大,流度控制能力有限,若要有效封堵窜流通道或高渗透层位,则需要采用交联聚合物甚至凝胶冻胶等高强度堵剂进行深度调剖,同时再配合使用聚合物溶液的合理浓度,这样在总成本不增大的前提下,可以获得更好的经济效益。

2.2 二次聚驱驱油效果

不同渗透率级差和二次聚驱聚合物浓度下层间非均质岩心的驱油效果如图 1所示。

图 1 二次聚驱聚合物浓度和级差对层间非均质岩心驱替效果影响Fig.1 Influence of polymer concentration and permeability ratio on displacement effect with heterogeneous cores

从试验结果看:渗透率级差由 8降为 5和 2,水驱采收率从40.6%增加至41.9%和42.0%,即随级差减小,水驱采收率增加;经过一次聚驱后,提高采收率幅度分别为 11.4%,12.8%和 12.9%,说明 8倍和 5倍级差条件下一次聚驱提高采收率幅度相当,而较小的 2倍级差条件下一次聚驱提高采收率幅度略低,这主要是因为非均质性强的岩心水驱采收率相对较低,水驱未波及体积较大,水驱剩余油量较多,因此一次聚驱通过改善流度比可以起到较好的提高采收率效果;一次聚驱后进行黏度较高的二次聚驱,采收率的增加幅度在 3.5%～7.2%,且级差越小,二次聚驱效果越明显,如 2倍级差时,二次聚驱提高采收率最高达 7.2%,说明二次聚驱能够通过进一步改善非均质性、提高波及效率而进一步提高采收率。同时应该看到,当级差增加到 5时,二次聚驱提高采收率效果降低较多,2.5 g/L时仅提高 5.8%,表明该质量浓度下聚合物控制流度的能力相对有限,对于非均质性较强的地层,必须考虑采用深部调驱或其他复合技术进行挖潜增产,提高原油动用程度,以最好的经济核算开采剩余油。

从图 1(d)可以看出:随着二次聚驱聚合物质量浓度从 1.5 g/L增加到 1.8和 2.2 g/L,提高采收率程度在不断增加,这主要是由于溶液黏度增加,控制流度比和扩大波及体积的能力也在增强,但曲线增加幅度下降;渗透率级差为 2时的提高采收率效果明显好于级差为 5和 8时的情况,且级差 5和 8时的效果差别不大。

3 二次聚驱质量浓度的优化

采用级差 2的三层层内非均质岩心,对二次聚驱的聚合物质量浓度进行优化,不同聚合物质量浓度下的提高采收率效果如图 2所示。

图 2 二次聚驱聚合物浓度优化曲线Fig.2 Curve of opt im izing polymer concentration during secondary polymer flooding

从优化曲线可以看出:随着二次聚驱聚合物浓度增加,二次聚驱的采收率也在增大;二次聚驱的聚合物质量浓度较低,如浓度在 1.5 g/L以下时,提高采收率的效果不明显,只有通过提高聚合物质量浓度,才可以产生流度控制作用而扩大波及体积;聚驱用聚合物质量浓度增加到 1.8,2.2和 2.5 g/L时,对应的采出程度由原来的 1.3%增大到 3.0%, 4.6%和 5.2%,二次聚驱的效果非常明显。可见,由于油藏原油黏度较高 (70 mPa·s),水油流度比过大,黏性指进严重,因此二次聚驱的黏度选择是矿场应用中应该充分注意的技术关键。同时,当聚合物质量浓度高于 2.2 g/L后,采收率提高的幅度在减小,说明在此渗透率级差和试验条件下,二次聚驱的最优聚合物质量浓度应该是 2.2 g/L,二次聚驱可提高采收率4.6%。

4 结 论

(1)聚合物驱后进行更高浓度和黏度的二次聚驱,通过更强的流度控制能力,可进一步提高采收率5%～8%。

(2)地层的非均质程度直接影响包括二次聚驱在内的不同驱替阶段的驱油效果,渗透率级差越大,低渗层分流率增加倍数越大,二次聚驱的改善效果越明显,但是低渗层分流率绝对值仍然较小,即对于非均质严重或存在窜流通道的地层,不能完全依靠聚合物进行流度控制。

(3)随着二次聚驱聚合物质量浓度增加,对应的二次聚驱采收率增大。在渗透率级差和试验条件下(原油黏度 70 mPa·s),二次聚驱的最优聚合物质量浓度应该是2.2 g/L,二次聚驱提高采收率 4.6%。

[1] WANGDe-min,et al.Application results and understanding of several problems of industrial scale polymer flooding in Daqing oil field[R],SPE 20928,1998.

[2] 王德民,程杰成,杨清彦.黏弹性聚合物溶液能够提高岩心的微观驱油效率[J].石油学报,2000,21(5):45-51.

WANGDe-min,CHENG Jie-cheng,YangQing-yan.Viscous-elastic polymer can increase micro-scale displacement efficiency in cores[J].Acta Petrolei Sinic,2000,21(5): 45-51.

[3] 夏惠芬,王德民,刘中春,等.黏弹性聚合物溶液提高微观驱油效率的机理研究[J].石油学报,2001,22(4): 16-19.

X IA Hui-fen,WANG De-min,LIU Zhong-chun,et al. Study on the mechanis m of polymer solution with visco-elastic behavior increasing microscopic displacement efficiency[J].Acta Petrolei Sinic,2001,22(4):16-19.

[4] 黄延章,于大森,张桂芳.聚合物驱油微观机理研究[J].油田化学,1990,7(1):6-10.

HUANG Yan-zhang,YU Da-sen,ZHANG Gui-fang.Microscopic mechanis ms of oil displacement by polymer solution[J].Oilfield Chemistry,1990,7(1):6-10.

[5] 赵福麟,王业飞,戴彩丽.聚合物驱后提高采收率技术研究 [J].中国石油大学学报:自然科学版,2006,30 (1):86-90.

ZHAO Fu-lin,WANG Ye-fei,DA I Cai-li,Techniques of enhanced oil recovery afterpolymer flooding[J].Journalof ChinaUniversity of Petroleum(Edition ofNature Science), 2006,30(1):86-90.

[6] 刘仁强.聚驱后无碱驱油体系提高采收率机理研究[D].大庆:大庆石油学院,2007.

LIU Ren-qiang.Mechanis m research on enhancing oil recovery of flooding oil system without alkaline after polymer flooding[D].Daqing:Daqing Petroleum Institute,2007.

[7] 孔柏岭,丁荣辉,唐金星,等.河南油田改善聚合物驱油效果的技术途径[J].油田化学,2005,22(3):237-240.

KONGBai-ling,D ING Rong-hui,TANG Jin-xing,et al. The technical measures for improving polymer flood efficiency in Henan oilfield[J].Oilfield Chemistry,2005,22 (3):237-240.

[8] 于丽,孙焕泉,肖建洪,等.聚驱后 SDCM21/聚合物二元复合体系提高采收率研究[J].油田化学,2007,24 (4):355-358.

YU Li,SUNHuan-quan,X IAO Jian-hong,et al.SDCM-1/HPAMsurfactant/polymer combinational flooding fluid for further enhanced oil recovery after polymer flood finished[J].Oilfield Chemistry,2007,24(4):355-358.

[9] 张云宝,卢祥国,任艳滨,等.三种驱油剂在聚驱后二维非均质物理模型上的驱油效果[J].油田化学,2007, 24(3):242-245.

ZHANG Yun-Bao,LU Xiang-guo,RENYan-bin,et al. Displacement efficiency for three different EORchemical agents in two-dimension heterogeneous physical model after polymer flooding[J].Oilfield Chemistry,2007,24(3): 242-245.

[10] 刘丽.聚驱后剩余油分布规律及挖潜措施[D].大庆:大庆石油学院,2005.

LIU Li. The roles of residual oil distribution and the measurement of further exploitation after polymer flooding [D].Daqing:Daqing Petroleum Institute,2005.

[11] 于丽,孙焕泉,肖建洪,等.用于注聚驱后的含有中强缓冲碱三元复合体系研究[J].山东大学学报:理学版,2008,43(3):16-20.

YU Li,SUNHuan-quan,X IAO Jian-hong,et al.Studies on theASP compound system withmoderate basic strength alkali after polymer injection flooding[J].Journal of ShandongUniversity(Natural Science),2008,43(3):16-20.

[12] 王克文,孙建孟,关继腾,等.聚合物驱后微观剩余油分布的网络模型模拟 [J].中国石油大学学报:自然科学版,2006,30(1):86-90.

WANG Ke-wen,SUNJian-meng,Guan Ji-teng,et al. Ne twork modelmodelingofmicrocos mic remainingoil distribution after polymer flooding[J].Journal of China U-niversity of Petroleum(Edition ofNature Science),2006, 30(1):72-76.

ZHAO Feng-lan1,2,HOU Ji-rui1,2,LIHong-sheng3,ZHUANG Xu-chao1,2

Study on feasibility of secondary polymer flooding and concentration opt im ization after polymer flooding

(1.EORCenter in China University of Petroleum,Beijing102249,China;2.CMOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beijing102249,China;3.Exploration and Production Research Institute,Henan O ilfield,Nanyang473132,China)

Taking Henan Xia´ermen Oilfield as an example and using vertically heterogeneous physicalmodels with different per meability ratio,laboratory exper imentswere done to determine the feasibility of secondary polymer flooding and opt imize the polymermass concentration through investigating the profile control and flooding effects.The results show that 5%-8% of improved oil recovery efficiencywas obtained,which demonstrates that the reservoir heterogeneity was improved to some extend.The mass concentration of polymer for secondary polymer flooding could not be lower than 2.2 g/Lunder setting experimental conditions.The resultsprovide notonly important basic parameters and theoretical foundation,but also new thinking for development of improved oil recovery technologies after polymer flooding.

polymers;improved oil recovery efficiency;secondary polymer flooding;feasibility;oil displacement experiment

TE 39

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2010.04.020

1673-5005(2010)04-0102-05

2009-08-04

国家科技重大专项课题(2009ZX05009-004)

赵凤兰(1973-),女(汉族),山东商河人,副研究员,博士,主要从事油田化学和提高采收率技术方面的教学和科研工作。

(编辑 韩国良)