二元复合驱注入参数优化实验研究

陈文林,卢祥国,于 涛,肖传明

(1.提高油气采收率教育部重点实验室 东北石油大学,黑龙江 大庆 163318; 2.中油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010)

二元复合驱注入参数优化实验研究

陈文林1,卢祥国1,于 涛2,肖传明2

(1.提高油气采收率教育部重点实验室 东北石油大学,黑龙江 大庆 163318; 2.中油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010)

新型无碱二元复合驱油体系现已成为三次采油技术研究的新方向。针对辽河油田锦 16块综合含水率高、开发难度大、水驱经济效益差等问题,利用现代物理模拟和理论分析等方法,在前期聚合物和表面活性剂筛选及其二元复合体系和三元复合体系性能评价的基础上,对优选出的二元复合驱油体系增油效果进行物理模拟研究,并对二元驱油体系注入参数进行优化。推荐二元复合体系配方组成为聚合物(cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性剂 (cS=0.20%～0.30%)。

二元复合体系;物理模型;驱油效果;物理模拟;参数优化;锦 16块

引 言

目前,二元复合驱油技术已成为三次采油技术研究的新方向[1-3]。表面活性剂 +聚合物二元复合体系可最大限度地发挥聚合物的黏弹性,减弱腐蚀结垢作用,保持超低界面张力。驱油效果接近三元复合驱,且提高了化学驱油剂的环保性能。

锦 16块现已进入特高含水开发阶段,为满足矿场实际需求,需转换开发方式。实验利用仪器分析和物理模拟等方法,研究了二元复合驱聚合物质量分数、表面活性剂质量分数、注入时机和段塞组合方式对二元复合体系驱油效果的影响,并对其注入参数进行优化,筛选出适合锦 16块二元复合驱的最佳段塞组合方式,为油田矿场技术决策提供了实验依据和理论指导。

1.2 药剂、油水和模型

聚合物为辽河油田提供的“聚合物A3”,相对分子质量为 2 900×104,固含量为 88.5%。表面活性剂为辽河油田提供的非离子型表面活性剂,简称“表面活性剂 11”,有效含量为 50%。交联剂为有机铬络合物,由大庆石油学院生产,Cr3+含量为 2.7%。

实验用油为模拟油,由锦 16块脱气原油与煤油混合而成,55℃条件下黏度为 15.0 mPa·s。实验用水为“锦 16块欢三联”深度处理污水,总矿化度约为 6 000 mg/L。

模型为二维纵向层内非均质岩心,包括高、中、低 3个渗透层[7],渗透率分别为 4 000× 10-3、2 500×10-3、1 000×10-3μm2。模型几何尺寸为:长 ×宽 ×高 =30 cm×4.5 cm×4.5 cm。

1.3 实验方法

实验方法按照参考文献[8]进行操作。

1 实验条件

1.1 实验设备

实验设备主要包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。除平流泵和手摇泵外,其他设备置于温度为 55℃的恒温箱内。

2 实验条件及结果分析

2.1 聚合物质量分数对驱油效果影响

二元复合体系段塞尺寸为 0.38 PV,表面活性剂质量分数固定为 0.2%,聚合物质量分数cP逐渐 增大。采收率实验结果见表 1。

表 1 不同质量分数聚合物条件下采收率实验数据

实验表明,聚合物质量分数对二元复合体系黏度和界面张力存在影响。聚合物质量分数增大,二元复合体系溶液的黏弹性增强,体系流度控制能力加强,波及体积范围扩大。在界面张力达到 10-2数量级的条件下,二元复合体系有较好的洗油作用,可最大限度地提高采收率,降低残余油饱和度。因此,聚合物质量分数愈大,二元复合驱采收率愈高。同时考虑油藏非均质性和流体性质的影响,推荐聚合物质量分数为 1 400～1 600 mg/L。

2.2 表面活性剂质量分数对驱油效果影响

二元复合体系段塞尺寸为 0.38 PV,聚合物质量分数固定为 1 600 mg/L,表面活性剂质量分数cS为0.05%～0.30%,依次增大。采收率实验结果见表2。

表 2 不同质量分数表面活性剂采收率实验数据

实验表明,表面活性剂质量分数对二元复合驱采收率存在影响。表面活性剂质量分数愈高,界面张力愈低,采收率愈高。这是由于表面活性剂与地层原油间相互作用,油水界面张力降低,油的乳化特性改变,同时也改变了地层岩石表面的润湿性。一方面可形成较稳定的油水乳状液,另一方面还可减小油对地层表面的黏附力,且乳化油在向前移动中不易重新黏附回地层表面,洗油效率提高[9]。在相同聚合物质量分数条件下,聚合物溶液和二元复合体系黏度几乎相同,黏度对扩大波及体积起关键作用。二元复合体系扩大波及体积作用对采收率的贡献率平均高达 80%,洗油效率的贡献率低于 20%。综合考虑吸附作用对界面张力影响及各油田复合驱矿场应用所选表面活性剂质量分数范围,推荐二元复合体系最佳表面活性剂质量分数为0.2%～0.3%。

2.3 段塞尺寸对驱油效果影响

表 3 不同段塞尺寸采收率实验数据

二元复合体系聚合物质量分数cP为 1 600 mg/L,表面活性剂质量分数cS为 0.20%,下同。

实验表明,驱油剂段塞尺寸对复合驱采收率存在影响(表 3)。当段塞尺寸由 0.38 PV增到 0.57 PV时,采收率提高幅度较大,而后随着注入段塞的增加,采收率增加幅度变小。综合考虑化学药剂、钻井、配制和注入设备投入等因素,并借鉴大庆油田化学驱段塞尺寸优化结果和实践经验,建议锦16块二元复合驱段塞尺寸为 0.57 PV。

2.4 调剖剂段塞尺寸及注入时机对驱油效果影响

聚合物质量分数cP为 3 600 mg/L,cP∶c(Cr3+) =120∶1。首先,对聚合物溶液进行预剪切,黏度保留率为 60%,加入交联剂,然后注入岩心。前期水驱至 94%,化学驱整体段塞为 0.57 PV。

方案 4-1为 0.57 PV二元驱;方案 4-2为0.03 PV凝胶 +0.54 PV二元驱;方案 4-3为 0.05 PV凝胶 +0.52 PV二元驱;方案 4-4为 0.07 PV凝胶 +0.50 PV二元驱;方案 4-5为 0.02 PV二元驱+0.05 PV凝胶 +0.50 PV二元驱。驱替过程中注入压力和采收率与 PV数的关系曲线见图 1、2。

图 1 注入压力与注入 PV数关系曲线

结合图 1和图 2分析可知,在注入化学药剂PV数相等条件下,调剖剂段塞尺寸对二元复合体系的注入压力存在影响。相对于单一的二元驱,调剖后注入二元复合体系的注入压力上升幅度很大,且采收率陡然升高,增油效果显著。初期注入前置段塞(Cr3+凝胶)的采收率提高幅度很小,主要是由于聚合物凝胶有效地封堵了高渗层,并没有直接进入中低渗透层,为后续主段塞 (二元复合体系)发挥作用奠定了基础。在注入相等 PV数凝胶的条件下,中期调剖比前期调剖采收率上升幅度缓慢,说明在中期注入的凝胶封堵效果较差,中低渗透层吸液量少[10-11]。实验表明,在聚合物凝胶段塞尺寸变化范围内,凝胶段塞尺寸愈大,注入时机越早,调驱效果愈好。

图 2 采收率与注入 PV数关系曲线

2.5 天然油砂充填非均质模型验证实验

为进一步验证该二元复合体系的驱油效果,选用天然油砂充填非均质模型进行驱油物理模拟实验,实验数据见表 4和表 5。

表 4 驱油剂类型对采收率影响实验结果

表 5 段塞组合方式对采收率影响实验结果

(1)驱油剂注入时机对复合驱增油效果存在影响。方案 5-1与方案 5-3相比较,二者使用的驱油剂性质和段塞尺寸都相同,注入时机愈早,增油效果愈好。

(2)碱对复合驱增油效果存在影响。方案 5 -3与方案 5-4相比较,后者驱油剂中额外添加了弱碱 (c碱=0.4%),虽然界面张力性质得到改善,但驱油剂黏度明显降低,增油效果较差。

(3)驱油剂黏度和界面张力性质对复合驱增油效果影响对比。方案 5-2(聚驱)与方案 5-3 (二元驱)相比较,两者黏度相当,但界面张力大小存在较大差异,二元驱增油效果要好于聚合物驱,但差距不大。由此可见,对于非均质性比较严重的油藏,二元复合体系黏度性质对采收率贡献起主要作用。

(4)驱油剂段塞组合方式对复合驱增油效果影响。方案 5-5与方案 5-6相比较,其增油效果较差。在保持化学药剂费用不变条件下,采取“前置段塞(0.07 PV聚合物凝胶)+主段塞 (0.48 PV二元复合体系)+后续保护段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞组合方式采收率增幅最大,增油效果最好。

3 结 论

(1)辽河油田锦 16块水驱开发效果差,必须采取强化采油技术措施。为最大限度提高原油采收率,减少乳化和结垢等污染问题,推荐采用二元复合驱。

(2)以室内物理模拟优化实验为基础,参照国内复合驱矿场实践经验,推荐二元复合驱采用整体段塞,段塞尺寸为 0.57 PV。二元复合体系配方组成为聚合物 (cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性剂(cS=0.20%～0.30%)。

(3)锦 16块油藏渗透率高、非均质性比较严重,建议注二元复合体系前进行调剖施工,调剖剂为 Cr3+聚合物凝胶。推荐采取“前置段塞 (0.07 PV聚合物凝胶)+主段塞 (0.48 PV二元复合体系)+后续保护段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞组合方式,其中聚合物溶液中聚合物的质量分数与二元复合体系的相同,即二者黏度相同。

[1]王德民 .大庆油田”三元”“二元”“一元”驱油研究[J].大庆石油地质与开发,2003,22(3):1-9.

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[8]油气田开发专业标准化委员会 .SY/T 6512-2000三次采油可行性方案编制技术要求——化学驱部分[S]//中华人民共和国石油天然气行业标准 .北京:石油工业出版社,2001.

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编辑 周丹妮

TE357.46

A

1006-6535(2010)05-0096-04

20100318;改回日期:20100608

国家重大专项课题“高效深部液流转向与调驱机理研究”(2008ZX05010-004)和辽河油田公司重大攻关课题“锦 16块化学驱注入配方体系室内实验研究”(ZX09143003)

陈文林 (1987-),男,2009年毕业于大庆石油学院石油工程专业,现为东北石油大学油气田专业在读硕士研究生,主要从事提高采收率技术方面的研究。