海上油田二元复合驱平面波及规律室内物理模拟研究

苏 旭， 董洁楠， 赵 鹏， 宋考平

(1.大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆 163001；2.东北石油大学，黑龙江大庆 163318；3.大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163001；4.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津300452)



海上油田二元复合驱平面波及规律室内物理模拟研究

苏 旭1,2， 董洁楠3， 赵 鹏4， 宋考平2

(1.大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆 163001；2.东北石油大学，黑龙江大庆 163318；3.大庆油田有限责任公司第二采油厂，黑龙江大庆 163001；4.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津300452)

利用岩电实验原理与三维物理模拟系统进行了二元复合驱波及规律研究。通过模型上布置的压力记录表和电阻测量探针,较为准确的测量了模型中压力变化及饱和度场变化，进而研究了二元复合体系波及效果。结果表明，在二元体系主要扩大了低渗层的波及体积且提高了模型整体洗油效率，二元驱后中低渗层主流线两侧未波及，采出井之间分流线上由于边界及注采井的影响存在未波及区域。

海上油田； 电阻-饱和度； 二元复合驱； 平面波及规律

海上油田二元复合驱正处于先导性实验阶段，目前针对海上油田二元复合驱的研究，特别是针对二元复合驱波及规律的研究还很少[1-8]，本文利用三维非均质大平板模型和测量微电极技术，通过检测不同注入时刻的饱和度变化情况，研究了海上油藏条件下二元复合驱平面波及规律。

1 室内二元复合驱驱油实验

1.1 物理模型与饱和度测量原理

实验选用三维正韵律纵向非均质浇筑物理模型，在模型的4角以及正方形的中心各设置一口井，注采井采用直井钻孔，井的长度为3.75 cm，直径为0.3 cm，在本次研究中，将中心井作为注水井，由电阻值求得该点对应的含油饱和度，进而确定模型中的油水分布，研究二元复合驱的波及规律。

图1 三维非均质物理模型与坐标系

Fig.1 Three-dimensional inhomogeneous physical model and coordinate system

油气储层岩石骨架通常是不导电的，岩石中水的离子浓度越大，电阻值越小。地层中所测电阻值的主要受到孔隙形状、地层水矿化度以及油水比例的影响。当岩心孔隙度渗透率不变的情况下，电阻值只受油水比例的影响[9]，图2为用稳态法测定的含油饱和度与电阻值的关系曲线。由图2可以看出，电阻值变化的一致性，说明关系曲线具有代表性[10]。

图2 含油饱和度-电阻值关系曲线

Fig.2 The relationship curve between resistance and saturation

1.2 实验原料与方案

1.2.1 实验原料 实验用水为海上某油田模拟注入水，总矿化度为9 374.13 mg/L，离子组成见表1。实验用油海上某油田模拟油，65 ℃条件下黏度为70 mPa·s。实验用岩心为三维非均质模型，模型采用正韵律，模型参数如表2所示。

表1 水质分析

表2 模型参数

1.2.2 实验方案 在实验温度65 ℃条件下，首先用海油地层水驱替至含水率为70%；然后注入质量浓度为2 000 mg/L聚合物段塞其孔隙体积倍数(PV)为0.3， 再注入0.3 PV的二元体系(1 750 mg/L 聚合物+质量分数0.2%表面活性剂)，后用海油地层水进行后续水驱，至含水率达到95%。

2 结果与讨论

2.1 二元复合驱驱油实验结果

表3给出了二元复合驱实验结果。由表3可以看出，水驱结束后，模型整体采出程度为23.39%，聚合物段塞提高采出程度8.58%，二元段塞与后续水驱结束后，提高采出程度20.12%，整个化学驱阶段采出程度提高了41.63%。

表3 二元复合驱实验结果

2.2 饱和度变化

实验共对108对电极电阻值进行了检测，水驱阶段计数间隔为2 h，化学驱阶段计数间隔为30 min，实验共得到231×108个不同时间段不同监测点的电阻测量值，分别选取注采出井方向测量点，结果如图3所示。根据含油饱和度与电阻值关系曲线得到测量点注入量与饱和度的变化曲线，实验结果如图4所示。

图3 注采出井方向测量点选取

Fig.3 The measurement point selections of injection production well direction

图4 各渗层饱和度与压力变化曲线

Fig.4 The change curve of pressure and oil saturation of each layer on the model

从图4中可以看出，注采井方向高渗层在水驱阶段含油饱和度明显下降，水淹较快，中低渗层含油饱和度有所下降，但下降幅度不明显；聚驱阶段，主流线压力增大，聚合物进入中低渗层，中渗层含油饱和度下降明显，该层主要被波及，注聚即将结束。即注入0.56 PV时，低渗层饱和度发生变化，聚合物动用低渗层剩余油效果有限；二元驱阶段，低渗层被动用，含油饱和度持续下降，注采井方向上压力趋于平稳，高渗层与中渗层剩余油进一步动用，注采井方向上三层均能达到残油饱和度。由图4(b)可以看出，沿注采井方向聚合物驱阶段主要波及中渗层，二元驱阶段低渗层被波及动用。

注采出井两侧测量点选取和饱和度变化曲线如图5、6所示。由图5及图6中变化曲线可以看出，水驱阶段驱替液主要沿主流线波及；主流线两侧饱和度监测点未被波及，均为原始含油饱和度；聚合物驱阶段，主流线两侧区域被波及，高渗层饱和度迅速下降为残余油饱和度，在注入0.54 PV时中渗层被波及含油饱和度下降；二元驱阶段，中渗层含油饱和度迅速下降为残余油饱和度，低渗层在二元驱替驱阶段得到明显动用，最终含油饱和度较高，低渗层驱油效果与其他两层相比相对较差。从图6中可以看出，聚合物驱扩大了注采井两侧波及体积，但主要动用中高渗层剩余油，二元驱开始动用低渗层，但驱油效果有限。

图5 注采出井两侧测量点选取

Fig.5 The selection of measurement points on both sides of the injection and production well

图6 注采井方向两侧饱和度变化曲线

Fig.6 The oil saturation change curve of both sides of the injection and production well

2.3 饱和度场变化

图7至图9给出了各层不同驱替时刻结束时的含油饱和度分布。

图7 低渗透层各驱替阶段含油饱和度分布图

Fig.7 The oil saturation of low permeability layer at the diffirent flooding slug

如图7所示，低渗层水驱(含水率70%)结束后沿主流线方向上含油饱和度较低，波及较为明显；由于水驱压力较低，低渗层进液量较小，低渗层含油饱和度较高，平均含油饱和度为62.5%，二元复合驱结束后岩心中波及体积大幅度增加，增加约40%；三个注采井主流线上波及较为均匀，剩余油主要存在于采出井分流线上及驱替结束后未波及区域。

图8 中渗透层各驱替阶段含油饱和度分布图

Fig.8 The oil saturation of middle permeability layer at the diffirent flooding slug

如图8所示，中渗透层含油饱和度由水驱阶段结束时的60%左右，下降到后续水驱结束时的15%左右，与低渗层相比中渗层在化学剂注入后扩大波及体积效果更为明显，这是由于随着二元注入压力的增大，前期聚合物段塞大量进入中渗层，扩大了中渗层的波及体积60%左右；二元驱结束后采出井分流线依然存在剩余油，二元溶液对未波及区域内提高洗油效率的作用较差，该区域存在剩余油。

图9 高渗透层各驱替阶段含油饱和度分布图

Fig.9 The oil saturation of high permeability layer at the diffirent flooding slug

如图9所示，与中低渗层相比高渗层水驱致含水70%时，水驱波及系数达到75.2%，平均含油饱和度为50.26%，说明水驱阶段，由于驱替压力较低，驱替液主要进入高渗层，中低渗层进入量较少，且主要沿主流通道波及，主流线两侧虽有部分被波及但水驱倍数较低，致使这些区域存在大量剩余油；高渗层在化学驱后波及体积约增加25%，与中渗层相比化学剂扩大波及体积效果较差，但高渗层的含油饱和度较低，平均含油饱和度由水驱阶段结束时的50.26%下降到25.82%，这是由于二元体系降低了波及区域内剩余油的界面张力，使得该区域内原油被驱出，含油饱和度降低。

结合各个监测点饱和度变化曲线以及不同驱替阶段含油饱和度分布图可以看出：水驱阶段主要动用高渗层，中低渗动用程度较低，且主要沿主流线波及； 0.3 PV聚合物段塞主要起到了扩大平面波及体积的作用，随着注入压力的增大，中低渗层依次被波及，低渗层主要沿主流线波及，中渗层与水驱相比主流线线及主流线两侧扩大波及体积效果明显，高渗层主要扩大了主流线两侧的波及体积；二元驱阶段由于模型中压力继续升高。前期聚合在二元体系的协同作用下大量进入低渗层，使得低渗层波及体积继续增大，原油被大量驱替出来，主流线驱替效果明显，同时由于二元体系降低界面张力的作用使得高渗层与中渗层中波及区域内的剩余油被驱出，含油饱和度下降，使模型中剩余油大量被驱出，最终采出程度提高了41.63%。

综上所述，0.3 PV聚合物段塞具有扩大波体积的作用，在二元体系的协同作用下主要扩大了中低渗层的波及体积，二元体系同时提高了高中渗层的洗油效率，主流线上驱替效果最好；二元驱后剩余油主要集中在中低渗层主流线两侧未波及区域，采出井之间分流线上由于边界影响及注采井的影响同时存在剩余油，低渗层扩大波及体积提高洗油效率的效果有限，有继续提高采收率的潜力。

3 结论

(1) 0.3 PV聚合物段塞在平面上起到了扩大波及体积的作用，在纵向上调节了模型非均质性，扩大了中低渗渗层平面波及体积，且主要扩了中渗层30%的波及体积，较大程度的动用了中渗层剩余油，平均含油饱和度与水驱相比下降了20.12%，而低渗层由于驱替压力不足主要沿主流线被波及，但驱油效果有限。

(2) 二元驱降低了原油界面张力大幅度提高了模型整体采收率，并在与聚合物的协同作用下继续扩大了各渗层的波及体积，且主要扩大了低渗层的波及体积，使低渗层主流线两侧被波及，波及体积与水驱相比扩大了40.14%，同时由于二元驱强大的洗油效率，驱替出了中高渗层波及区域内的剩余油，含油饱和度降低；整个化学驱大幅度提高了模型采出程度41.63%。

(3) 二元驱后，中高渗层剩余油存在于部分未波及区域以及各采出井之间的分流线上，此处驱替压力较小，且受边界影响驱油效果较差，平均含油饱和度达到50%左右；化学驱后，低渗层平均含油饱和度较高，平均含油饱和度为32.16%，仍存在大量剩余油，有继续提高采收率的潜力。

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(编辑 王亚新)

The Physical Simulation of Binary Flooding Flat Affect Law of Offshore Oilfield

Su Xu1,2, Dong Jienan3, Zhao Peng4, Song Kaoping2

(1.No.1 Oil Recovery Plant,Daqing Oilfield Co. Ltd., CNPC,Daqing Heilongjiang 163001,China;2.NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318,China；3.No.2OilRecoveryPlant,DaqingOilfieldCo.Ltd.,CNPC,DaqingHeilongjiang163001,China;4.TianjinBranchofCNOOC,Tianjin300452,China)

Principle of litho electric experiment and three-dimensional physical simulation system were used to research the swept law of binary. By the pressure recorder and resistivity measuring probe installed on the model, the change of the pressure and saturation in the model was accurately measured and swept law of the binary compound flooding system was evaluated. The results showed that the swept volume of low permeability layer was expanded by the binary system, and the sweep efficiency of the model was also improved. After binary flooding, the unswept areas mainly concentrated on both sides of the mainstream line in the layer of low and middle permeability, and there is unswept areas shunt online between the production wells because of the influence of border and injection-production well.

Offshore oil field; Resistance-saturation; Binary compound flooding; Law of plane sweeping

1006-396X(2015)05-0060-05

2013-12-30

2014-03-22

国家油气重大专项课题“海上油田聚驱后提高采收率技术油藏研究”(2011ZX05024-004-14)。

苏旭(1988-)，男，硕士研究生，从事油气田开发理论与技术方向研究；E-mail：suxuboy@126.com。

宋考平(1962-)，男，博士，教授，博士生导师，从事油气田开发方面的研究；E-mail:skp2001@sina.com。

TE357.46

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.05.012