陆上油田聚驱后聚表剂驱渗流场变化规律研究

皮彦夫， 龚　亚

(东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318)



陆上油田聚驱后聚表剂驱渗流场变化规律研究

皮彦夫， 龚亚

(东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318)

针对陆上油田的典型区块，设计了二维层间物理模型，运用自主研制的饱和度监测系统监测所采用的聚驱后聚表剂驱实验方案，开展了层间二维模型驱替波及动用监测实验，实时监测化学驱阶段含油饱和度分布，从而掌握陆上典型油田区块的波及动用规律。结果表明，在层间二维平板岩心的并联实验中，陆上典型区块聚驱后注入1.05 PV华鼎Ⅰ聚表剂能提高采收率13.69%。饱和度监测数据表明，聚驱后化学驱阶段均不同程度的形成油墙，增大了渗流阻力，从而扩大了波及体积，提高了采收率，聚表剂驱阶段提高采收率的关键是有效的动用了中低渗层，华鼎I型聚表剂驱替之后岩心主流通道上形成一条很宽的低含油饱和度条带，其具有很强的驱油效率。

陆上油田；聚合物驱；波及规律；饱和度监测；驱油效率

随着我国油田的开发，大部分主力油田都相继进入高含水开发后期，三次采油已经成为进一步提高原油采收率的主导技术[1-3]。为满足三次采油技术发展的需求，近年来研制出一种新型的一元驱油剂——聚表剂，它同时具备了流度控制能力和乳化增溶原油能力双重特性[4-6]，综合了聚合物和表面活性剂二者的优势[7-8]，在不用碱的条件下，把增黏、降低流度比、扩大波及系数、提高对原油的增溶和乳化能力等优势集于一身[9-11]。目前，某些聚表剂产品已经在一些油田开始了先导试验，并且取得了很好的降水增油效果，但现场试验应用和理论知识发展不对称[12-13]，与聚表剂相关的报道和文献资料很少，而且国内外对聚表剂驱油技术的研究主要集中在室内性能分析方面，在深入研究层间波及规律和驱油效率方面的文献较少。本文基于室内模拟实验和自主研发的饱和度监测系统等技术手段，采用测试驱替过程中含油饱和度的方法，通过含油饱和度的改变来判断波及动用情况，并且根据市场经济情况，对所用的聚表剂进行经济效益评价。

1　实验部分

1.1物理模型

针对大庆油田典型区块，根据大庆地区实际储层的物性参数情况，对室内实验模拟岩心的渗透率、孔隙度及非均质程度进行模型设计。实验所用的岩心分别为：渗透率为1 800×10-3μm2的高渗二维岩心，渗透率为1 000×10-3μm2的中渗二维岩心以及渗透率200×10-3μm2的低渗二维岩心，尺寸均为300 mm×300 mm×15 mm。本实验研究中的岩心参数情况根据大庆油田一类储层的实际情况确定，设计物理模型在驱替实验中满足动力相似和运动相似原则。

1.2实验材料

本实验主要模拟的大庆油田的典型区块，根据大庆油田现阶段的开发形势及开发方案，实验温度设为45 ℃，实验用油为大庆油田原油和煤油按一定比例配置的模拟油，45 ℃黏度为9.8 mPa·s；饱和用水模拟矿化度为6 778 mg/L的大庆地层水，实验所用的驱替用水为大庆油田回注污水。聚驱过程中所用的聚合物为普通中等相对分子质量聚合物，质量浓度为1 000 mg/L，黏度为20 mPa·s；聚表剂驱阶段所用聚表剂分别为华鼎I型，质量浓度为1 000 mg/L，黏度分别为58 mPa·s和53 mPa·s。目前华鼎I型聚表剂的市场价为17 450元/t。

1.3实验方案

前期水驱至整体含水率98%以上，然后注入0.6 PV质量浓度为1 000 mg/L的中等分子质量聚合物，在水驱至整体含水率达98%以上，注入0.15 PV高质量浓度(1 500 mg/L)华鼎I型聚表剂保护段塞，接着注入0.9 PV质量浓度为1 000 mg/L的华鼎I型聚表剂，最后水驱至含水率98%以上，实验结束。

2　实验结果分析

2.1驱替方案的总体实验结果

根据整个实验的结果，高、中、低三层的采出程度以及总采收率如表1所示。

方案中在注0.6 PV聚合物的基础上再注入1.05 PV的华鼎I聚表剂后总采收率为52.47%，这是因为聚表剂利用自身高黏度、变形能力强等作用特点，通过扩大波及系数和提高洗油效率来提高整体采收率。

表1　华鼎I聚表剂驱替阶段提高采收率结果

通过对岩心中不同驱替点含油饱和度分布情况的统计，即岩心中相同位置后一时刻含油饱和度值相对前一时刻降低，则说明在这段期间的驱替过程中该点被波及到了，用这种方式把岩心中含油饱和度分布图平均分割成若干小网格，以一个小网格为单位统计，含油饱和度下降的网格占总网格的比例，定义为该时刻岩心中的波及系数。通过分层接液可以得到各层不同驱替点的采收率数值，相同时刻采收率与所对应波及系数的比值为该驱替时刻的驱油效率值。华鼎I聚表剂驱替方案下的波及系数与驱油效率结果，如表2所示。

表2　华鼎I聚表剂驱替方案下的波及系数与驱油效率

从表2中可以看出，华鼎I型聚表剂的整体波及系数为76.10%，驱油效率为69.05%，在三个渗透层中高渗层的波及系数和驱油效率均好于低、中渗层，其中低渗层的波及系数和驱油效率均不低于50%，这是因为华鼎I聚表剂的分子根据孔隙的形态变形能力强，分子链不易被拉断，成网状结构向前运动，可捕集并移动残余在岩心孔隙中的剩余油并将其拖拽出去，从而提高了华鼎I在岩心中的驱油效率。

2.2各方案动态开采曲线及分析

根据实验中的实验结果所反映出的聚驱加华鼎I聚表剂驱阶段动态开采特点，绘制出注入PV数与各实验数据的关系曲线如图1和图2所示。

图1　注入PV数与综合含水率、采收率、压力关系曲线

Fig. 1 Relation curve between injection PV number composite water cut, recovery and pressure

图2　注入PV数与各层分流率、压力关系曲线

Fig.2Relation curve between injection PV number and diversion rate, composite water cut and pressure

从图1中可以看出，驱替刚开始时注入压力瞬间升高，随着注入水量的增加，岩心中油量开始减少，综合含水率逐渐上升，同时岩心内流体所受到的阻力下降，压力也随之逐渐减低，当水驱含水率到达98%时压力降到平稳。随着聚驱的进行压力逐渐升高，综合含水率开始下降，说明聚驱开始动用水驱没波及到或没拖拽出去的油膜，从而整体采收率也迅速上升。注入华鼎I聚表剂后，压力快速上升，含水率随之降低，高渗透层的分流率骤然降低，中低渗透层的分流率迅速升高，尤其是低渗透层的分流率明显上升。

从图2中可以看出，在水驱与聚驱阶段，注入压力在水驱阶段从高值迅速下降，逐渐到平稳，注聚后压力逐渐升高，在注入聚表剂之后压力迅速升高，从分流率的曲线也可以看出随着聚表剂的逐渐注入，高渗透层的分流率开始快速下降，中低渗透层的分流率随之上升。在注入2.6 PV到3.2 PV的过程中，压力升高趋势逐渐平稳，高渗透层的分流率到达最低且保持波动，此时应该是岩心中形成的油墙向采出井推进，并逐渐被开采出去。

2.3驱替方案下各渗透层岩心中含油饱和度分布

通过调用2.1节所测得的相应标准关系曲线，使用自行研制的含油饱和度实时监测系统，对驱替的过程进行实时监测，得出不同驱替阶段的含油饱和度分布情况。

2.3.1岩心中原始含油饱和度情况图3为高中低渗岩心中原始含油饱和度情况，从图3中可以看出，从高渗层到低渗层含油饱和度分布图逐渐变浅，即岩心中的饱和油量逐渐降低，因为渗透率越大，岩样的孔隙度越高，可饱和进的原油量也就越多，因此含油饱和度越高。本部分给出各层不同位置的原始含油饱和度，方便与后续驱替图进行对比分析。下述所有含油饱和度分布图的标尺都相同。

图3　各层原始含油饱和度分布图

Fig.3The distribution of original oil saturation each layer

2.3.2水驱阶段注水结束时各层含油饱和度分布如图4所示。从图4可以看出，在水驱阶段，三个层都开始被动用，大部分驱替剂进入到高渗透层，随着注入水量的增加各个层内出现明显的指进现象，当高渗透层油水前缘突破，采出井见水后，中低渗透层出液量逐渐减小几乎停止出液，而高渗透层中主流通道在注入水反复冲洗的作用下含油饱和度相对很低。

2.3.3聚驱阶段注聚结束时各层含油饱和度分布如图5所示，从图5中可以看出，开始注入聚时，聚合物先进到高渗层，由于聚合物黏度高，有效地改善流度比，使流动阻力增加，注入压力升高，更多的流体进入中低渗透层从而增加了模型整体的波及系数，进一步提高模型的采收率。

图4　注水结束时各层含油饱和度分布图

Fig.4Distribution of oil saturation of each layer at the end of water injection

图5　注聚结束时各层含油饱和度分布图

Fig.5Distribution of oil saturation of each layer at the end of polymer injection

2.3.4华鼎I聚表剂驱替阶段聚驱结束之后用华鼎I聚表剂驱，开始时聚表剂进入到阻力较低的高渗层，由于华鼎I聚表剂分子根据孔隙的变形能力强，易进入到聚驱没有波及到的孔隙中，推动岩心中主流线两侧的油向前移动，随着油流的移动，主流线上的压力相对较小，主流线两翼被驱替的油又逐渐向主流线靠拢，在这种驱替作用下岩心中便形成了油墙，如图6所示。油墙的形成使油柱在孔喉中造成阻挡从而使注入压力升高，在较高的注入压力作用下，聚表剂开始进入到低渗透层以增加对它的动用程度。

图6　华鼎I驱替初期时各层含油饱和度分布图

Fig.6Distribution of oil saturation of each layer at the early stage of Huading I displacement

图7为华鼎I型聚表剂驱结束时的饱和度分布图，对比图6和图7可知，随着华鼎I聚表剂的不断注入，高、中渗透层主流线及其两侧的含油饱和度明显降低，形成的油墙逐渐向前推进。在较高的注入压力下低渗透层的分流率逐渐增加，主流线呈指状不断向前突进，同时靠近注入井的主流线两翼被波及的区域也逐渐扩大。因为聚表剂黏度高，改善岩样中的流度比，使其在相对较低力的作用下便可以进入细小吼道，拖拽膜。

图7　华鼎I聚表剂驱结束时各层含油饱和度分布图

Fig.7Distribution of oil saturation of each layer at the end of Huading I displacement

如图7所示，注华鼎I聚表剂结束之后，低渗透层的主流线被完全打开，高中渗透层的油墙均被突破，高渗透层的波及效率增加到0.912，主流线及两侧大面积区域含油饱和度降到0.24以下，表明华鼎I的洗油效率很高，利用其高黏弹性使聚驱不易被动用的油被华鼎I聚表剂拖拽出去。中渗透层主流线低含油饱和度范围变宽，低渗透层波及面积大幅度增加且主流线达到突破。

3　结论

(1) 在层间二维平板岩心并联的实验中表明，陆上典型区块聚驱后聚表剂驱能提高最终采收率，在提高最终采收率幅度方面华鼎I型聚表剂表现出很好的提升能力，聚驱后注入1.05 PV华鼎Ⅰ聚表剂能提高采收率13.69%。结合其市场价格，聚表剂驱提高采收率所带来的经济效益远远大于其成本值。

(2) 饱和度监测数据表明，聚驱后化学驱阶段均不同程度的形成油墙，增大了渗流阻力，从而扩大了波及体积，提高了采收率，化学驱阶段提高采收率的关键是有效的动用了中低渗层，华鼎I型聚表剂驱替之后岩心主流通道上形成一条很宽的低含油饱和度条带，其具有很强的驱油效率。

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(编辑王亚新)

The Variation Laws of Seepage of Hydrophobic Associating Polymer Flooding after Polymer Flooding in Onshore Oilfields

Pi Yanfu， Gong Ya

(KeyLaboratoryofOilandGasRecoveryofEducationMinistry，NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318，China)

In order to study the typical block of onshore oil fields, a two-dimensional interlayer physical model is designed. The experiment scheme of hydrophobic associating polymer flooding after polymer flooding is monitored by self developed saturation monitoring system. The spread and use of typical onshore oil field blocks are grasped by carrying out the experiment about the displacement, the use and the monitor of the two-dimensional interlayer physical model and monitoring and the oil saturation distribution in the chemical flooding stage in real time. The results indicated that: in two-dimensional interlayer core parallel experiments, recovery efficiency of the land typical block could be improved by 13.69% through injecting 1.05 PV Huading I hydrophobic associating polymer after polymer flooding. Saturation monitoring data showed that chemical flooding stage after polymer flooding had formed oil wall inordinately, increased filtrational resistance, so as to enlarge the swept volume and improve recovery efficiency. The key to improve the oil recovery in polymer flooding was the efficient use of the low permeability layer. A wide low oil saturation line was formed in core mainstream channels with a strong oil displacement efficiency after Huading I hydrophobic associating polymer flooding.

Onshore oil fields; Polymer flooding; Sweep efficiency; Saturation monitoring; Oil displacement efficiency

1006-396X(2016)04-0066-06投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-03-30

2016-05-06

中国石油科技创新基金研究项目(2015D-5006-0214)；黑龙江省自然科学基金资助项目(E2016016)。

皮彦夫(1976-)，男，博士，副研究员，从事提高采收率和三次采油技术研究；E-mail：piyanfu@163com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.014