不可及孔隙体积对聚合物段塞注入效果影响研究

王 健, 杨二龙, 董 驰

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

不可及孔隙体积对聚合物段塞注入效果影响研究

王 健, 杨二龙, 董 驰

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

通过室内实验与数值模拟方法研究了不可及孔隙体积对聚合物注入段塞效果影响。研究表明，对于不同渗透率地层，存在最优注入相对分子质量，且随着渗透率增加，最优相对分子质量逐渐增加；在将地层孔隙分为强水洗孔隙，油水混合孔隙与未水洗孔隙的前提下，针对地层孔隙内不同油水存在状态，应使用不同相对分子质量聚合物，以提高采收率；不可及孔隙体积存在最优值，不同时机转聚(孔隙内油水存在状态不同)，最优不可及孔隙体积会发生变化，且转聚时间越晚，最优不可及孔隙体积越大，当含水率90%注聚时最优不可及孔隙体积为0.4，而含水率30%转聚时最优不可及孔隙体积为0.3。

聚合物驱； 不可及孔隙体积； 相对分子质量； 段塞组合； 提高采收率

大量的实验及矿场试验表明，聚合物驱油是一种行之有效提高原油采收率的方法，在各类油田得到了广泛的应用。聚合物驱工作原理为，通过向注入水中加入高相对分子质量聚合物，增加注入水黏度和降低水相渗透率来减小水相流度,提高波及系数[1-2]。对于实际油田，非均质性较强，单一聚合物与储层之间存在配伍性矛盾，造成聚驱后仍有大量剩余油残留在地下。因此，需进行多段塞注入，从而扩大波及体积，降低聚合物用量，提高采收率。

吴文祥等[3]通过不同质量浓度聚合物段塞实现流度控制，扩大波及体积，减少聚合物用量；高明等[4]通过室内物理实验，认为随着聚合物浓度增加，聚驱采收率逐渐增高；郑波等[5-8]通过观察岩心驱替照片，认为较好的流度控制可大幅度提高采收率。前人研究，大多是从流度控制的角度进行研究，没有考虑到聚合物相对分子质量与地层孔隙体积的匹配关系。本文通过室内实验与数值模拟，针对孔隙体积内不同油水存在状态，应用不同相对分子质量聚合物，进行聚合物相对分子质量的组合与优选。

1 物理模拟研究

1.1 实验仪器及设备

平流泵、压力传感器、标准数字压力表、真空泵、真空表、恒温箱、手动泵、磁力搅拌器、中间容器等。

1.2 实验条件

(1) 模型：岩心采用人造岩心，外观岩心尺寸为60 cm×60 cm×4.5 cm左右，气测渗透率分别为100、 400、800、1 000(10-3μm2)左右。

(2) 实验用水：大庆油田采油六厂深度处理污水、大庆油田采油六厂清水，水驱用水矿化度为 981 mg/L。

(3) 实验用油：大庆油田采油六厂脱水原油与煤油配制而成的模拟油，各模拟油的黏度在45 ℃条件下为10.0 mPa·s 左右。

(4) 实验温度：实验均在45 ℃条件下进行。

1.3 实验方案

聚合物质量浓度为1 000 mg/L。水驱至含水率90%时转聚合物驱，聚合物总用量为1 000 mg/L，注入段塞为三阶段塞，大小分别为0.1、0.3、0.1 PV。表1为不同渗透率岩心采收率。

表1 不同渗透率岩心采收率

岩心渗透率与聚合物相对分子质量组合见表2。

表2 渗透率与聚合物相对分子质量组合

1.4 结果分析

对不同渗透率岩心进行不同聚合物相对分子质量组合实验18组，实验结果如表3所示。

由实验结果可知，当渗透率为400×10-3μm2时，方案8较单一段塞最优值方案采收率提高2.03%；渗透率为800×10-3μm2时，方案13较单一段塞最优值方案采收率提高2.34%；渗透率为1 000×10-3μm2时，方案18较单一段塞最优值方案采收率提高1.94%。实验结果表明，段塞组合为三阶段塞(主段塞)为最优相对分子质量，一阶段塞高于最优相对分子质量，三阶段塞低于最优相对分子质量时为最优组合。原因为，对于一阶段塞，进入的孔隙主要为强水洗孔隙，适当增加聚合物相对分子质量，增加不可及孔隙体积，有利于扩大波及体积，减少聚合物吸附；对于二阶段塞，进入的孔隙主要为油水混合孔隙，这时采用最优相对分子质量聚合物，有利于驱替孔隙内剩余油；对于三阶段塞，进入的孔隙主要为未水洗孔隙，这时，减小聚合物相对分子质量，减小不可及孔隙体积，有利于聚合物与孔隙内原油接触，提高采收率。同时由结果可知，不适当的聚合物段塞组合会影响聚合物驱替效果，降低聚合物驱采收率。

表3 实验方案与结果

注：对于渗透率为100×10-3μm2的岩心，当注入聚合物相对分子质量为2 000×104时，岩心发生明显堵塞，故舍弃方案2、方案3与方案4。

2 数值模拟研究

运用CMG软件，建立理想模型，针对不可及孔隙进行单因素分析，确定其对开发效果影响规律。同时，对物理实验结果进行验证[9-10]。

2.1 不可及孔隙体积影响规律研究

首先针对不可及孔隙体积对聚驱开发效果影响规律进行单因素分析，建立1注4采均质单层模型[11-12]。

当含水率30%与含水率90%转聚时，采收率随不可及孔隙体积变化情况如图1所示。

图1 采收率随不可及孔隙体积变化曲线

Fig.1 The curve of recovery ratio with the change

of inaccessible pore volume

由计算结果可知，不可及孔隙体积存在最优值，采收率最优值与较差值相差2.0%以上。当不可及孔隙体积过大时，聚合物驱替原油量减少，同时对高渗透通道(例如主流线处)封堵效果减弱；当不可及孔隙体积过小时，聚合物会大量吸附在岩石表面，影响聚合物驱开发效果。

不同注聚时机情况下，最优不可及孔隙体积也存在差异。含水率90%注聚时最优不可及孔隙体积为0.4，而含水率30%转聚时最优不可及孔隙体积为0.3。原因为，当含水率较低时，孔隙内剩余油较多，此时采用较小的不可及孔隙体积聚合物可以驱替更多原油，获得较高的采收率；当含水率较高时，孔隙内剩余油较少，此时采用较大的不可及孔隙体积聚合物可以起到更好的流度控制，从而使得波及效率增加。

2.2 不同聚合物段塞驱替效果研究

以渗透率400×10-3μm2为例，对物理模拟结果进行验证，结果如表4所示。

表4 数值模拟方案与结果

由表4可以看出，对于渗透率为400×10-3μm2模型，最优段塞组合与物理模拟实验结果一致，最优段塞组合均为一阶段塞2 000万,二阶段塞1 500万,三阶段塞1 000万的段塞组合，表明一阶段塞相对分子质量高于最优相对分子质量，增加不可及孔隙体积，减少聚合物与强水洗孔隙接触；二阶段塞(主段塞)为最优相对分子质量，进入油水混合孔隙，更好地驱替原油；三阶段塞相对分子质量应低于最优相对分子质量，这样有利于聚合物进入注入水未波及孔隙，扩大波及体积，有利于采收率提高，同时可以减少聚合物用量，降低经济成本。

3 结论

(1) 聚合物驱替过程中，对于不同渗透率的地层，存在最优注入相对分子质量，且随着渗透率增加，最优相对分子质量逐渐增加。

(2) 对于单层模型，采用三阶段塞效果优于一阶与二阶段塞。这表明针对地层孔隙内不同油水存在状态，应使用不同相对分子质量聚合物，以提高采收率。

(3) 不可及孔隙体积过大时，减小了聚合物波及体积；不可及孔隙体积过小时，增加了聚合物吸附损耗量，影响聚驱效果。所以，不可及孔隙体积存在最优值。

(4) 对于单层模型，不同时机转聚，最优不可及孔隙体积发生变化。例如，含水率90%注聚时最优不可及孔隙体积为0.4，而含水率30%转聚时最优不可及孔隙体积为0.3。

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(编辑 王亚新)

Injection Effect by Inaccessible Pore Volume of Polymer Slug

Wang Jian, Yang Erlong, Dong Chi

(SchoolofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

The influence of the inaccessible pore volume on the polymer slug is studied through physical simulation and numerical simulation. For different permeability formations, the optimal injection molecular weight increases with increasing of permeability. In this paper, the formation pore is divided into strong water washing pore, the oil-water mixed pore and the non washed pore according to different oil and water existing state in formation pore.Different molecular weight polymers should be used to enhance oil recovery. There is an optimal value of the inaccessible pore volumeand it turnedin different time (the existence of oil and water in the pore is different).The optimum inaccessible pore volume will change, when water cut is 90%, the best inaccessible pore volume is 0.4, while the best inaccessible pore volume becomes 0.3 when the water cut is 30%.

Polymer flooding; Inaccessible pore volume; Molecular weight; Slug combination; Enhanced oil recovery

1006-396X(2016)06-0047-04

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-07-11

2016-09-06

中国博士后科学基金面上资助项目“致密油储层微观孔隙结构及多尺度渗流机理研究”(2014M561325)。

王健(1991-)，男，硕士研究生，从事油气田开发及提高采收率研究；E-mail:：374166607@qq.com。

杨二龙(1976-)，男，博士，教授，从事油气田开发及提高采收率研究；E-mail: 18045837343@163.3com。

TE357

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2016.06.010