双河油田聚合物驱后微观剩余油分布特征

李洪生

(中石化河南油田分公司 勘探开发研究院，河南 郑州 450000)

引 言

聚合物驱油是一项有效的提高采收率技术，是河南油田三次采油的主要方法[1-4]，截至2016年12月，河南油田已投入聚合物驱工业化区块19个，面积44.3 km2，动用地质储量5 023.5×104t。虽然聚合物驱能扩大波及体积和提高驱油效率，比水驱采收率提高5%～12%，但聚合物驱后仍有50%以上的原油残留在地下[5-7]。近年来国内外学者对于微观剩余油分布形态研究较多[8-10]，其中贾忠伟等[11]人认为水驱后剩余油主要分为连片状残余油和分散型残余油，聚合物驱主要是驱替连片状残余油，但对聚合物驱后微观剩余油量化表征研究较少。本文重点从微观方面研究水驱以及聚合驱后微观剩余油分布形态,并对不同形态微观剩余油进行了量化表征，为聚合物驱后进一步提高采收率提供重要依据。

1 研究区概况

双河油田北块Ⅰ5Ⅱ1-3层系位于泌阳凹陷西南双河油田鼻状构造带上，储集层为平氏扇三角洲沉积，孔隙度为20.2%，空气渗透率为0.725 μm2,具有大孔道、高渗透、非均质性严重的特点，地层水为NaHCO3型，矿化度为3 580 mg/L，地下原油黏度9.2 mPa·s，含油面积2.16 km2，地质储量352.7×104t[12-14]。

双河油田北块Ⅰ5Ⅱ1-3层系于1977年12月投入开发，经历了稀井网注水、细分层系、井网加密调整等开发阶段，2001年1月由水驱转为聚合物驱开发，历经4年注入，于2005年11月转入后续水驱阶段，采收率提高了4.11%。截至2016年底，采出程度为44.25%，综合含水率为98.27%。

2 实验材料与方法

2.1 微观仿真模型

以双河油田北块Ⅰ5Ⅱ1-3层系天然岩心的铸体薄片为基础，经图像处理后，设计为微观模型图版，再用光刻技术制成微观仿真模型[15-17]。模型尺寸为20 mm×30 mm，模型润湿性中性偏亲水，3种微观模型渗透率分别为：高渗1 482×10-3μm2，中渗467×10-3μm2，低渗105×10-3μm2。

2.2 材料和设备

研究所用模型为玻璃刻蚀仿真模型，通过图像采集系统将驱油过程的图像转化为计算机的数值信号，采用图片分析方法研究微观剩余油分布特征。微观仿真实验流程如图1所示。

图1 微观实验流程Fig.1 Microscopic experiment flow chart

实验用油为河南双河油田北块Ⅰ5Ⅱ1-3层系的脱水脱气原油配制的模拟油，经滤纸过滤，在67 ℃下黏度为15.7 mPa·s。实验用于饱和岩心的地层水矿化度为3 580 mg/L,用于驱替及配制聚合物的水是根据双河油田污水配成，配制的模拟注入水(为了便于观察，将所配地层水添加6%的生物染色剂甲基蓝试剂，其只起染色作用，不与地层或油发生反应)矿化度为5 540 mg/L，离子组成如表1所示。

表1 实验用水离子组成Tab.1 Ion composition of experimental water

实验用聚合物为恒聚公司生产的ZL-Ⅰ，水解度17.9%，相对分子量1760万。

实验主要仪器:RV系列旋转黏度计(美国Brook-field 公司)，ZEISS光学显微镜(蔡司光学仪器(上海)国际贸易有限公司)以及MIAPS-S图像处理设备。

2.3 实验步骤

①将微观玻璃模型抽真空40min，饱和水；②用微量泵饱和原油，造成束缚水；③以0.03 mL/h的速度水驱至出口端不含油为止；④水驱后以同样的注入速度进行聚合物驱(质量浓度为1 400 mg/L，黏度为32.2 mPa·s)至出口端不出油为止，并拍摄整体和局部放大图片；⑤分析图像；⑥采用不同渗透率模型，重复①—⑤。

2.4 实验方案

实验采用制作的3种不同渗透率微观模型进行微观驱油实验，并分析不同渗透率的微观模型剩余油分布情况。方案①：采用渗透率105×10-3μm2的微观模型，在地层温度(67℃)下进行驱替实验；方案②：采用渗透率467×10-3μm2的微观模型进行驱替实验；方案③：采用渗透率1 482×10-3μm2的微观模型进行驱替实验。

3 实验结果与分析

3.1 不同渗透率模型驱油效果分析

按照实验方案，将不同渗透率的微观模型饱和油、水驱、聚合物驱等阶段的模型剩余油情况进行拍照(图2)，并将图象输入图像处理软件，以饱和油图像为基础，通过计算得到水驱、聚合物驱的采收率，从而得到聚合物驱提高原油采收率的幅度(表2)。从数据分析，随着模型渗透率减小，水驱采收率随之减小，分别为55.72%、48.24%、42.36%；聚合物驱的总采收率在49.45%～69.89%，且随着渗透率的降低，总采收率逐渐降低，但聚合物驱采收率提高值反而是中渗的最高，为16.79%，高渗次之，为14.17%，低渗的采收率提高值最低，为7.09%。高渗的微观模型聚合物驱阶段采出程度不高，这主要是由于高渗透率的微观模型其水驱采收率较高，剩余油饱和度相对较低所致；而对于孔喉比较大、孔隙及喉道连通不好的低渗微观模型来说，聚合物很难进入并将小孔道中的油驱替出来，采收率最低。

图2 不同渗透率微观模型不同阶段微观剩余油分布Fig.2 Microscopic residual oil distribution of microscopic models with different permeability at different stages

表2 不同渗透率模型各个阶段的驱油效果对比Tab.2 Comparison of oil displacement effects of microscopic models with different permeability at different stages

3.2 微观剩余油分布类型及形态

3.2.1 水驱后剩余油分布类型及形态 由3种渗透率模型水驱后剩余油分布(图3)可见：水驱阶段结束后，大约还有40%～60%的剩余油滞留在模型内，这些剩余油以簇状(图3中A)、柱状(图3中B)形式为主，存在于大孔隙及孔喉交汇处；还有一部分以膜状(图3中C)形式存在；许多在水驱过程中形成的油珠以孤岛状剩余油(图1 中D)的形式存在于孔隙及喉道中；此外还有较少部分呈现盲端/角隅状(图1中E)。

对剩余油分布形态进行量化(表3)分析后可以看到水驱后剩余油以簇状、柱状为主，5类剩余油分布形态在3种微观模型中均存在，只是各自所占比例不同。高渗岩心水驱结束后剩余油以簇状、柱状形式被束缚于孔隙网络中，所占比例分别为41.7%、29.5%，其次为膜状和孤岛状，占比分别为11.2%、9.2%，盲端/角隅状为8.4%。中渗模型岩心的簇状剩余油占比高于高渗模型，为47.7%，柱状、膜状以及孤岛状均有所降低，分别为27.5%、8.9%、8.0%，盲端/角隅状所占比例为8.0%，与高渗岩心相当。低渗模型岩心的簇状剩余油所占比例最大，为59.9%，柱状、膜状以及孤岛状剩余油占比较中、高渗模型进一步降低，分别为23.6%、3.6%、2.8%，盲端状残余油的比例较中、高渗模型有所增加，为10.1%，这是由低渗岩石孔隙结构特征决定的。

图3 双河油田微观模型(渗透率467×10-3 μm2)水驱后剩余油微观形态Fig.3 Microcosmic morphology of remaining oil in Shuanghe Oilfield microscopic model (permeability 467×10-3 μm2) after water flooding

表3 不同渗透率模型水驱后微观剩余油分布类型所占比例Tab.3 Proportion of microscopic residual oil of different distribution types in different permeability models after water flooding

3.2.2 聚合物驱后剩余油分布类型及形态 从微观模型聚合物驱过程来看，聚合驱对3种渗透率模型中5种分布类型剩余油均可启动(图4)，尤其是对簇状、盲端/角隅状剩余油效果十分明显。

图4 聚合物对5类分布形式剩余油的驱替过程Fig.4 Polymer flooding process of remaining oil of 5 distribution forms

从聚合物驱结束后的剩余油分布情况看，聚合物驱之后模型岩石骨架较为清晰，剩余油多为零星分布，形态仍以簇状、柱状为主，膜状、孤岛状剩余油比例有所上升。与水驱后剩余油进行对比，可以发现3种渗透率模型聚合物驱后含油饱和度均有所下降，5种微观剩余油形态所占比例亦有不同程度改变(表4)。

表4 不同渗透率模型聚合物驱后微观剩余油所占比例Tab.4 Proportion of microscopic residual oil of different distribution types in different permeability models after polymer flooding

(1)簇状剩余油占比大幅下降。模型中聚合物可以形成较高的渗流阻力，使水相渗透率下降，启动水驱后的大量簇状剩余油，剥离剩余油形成油滴，降低油的流动阻力，并在聚合物的高黏作用下往前运移，从而启动大量簇状剩余油。

(2)柱状剩余油占比波动。模型中聚合物会启动柱状剩余油形成油滴，并在聚合物的高黏作用下往前运移，因此，高、中渗模型中柱状剩余油比例会有所下降。但在低渗模型中，由于聚合物驱油过程中将部分启动的油推至更小的或与流线垂直的孔道中，并发生油滴聚并，重新形成了一部分柱状剩余油，故其比例有所波动。

(3)膜状剩余油占比上升。由于聚合物可以剥离簇状、柱状剩余油形成油滴，沿孔壁“爬行”，因此在喉道的一侧易形成膜状油[18-19]，但因聚合物溶液不具有降低界面张力的作用，因此，对膜状剩余油驱替效果较差，导致聚合物驱后产生大量新的膜状剩余油。

(4)孤岛状剩余油占比上升显著。聚合物驱的主要特点是对孔喉内残余油的剥离，形成大量的残余油滴。因此，聚合物驱之后孤岛状剩余油会大量增加，成为聚合物驱后剩余油的主要类型。

(5)盲端/角隅状剩余油占比明显下降。根据吴文祥等[20-21]人的研究，聚合物溶液的黏弹性对驱替剩余油起重要作用，因此，聚合物体系对盲端/角隅状剩余油的启动、驱替效果是十分显著的，造成盲端/角隅状剩余油所占比例明显下降。

4 结 论

(1)水驱后模型中微观剩余油主要以簇状剩余油为主，柱状剩余油次之；聚合物驱对各个形态剩余油均有不同程度的驱替效果，对簇状、盲端/角隅状剩余油驱替效果尤为明显；聚合物驱后微观剩余油形态仍以簇状、柱状剩余油为主。

(2)聚合物驱后膜状、孤岛状剩余油比例有所上升，占到总剩余油量的33.7%～38.6%；由于聚合物溶液不具有降低界面张力的作用，因此，建议聚合物驱后应采用具有降低油水界面张力能力的二元或三元复合驱来挖掘剩余油潜力。

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