离子水驱技术油藏适应性分析及驱油效果评价研究

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(中国石油吉林油田分公司，油气工程研究院，吉林 松源 138000)

0 引 言

油田开发中对注水技术的改进一直是国内外研究的热点，早在1995年、1996年,Jadhunandan、Yildiz等阐述矿化度构成对原油采收率的影响,提出可通过简单地改变矿化度来优化水驱[1-3]。BP和Wyoming大学发现，向储层中注入矿化度较低的水可以提高原油采收率7%-15%[4-5]，近十几年来，国内外陆续开展了低矿化度水驱理论与技术研究， 2015年,KaiHe等提出用含表面活性的低矿化度水注入页岩储层可以观察到采收率的提高[6-7]。2015年,吴剑等人表明低矿化度水驱增产的主要原因是黏土微粒迁移储层微观改造和润湿性转变，控制好注入水的矿化度便能够提升5%～20% 的原油产量，同年,李继山等提出低矿化度水驱过程中岩石润湿性随离子组成及矿化度的增加先增加后降低,且Ca2+和Mg2+对润湿性的影响大于Na+[8-9]。尽管还没有形成一致共识，但形成了多组分离子交换和双电层Zeta电位变化导致原油脱附理论以及多组分离子架桥交换理论等两条主流学术观点，提出了pH值、注入压力变化以及矿化度门限值对低矿化度水驱的影响[10-11]，大大推进了低矿化度水驱理论的发展，而离子性水驱技术就是一项建立在注水开发基础上改善注入水离子含量的提高采收率新技术。

J油田自1975年投入开发以来，目前已进入高含水开发阶段，平均含水率已达93.8%，根据储层介质情况来看，原油中具有较高胶质和沥青质等活性组分，有利于原油在储层介质的吸附和铺展，增加了常规水驱油剥离原油的难度，为此同通过离子水驱调整储层-盐水-原油间相互作用能够改善驱替效果，较大幅度提高水驱采收率。

1 离子水驱技术驱油机理

离子水驱体系的驱油机理为能够促使吸附在岩石及黏土表面的原油有效剥离从而提高采收率。强化原油-水-储层间的微观相互作用机制，通过注入介质与原油极性基团、地层水离子、黏土矿物的精确匹配，进而增加油/水/岩石之间的界面斥力，使油膜易于剥离而提高驱油效率(如图1所示)。

图1 离子匹配、剥离油膜机理示意图

2 试验区概况

J油田试验区构造埋深800～900 m。中心评价区面积0.24 km2，中心区储量13.5×104t，包含20口井，其中注入井5口，生产井15口，行列式井网400×120 m。区块受到物性和砂体的双重控制，属于岩性油藏。单层有效厚度相对较小，一般有效厚度在2～3 m，储层平均孔隙度13.9%，渗透率2.7 mD，属于低孔低渗储层。目的层段含油层连片发育，平均厚度均在3 m以上，连通性较好，且物性相差较小。

表1 试验区静态参数表

3 矿场试验

(1)试验区驱油效果

区块总体动态反映为初期见效明显，后续产油能力持续稳定。其中，2016年8～10月效果最好，到9月末区块产油由标定值的11.68 t升至12 t，产液55.4t与标定值54.5 t基本持平，含水由标定值78.57%降为78.3%。后续由于现场施工测试、作业、管线漏失以及注入泵故障停注等对试验区块产量产生了较大影响，但2017年6月底区块日产液仍然维持到54.7 t，日产油10.0 t，含水81.7%。截至2017年6月30日，累计增油709 t。

(2)试验区采出液流体性质组分分析

在进行现场跟踪取样过程中，深入认识离子水驱驱油机理，对产出液离子组分进行分析：

①水组分特征分析

对产出液中水组分进行了跟踪测试，测试结果表明，水中钙离子总体呈波动上升趋势；氯离子、钠离子浓度总体呈先上升后降至平稳，表明离子水驱过程发生了离子置换作用，该作用有利于原油从粘土表面剥落，并能一定程度上扩大波及体积。

图2 离子水驱试验区产量变化

图3 试验区产出液离子浓度变化

②油组分特征分析

对产出液中油组分进行了系统跟踪测试，测试结果表明，试验区油井的产出原油组分发生了规律性变化，仅以X井为例，从2016年9月到2017年5月，产出原油中的C20+和C36+等均呈明显增加趋势，这也进一步说明了离子性水驱体系中的离子交换功能能够有效剥离原油的活性组分。

表2 X井原油组分分布结果

5 筛选技术标准

离子性水驱技术对目标油藏必须满足的三个基础条件：地层水类型及组成、原油组分及活性组分含量以及储层矿物和黏土类型及含量，根据离子水驱技术在矿场试验过程中的室内实验及矿场试验分析确定离子性水驱技术的推荐筛选标准(参数界限),见表3。

表3 离子匹配水驱参数界限表

6 结束语

(1)离子水驱的驱油机理为能够强化原油-水-储层间的微观相互作用机制，增加油/水/岩石之间的界面斥力，促使吸附在岩石及黏土表面的原油有效剥离从而提高采收率。

(2)离子水驱特点与水驱规律基本一致，但离子水驱技术能够改善水驱效果。从试验区的生产动态来看，总体动态反映为初期见效明显，后续产油能力持续稳定，明显减缓了传统水驱的递减速度。

(3)通过对试验区产出液组分等系统分析，印证了离子水驱技术能够通过离子交换实现原油从粘土表面剥落从而提高采收率。