不同浓度聚合物段塞交替注入提高采收率技术

杨 森，舒 政，赖南君，顾庆东

(1.西南石油大学 石油工程学院，四川 成都 610500； 2.中石化 华东石油工程有限公司，江苏 南京 210036；3.中国石油华北油田 工程技术研究院，河北 任丘 062552)

引 言

近年来，聚合物驱油技术在各大油田得到了较广泛的推广应用，成为水驱后进一步提高原油采收率的重要方法。然而随着聚合物驱开发时间的延长，在部分非均质性较强的储层存在剖面反转快的现象，聚合物溶液在高渗层出现突进现象，低渗储层的动用程度不高，聚合物驱出现低效循环或者无效循环的现象；另外，某些区块采用高质量浓度聚合物驱后，部分井存在注入困难且对应油井受效比例较低的现象，这严重影响聚合物驱的开发效果，且造成聚合物的浪费[1-8]。同时，有研究发现聚合物的注入方式对驱油效果的影响比较显著，使用不同浓度的聚合物段塞交替注入可以有效改善低渗储层的吸液比例，提高波及效率，使低渗层的原油得到更大程度的动用，在降低聚合物用量的前提下可以提高聚合物驱的整体效果[9-16]。因此，本文以陆上P油田M区块非均质储层段为研究对象，开展了不同浓度聚合物段塞交替注入提高采收率技术研究，在不同渗透率级差条件下，评价了交替注入方案对低渗层吸液比例、低渗层分流率以及聚合物驱采收率的影响，并在此基础上，成功开展了矿场试验，以期为进一步改善聚合物驱的效果提供一定的技术支持。

1 实验部分

1.1 主要实验材料及仪器

实验材料：实验用聚合物为P油田现场用改性聚丙烯酰胺，分子量为2 600×104；实验用水为P油田模拟地层水，总矿化度为32 550 mg/L； 实验用油为P油田脱气原油与煤油混合而成的模拟油，50 ℃下黏度为8.5 mPa·s；实验用岩心为不同渗透率级差的人造长方岩心，岩心尺寸为30 cm×4.5 cm×4.5 cm，其中渗透率级差为2时高、低渗透层的渗透率分别为600×10-3μm2和300×10-3μm2，渗透率级差为4时高、低渗透层的渗透率分别为1 200×10-3μm2和300×10-3μm2(具体数值见表1)。

实验仪器：多功能岩心驱替实验仪，主要包括恒温控制系统、压力传递系统、平流泵、岩心夹持器以及中间容器等；岩心抽真空饱和实验装置。

1.2 实验步骤及方案

1.2.1 实验步骤

①将岩心抽真空，饱和模拟地层水，测定其孔隙体积并计算孔隙度；②使用模拟油驱替岩心至产液端不出水为止，在储层温度(85 ℃)下放置24 h，备用；③使用模拟地层水以0.1 mL/min的流速驱替岩心至含水率98%以上为止；④按不同的实验方案注聚合物溶液，达到所设计的孔隙倍数为止；⑤继续水驱至岩心含水率98%以上为止。在以上驱替过程中，记录不同时间段高、低渗岩心的产液量以及产油量，以此计算高、低渗透层的吸液比例、分流率以及采收率等参数。

1.2.2 实验方案

根据不同的交替注入周期，总共设计了6种实验方案(具体见表1)，高浓度聚合物溶液质量浓度为2 500 mg/L(黏度值为275.6 mPa·s)，低浓度聚合物溶液质量浓度为1 000 mg/L(黏度值为36.9 mPa·s)，聚合物的总注入量均为0.8 PV，分别考察了不同渗透率级差下注入单一聚合物段塞和不同交替周期注入的驱替效果。

表1 不同质量浓度聚合物段塞驱替实验方案Tab.1 Displacement experiment schemes of polymer solution slug with different mass concentration

2 结果与讨论

2.1 不同实验方案下低渗层吸液比例

参照1.2中的实验方法，准确记录各个实验过程中低渗透层的累积吸液量，评价不同实验方案下低渗透层的吸液比例，实验结果见图1。

由图1结果可以看出，与单独注入高、低浓度聚合物段塞相比，高低浓度聚合物段塞交替注入均能使低渗层的吸液比例有所提高，且随着交替周期的增大，低渗层的吸液比例均呈现出“先上升后下降”的趋势。当渗透率级差为2时，交替周期为2(实验方案4)时低渗层的吸液比例达到最大，与单独注入低浓度聚合物段塞相比，吸液比例增加了11.8%，与单独注入高浓度聚合物段塞相比，吸液比例增加了9.3%；当渗透率级差为4时，交替周期为4(实验方案5)时低渗层的吸液比例达到最大，与单独注入低浓度聚合物段塞相比，吸液比例增加了13.6%，与单独注入高浓度聚合物段塞相比，吸液比例增加了10.3%。说明采用高低浓度聚合物段塞交替注入的方式能够更好地提高低渗储层的吸液量，达到良好的剖面调整效果。

2.2 不同实验方案下低渗层分流率

通常情况下，分流率曲线能够更加直观地反映出不同实验方案下吸水剖面的改善效果。因此，参照1.2中的实验方法，绘制了不同实验方案下低渗层的分流率曲线，实验结果见图2。

图2 不同实验方案下低渗层分流率曲线Fig.2 Distributary ratio curves of low permeability layer under different experimental schemes

由图2结果可以看出，在水驱阶段(0～0.8 PV)，各实验方案下的分流率值均随着驱替PV数的增大而逐渐下降，变化趋势基本一致。而在聚合驱阶段(0.8～1.6 PV)，单独注入高、低浓度聚合物段塞时(实验方案1和2)，低渗层的分流率呈现出“先上升后下降”的趋势，并且其变化趋势较快，曲线呈“∧”型，说明出现了吸水剖面反转的现象，聚合物驱作用在低渗层上的有效时间较短，不利于低渗层吸液量的增加。而在不同交替注入实验方案(方案3—6)下，分流率曲线的走势与单独注入高、低浓度聚合物段塞时存在比较明显的差异，即曲线的形态均变得更加平缓。分流率曲线上升至一定高度后可以维持一定的时间，不会立刻下降，即曲线逐渐呈现出“∩”型，可以有效防止吸水剖面反转现象的发生。而不同交替注入实验方案(方案3—6)之间分流率曲线特征也存在一定的差异，即平缓程度有所不同，并且存在一个最佳的交替注入周期，当渗透率级差为2时，最佳交替注入周期数为2，当渗透率级差为4时，最佳交替注入周期数为4，此时低渗层的分流率曲线最为平缓，低渗层的受效时间最长。当注入周期数小于最佳交替注入周期数时，交替注入的段塞尺寸较大，高浓度段塞在封堵高渗层的同时也可能对低渗层产生一定的封堵，从而使低渗层分流率产生一定的影响。而当注入周期数大于最佳交替注入周期数时，会导致段塞尺寸太小，无法完全发挥出高浓度段塞的封堵作用，使后续低浓度段塞更多地进入高渗层，降低了其对低渗层的波及能力，使低渗层分流率下降。

以上实验结果进一步说明采用高低浓度聚合物段塞交替注入的方式能够有效改善非均质储层的吸水剖面，使低渗储层的吸液量增大，提高聚合物驱的效率。

2.3 不同实验方案下聚合物驱采收率

参照1.2中的实验方法，准确记录各个实验过程中聚合物驱的采收率大小，评价不同实验方案下的聚合物驱油效果，实验结果见图3。

由图3结果可以看出，在不同渗透率级差条件下，单独注入高浓度聚合物段塞(方案2)的采收率大于单独注入低浓度聚合物段塞(方案1)，并且聚合物驱阶段的采收率都随着交替注入周期的增大而呈现出“先上升后下降”的趋势，存在一个最佳的交替注入周期。当渗透率级差为2时，最佳交替周期为2，此时聚合物驱采收率最大，可以达到24.9%，比单独注入高浓度聚合物段塞时的采收率增高3.3%；而当渗透率级差为4时，最佳交替周期为4，此时聚合物驱的采收率可以达到23.4%，比单独注入高浓度聚合物段塞时的采收率增高5.2%。

图3 不同实验方案下聚合物驱采收率Fig.3 Recovery efficiency of polymer flooding under different experimental schemes

采用交替注入不同浓度聚合物段塞的实验方案(方案3—6)，其聚合物驱阶段的采收率均大于单一聚合物段塞驱(方案1和2)，其原因主要包括以下两个方面：①交替注入不同浓度聚合物段塞具有更好的流度调控能力。当注入单一高浓度聚合物段塞时，聚合物溶液容易在高渗层滞留，随着聚合物驱时间的延长，中低渗层孔道也会被逐渐堵塞；而当注入单一低浓度聚合物段塞时，聚合物溶液容易在高渗层孔道产生窜流，影响聚合物驱的效果；交替注入高、低浓度聚合物段塞能够很好地解决这一矛盾，先注入的高浓度聚合物段塞在驱替出高渗层的原油后能够对其进行有效地封堵，使后续注入的低浓度聚合物段塞更多地进入到中低渗层，进而提高聚合物驱的效率。②交替注入不同浓度聚合物段塞时产生的压力梯度能够改变孔道中油滴的受力状态，使其更容易被驱替出来。当注入单一聚合物段塞时，由于驱替流体恒定不变，高渗层和低渗层均只能达到一次压力梯度的峰值；而采用高、低浓度聚合物段塞交替注入时，随着交替周期的改变，高渗层和低渗层均可以达到多次压力梯度的峰值，这能使孔道中油滴的受力方向发生改变，进而改变油滴的形态，有利于聚合物驱油效率的提高。

另外，超过最佳交替注入周期后聚合物驱的效果逐渐变差，这是由于交替周期越多，交替注入的段塞尺寸就越小，此时未能充分发挥高浓度段塞的封堵作用，导致聚合物整体驱油效果不佳。

由以上实验结果还可以看出，在聚合物总注入PV数相同的前提下，各实验方案聚合物驱采收率的变化趋势与低渗层的吸液比例以及分流率曲线变化趋势基本吻合，即低渗层的吸液比例越大、分流率越高，聚合物驱的效果就越好，这充分说明低渗层的有效动用对提高聚合物驱的整体效果起着至关重要的作用。

3 矿场试验

P油田M区块的总含油面积为9.15 km2，总地质储量为1 528.6×104t，目的层渗透率主要分布在(270～590)×10-3μm2，储层的非均质性较强，层间渗透率变异系数为0.6～1.5，地层原油黏度为17.8 mPa·s。M区块井网类型为五点法井网，注采井距为175 m。该区块在注水开发后继续采用注聚合物开发，前期注聚合物开发效果较好，但随着开发时间的延长，高渗透层储量动用程度较大，而低渗透层的动用程度相对较低，聚合物驱出现了低效甚至无效循环，注聚合物开发成本上升，开发效果逐渐变差。因此，提出了在该区块内实施高、低浓度聚合物段塞交替注入的开发方式。根据目的层渗透率分布情况、渗透率级差以及室内实验研究结果，在M区块内10口注水井设计高浓度段塞为2 500 mg/L、低浓度段塞为1 000 mg/L，交替注入周期为2次，共计注入0.8 PV，聚合物用量为1 200 mg·L-1·PV。具体开发效果见表2，并与该区块内前期常规注聚合物驱的开发效果进行了对比。前期注聚合物浓度均为2 500 mg/L。

由表2结果可以看出，采用高、低浓度聚合物交替注入的方式开发后，注水井的吸水厚度比例达到了91.2%，比采用常规聚合物驱开发时增加了6.6%；生产井日产液量变化不大，而日产油量明显增大，由交替注入前的84.3 m3/d增大至交替注入后的96.9 m3/d。由此可以看出，开展不同浓度聚合物段塞交替注入能够有效提高聚合物驱的效果，与室内实验结果相吻合，且能有效降低聚合物的用量，节约施工成本，具有较好的推广应用价值。

表2 聚合物交替注入前后开发效果对比Tab.2 Comparison of development effect before and after alternatively injecting polymer

4 结 论

(1)与单独注入高、低浓度聚合物驱相比，不同浓度聚合物段塞交替注入能够显著提高低渗储层的吸液比例，并能有效改善低渗层的分流率，达到调整吸水剖面、延长低渗储层受效时间的目的。

(2)当渗透率级差为2时，高、低浓度聚合物段塞交替注入2个周期能使聚合物驱的采收率达到最大，比单独注入高浓度聚合物段塞时的采收率提高3.3%；而当渗透率级差为4时，4个交替注入周期最佳，比单独注入高浓度聚合物段塞时的采收率提高5.2%。渗透率级差越大，最佳交替注入周期数越多，各注入周期时间越短。

(3)矿场试验结果表明，高、低浓度聚合物交替注入能够显著改善试验区块的吸水厚度比例，且生产井的日产油量明显提高，在降低聚合物用量的同时，能够明显改善聚合物驱的效果。