陳文林,盧祥國,于 濤,肖傳明

(1.提高油氣采收率教育部重點實驗室 東北石油大學,黑龍江 大慶 163318; 2.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

二元復合驅注入參數優(yōu)化實驗研究

陳文林1,盧祥國1,于 濤2,肖傳明2

(1.提高油氣采收率教育部重點實驗室 東北石油大學,黑龍江 大慶 163318; 2.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

新型無堿二元復合驅油體系現已成為三次采油技術研究的新方向。針對遼河油田錦 16塊綜合含水率高、開發(fā)難度大、水驅經濟效益差等問題,利用現代物理模擬和理論分析等方法,在前期聚合物和表面活性劑篩選及其二元復合體系和三元復合體系性能評價的基礎上,對優(yōu)選出的二元復合驅油體系增油效果進行物理模擬研究,并對二元驅油體系注入參數進行優(yōu)化。推薦二元復合體系配方組成為聚合物(cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性劑 (cS=0.20%～0.30%)。

二元復合體系;物理模型;驅油效果;物理模擬;參數優(yōu)化;錦 16塊

引 言

目前,二元復合驅油技術已成為三次采油技術研究的新方向[1-3]。表面活性劑 +聚合物二元復合體系可最大限度地發(fā)揮聚合物的黏彈性,減弱腐蝕結垢作用,保持超低界面張力。驅油效果接近三元復合驅,且提高了化學驅油劑的環(huán)保性能。

錦 16塊現已進入特高含水開發(fā)階段,為滿足礦場實際需求,需轉換開發(fā)方式。實驗利用儀器分析和物理模擬等方法,研究了二元復合驅聚合物質量分數、表面活性劑質量分數、注入時機和段塞組合方式對二元復合體系驅油效果的影響,并對其注入參數進行優(yōu)化,篩選出適合錦 16塊二元復合驅的最佳段塞組合方式,為油田礦場技術決策提供了實驗依據和理論指導。

1.2 藥劑、油水和模型

聚合物為遼河油田提供的“聚合物A3”,相對分子質量為 2 900×104,固含量為 88.5%。表面活性劑為遼河油田提供的非離子型表面活性劑,簡稱“表面活性劑 11”,有效含量為 50%。交聯(lián)劑為有機鉻絡合物,由大慶石油學院生產,Cr3+含量為 2.7%。

實驗用油為模擬油,由錦 16塊脫氣原油與煤油混合而成,55℃條件下黏度為 15.0 mPa·s。實驗用水為“錦 16塊歡三聯(lián)”深度處理污水,總礦化度約為 6 000 mg/L。

模型為二維縱向層內非均質巖心,包括高、中、低 3個滲透層[7],滲透率分別為 4 000× 10-3、2 500×10-3、1 000×10-3μm2。模型幾何尺寸為:長 ×寬 ×高 =30 cm×4.5 cm×4.5 cm。

1.3 實驗方法

實驗方法按照參考文獻[8]進行操作。

1 實驗條件

1.1 實驗設備

實驗設備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。除平流泵和手搖泵外,其他設備置于溫度為 55℃的恒溫箱內。

2 實驗條件及結果分析

2.1 聚合物質量分數對驅油效果影響

二元復合體系段塞尺寸為 0.38 PV,表面活性劑質量分數固定為 0.2%,聚合物質量分數cP逐漸 增大。采收率實驗結果見表 1。

表 1 不同質量分數聚合物條件下采收率實驗數據

實驗表明,聚合物質量分數對二元復合體系黏度和界面張力存在影響。聚合物質量分數增大,二元復合體系溶液的黏彈性增強,體系流度控制能力加強,波及體積范圍擴大。在界面張力達到 10-2數量級的條件下,二元復合體系有較好的洗油作用,可最大限度地提高采收率,降低殘余油飽和度。因此,聚合物質量分數愈大,二元復合驅采收率愈高。同時考慮油藏非均質性和流體性質的影響,推薦聚合物質量分數為 1 400～1 600 mg/L。

2.2 表面活性劑質量分數對驅油效果影響

二元復合體系段塞尺寸為 0.38 PV,聚合物質量分數固定為 1 600 mg/L,表面活性劑質量分數cS為0.05%～0.30%,依次增大。采收率實驗結果見表2。

表 2 不同質量分數表面活性劑采收率實驗數據

實驗表明,表面活性劑質量分數對二元復合驅采收率存在影響。表面活性劑質量分數愈高,界面張力愈低,采收率愈高。這是由于表面活性劑與地層原油間相互作用,油水界面張力降低,油的乳化特性改變,同時也改變了地層巖石表面的潤濕性。一方面可形成較穩(wěn)定的油水乳狀液,另一方面還可減小油對地層表面的黏附力,且乳化油在向前移動中不易重新黏附回地層表面,洗油效率提高[9]。在相同聚合物質量分數條件下,聚合物溶液和二元復合體系黏度幾乎相同,黏度對擴大波及體積起關鍵作用。二元復合體系擴大波及體積作用對采收率的貢獻率平均高達 80%,洗油效率的貢獻率低于 20%。綜合考慮吸附作用對界面張力影響及各油田復合驅礦場應用所選表面活性劑質量分數范圍,推薦二元復合體系最佳表面活性劑質量分數為0.2%～0.3%。

2.3 段塞尺寸對驅油效果影響

表 3 不同段塞尺寸采收率實驗數據

二元復合體系聚合物質量分數cP為 1 600 mg/L,表面活性劑質量分數cS為 0.20%,下同。

實驗表明,驅油劑段塞尺寸對復合驅采收率存在影響(表 3)。當段塞尺寸由 0.38 PV增到 0.57 PV時,采收率提高幅度較大,而后隨著注入段塞的增加,采收率增加幅度變小。綜合考慮化學藥劑、鉆井、配制和注入設備投入等因素,并借鑒大慶油田化學驅段塞尺寸優(yōu)化結果和實踐經驗,建議錦16塊二元復合驅段塞尺寸為 0.57 PV。

2.4 調剖劑段塞尺寸及注入時機對驅油效果影響

聚合物質量分數cP為 3 600 mg/L,cP∶c(Cr3+) =120∶1。首先,對聚合物溶液進行預剪切,黏度保留率為 60%,加入交聯(lián)劑,然后注入巖心。前期水驅至 94%,化學驅整體段塞為 0.57 PV。

方案 4-1為 0.57 PV二元驅;方案 4-2為0.03 PV凝膠 +0.54 PV二元驅;方案 4-3為 0.05 PV凝膠 +0.52 PV二元驅;方案 4-4為 0.07 PV凝膠 +0.50 PV二元驅;方案 4-5為 0.02 PV二元驅+0.05 PV凝膠 +0.50 PV二元驅。驅替過程中注入壓力和采收率與 PV數的關系曲線見圖 1、2。

圖 1 注入壓力與注入 PV數關系曲線

結合圖 1和圖 2分析可知,在注入化學藥劑PV數相等條件下,調剖劑段塞尺寸對二元復合體系的注入壓力存在影響。相對于單一的二元驅,調剖后注入二元復合體系的注入壓力上升幅度很大,且采收率陡然升高,增油效果顯著。初期注入前置段塞(Cr3+凝膠)的采收率提高幅度很小,主要是由于聚合物凝膠有效地封堵了高滲層,并沒有直接進入中低滲透層,為后續(xù)主段塞 (二元復合體系)發(fā)揮作用奠定了基礎。在注入相等 PV數凝膠的條件下,中期調剖比前期調剖采收率上升幅度緩慢,說明在中期注入的凝膠封堵效果較差,中低滲透層吸液量少[10-11]。實驗表明,在聚合物凝膠段塞尺寸變化范圍內,凝膠段塞尺寸愈大,注入時機越早,調驅效果愈好。

圖 2 采收率與注入 PV數關系曲線

2.5 天然油砂充填非均質模型驗證實驗

為進一步驗證該二元復合體系的驅油效果,選用天然油砂充填非均質模型進行驅油物理模擬實驗,實驗數據見表 4和表 5。

表 4 驅油劑類型對采收率影響實驗結果

表 5 段塞組合方式對采收率影響實驗結果

(1)驅油劑注入時機對復合驅增油效果存在影響。方案 5-1與方案 5-3相比較,二者使用的驅油劑性質和段塞尺寸都相同,注入時機愈早,增油效果愈好。

(2)堿對復合驅增油效果存在影響。方案 5 -3與方案 5-4相比較,后者驅油劑中額外添加了弱堿 (c堿=0.4%),雖然界面張力性質得到改善,但驅油劑黏度明顯降低,增油效果較差。

(3)驅油劑黏度和界面張力性質對復合驅增油效果影響對比。方案 5-2(聚驅)與方案 5-3 (二元驅)相比較,兩者黏度相當,但界面張力大小存在較大差異,二元驅增油效果要好于聚合物驅,但差距不大。由此可見,對于非均質性比較嚴重的油藏,二元復合體系黏度性質對采收率貢獻起主要作用。

(4)驅油劑段塞組合方式對復合驅增油效果影響。方案 5-5與方案 5-6相比較,其增油效果較差。在保持化學藥劑費用不變條件下,采取“前置段塞(0.07 PV聚合物凝膠)+主段塞 (0.48 PV二元復合體系)+后續(xù)保護段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞組合方式采收率增幅最大,增油效果最好。

3 結 論

(1)遼河油田錦 16塊水驅開發(fā)效果差,必須采取強化采油技術措施。為最大限度提高原油采收率,減少乳化和結垢等污染問題,推薦采用二元復合驅。

(2)以室內物理模擬優(yōu)化實驗為基礎,參照國內復合驅礦場實踐經驗,推薦二元復合驅采用整體段塞,段塞尺寸為 0.57 PV。二元復合體系配方組成為聚合物 (cP=1 400～1 600 mg/L)+表面活性劑(cS=0.20%～0.30%)。

(3)錦 16塊油藏滲透率高、非均質性比較嚴重,建議注二元復合體系前進行調剖施工,調剖劑為 Cr3+聚合物凝膠。推薦采取“前置段塞 (0.07 PV聚合物凝膠)+主段塞 (0.48 PV二元復合體系)+后續(xù)保護段塞 (0.04 PV聚合物溶液)”的段塞組合方式,其中聚合物溶液中聚合物的質量分數與二元復合體系的相同,即二者黏度相同。

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[8]油氣田開發(fā)專業(yè)標準化委員會 .SY/T 6512-2000三次采油可行性方案編制技術要求——化學驅部分[S]//中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準 .北京:石油工業(yè)出版社,2001.

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[10]呂鑫,張健,姜偉 .聚合物 /表面活性劑二元復合驅研究進展[J].西南石油大學學報,2008,30(3):127-130.

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編輯 周丹妮

TE357.46

A

1006-6535(2010)05-0096-04

20100318;改回日期:20100608

國家重大專項課題“高效深部液流轉向與調驅機理研究”(2008ZX05010-004)和遼河油田公司重大攻關課題“錦 16塊化學驅注入配方體系室內實驗研究”(ZX09143003)

陳文林 (1987-),男,2009年畢業(yè)于大慶石油學院石油工程專業(yè),現為東北石油大學油氣田專業(yè)在讀碩士研究生,主要從事提高采收率技術方面的研究。