孫鐵南,吳忠正
(成都理工大學能源學院,四川成都610059)
滲透率級差對弱凝膠體系性能影響實驗研究
孫鐵南,吳忠正
(成都理工大學能源學院,四川成都610059)
通過不同滲透率巖心單管驅替試驗,研究了聚合物弱凝膠體系對巖心的封堵規(guī)律,當滲透率小于20×10-3μm2時,封堵率高達98%,而隨著滲透率的增大,封堵率下降。雙管并聯(lián)驅替試驗結果表明,隨滲透率級差的增加,高滲管分液量下降,當滲透率級差高于4時,高滲管滲透率減少,甚至低于低滲管的滲透率。將并聯(lián)弱凝膠驅后的巖心再進行單巖心驅替試驗,試驗結果表明,隨著高滲管滲透率的增加,弱凝膠的進入量增大,封堵效果增加。
弱凝膠;視黏度;剪切作用;礦化度;穩(wěn)定性
弱凝膠體系在國內(nèi)各大油田現(xiàn)場調剖措施或深部調驅均有廣泛應用[1-2]。聚合物弱凝膠是通過聚合物分子與交聯(lián)劑分子發(fā)生分子間交聯(lián)為主、分子內(nèi)交聯(lián)為輔的具有空間立體網(wǎng)狀結構的化學體系[3-4],具有視黏度高、封堵效果好、油藏適應性廣、成本低等特點[5]。目前,弱凝膠的應用主要針對存在非均質性較為嚴重的油藏,尤其是滲透率非均質性嚴重的油藏[6-7]。而聚合物弱凝膠對不同滲透率儲層封堵效果及規(guī)律和存在滲透率級差條件下的封堵效果及規(guī)律的研究較少,本文針對這兩個問題,開展了相關研究,為認識弱凝膠在不同滲透率儲層內(nèi)封堵效果以及不同滲透率級差條件下的封堵規(guī)律提供參考。
1.1材料與儀器
聚合物為HPAM,相對分子量1 500×104,水解度25%,大慶石油化工廠;模擬地層水礦化度1 345 mg/L,NaCl配制;人造巖心29支,滲透率1.82×10-3μm2~2 490× 10-3μm2不等。弱凝膠體系配方為1 200 mg/L HPAM+A劑+B劑,聚交比20∶1。
試驗儀器包括巖心驅替試驗裝置包括平流泵、中間容器、巖心夾持器、壓力表、六通閥等,海安石油科研儀器有限公司;恒溫箱、量筒等。
1.2實驗方法
(1)利用巖心驅替裝置,進行單巖心驅替試驗,巖心9支,滲透率分別為1.82×10-3μm2~2 490×10-3μm2,段塞大小0.2 PV,試驗溫度38℃。首先進行水驅,得到水驅滲透率K1,然后注入弱凝膠體系,成膠24 h后,再后續(xù)水驅10 PV,計算滲透率K2,利用弱凝膠封堵前后滲透率變化百分比計算封堵率Fd,即Fd=100%×(K1-K2)/K1。
(2)利用巖心驅替裝置,進行雙管并聯(lián)巖心驅替試驗,巖心20支,10支低滲巖心,滲透率100×10-3μm2,10支高滲透率巖心,滲透率分別為100×10-3μm2~1 000×10-3μm2。首先,進行單巖心水驅測定滲透率;然后并聯(lián)巖心,進行水驅10 PV,記錄高低滲管的分液量;再注入弱凝膠體系,成膠24 h后,再后續(xù)水驅10 PV,分別記錄后續(xù)水的分液量;最后,分別水驅單巖心,計算成膠后的滲透率,并利用(1)中公式分別計算高低巖心的封堵率。
2.1單巖心驅替試驗研究
為了研究該體系對油層滲透率下降的影響程度,引入封堵率參數(shù)Id來進行評價,并借鑒了儲層常規(guī)敏感性實驗指標,用來定性定量描述弱凝膠的封堵程度(見表1)。弱凝膠進入巖心后,使得滲透率下降,巖心滲透率參數(shù)及試驗后巖心滲透率及封堵率(見表1),注膠前巖心滲透率、注膠后巖心滲透率以及封堵率隨巖心滲透率變化規(guī)律(見圖1)。
表1 弱凝膠封堵率評價指標
表2 弱凝膠封堵率評價
由試驗結果可知隨著滲透率的增大,弱凝膠封堵性能逐漸減低。整條曲線表現(xiàn)出三段規(guī)律,當滲透率在1.82×10-3μm2~382×10-3μm2變化時,封堵率下降明顯,由98%下降到58%;當?shù)貙訚B透率在382×10-3μm2~824×10-3μm2變化時,封堵率下降趨勢相對變緩,由58%下降到40%;當?shù)貙訚B透率大于824×10-3μm2時,封堵率下降趨于平緩。
圖1 滲透率與封堵率的關系曲線
由此可知,弱凝膠封堵巖心能力與滲透率關系大,反映了弱凝膠驅后,油層流體滲流通道的變化。當使用低滲巖心時,弱凝膠進入細小的孔吼中,隨著注入量的增加,弱凝膠不斷在巖心中運移、滯留、聚并、黏附、橋接,形成濾餅,在巖心入口端形成穩(wěn)定的阻塞,大大降低了低滲巖心的滲透率,封堵率高達98%,因此,大劑量的弱凝膠進入低滲儲層,尤其是滲透率小于20× 10-3μm2儲層,不利于后續(xù)水的注入。而當滲透率高于382×10-3μm2后,弱凝膠的封堵效果屬于中等偏強,封堵率為58,封堵后巖心滲透率為161×10-3μm2,這說明滲透率的增加,弱凝膠與孔喉間的作用力大大下降,并沒有形成致密的濾餅,主要是滯留、黏附在吼道兩側,減小了吼道半徑,或是占據(jù)大孔吼,迫使后續(xù)水進入更小吼道中,后續(xù)水滲流機理是通過減小注入水通道半徑或是流體轉向而實現(xiàn)的。
因此,在進行弱凝膠驅時,不存在滲透率低于20× 10-3μm2的儲層條件,也就是說,弱凝膠不會形成濾餅,使得地層產(chǎn)生阻塞,即不會污染儲層。
2.2并聯(lián)巖心驅替試驗研究
弱凝膠深部調驅技術所用的弱凝膠能夠在地層中發(fā)生緩慢運移,進入油層深部,占據(jù)原來的主力水流通道,迫使注入壓力上升,改變后續(xù)注入水的滲流規(guī)律,使得注入水在油層中發(fā)生轉向,因而擴大了波及體積,大幅度提高采收率,實現(xiàn)油田增油控水目的,在水驅開發(fā)階段,由于油藏非均質性的存在,油層的滲透率不同,使得高滲透層吸水量大,而相對低滲透層吸水量小,導致整個儲層內(nèi)縱向上的吸水剖面不均勻,注入水波及體積小,油井過早見水。單巖心驅替試驗結果可知,弱凝膠會改變巖心滲透率,并且改變規(guī)律受到巖心滲透率的控制。為了研究非均質性條件下,弱凝膠對后續(xù)水滲流特征影響,采用雙巖心并聯(lián)試驗,對不同滲透率級差下弱凝膠驅后后續(xù)水分液量、高低滲管封堵率進行系統(tǒng)研究。試驗基本參數(shù)及試驗結果(見表3),滲透率級差與水驅及后續(xù)分液量的關系曲線(見圖2),滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線(見圖3)。
滲透率級差與水驅及后續(xù)水驅分液量的關系曲線(見圖2)。由圖2可知,水驅階段高滲管分液量隨著滲透率級差增大而增大,低滲管分液量隨著滲透率級差增大而減小,當滲透率級差大于4時,注入水幾乎全部進入高滲管。因此,蒙古林油田油藏內(nèi)非均質性高,滲透率級差大于4后,很可能導致注入水只沿高滲層流動,而低滲層基本沒有動用。因而要大幅度提高采收率,應當首先考慮啟用低滲透層。
表3 試驗基本參數(shù)及試驗結果
圖2 滲透率級差與水驅及后續(xù)分液量的關系曲線
進行弱凝膠調驅后,整體趨勢是高滲管的分液量下降,低滲管的分液量上升,而高滲管的分液量降幅先緩后快,低滲管的增幅先緩后快。隨著滲透率級差的增大,當滲透率級差大于4后,出現(xiàn)原來的高滲巖心分液量低于原來的低滲巖心,事實上也說明,并聯(lián)巖心經(jīng)過弱凝膠驅后,巖心滲透率發(fā)生較大變化;而當滲透率級差高于7后,分液量的趨勢減慢。分析試驗結果可知,控制分液量的因素是被驅替介質的吸液能力,當兩個巖心尺寸參數(shù)相同時,滲透率則起到了決定性的作用。因此弱凝膠驅過程中,對于非均質性油藏,高滲透層會進入更多的弱凝膠,而試驗過程中,使得弱凝膠進入高滲管的量多于低滲管的,并且,隨著滲透率級差的增大,進入高滲管的量加大。這樣使得膠體能夠進入非均質性油藏高滲透層中。其中,滲透率級差4為分界點,當滲透率級差低于4時,高滲管中的分液量仍高于低滲管,這時,對于地下油層而言,弱凝膠的注入使得高滲層的滲透率下降,但仍高于低滲層的滲透率,后續(xù)注入水進入地層后,由于弱凝膠滯留、黏附在高滲層中的孔喉中,增大了水滲流阻力,從而進入低滲儲層,有效改善了注水井的吸水剖面。當滲透率級差高于4后,低滲管中的分液量大幅上升,這也說明高低滲管的滲透率發(fā)生轉換。圖3詳細給出了滲透率發(fā)生轉換的解釋。當并聯(lián)試驗完成后,分別使用單管水驅原來的高低滲透巖心,注入10 PV后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
圖3采用雙縱軸畫圖,左側縱軸給出的是高低滲管的封堵率,右側縱軸給出的是注膠前后高低滲透管滲透率的比值,對數(shù)坐標(注明:滲透率級差是大于1的常數(shù),而弱凝膠驅后,高滲管的滲透率下降,甚至低于低滲管的滲透率,故用滲透率比值來描述)。完成雙管并聯(lián)注膠后,單管水驅10 PV,測定原來的高低滲管滲透率,分別計算封堵率以及注膠后滲透率比值。
圖3 滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線
由圖3可知,滲透率級差為4同樣是分界點,當滲透率級差低于4時,隨著滲透率級差的增加,高滲管的封堵率迅速上升,而低滲管的封堵率迅速下降,大于4后開始變緩。分析原因可知,當滲透率級差小時,高低滲管均能夠進入弱凝膠,且高滲管的進入量多于低滲管的量,但相差不大;而當滲透率級差高于4后,進入高滲管的量大,且遠高于低滲管,并且當滲透率級差高于9后,低滲管的封堵率基本為0,也就是說沒有弱凝膠的進入,這也說明弱凝膠能夠選擇性封堵高滲層。因此,即使?jié)B透率級差在增大,但進入高滲管的弱凝膠在增加,并且與進入低滲管的量的差值增大,最終導致對高滲管封堵效果在大于4后顯著增加,同樣的原因,使得分液量也在滲透率級差大于4后發(fā)生轉換。由注膠后,原來的高低滲管其滲透率比值在級差小于4時是大于1,而在級差大于4后則小于1。
由此可知,對于油藏非均質性越嚴重的儲層,通過弱凝膠驅后,能夠有效改善高低滲層的非均質性,大幅度降低高滲層的滲透率,甚至能夠使高滲層封堵,迫使后續(xù)水只沿低滲層流動,但是如果滲透率級差過大,例如大于50后,弱凝膠改變后續(xù)水流動規(guī)律則還需進一步研究。但在一般的儲層條件下,非均質性還沒有達到上述程度,因此,在油藏實際非均質性條件下,弱凝膠能夠有效改善水驅效果,擴大水驅波及體積。
弱凝膠對不同巖心滲透率的封堵效果不同,弱凝膠在相同的注入量條件下,滲透率越低的巖心,封堵率越高;滲透率級差4是弱凝膠封堵巖心后,使得巖心滲透率、分液量發(fā)生轉向的分界點;弱凝膠調驅后,能夠通過封堵高滲層,啟動低滲層來擴大水驅波及體積,而實現(xiàn)大幅度提高采收率目的。
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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.024
TE357.46
A
1673-5285(2015)05-0101-04
2015-03-02
孫鐵南,男(1989-),成都理工大學油氣田開發(fā)工程碩士研究生,研究方向為油氣藏工程及數(shù)值模擬技術,郵箱:stntf@126.com。