曹瑞波

(大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

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聚驅(qū)后“正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”提高采收率技術(shù)

曹瑞波

(大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

摘要：為了提高聚驅(qū)后油藏采收率，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了聚驅(qū)后 “正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”提高采收率技術(shù)。結(jié)果表明，正電膠可與油層中存留的聚合物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成絮狀絡(luò)合物堵塞高滲層，起到調(diào)整油層非均質(zhì)性的作用。該技術(shù)發(fā)揮了正電膠調(diào)剖擴(kuò)大波及體積、三元復(fù)合驅(qū)提高驅(qū)油效率的雙重作用，實(shí)現(xiàn)了“調(diào)、堵、驅(qū)”相結(jié)合。應(yīng)用該技術(shù)，物理模型聚驅(qū)實(shí)驗(yàn)可提高采收率14.5%，效果顯著。

關(guān)鍵詞：提高采收率技術(shù)；正電膠；調(diào)剖機(jī)理；三元復(fù)合驅(qū)

曹瑞波.聚驅(qū)后“正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”提高采收率技術(shù)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,31(1):58-61,67.

CAO Ruibo.Combined EOR method of positively-charged-gel profile control with ASP flooding after polymer flooding[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016,31(1):58-61,67.

引言

聚驅(qū)后油層剩余油少且高度零散，優(yōu)勢(shì)滲流通道發(fā)育，層間、層內(nèi)和平面非均質(zhì)矛盾加劇，致使聚驅(qū)后流度控制和剖面調(diào)整更加困難，是聚驅(qū)后油層開發(fā)的最主要矛盾[1-3]。聚驅(qū)后油層不論采取何種措施，必須考慮驅(qū)替相和被驅(qū)替相之間的流度比或流度控制作用[4-6]。因而，聚驅(qū)后提高采收率方法必須同時(shí)具有擴(kuò)大波及系數(shù)和提高微觀驅(qū)油效率的雙重作用。國內(nèi)研究者在聚驅(qū)后提高采收率技術(shù)方面開展了大量卓有成效的工作，部分研究成果已經(jīng)開展現(xiàn)場試驗(yàn)。李鵬華等[7]研究了多段塞平行聚能提高聚驅(qū)后采收率技術(shù)。孫靈輝等[8]研究了聚驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)可行性。沈德煌等[9]研究了聚驅(qū)后蒸汽驅(qū)技術(shù)可行性。本文探索正電膠調(diào)剖結(jié)合三元復(fù)合驅(qū)提高聚驅(qū)后采收率的新方法。

1正電膠調(diào)剖機(jī)理

正電膠是指一種分子鏈上帶有電性的聚合物。在非直射自然光線下樣品的外觀為白色或灰白色片狀結(jié)構(gòu)。干粉有效物含量為90%，相對(duì)分子質(zhì)量為536。配制成質(zhì)量濃度為3%的溶液，pH值在2.0～4.0。該產(chǎn)品的水溶液無黏性，在溫度為0～70 ℃的范圍內(nèi)均具有較好的溶解性，適合在油田應(yīng)用。

正電膠的調(diào)剖機(jī)理主要有兩方面。一方面，正電膠中含有的陽離子鏈節(jié)與聚丙烯酰胺的羧酸基發(fā)生化學(xué)中和反應(yīng)和物理交聯(lián)反應(yīng)，生成空間立體網(wǎng)狀聚合物。該網(wǎng)絡(luò)聚合物在水相中分子鏈充分舒展，可堵塞油層孔隙；另一方面，正電膠中帶正電的氨基能夠改變巖石的電性，使油層中殘留的陰離子型聚合物更多地吸附在巖石表面，減小巖石孔隙半徑。上述兩種物理化學(xué)作用均可達(dá)到堵塞高滲層、降低水相滲透率的作用。第一方面驅(qū)油機(jī)理起主要作用。

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的正電膠溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%聚合物溶液，將兩溶液混合并攪拌，正電膠與聚合物的反應(yīng)產(chǎn)物為白色絮狀物。該混合體系無黏性，說明聚合物分子被正電膠完全中和。

注聚中后期聚合物溶液在高滲層無效循環(huán)，至注聚結(jié)束時(shí)高滲層充滿了聚合物溶液。鑒于正電膠的調(diào)剖機(jī)理，可以考慮在注聚結(jié)束后注入適量正電膠溶液。正電膠溶液無黏性，仍會(huì)沿注聚時(shí)的優(yōu)勢(shì)滲流通道注入，正電膠與優(yōu)勢(shì)滲流通道中存留的聚合物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成物起到堵塞優(yōu)勢(shì)滲流通道的作用。再輔以其他化學(xué)驅(qū)方法，可以達(dá)到大幅度提高聚驅(qū)后采收率的目的。當(dāng)然，應(yīng)用正電膠調(diào)剖的最佳時(shí)機(jī)是注聚結(jié)束時(shí)。如果聚驅(qū)后進(jìn)行了后續(xù)水驅(qū)，則油層中存留的聚合物會(huì)大幅減少，從而影響調(diào)剖效果。

2反應(yīng)生成物運(yùn)移能力實(shí)驗(yàn)

在地面條件下配制溶液，正電膠和聚合物可充分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)生成絮狀物。在油層條件下兩者是否能夠反應(yīng)，以及反應(yīng)生成物能否運(yùn)移，直接關(guān)系到正電膠的調(diào)剖效果。為了驗(yàn)證上述問題，開展了巖心滲流實(shí)驗(yàn)。

物理模型采用人造均質(zhì)巖心，巖心尺寸為4.5 cm×4.5 cm×60 cm，巖心絕對(duì)滲透率為500×10-3μm2。在距巖心注入端20 cm和40 cm處各設(shè)置一測壓點(diǎn)，研究反應(yīng)生成物的運(yùn)移能力。實(shí)驗(yàn)物理模型見圖1。飽和巖心、配制正電膠和聚合物溶液、驅(qū)替用水均為大慶油田回注污水。實(shí)驗(yàn)程序?yàn)椋簩?duì)飽和水后的巖心注入0.57 PV的聚合物溶液→注入0.2 PV的正電膠溶液→注水至壓力相對(duì)平穩(wěn)。聚合物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、相對(duì)分子質(zhì)量為1 200×104，正電膠溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%。

圖1　巖心物理模型示意圖Fig.1　Schematic diagram of physical model

巖心驅(qū)替過程中注入端壓力及測壓點(diǎn)壓力變化曲線如圖2所示。從圖2可以看出，注正電膠后注入端壓力較聚驅(qū)結(jié)束時(shí)明顯上升，說明正電膠與巖心中存留的聚合物發(fā)生了物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物在油層中形成較大滲流阻力。注正電膠階段，兩測壓點(diǎn)壓力未變化，說明正電膠尚未運(yùn)移到測壓點(diǎn)處，測壓點(diǎn)1至末端仍是聚合物溶液的穩(wěn)定滲流段。后續(xù)水驅(qū)一段時(shí)間后，注入端壓力開始下降，測壓點(diǎn)1和測壓點(diǎn)2壓力依次上升。各點(diǎn)壓力變化情況說明反應(yīng)生成物能夠在巖心中運(yùn)移。巖心末端采出液中觀察到了細(xì)小的白色線狀顆粒，這也證實(shí)了反應(yīng)生成物在巖心中被剪切破碎的運(yùn)移過程。反應(yīng)生成物能夠運(yùn)移對(duì)調(diào)剖效果是有利的。調(diào)剖劑在油層中“堵而不死”，既減少了對(duì)油層的傷害，又可以最大限度地調(diào)整油層非均質(zhì)性。

圖2　注入端壓力及測壓點(diǎn)壓力隨注入量變化曲線Fig.2　Varying curves of pressure at injection end and pressure testing points with injection volume

3“正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)方案

由2支不同滲透率的巖心組成并聯(lián)物理模型[10]，巖心尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，高滲層巖心絕對(duì)滲透率為800×10-3μm2，低滲層巖心絕對(duì)滲透率為200×10-3μm2。

共設(shè)計(jì)3組實(shí)驗(yàn)方案如下。

方案一：水驅(qū)至采出液含水95%→聚合物驅(qū)0.57 PV→正電膠調(diào)剖0.2 PV →后續(xù)水驅(qū)至采出液含水98%；

方案二：水驅(qū)至采出液含水95%→聚合物驅(qū)0.57 PV→三元復(fù)合驅(qū)0.5 PV→后續(xù)水驅(qū)至含水98%；

方案三：水驅(qū)至采出液含水95%→聚合物驅(qū)0.57 PV→正電膠調(diào)剖0.2 PV→三元復(fù)合驅(qū)0.5 PV→后續(xù)水驅(qū)至采出液含水98%。

3組方案中0.57 PV聚合物驅(qū)階段所用聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為1 200×104、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、黏度為20 mPa·s；方案一和方案三所注正電膠溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%；方案二和方案三所注三元復(fù)合體系由聚合物、碳酸鈉和石油磺酸鹽組成，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為2 500×104、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，石油磺酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，三元復(fù)合體系黏度為66.5 mPa·s。配制聚合物溶液、正電膠溶液、三元復(fù)合體系用水均為大慶油田回注污水。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1可以看出，3組實(shí)驗(yàn)水驅(qū)采收率和聚驅(qū)采收率提高值吻合較好，為比較3組方案聚驅(qū)后采收率提高值提供了基礎(chǔ)。水驅(qū)階段，高滲層采收率在55%左右，低滲層采收率在12%左右，水驅(qū)主要?jiǎng)佑酶邼B層，低滲層動(dòng)用程度極低；聚合物驅(qū)后，油層非均質(zhì)性得到調(diào)整，低滲層吸液量增加，低滲層聚驅(qū)采收率提高值達(dá)21%左右。由于高滲層水驅(qū)采收率高，所以聚驅(qū)采收率提高值僅為8%左右。

表1　驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

聚驅(qū)后3組方案采收率均得到進(jìn)一步提高。方案一聚驅(qū)后僅采用正電膠調(diào)剖的方式，聚驅(qū)后采收率提高值僅為4.3%，且采收率提高主要在低滲層；方案二聚驅(qū)后僅采用三元復(fù)合驅(qū)的方式，聚驅(qū)后采收率提高值為8.3%，其中高滲層提高5.9%，低滲層提高10.6%；方案三聚驅(qū)后先正電膠調(diào)剖再注入三元復(fù)合體系，聚驅(qū)后采收率提高值達(dá)14.5%，其中高滲層提高5.2%，低滲層采收率大幅提高，達(dá)23.6%。

為了更好地解釋3組方案聚驅(qū)后的開發(fā)效果，繪制了低滲層分流率隨注入量變化曲線，如圖3所示。分流率是指高、低滲層各自瞬時(shí)吸液量占總瞬時(shí)吸液量的百分比。從圖3可以看出，方案一和方案三經(jīng)過正電膠調(diào)剖后，低滲層分流率即吸液量大幅上升，上升幅度遠(yuǎn)高于未經(jīng)正電膠調(diào)剖的方案二。聚驅(qū)后最主要的開發(fā)矛盾在于優(yōu)勢(shì)滲流通道發(fā)育、流度控制困難，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的物理模型而言，體現(xiàn)在注入液沿高滲層低效無效循環(huán)。注入正電膠后，正電膠優(yōu)先進(jìn)入高滲層，與高滲層中存留的聚合物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)生成絮狀絡(luò)合物，有效封堵了高滲層，在實(shí)際油層中體現(xiàn)在封堵了優(yōu)勢(shì)滲流通道。因此，高滲層被封堵后，低滲層吸液量得到了大幅提升，從而有效動(dòng)用了低滲層的剩余儲(chǔ)量。

圖3　低滲層分流率隨注入量變化關(guān)系曲線Fig.3　Fluid distribution ratio varying curves of low permeability layer with injection volume

方案二聚驅(qū)后注入三元復(fù)合體系，低滲層分流率較聚驅(qū)時(shí)有所上升，但上升幅度不如方案一和方案三。由于三元復(fù)合體系可大幅提高驅(qū)油效率，且具有一定調(diào)剖作用，因此方案二聚驅(qū)后采收率提高值高于僅采用正電膠調(diào)剖的方案一。因?yàn)檎娔z調(diào)剖僅擴(kuò)大了低滲層的波及體積，沒有提高驅(qū)油效率的作用。方案三既發(fā)揮了正電膠擴(kuò)大波及體積的作用，又發(fā)揮了三元復(fù)合體系提高驅(qū)油效率的作用,聚驅(qū)后驅(qū)油效果最好。方案三聚驅(qū)后采收率提高值高于方案一和方案二聚驅(qū)后采收率提高值之和，說明正電膠調(diào)剖和三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)生了耦合增效的作用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，聚驅(qū)后采用“正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”技術(shù)，可以大幅提高聚驅(qū)后采收率。該技術(shù)有以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：首先，可利用油層中存留和滯留聚合物，機(jī)理可行，節(jié)約成本；其次，正電膠溶液注入容易，且可優(yōu)先注入高滲層，減少了對(duì)低滲層的傷害，避免了顆粒類調(diào)剖劑注入困難、凝膠類調(diào)剖劑地層成膠不理想等問題；第三，地面配制和注入工藝簡單，可在現(xiàn)有聚驅(qū)或三元復(fù)合驅(qū)配注工藝下進(jìn)行；第四，無毒無害，對(duì)環(huán)境無污染。

4結(jié)論

(1)正電膠中含有的陽離子鏈節(jié)與聚丙烯酰胺的羧酸基發(fā)生化學(xué)中和反應(yīng)和物理交聯(lián)反應(yīng)，生成立體空間網(wǎng)狀聚合物有效封堵高滲層是正電膠調(diào)剖的主要機(jī)理。

(2)帶測壓點(diǎn)巖心滲流實(shí)驗(yàn)表明，正電膠與聚合物的反應(yīng)生成物可在油層中運(yùn)移，能起到“堵而不死”的作用。

(3)聚驅(qū)后采用“正電膠調(diào)剖+三元復(fù)合驅(qū)”技術(shù)，既可擴(kuò)大波及體積提高低滲層動(dòng)用程度，又可大幅提高驅(qū)油效率。高低滲透層絕對(duì)滲透率分別為800×10-3μm2和200×10-3μm2的并聯(lián)物理模型條件下，聚驅(qū)后提高采收率達(dá)14.5%。

參 考 文 獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：賀元旦

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.01.009中圖分類號(hào)：TE357.46

文章編號(hào)：1673-064X(2016)01-0058-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-07-20

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)“聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率新技術(shù)”(編號(hào)：2011ZX05010-005)

作者簡介：曹瑞波(1977-)，男，高級(jí)工程師，主要從事提高原油采收率技術(shù)研究。E-mail：caoreibo@petrochina.com.cn

Combined EOR Method of Positively-charged-gel Profile Control With ASP Flooding After Polymer Flooding

CAO Ruibo

(Research Institute of Exploration and Development,Daqing Oilfield Company,Daqing 163712,Heilongjiang,China)

Abstract:In order to enhance the oil recovery factor after polymer flooding,a new oil displacing method is put forward,which combines positively-charged gel profile control with ASP flooding.Research results indicated that the physical and chemical reaction of the positively-charged gel with the residual polymer in oil reservoir can generate flocculent complex,which can plug high permeability layers and reduce the heterogeneity of oil reservoirs.The technology could both increase swept volume by positively-charged gel and enhance recovery efficiency by ASP flooding,and it realizes the combination of profile controlling,plugging and oil displacing.Experimental result shows that this technology can enhance the recovery factor by 14.5% after polymer flooding.So the technology has good field application prospect.

Key words:EOR technology；positively-charged gel；profile control mechanism；ASP flooding