王子健， 盧祥國(guó)， 姜曉磊， 張?jiān)孪桑?宋茹娥

(1.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石油大慶油田公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 166521)

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強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后提高采收率新方法
——以大慶杏樹崗油田為例

王子健1， 盧祥國(guó)1， 姜曉磊1， 張?jiān)孪?， 宋茹娥2

(1.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石油大慶油田公司 第四采油廠，黑龍江 大慶 166521)

為了探究強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率的措施，以大慶杏樹崗油田為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以采收率、含水率和注入壓力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在恒速和恒壓條件下開展了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法增油效果實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后注入高濃度聚合物溶液、無(wú)堿二元復(fù)合體系和弱堿三元復(fù)合體系都可以進(jìn)一步提高采收率，其中高濃度聚合物驅(qū)增油效果較好。后續(xù)注入壓力升高幅度愈大，采收率增幅愈大?？紤]到大慶油田儲(chǔ)層以及設(shè)備耐壓能力的制約，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果的綜合評(píng)價(jià)，無(wú)堿二元體系更具有應(yīng)用前景。

高濃度聚合物；弱堿三元；無(wú)堿二元；增油效果；物理模擬；注入壓力

三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)以其采收率增幅較大而受到石油科技工作者的高度重視，已在大慶油田、勝利和克拉瑪依等油田進(jìn)行了先導(dǎo)性和工業(yè)性礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了明顯的增油降水效果[1-3]。目前，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化推廣應(yīng)用階段，已有部分區(qū)塊進(jìn)入甚至完成了后續(xù)水驅(qū)，亟待采取進(jìn)一步提高采收率措施。理論分析表明，三元復(fù)合驅(qū)后要進(jìn)一步提高采收率[4-5]，就必須進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積和提高洗油效率，而進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積就意味著必須進(jìn)一步提高注入壓力[6]。大慶油田水井注入壓力統(tǒng)計(jì)資料表明，前期三元復(fù)合體系注入壓力接近儲(chǔ)層巖石破裂壓力，這表明后續(xù)進(jìn)一步提高采收率措施預(yù)留壓力上升空間很小。因此，在進(jìn)行進(jìn)一步提高采收率措施增油效果評(píng)價(jià)時(shí)[7]，必須考慮實(shí)際可能的壓力升高幅度。否則，就會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)通過(guò)大幅度提高注入壓力實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大波及體積目的，而礦場(chǎng)卻難以達(dá)到壓力升幅要求，甚至注入困難的尷尬局面。依據(jù)礦場(chǎng)實(shí)際需求，以大慶杏樹崗油田為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在恒速和恒壓條件下開展了強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法增油效果實(shí)驗(yàn)研究，這對(duì)目標(biāo)區(qū)塊進(jìn)一步提高采收率方法選擇具有重要參考價(jià)值。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要材料

聚合物為中國(guó)石油大慶煉化公司生產(chǎn)部分水解聚丙烯酰胺干粉，相對(duì)分子質(zhì)量為2 500×104(用CP表示)，固含量為90%。表面活性劑包括：(1)大慶油田東昊公司生產(chǎn)重烷基苯石油磺酸鹽，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，用于配制強(qiáng)堿三元復(fù)合體系(用Cs1表示)；(2)中國(guó)石油大慶煉化公司生產(chǎn)石油磺酸鹽，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)38%，用于配制弱堿三元復(fù)合體系(用Cs2表示)；(3)大連戴維斯化學(xué)劑有限公司生產(chǎn)非離子表面活性劑(簡(jiǎn)稱“DWS”，用Cs3表示)，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%，用于配制無(wú)堿二元復(fù)合體系。強(qiáng)堿為NaOH(用CA表示)，弱堿為Na2CO3(用Ca表示)。上述藥劑取自大慶油田第四采油廠。

實(shí)驗(yàn)用油由大慶油田第四采油廠脫氣原油與煤油混合而成，45 ℃條件下黏度為10.0 mPa·s。實(shí)驗(yàn)用水為大慶油田第四采油廠采出污水，離子組成見表1。

表1　水質(zhì)分析

巖心為二維縱向非均質(zhì)人造巖心[8-9]，包括高中低3個(gè)滲透層，滲透率Kw=1 600×10-3μm2、800×10-3μm2和400×10-3μm2，各小層厚度為1.5 cm，外觀幾何尺寸：高×寬×長(zhǎng)=4.5 cm×4.5 cm×30 cm。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測(cè)試驅(qū)油劑視黏度，分別使用“0”號(hào)轉(zhuǎn)子(0～100 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為6 r/min；“1”號(hào)轉(zhuǎn)子(100～200 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為30 r/min；“2”號(hào)轉(zhuǎn)子(200～1 000 mPa·s)，轉(zhuǎn)速為30 r/min。采用TX500C旋滴油水界面張力儀測(cè)試驅(qū)油劑與原油間界面張力。

采用驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)驅(qū)油劑增油降水效果，裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等部件，除平流泵和手搖泵外，其它部分都置于45 ℃恒溫箱內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中平流泵的注入速度為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min一次。

1.3實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.1強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)水驅(qū)至98%+強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)(0.06 PV的聚合物前置段塞(1 800 mg/L CP)、0.3 PV的三元主段塞(0.3%CS1+1.2%CA+2 000 mg/L CP)、0.15 PV的三元副段塞(0.2%CS1+1.0%CA+1 700 mg/L CP)以及0.2 PV的聚合物保護(hù)段塞(1 400 mg/L CP))+后續(xù)水驅(qū)至98%。以上各百分?jǐn)?shù)均指對(duì)應(yīng)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后續(xù)的其它實(shí)驗(yàn)都將在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)調(diào)整后續(xù)水驅(qū)的時(shí)間。

1.3.2強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后續(xù)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)實(shí)驗(yàn)方案(方案2-1至方案2-3)：弱堿三元復(fù)合驅(qū)由“聚合物前置段塞(2 500 mg/L CP)+0.35 PV三元主段塞(0.3% CS2+1.2%Ca+2 200 mg/L CP)+0.15 PV三元副段塞(0.2%CS2+1.0% Ca+2 100 mg/LCP)+聚合物保護(hù)段塞(1 400 mg/L CP)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成，其中聚合物前置段塞和聚合物保護(hù)段塞尺寸變化，但它們之和等于0.15 PV，總段塞尺寸0.7 PV。

強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)實(shí)驗(yàn)方案(方案3-1～方案3-3)：無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)由“0.05 PV～0.1 PV聚合物前置段塞(CP2 500 mg/L)+0.65 PV～0.6 PV無(wú)堿二元段塞(0.3% CS3+1 700 mg/LCP)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成，總段塞尺寸0.7 PV。

強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)方案(方案4-1)：高濃度聚合物驅(qū)由“0.7 PV高濃度聚合物段塞(CP2 500 mg/L)+后續(xù)水驅(qū)至98%”組成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先采用“恒速方式”進(jìn)行驅(qū)替(每個(gè)方案完成兩組平行實(shí)驗(yàn))，隨后從平行恒速方案中選取增油效果較好的方案進(jìn)行“恒壓方式”實(shí)驗(yàn)(恒壓過(guò)程中注入壓力取前期強(qiáng)堿三元復(fù)合體系注入過(guò)程中最高壓力)，計(jì)算采收率增幅，并與“恒速方式”進(jìn)行對(duì)比。

2　結(jié)果與討論

2.1恒速實(shí)驗(yàn)

2.1.1強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　弱堿三元驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后注入弱堿三元復(fù)合體系可以產(chǎn)生較好液流轉(zhuǎn)向效果，促使中低滲透層分流率即吸液量增加，這一方面擴(kuò)大了波及體積，另一方面進(jìn)入新波及區(qū)域弱堿三元復(fù)合體系提高了洗油效率，最終導(dǎo)致采收率較大幅度提高。此外，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)行弱堿三元復(fù)合驅(qū)，其采收率增幅受前置聚合物段塞尺寸的影響。隨聚合物前置段塞尺寸增加，采收率增幅增加，相鄰實(shí)驗(yàn)方案間采收率增幅增加(1.1%和2.0%)。

2.1.2強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后注入無(wú)堿二元復(fù)合體系可以進(jìn)一步提高原油采收率。此外，無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)采收率增幅受聚合物前置段塞尺寸的影響。隨聚合物前置段塞尺寸增加，驅(qū)替相有效波及區(qū)域增大，剩余油飽和度較高的中低滲透層動(dòng)用程度增加，無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)采收率增加，相鄰實(shí)驗(yàn)方案間采收率增幅也隨之增加(1.3%和2.8%)。

表3　無(wú)堿二元驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.3強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)采收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　高濃聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃聚合物驅(qū)可有效提高原油采收率。對(duì)比表4及表3、表2可以看出，與弱堿三元復(fù)合驅(qū)和無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)相比較，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃度聚合物驅(qū)采收率更高。分析認(rèn)為，高濃度聚合物溶液黏度高，在多孔介質(zhì)中的滲流阻力大，注入壓力高，可有效增大中低滲透層的吸液壓差，擴(kuò)大波及體積能力較強(qiáng)，因此其采收率增幅較大。

2.2恒壓和恒速實(shí)驗(yàn)對(duì)比

2.2.1強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后弱堿三元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后在兩種驅(qū)替方式下采收率(方案2-3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　弱堿三元驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

從表5可以看出，注入相同的段塞，與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)采收率增幅較大。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對(duì)比見圖1。

圖1　弱堿三元驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖1可以看出，弱堿三元體系恒壓實(shí)驗(yàn)壓力高于恒速實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)變化壓力，與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)注入壓力較高，擴(kuò)大波及體積能力較強(qiáng)，所以液流轉(zhuǎn)向效果較好，含水率降幅和采收率增幅都較大。

2.2.2強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后兩種驅(qū)替方式無(wú)堿二元復(fù)合驅(qū)采收率(方案3-3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6可以看出，注入相同的段塞，與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)采收率增幅相對(duì)較小。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對(duì)比見圖2。

表6　無(wú)堿二元驅(qū)提高采收率結(jié)果對(duì)比

圖2　無(wú)堿二元驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖2可以看出，無(wú)堿二元體系恒速實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)變化壓力高于恒壓實(shí)驗(yàn)的恒定壓力，所以與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)注入壓力較低，液流轉(zhuǎn)向效果較差，含水率降幅和采收率增幅都較小。

2.2.3強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后高濃聚合物驅(qū)增油效果的影響強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后兩種驅(qū)替方式下高濃聚合物驅(qū)采收率(方案4-1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

從表7可以看出，注入相同的段塞，與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)采收率增幅較小。

表7　高濃聚合物驅(qū)提高采收率結(jié)果對(duì)比

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率、采收率與PV數(shù)關(guān)系對(duì)比見圖3。

圖3　高濃聚合物驅(qū)注入壓力、含水率和采收率與PV數(shù)的關(guān)系

從圖3對(duì)比可以看出，高濃聚合物體系恒速實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)變化壓力高于恒壓實(shí)驗(yàn)的恒定壓力，與恒壓實(shí)驗(yàn)相比較，當(dāng)恒速實(shí)驗(yàn)注入壓力較高時(shí)，液流轉(zhuǎn)向效果較好[10-12]，含水率降幅和采收率增幅都較大。

綜上所述，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法增油效果與注入壓力升高幅度密切相關(guān)。注入壓力升高幅度愈大，采收率增幅愈大。但從目前大慶油田礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，前期強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)注入壓力都接近儲(chǔ)層巖石破裂壓力，留給后續(xù)進(jìn)一步提高采收率措施的壓力上升幅度很小[13]，即進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積潛力很小[14-15]。因此，在評(píng)價(jià)強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率措施效果時(shí)，恒壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近礦場(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)狀況。但也必須看到，與恒速實(shí)驗(yàn)相比較，恒壓實(shí)驗(yàn)采液速度都呈現(xiàn)較大幅度下降，其中高濃度聚合物驅(qū)采液速度下降幅度較大，達(dá)到98%含水率所需時(shí)間較長(zhǎng)，是無(wú)堿二元和弱堿三元復(fù)合驅(qū)所用時(shí)間的兩倍(見圖4)。

圖4　采液速度與驅(qū)替時(shí)間關(guān)系

由此可見，與無(wú)堿二元和弱堿三元復(fù)合驅(qū)相比較，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后采用高濃度聚合物驅(qū)，其采液速度下降幅度較大，生產(chǎn)持續(xù)較長(zhǎng)，操作費(fèi)用較高，降低了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3　結(jié)論

(1) 在恒速實(shí)驗(yàn)條件下，強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后注入高濃度聚合物溶液、無(wú)堿二元復(fù)合體系、弱堿三元復(fù)合體系都可以進(jìn)一步提高采收率，比較之下高濃度聚合物驅(qū)增油效果最好。但是在恒壓實(shí)驗(yàn)條件下，高濃聚合物采液速度較低，生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，相應(yīng)操作費(fèi)較高。與其它恒壓驅(qū)油方式相比較，無(wú)堿二元復(fù)合體系驅(qū)采收率增幅較大，采液速度較高。從技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮，無(wú)堿二元體系更具有應(yīng)用價(jià)值。

(2) 與驅(qū)油劑洗油能力相比較，其流度控制即擴(kuò)大波及體積能力對(duì)采收率貢獻(xiàn)率較大。因此，當(dāng)強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后注入驅(qū)油劑具有更強(qiáng)流度控制和洗油能力時(shí)，就可以較大幅度提高采收率。必須強(qiáng)調(diào)指出，調(diào)驅(qū)劑流度控制能力是否能夠充分發(fā)揮作用還受到儲(chǔ)層巖石破裂壓力和設(shè)備耐壓能力的制約。

(3) 從目前大慶油田礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，前期強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)注入壓力都接近儲(chǔ)層巖石破裂壓力，留給后續(xù)進(jìn)一步提高采收率措施的壓力上升幅度很小。因此，恒壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更能反映進(jìn)一步提高采收率措施的實(shí)際增油效果。

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(編輯閆玉玲)

Experimental Method about Enhancing Oil Recovery after Alkaline/Surfactant/Polymer Flooding:Take Xingshugang Oilfield in Daqing as Research Object

Wang Zijian1, Lu Xiangguo1, Jiang Xiaolei1, Zhang Yuexian2, Song Ru’e2

(1.KeyLaboratoryofEnhancedOilRecoveryofEducationMinistry，NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318,China；2.PetroChinaDaqingOilfieldCompanyFourthProductionPlant，DaqingHeilongjiang166521,China)

In order to explore a method of further enhancing oil recovery after alkaline/surfactant/polymer flooding, taking Xingshugang oilfield in Daqing as an experiment platform and regarding oil recovery, water content and injection pressure as evaluation indicators on enhancing oil recovery, an experiment was conducted under the condition of the constant temperature and constant pressure. The results showed that alkali/surfactant/polymer with strong base system, surfactant-polymer system and alkali/surfactant/polymer with weak base system could all further enhance oil recovery, and the effect of high concentration polymer liquor was the best. The greater the subsequent of the injection pressure rose, the more the recovery growth was. Taking into account the constraints of Daqing oilfield reservoir and equipment capacity. Based on the comprehensive consideration of technical and economic effects, aurfactant-polymer system has more application prospects.

High concentration polymer; Alkalescent alkaline/surfactant/polymer system; Surfactant-polymer system； Effect of increasing oil; Physical simulation； Injection pressure

1006-396X(2016)02-0065-06

投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-08-31

2015-10-20

大慶油田公司重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“杏北開發(fā)區(qū)一類油層三元復(fù)合驅(qū)后提高采收率室內(nèi)研究”(DQYT-0504003-2014-JS)。

王子健(1990-)，男，碩士研究生，從事化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)研究工作；E-mail： wangzijian1207@126.com。

盧祥國(guó)(1960-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事提高采收率理論和技術(shù)方面的研究；E-mail：luxiangg2003@aliyun.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.02.013