李秋言 ,岳湘安 ,楊長春 ,田文浩 ,孔彬
(1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點實驗室,北京 102249;2.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京 102249)
調(diào)剖作為一種成熟、有效的提高采收率技術(shù),越來越受到石油工作者關(guān)注,其中油藏深部調(diào)剖一直是研究的熱點[1-3]。目前,含油污泥深部調(diào)剖技術(shù)已經(jīng)在江漢、勝利、遼河等油田實現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)用,均取得了良好效果[4-5]。弱凝膠深部調(diào)剖技術(shù)發(fā)展迅速,對于高含水、特高含水油田的調(diào)剖堵水有著很好的應(yīng)用前景[6]。柔性調(diào)剖劑深部調(diào)剖技術(shù)在大慶、吉林等油田的應(yīng)用,同樣取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益[7]。聚合物微球深部調(diào)剖技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于青海、勝利等多個油田,并取得良好的效果[8]。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展,我國已經(jīng)初步形成適用于不同油藏條件的調(diào)剖體系,其中,微生物深部調(diào)剖技術(shù)、預(yù)交聯(lián)顆粒深部調(diào)剖技術(shù)和聚合物微球深部調(diào)剖技術(shù)將是今后的發(fā)展方向[9-11]。
冀東油田高淺南油藏非均質(zhì)性較為嚴(yán)重,油藏溫度和礦化度均不太高,適合開展聚合物微球調(diào)剖[12]。筆者利用非均質(zhì)巖心模型開展不同微球注入量下表面活性劑驅(qū)油實驗,考察采收率隨微球注入量的變化,通過掃描電鏡測試,研究微球在油藏中運移距離對采收率的影響,根據(jù)驅(qū)油實驗和掃描電鏡測試結(jié)果,分析非均質(zhì)巖心中的流場變化,進(jìn)而優(yōu)化微球發(fā)揮深調(diào)作用的最佳注入量。
實驗設(shè)備及儀器主要包括恒壓恒速泵、恒溫箱、活塞中間容器、壓力傳感器、日立SU8010冷場發(fā)射掃描電鏡、磁力攪拌器、真空泵、手搖泵等。模型為4.5 cm×4.5 cm×30.0 cm三層非均質(zhì)人造巖心模型,每一層厚度均為 1.5 cm,滲透率分別為 30×10-3,310×10-3,1 000×10-3μm2,滲透率變異系數(shù)為0.91。 實驗用水為高淺南油藏地層水,總礦化度為3 260 mg/L。其中,Na+/K+,Ca2+,Mg2+質(zhì) 量 濃 度 分 別 為 1 070,20,27 mg/L,Cl-,SO42-,HCO3-質(zhì)量濃度分別為 1 152,228,763 mg/L。 實驗用油為高淺南油藏模擬油,77℃下黏度為7.1 mPa·s。RZ-JD80表面活性劑(0.3%RA+0.1%AES+0.05%BT)是一種由多種表面活性劑復(fù)配的強(qiáng)乳化體系,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。聚合物微球調(diào)剖段塞是一種懸濁液體系,具有抗高溫、耐高鹽、注入性好等優(yōu)點[13-14]。
模擬高淺南油藏溫度(77℃),驅(qū)替速度為0.5 mL/min(礦場驅(qū)替液在井間每天推進(jìn)2.5 m)。
實驗方案:1)巖心抽真空,飽和地層水,計算孔隙度,飽和油并老化24 h以上;2)水驅(qū)開采,驅(qū)替速度為0.5 mL/min;3)待水驅(qū)含水率達(dá)到98%時,開始 RZJD80表面活性劑驅(qū)至含水率100%;4)注入設(shè)計量的聚合物微球懸濁液,候凝24 h以上;5)注入0.30 PV的RZ-JD80表面活性劑溶液;6)后續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)到98%時停泵。實驗過程中,記錄注入壓力、采出液中油水體積、含水率和采收率變化。
掃描電鏡測試方法:將驅(qū)替結(jié)束后的巖心模型取出烘干,按圖 1 所示,在巖心模型 1,5,10,15,20 cm 處垂直于巖心軸向切成巖心薄片。烘干每個巖心薄片后,分割高滲、中滲、低滲層,并沿中軸線把薄片切開,標(biāo)號裝入樣品袋以備測試。
圖1 巖心切片制樣示意
采用三層非均質(zhì)巖心模型,設(shè)計6種不同微球注入量,按照實驗方案開展驅(qū)油實驗,結(jié)果見表1。表中PV為高滲層孔隙體積。
表1 不同微球注入量驅(qū)油實驗結(jié)果
根據(jù)實驗結(jié)果可繪制出非均質(zhì)巖心采收率提高幅度隨微球注入量的變化曲線(見圖2)。
圖2 采收率提高幅度隨微球注入量的變化
由圖2可以看出:隨著微球注入量的增加,后續(xù)RZ-JD80表面活性劑提高采收率能力先是迅速提高,而后變得緩慢,最后趨于穩(wěn)定;當(dāng)微球注入量達(dá)到0.30 PV后,采收率提高幅度隨微球注入量的變化很小,注入量從0.30 PV提高到0.50 PV時,采收率僅可進(jìn)一步提高0.83百分點。這說明僅僅很少量的微球即可產(chǎn)生一定的封堵效果,使得中低滲層被動用起來。但是,少量的微球封堵能力畢竟有限,不足以使RZ-JD80表面活性劑的驅(qū)油效果充分發(fā)揮。綜合考慮投入成本和生產(chǎn)效果,確定最佳微球注入量為0.20 PV。
利用日立SU8010冷場發(fā)射掃描電鏡,對制備好的巖心薄片樣品進(jìn)行掃描電鏡測試,可以直觀地看出微球在不同層位運移的深度(見表2。表中,○代表存在微球,×代表不存在微球)。
表2 各層位微球分布情況
由表2可以看出,微球注入量越大,其在高滲層運移距離越遠(yuǎn)。注入少量的微球時,微球全部進(jìn)入高滲層區(qū)域;當(dāng)注入量增加到0.20 PV時,微球可運移到高滲層中部15 cm處,且有少部分進(jìn)入中滲層,但僅僅是分布在中滲層端面;當(dāng)注入量提高到0.50 PV時,高滲層20 cm處即可發(fā)現(xiàn)微球,中滲層中的微球仍分布在端面附近;當(dāng)注入0.70 PV時,微球在中滲層中可運移至5 cm深處。此外,不論微球注入量多大,微球基本上不會進(jìn)入低滲層,只是在高滲或是中滲層的淺處分布,這種現(xiàn)象對后續(xù)進(jìn)行RZ-JD80表面活性劑驅(qū)是有利的。
巖心中形成的微球形狀多樣,結(jié)構(gòu)不一定規(guī)則,有多種賦存形態(tài),比如規(guī)則的圓球形、空心球形、聚并架橋形、交織空間網(wǎng)狀等不規(guī)則形狀(見圖3)。掃描電鏡可清晰地看出一些微球聚集在一起,滯留在孔喉處。
圖3 不同形態(tài)微球掃描電鏡照片
非均質(zhì)巖心采收率提高幅度隨微球運移深度變化見圖4。由圖可以看出:隨微球運移深度的增加,采收率提高幅度明顯增大,特別是在巖心注入端附近,微球運移距離從1 cm提高到5 cm,采收率提高幅度則從6.33百分點增加為14.17百分點;當(dāng)微球運移至15 cm(巖心中部)時,活性劑驅(qū)可使采收率在水驅(qū)基礎(chǔ)上繼續(xù)提高18.82百分點。這說明微球運移至油藏深部(深調(diào))更有利于后續(xù)驅(qū)油劑發(fā)揮作用。
圖4 采收率提高幅度與微球運移距離的關(guān)系
從微球封堵后油藏流場的角度,繪制不同微球注入量下流線改變示意圖(見圖5)。由圖可以看出:當(dāng)注入0.05 PV微球時,所有微球均在高滲層端面附近分布,后續(xù)注入液可進(jìn)入中滲或低滲層;但是由于少量的微球?qū)Ω邼B層封堵范圍十分有限,當(dāng)驅(qū)替液繞過小段微球段塞后,仍將并回到滲流阻力較小的高滲層,少量的微球擴(kuò)大油藏波及范圍的作用有限,在中低滲層遠(yuǎn)處仍有大量剩余油沒有被動用。當(dāng)注入量提高至0.10 PV時,微球在高滲層中運移距離更遠(yuǎn),此時微球發(fā)揮封堵能力要比0.05 PV微球強(qiáng)得多,后續(xù)驅(qū)替液能夠更多地進(jìn)入中滲層,采收率提高幅度也有所增加;但由于驅(qū)替液傾向于竄進(jìn)滲流阻力更小的高滲孔道,在繞過微球段塞后仍會沿高滲層竄流,因此,0.10 PV微球提高波及系數(shù)的程度和范圍仍有限,特別是低滲層中,仍有大量剩余油波及不到。若注入0.20 PV微球,則微球不但進(jìn)入高滲層并運移至深部(15 cm)產(chǎn)生有效封堵,而且還有少部分微球進(jìn)入中滲層,對中滲層端面附近同樣產(chǎn)生一定封堵作用,迫使后續(xù)注入液進(jìn)入低滲層,在運移一段距離后注入液定會再進(jìn)入中滲層繼續(xù)運移,這樣在大幅提高中滲層的波及系數(shù)同時,也提高了低滲層的波及范圍,使得中滲、低滲層中的剩余油更多地得到動用,因此采收率得到大幅提高。
圖5 不同微球注入量下流線改變示意
在綜合考慮到成本和微球封堵能力(達(dá)到深調(diào))的情況下,所優(yōu)選出的最佳微球注入量為0.20 PV,以此作為高淺南油藏調(diào)剖段塞,可取得最大經(jīng)濟(jì)效益。
1)對于非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏,采用聚合物微球調(diào)剖效果顯著,采收率提高幅度隨微球注入量增加而增大。通過掃描電鏡可清楚觀察到微球滯留在基質(zhì)孔喉處實現(xiàn)聚并、架橋封堵,可有效提高后續(xù)驅(qū)油劑波及效率。
2)微球體系具有注入性好、不污染低滲帶等優(yōu)點,注入的微球幾乎完全分布于高滲層和中滲層端面附近,成功保護(hù)了低滲層。
3)微球在油藏中的運移距離對提高采收率效果影響很大,只有當(dāng)微球運移至油藏深部(深調(diào))時,其封堵作用才可充分發(fā)揮。高淺南油藏能夠達(dá)到深調(diào)作用的最佳微球注入量為0.20 PV。
4)微球深調(diào)-強(qiáng)乳化劑驅(qū)復(fù)合技術(shù)對高淺南油藏適應(yīng)性較好,可在表面活性劑驅(qū)基礎(chǔ)上繼續(xù)提高采收率17.88百分點以上,同時也說明制約非均質(zhì)油藏采收率的主要因素是波及效率。
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