張曉芹，舒 政，梁旭偉，葉仲斌

（1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163000；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)），四川成都 610500）

0 前言

堿-表面活性劑-聚合物（ASP）三元復(fù)合驅(qū)體系通過(guò)提高水相黏度、降低油水界面張力來(lái)擴(kuò)大注入體系的波及體積和提高洗油效率，從而顯著提高原油采收率［1—4］。經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化運(yùn)用，大慶油田三元復(fù)合驅(qū)取得良好效果，采收率增幅超過(guò)18%［5］。隨著開發(fā)程度的提高，為滿足大慶油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的需求，ASP 三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的運(yùn)用由主力儲(chǔ)層（一類儲(chǔ)層）逐漸推廣至非主力儲(chǔ)層（二類、三類儲(chǔ)層）［6—7］。為了準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)各類儲(chǔ)層的開發(fā)潛力，指導(dǎo)開發(fā)方案的制定，大慶油田勘探開發(fā)研究院于2012年修訂了油田分類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)沉積環(huán)境及砂體類型的不同，將三類儲(chǔ)層進(jìn)一步劃分為ⅢA、ⅢB 和ⅢC儲(chǔ)層［8］。復(fù)合驅(qū)體系易與儲(chǔ)層礦物發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生溶蝕-沉積，造成儲(chǔ)層滲透率降低，而三類儲(chǔ)層具有油層薄、滲透率低、孔喉半徑小等特征，開采難度更大，更容易發(fā)生儲(chǔ)層傷害［9—12］。目前通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于三元復(fù)合驅(qū)體系對(duì)儲(chǔ)層的傷害作用機(jī)理已經(jīng)有了初步認(rèn)識(shí)［13—17］，但是對(duì)于細(xì)分的ⅢA、ⅢB 和ⅢC 儲(chǔ)層還缺少針對(duì)性的研究，同時(shí)ASP 三元驅(qū)過(guò)程中影響儲(chǔ)層物性變化的因素眾多，常規(guī)評(píng)價(jià)方法難以定量表征儲(chǔ)層物性參數(shù)的變化規(guī)律。因此，本文選取典型ⅢA、ⅢB 和ⅢC 儲(chǔ)層的巖心，利用孔滲聯(lián)測(cè)儀、全直徑巖心核磁共振儀研究三元復(fù)合驅(qū)對(duì)不同類型巖心物性參數(shù)的影響，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立了弱堿三元復(fù)合驅(qū)儲(chǔ)層物性變化預(yù)測(cè)模型。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

“高分”聚合物HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量700×104數(shù)950×104，固含量90%，水解度23%，大慶煉化公司；煉化石油磺酸鹽，有效含量40%，大慶煉化公司；Na2CO3，分析純，四川光亞聚合物化工有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為配制的模擬注入水，含5000 mg/L NaCl 和50 mg/L CaCl2。實(shí)驗(yàn)用巖心為取自大慶油田喇、薩、杏油田三類儲(chǔ)層ⅢA、ⅢB和ⅢC的天然巖心，直徑2.5 cm、長(zhǎng)度約7 cm。

260D型恒速微量泵，美國(guó)ISCO公司；HKY-300型全自動(dòng)孔滲聯(lián)測(cè)儀，海安石油科研儀器廠；AniMR-150 型全直徑巖心核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

弱堿三元復(fù)合驅(qū)體系由聚合物、石油磺酸鹽以及Na2CO33種藥劑母液按比例與模擬注入水混合而成，其中，聚合物濃度為2360 mg/L，石油磺酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%。

驅(qū)替實(shí)驗(yàn)具體步驟如下：（1）巖心抽真空飽和水，裝入巖心夾持器提供巖心周圍覆壓，出口回壓10 MPa 模擬地層壓力，恒溫烘箱溫度為地層溫度45℃；（2）以0.5 mL/min 的注入速率向巖心注入10數(shù)50 PV的弱堿三元復(fù)合驅(qū)溶液。巖心注入體系前后，使用全自動(dòng)孔滲聯(lián)測(cè)儀檢測(cè)巖心孔隙度及滲透率，使用全直徑巖心核磁共振分析儀檢測(cè)巖心孔隙分布。

2 結(jié)果與討論

2.1 三類儲(chǔ)層巖心物性特征

使用全自動(dòng)孔滲聯(lián)測(cè)儀檢測(cè)三類儲(chǔ)層巖心的孔隙度及滲透率，按照ⅢA、ⅢB和ⅢC類型整理，巖心孔隙度及滲透率分布結(jié)果見表1，巖心孔隙度及滲透率關(guān)系見圖1。由表1可以看到，巖心的孔隙度與滲透率平均值按照ⅢA、ⅢB、ⅢC 的順序逐漸減小；圖1 中ⅢA、ⅢB 和ⅢC 巖心的孔隙度及滲透率線性關(guān)系的擬合優(yōu)度R2分別為0.786、0.721 和0.432，即巖心的孔隙度與滲透率相關(guān)性同樣按ⅢA、ⅢB、ⅢC 順序逐漸降低。這說(shuō)明三類儲(chǔ)層巖心的非均質(zhì)性較為顯著，整體物性按照ⅢA、ⅢB、ⅢC的順序逐漸變差。

表1 三類儲(chǔ)層巖心的孔隙度及滲透率分布

圖1 三類儲(chǔ)層巖心孔隙度與滲透率的相關(guān)性

通過(guò)核磁共振得到巖心孔隙半徑的頻率分布以及累計(jì)分布曲線見圖2，以ⅢA1 巖心為例，進(jìn)一步按式（1）—（3）計(jì)算分選系數(shù)Sp、歪度Skp和峰態(tài)Kp，計(jì)算結(jié)果見表2。由表2 可以看到，三類儲(chǔ)層巖心的平均孔隙半徑按照ⅢA、ⅢB、ⅢC 的順序逐漸變小，孔隙結(jié)構(gòu)變得更加細(xì)窄；分選系數(shù)較大且平均值接近，這表明三類巖心的分選性均較差，非均質(zhì)性問(wèn)題普遍存在。歪度大于0說(shuō)明巖心孔隙以偏粗為主，歪度值按ⅢA、ⅢB、ⅢC 的順序逐漸變小，說(shuō)明峰的位置逐漸向左偏移；峰態(tài)值也依照ⅢA、ⅢB、ⅢC 的順序逐漸變小，即峰的陡峭程度降低，孔隙半徑的分布范圍更廣。綜合來(lái)看，三類儲(chǔ)層的巖心物性按照ⅢA、ⅢB、ⅢC逐漸變差，且ⅢC巖心的物性與ⅢA、ⅢB巖心的差異較大。

圖2 A1巖心的孔隙半徑分布與累計(jì)分布曲線

表2 三類巖心孔隙半徑分布參數(shù)對(duì)比

2.2 三元復(fù)合驅(qū)對(duì)三類儲(chǔ)層巖心物性的影響

注入ASP三元復(fù)合驅(qū)體系后，三類儲(chǔ)層巖心的物性參數(shù)隨注入量的增加波動(dòng)變化。這是因?yàn)槿悆?chǔ)層的非均質(zhì)性較顯著，巖心之間物化性質(zhì)存在較大差異，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)前后物性參數(shù)變化存在波動(dòng)性。因此，通過(guò)計(jì)算物性參數(shù)變化百分比的平均值來(lái)研究ASP 三元復(fù)合驅(qū)體系對(duì)儲(chǔ)層物性的影響規(guī)律，結(jié)果見表3。由表3可以看到，經(jīng)ASP三元復(fù)合驅(qū)后，三類儲(chǔ)層巖心的孔隙度變化很小，而滲透率變化較為明顯：ⅢA和ⅢB巖心的滲透率增加，而ⅢC 巖心的滲透率降低。核磁共振檢測(cè)結(jié)果顯示，ⅢA和ⅢB巖心的平均孔隙半徑增大，歪度變粗，分選性變好；而ⅢC 巖心的平均孔隙半徑減小，歪度變細(xì)，分選性變差。

表3 驅(qū)替后三類儲(chǔ)層巖心的物性參數(shù)變化

分析認(rèn)為，在儲(chǔ)層物性相對(duì)較好時(shí)，弱堿ASP三元復(fù)合體系對(duì)儲(chǔ)層礦物具有較弱的溶蝕作用，溶蝕脫落以及結(jié)垢產(chǎn)生微粒的粒徑較小，在ASP三元復(fù)合體系驅(qū)替運(yùn)移的作用下，孔隙的半徑有所增大，因此孔隙度和滲透率有略微增大的趨勢(shì)，表現(xiàn)出物性改善。隨著黏土含量的增加和巖心本身物性的變差（ⅢA→ⅢC），一方面堿組分與黏土礦物的成垢趨勢(shì)增強(qiáng)，另一方面巖心孔隙結(jié)構(gòu)更加細(xì)窄，微粒在運(yùn)移過(guò)程中更容易在孔隙細(xì)窄處附著堆積，此時(shí)表現(xiàn)為巖心物性變差。

2.3 三元復(fù)合驅(qū)儲(chǔ)層物性變化預(yù)測(cè)模型

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性的數(shù)據(jù)建模工具，由輸入層和輸出層、一個(gè)或者幾個(gè)隱藏層構(gòu)成神經(jīng)元，通過(guò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)算法，在迭代過(guò)程中調(diào)整神經(jīng)元之間的權(quán)重，最終使得預(yù)測(cè)誤差最小化并給出預(yù)測(cè)精度［18—19］。三元復(fù)合驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層的溶蝕過(guò)程十分復(fù)雜，受到三元體系組成、儲(chǔ)層物化性質(zhì)、相互作用條件等多種因素影響，適合通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)分析變化規(guī)律。因此基于36 組三類儲(chǔ)層巖心的弱堿三元復(fù)合驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 內(nèi)的多層感知器（MLP）模塊，建立了三元復(fù)合驅(qū)儲(chǔ)層物性變化預(yù)測(cè)模型。向模型輸入巖心孔隙度、滲透率、孔隙分布參數(shù)、礦物含量、驅(qū)替倍數(shù)等參數(shù)后便可以預(yù)測(cè)三類儲(chǔ)層在復(fù)合驅(qū)過(guò)程中的各項(xiàng)物性參數(shù)變化。如圖3給出了模型對(duì)驅(qū)替后巖心滲透率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的關(guān)系，可以看到數(shù)據(jù)點(diǎn)大部分都落在y=x的參考線上，表明模型預(yù)測(cè)效果可靠，經(jīng)統(tǒng)計(jì)模型對(duì)各項(xiàng)物性參數(shù)的平均預(yù)測(cè)精度達(dá)到92%以上。

圖3 驅(qū)替后巖心滲透率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值

使用建立的ASP 三元復(fù)合驅(qū)儲(chǔ)層物性變化預(yù)測(cè)模型，計(jì)算不同驅(qū)替倍數(shù)下儲(chǔ)層巖心的滲透率變化，結(jié)果見圖4，其中輸入的ⅢA、ⅢB、ⅢC巖心初始物性參數(shù)取平均值如表1、表2 所示。可以看到，對(duì)于ⅢA 與ⅢB 巖心，ASP 三元復(fù)合驅(qū)體系的驅(qū)替倍數(shù)小于60 PV 時(shí)，巖心滲透率改善且改善效果隨驅(qū)替倍數(shù)的增加先增強(qiáng)后減弱，而驅(qū)替倍數(shù)大于60 PV 時(shí)，巖心滲透率逐漸發(fā)生傷害。對(duì)于ⅢC 巖心，在ASP三元復(fù)合驅(qū)體系注入后，巖心滲透率很快就開始降低。

圖4 弱堿ASP三元復(fù)合驅(qū)替后三類儲(chǔ)層巖心的滲透率變化

模型計(jì)算結(jié)果與前文分析結(jié)果一致：對(duì)于物性相對(duì)較好的ⅢA、ⅢB儲(chǔ)層，ASP三元復(fù)合驅(qū)體系具有一定的增黏能力，可以攜帶溶蝕產(chǎn)物運(yùn)移，導(dǎo)致小孔道數(shù)量減少，大孔道數(shù)量增加，因此物性發(fā)生改善；隨著注入時(shí)間的延長(zhǎng)，溶蝕產(chǎn)物的量逐漸增加，黏土顆粒和溶蝕物附著在孔道，對(duì)巖心滲流產(chǎn)生不利影響，巖心的滲透率以及孔隙半徑逐漸低于初始值，此時(shí)已產(chǎn)生儲(chǔ)層傷害。而ⅢC儲(chǔ)層滲透率變化的計(jì)算結(jié)果印證了物性較差、孔隙結(jié)構(gòu)偏細(xì)窄的儲(chǔ)層更易受到ASP三元復(fù)合驅(qū)體系產(chǎn)生的不利影響。

3 結(jié)論

三類儲(chǔ)層的巖心物性按照ⅢA、ⅢB、ⅢC 順序逐漸變差，且ⅢC 儲(chǔ)層的物性與ⅢA、ⅢB 儲(chǔ)層具有較大差異。

弱堿三元復(fù)合體系對(duì)儲(chǔ)層礦物具有較弱的溶蝕作用，在注入早期對(duì)于物性相對(duì)較好的ⅢA、ⅢB儲(chǔ)層物性具有一定的改善效果，對(duì)ⅢC 儲(chǔ)層會(huì)導(dǎo)致物性變差，物性越差的儲(chǔ)層在三元復(fù)合驅(qū)中越容易發(fā)生儲(chǔ)層傷害。

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立的三元復(fù)合驅(qū)儲(chǔ)層物性變化預(yù)測(cè)模型，能夠定量表征三類儲(chǔ)層物性變化規(guī)律，對(duì)三元復(fù)合驅(qū)的推廣運(yùn)用具有指導(dǎo)意義。