馮旭菲，王尤富，何 宏，吳 漢，余宏偉

(1.長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

引 言

聚合物驅(qū)油技術(shù)作為一種常用的三次采油措施，已在我國各大油田成功推廣應(yīng)用多年，成為油田增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)以及提高采收率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施[1-5]。然而由于我國陸相沉積油藏大多具有非常強(qiáng)的非均質(zhì)性，使得聚合物驅(qū)的原油采收率通常不高，在水驅(qū)的基礎(chǔ)上采收率一般提高10%左右，導(dǎo)致聚合物驅(qū)后仍有50%左右的原油得不到有效動(dòng)用。因此，聚合物驅(qū)后如何繼續(xù)提高油藏的采收率成了各大油田迫切需要解決的一項(xiàng)難題。

目前，國內(nèi)針對(duì)常規(guī)聚合驅(qū)油措施后進(jìn)一步提高采收率方面的研究主要包括高濃度高分子量聚合物驅(qū)、二元復(fù)合驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)、泡沫復(fù)合驅(qū)以及微生物驅(qū)等[6-12]。其中高濃度高分子量聚合物驅(qū)能夠有效擴(kuò)大波及體積，現(xiàn)場也取得了一些增油效果，但由于聚合物的洗油效率有限，并且會(huì)造成一定的聚合物浪費(fèi)，限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用；而二元復(fù)合驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)雖具有較好的驅(qū)油效果，但為了增大波及效率，必須增大聚合物的用量，經(jīng)濟(jì)效益較差；泡沫復(fù)合驅(qū)存在著泡沫穩(wěn)定性差以及注入困難等問題；微生物驅(qū)也存在著技術(shù)不成熟以及經(jīng)濟(jì)效益較差等方面的問題。

大量的室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)研究表明，要想進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)后的采收率，必須同時(shí)在擴(kuò)大宏觀波及體積和提高微觀洗油效率方面開展工作[13-16]。聚合物凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)能夠有效改善非均質(zhì)油藏的油水流度比，可以有效擴(kuò)大宏觀波及效率，而表面活性劑能夠通過降低油水界面張力、改善潤濕性等作用來提高油藏的微觀洗油效率[17-20]。因此，筆者將研制的新型聚合物凝膠和表面活性劑的特點(diǎn)相結(jié)合，研究了一種適合聚合物驅(qū)后繼續(xù)提高采收率的新型凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油技術(shù)，室內(nèi)評(píng)價(jià)了其在聚合物驅(qū)后的驅(qū)油效果，并在現(xiàn)場成功應(yīng)用，為進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)后采收率提供一定的借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：聚合物HPAM(分子量為25×106)、超高分子量聚合物CZL-3(部分水解聚丙烯酰胺，分子量為32.5×106)，大慶煉化公司；新型締合聚合物THW-3、交聯(lián)劑JLY-15；新型陰-非離子表面活性劑TYF-101，實(shí)驗(yàn)室自制；實(shí)驗(yàn)用水為模擬地層水(總礦化度45 520 mg/L)；實(shí)驗(yàn)用油為模擬油(H油田儲(chǔ)層原油與航空煤油按2∶1進(jìn)行混合，80 ℃下黏度為2.1 mPa·s)；人造柱狀巖心(長度7.5 cm，直徑2.5 cm)；人造非均質(zhì)巖心(尺寸為60 cm×60 cm×4.5 cm)，三層厚度均為2.0 cm，三層氣測滲透率分別為100×10-3μm2、500×10-3μm2和800×10-3μm2；儲(chǔ)層天然巖心取自H油田。

實(shí)驗(yàn)儀器：博勒飛DV-III型黏度計(jì)，美國Brookfield公司；TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀，美國CNG公司；HARKE-SPCA型視頻接觸角測定儀，北京哈科試驗(yàn)儀器廠；DQT型巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，博瑞斯科研儀器有限公司；DHG-9025A臺(tái)式精密型恒溫烘箱，上海善志儀器設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 新型聚合物凝膠性能評(píng)價(jià)

(1)成膠性能

使用模擬地層水配制不同濃度的新型締合聚合物THW-3溶液，再加入200 mg/L的交聯(lián)劑JLY-15，攪拌均勻后將體系置于恒溫烘箱中(80 ℃)，測定其成膠黏度和成膠時(shí)間，以評(píng)價(jià)新型聚合物凝膠的成膠性能。

(2)封堵性能

①將不同滲透率的人造柱狀巖心飽和模擬地層水，并計(jì)算其孔隙體積和孔隙度；②在地層溫度(80 ℃)使用模擬地層水驅(qū)替巖心，記錄驅(qū)替穩(wěn)定時(shí)的壓差p0；③在相同的實(shí)驗(yàn)條件下注入不同PV的新型聚合物凝膠溶液(1 200 mg/L締合聚合物THW-3+200 mg/L交聯(lián)劑JLY-15)，待其成膠后繼續(xù)使用模擬地層水驅(qū)替，記錄驅(qū)替穩(wěn)定時(shí)的壓差p1；④最后計(jì)算殘余阻力系數(shù)FRR和封堵率Φ，即

FRR=p1/p0；

(1)

Φ=1-1/FRR。

(2)

1.2.2 表面活性劑性能評(píng)價(jià)

(1)油水界面張力測定

使用模擬地層水配制不同濃度的新型陰-非離子表面活性劑TYF-101溶液，在常溫下使用TX-500C型旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀分別測定不同濃度表面活性劑溶液與模擬油之間的界面張力值。

(2)接觸角測定

將儲(chǔ)層天然巖心使用二甲基硅油處理成表面親油狀態(tài)，然后將巖心處理成相同尺寸的切片，再將巖心切片放置于不同濃度的新型陰-非離子表面活性劑TYF-101溶液中浸泡24 h，取出后烘干，使用HARKE-SPCA型視頻接觸角測定儀測量蒸餾水在不同巖心切片表面的接觸角變化情況。

1.2.3 驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

①將人造非均質(zhì)巖心飽和模擬水，然后繼續(xù)飽和模擬油，靜置老化24 h后備用；②使用模擬地層水驅(qū)替巖心直至出口端含水率達(dá)到98%以上為止，計(jì)算水驅(qū)油的采收率；③注入0.5 PV的聚合物HPAM(1 500 mg/L)溶液，然后后續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)到98%以上，計(jì)算聚合物驅(qū)的采收率；④繼續(xù)注入0.5 PV的新型聚合物凝膠溶液，成膠后緊接著注入0.5 PV的新型陰-非離子表面活性劑TYF-101溶液，后續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)到98%以上，計(jì)算出最終采收率，并以此得到聚合物驅(qū)后新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)的采收率；⑤作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)步驟③后單獨(dú)開展新型聚合物凝膠驅(qū)油和超高分子量聚合物CZL-3(1500 mg/L)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，注入量均為0.5 PV，繼續(xù)水驅(qū)至含水率達(dá)到98%以上，計(jì)算出兩種不同驅(qū)油方式的最終采收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 新型聚合物凝膠性能評(píng)價(jià)

2.1.1 成膠性能

按照1.2.1中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了新型聚合物凝膠的成膠黏度和成膠時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著新型締合聚合物THW-3質(zhì)量濃度的增大，聚合物凝膠的成膠黏度逐漸升高，而成膠時(shí)間逐漸減小。當(dāng)THW-3的質(zhì)量濃度為1 200 mg/L時(shí)，成膠黏度能夠達(dá)到2 500 mP·s以上，成膠時(shí)間在30 h以上，說明該聚合物凝膠具有良好的成膠性能； 再繼續(xù)增大THW-3的質(zhì)量濃度，成膠黏度大幅升高，而成膠時(shí)間則縮短至10 h左右。綜合考慮現(xiàn)場施工的需求，選擇新型締合聚合物THW-3的質(zhì)量濃度為1 200 mg/L。

圖1 新型聚合物凝膠的成膠性能Fig.1 Gelation properties of new polymer gel

2.1.2 封堵性能

按照1.2.1中的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)新型聚合物凝膠的封堵性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，當(dāng)新型聚合物凝膠注入 PV數(shù)相同時(shí)，巖心滲透率越高，殘余阻力系數(shù)和封堵率越??；而當(dāng)滲透率級(jí)別相同時(shí)，新型聚合物凝膠注入 PV數(shù)越大，殘余阻力系數(shù)和封堵率就越高。當(dāng)新型聚合物凝膠注入0.5 PV時(shí)，滲透率級(jí)別為(100～800)×10-3μm2巖心的殘余阻力系數(shù)均大于20，封堵率均在95%以上，說明此時(shí)新型聚合物凝膠對(duì)各個(gè)滲透率級(jí)別的巖心均起到了良好的封堵作用。因此，綜合考慮現(xiàn)場施工成本等因素，選擇新型聚合物凝膠的注入PV數(shù)為0.5。

表1 新型聚合物凝膠的封堵性能Tab.1 Plugging performance of new polymer gel

2.2 表面活性劑性能評(píng)價(jià)

2.2.1 降低油水界面張力性能

按照1.2.2中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了不同質(zhì)量濃度的新型陰-非離子表面活性劑TYF-101溶液與模擬油之間的界面張力值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著表面活性劑TYF-101質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，油水界面張力值呈現(xiàn)出“先下降后上升”的趨勢，當(dāng)表面活性劑TYF-101的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，溶液的油水界面張力值最小，達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)，再繼續(xù)增大表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，溶液的界面張力值有所上升。這是由于表面活性劑在溶液中達(dá)到臨界膠束濃度值以后，再增大其加量會(huì)形成比較大的膠束，降低油水界面繼續(xù)吸附表面活性劑分子的能力，使界面張力值有所增大。

圖2 表面活性劑降低油水界面張力性能Fig.2 Effect of surfactant mass fraction on interfacial tension between oil and water

2.2.2 改變潤濕性能

按照1.2.2中的實(shí)驗(yàn)方法，測定了不同濃度新型陰-非離子表面活性劑TYF-101溶液浸泡后的巖心切片表面的接觸角，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著表面活性劑TYF-101質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，巖心表面的接觸角逐漸減小，表面潤濕性由親油性逐漸向親水性轉(zhuǎn)變， 當(dāng)表面活性劑TYF-101的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.6%時(shí)，接觸角為85°～95°，此時(shí)巖心表面的潤濕性處于中性潤濕階段，再繼續(xù)增大TYF-101的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，巖心表面的親水性越來越強(qiáng)。根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)，巖心表面為中性潤濕時(shí)能夠顯著降低毛細(xì)管阻力和水驅(qū)油時(shí)的黏附功，從而提高水驅(qū)油效率。因此，綜合以上界面張力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇新型陰-非離子表面活性劑TYF-101的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

圖3 表面活性劑改變巖石表面潤濕性能Fig.3 Effect of surfactant mass fraction on wettability of rock surface

2.3 聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油效果

按照1.2.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了聚合物驅(qū)后采用新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)、單獨(dú)新型聚合物凝膠驅(qū)以及單獨(dú)超高分子量聚合物驅(qū)的效果，實(shí)驗(yàn)用巖心為人造非均質(zhì)巖心，物性參數(shù)見1.1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2、圖4、圖5和圖6。

表2 聚合物驅(qū)后不同實(shí)驗(yàn)方案的驅(qū)油效果Tab.2 Effects of different flooding schemes after polymer flooding

注：實(shí)驗(yàn)方案1為新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)；實(shí)驗(yàn)方案2為新型聚合物凝膠驅(qū)；實(shí)驗(yàn)方案3為超高分子量聚合物驅(qū)。

圖4 聚驅(qū)后新型凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油效果(2-1#巖心)Fig.4 Effect of new gel-surfactant combination flooding after polymer flooding (2-1# core)

圖5 聚驅(qū)后新型聚合物凝膠驅(qū)油效果(2-3#巖心)Fig.5 Effect of new polymer gel flooding after polymer flooding (2-3# core)

圖6 聚驅(qū)后超高分子量聚合物驅(qū)油效果(2-5#巖心)Fig.6 Effect of ultra-high molecular weight polymer flooding after polymer flooding (2-5# core)

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，水驅(qū)采收率基本在40%左右，聚合物驅(qū)的采收率增幅基本在11%左右，聚合物驅(qū)后采用新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)的采收率增幅在17%左右，單獨(dú)新型聚合物凝膠驅(qū)采收率增幅在10%左右，單獨(dú)超高分子量聚合物驅(qū)的采收率增幅在12%作用，其中聚合物驅(qū)后新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)的采收率增幅最大。

在前期水驅(qū)和聚合物驅(qū)后，非均質(zhì)巖心已形成優(yōu)勢通道，使后續(xù)注入流體逐漸進(jìn)入低效甚至無效循環(huán)狀態(tài)，驅(qū)油效率下降。此時(shí)，注入新型聚合物凝膠能對(duì)巖心中的大孔道產(chǎn)生有效封堵，增大后續(xù)注入流體的波及體積，使后續(xù)注入的表面活性劑溶液更多地進(jìn)入到殘余油飽和度更高的區(qū)域，提高了洗油效率，從而進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)后的原油采收率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 區(qū)塊基本情況

H油田某區(qū)塊含油面積為2.76 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為578.3×104t，儲(chǔ)層孔隙度主要分布在19.1%～26.7%，平均為22.3%，儲(chǔ)層滲透率主要分布在(100～950)×10-3μm2，平均為552×10-3μm2，地層非均質(zhì)性較強(qiáng)，層間滲透率變異系數(shù)為0.5～1.6，地層條件下原油黏度為20.6 mPa·s。目標(biāo)區(qū)塊自1989年4月投入開發(fā)，該區(qū)塊共設(shè)計(jì)注入井21口，生產(chǎn)井35口。前期主要采用注水開發(fā)生產(chǎn)，由于注水開采效果變差，自2010年開始由注水轉(zhuǎn)注聚合物驅(qū)油，累計(jì)注入聚合物溶液0.54 PV，之后轉(zhuǎn)入后續(xù)注水開發(fā)階段，目前該油田已進(jìn)入高含水開發(fā)階段，綜合含水率已達(dá)到96%以上。

3.2 先導(dǎo)試驗(yàn)效果預(yù)測

使用Eclipse軟件對(duì)目標(biāo)區(qū)塊實(shí)施水驅(qū)、常規(guī)聚合物驅(qū)和新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)的整體采收率進(jìn)行了預(yù)測，水驅(qū)采收率為37.61%，化學(xué)驅(qū)的總注入量均為0.54 PV，預(yù)測結(jié)果見表3?？梢钥闯?，在水驅(qū)后目標(biāo)區(qū)塊采用常規(guī)聚合物驅(qū)可以提高采收率2.39%，增油量為11.6×104t；而采用新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)可以提高采收率4.87%，增油量為23.6×104t。

表3 先導(dǎo)試驗(yàn)效果預(yù)測結(jié)果Tab.3 Prediction effect of pilot tests

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

對(duì)該區(qū)塊開展了新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油的先導(dǎo)試驗(yàn)，施工措施后，該區(qū)塊內(nèi)注入井的注入壓力顯著升高，由措施前的8.2MPa升高至措施后的11.6MPa，這是由于注入的新型聚合物凝膠在地層中成膠后對(duì)大孔隙產(chǎn)生了封堵，并且由于其黏度升高，增大了流體在地層中的滲流阻力，使后續(xù)流體發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，有助于提高波及體積。措施后對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)井均不同程度達(dá)到了增油降水的效果，油井見效率達(dá)到98%，其中5口生產(chǎn)井的生產(chǎn)參數(shù)見表4。

表4 新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油現(xiàn)場應(yīng)用效果Tab.4 Application effect of new polymer gel-surfactant composite flooding

由以上結(jié)果可以看出，H油田某區(qū)塊實(shí)施新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油措施后，5口典型生產(chǎn)井的平均日產(chǎn)油量由措施前的6.46 t升高至13.16 t，日產(chǎn)油量提高1倍以上，而平均含水率由措施前的94.18%下降為82.22%，起到了良好的降水增油效果。這說明聚合物驅(qū)后繼續(xù)采用新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油措施能夠進(jìn)一步提高原油的采收率，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

(1)新型締合聚合物THW-3和交聯(lián)劑JLY-15具有良好的成膠性能和封堵性能，新型陰-非離子表面活性劑TYF-101具有良好的界面活性和潤濕反轉(zhuǎn)性能。

(2)聚合物驅(qū)后采用新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)可以進(jìn)一步提高原油的采收率，能使非均質(zhì)巖心聚合物驅(qū)后的采收率繼續(xù)提高17%左右，驅(qū)油效果明顯優(yōu)于單獨(dú)注入新型聚合物凝膠驅(qū)或單獨(dú)注入超高分子質(zhì)量聚合物驅(qū)。

(3)H油田某區(qū)塊現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，聚合物驅(qū)后進(jìn)一步采取新型聚合物凝膠-表面活性劑復(fù)合驅(qū)油，注入壓力明顯上升，生產(chǎn)井產(chǎn)油量明顯提高，含水率明顯降低，起到了良好的控水增油效果。