劉海成

中國石化勝利油田勘探開發(fā)研究院

隨著油氣勘探開發(fā)力度的加大，老油田挖潛備受關(guān)注。我國東部大部分油田在經(jīng)歷長周期的注水開發(fā)后已全面進入特高含水階段[1-6]。由于聚合物制備簡單、價格低廉、調(diào)堵高效[7-8]，因此，聚合物驅(qū)是許多油田普遍采取的提高采收率方法之一。聚合物驅(qū)通過提高注入流體的黏度來提高油水流度比，基于流度的有效控制，聚合物驅(qū)相對于水驅(qū)可以提高波及系數(shù)[9-14]。然而，聚合物驅(qū)的微觀流度控制能力仍然有限，影響了聚合物驅(qū)對高含水乃至特高含水階段的復(fù)雜剩余油的動用效果，提高采收率程度亟待提高。為了進一步提高特高含水油藏的采收率，近年來研發(fā)出了新型非均相復(fù)合調(diào)驅(qū)體系，但目前對非均相驅(qū)的研究普遍為非均相復(fù)合體系配方的研發(fā)及性能的評價[15-17]，可通過調(diào)整制備過程中的主劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)而控制預(yù)交聯(lián)顆粒的膨脹倍數(shù)，改善地層溫度、礦化度等對非均相體系性能的影響[18]。此外，設(shè)計了pH值響應(yīng)型等功能型預(yù)交聯(lián)顆粒，實現(xiàn)非均相體系性質(zhì)的有效控制[19]。然而，目前研究仍缺少從微觀角度對非均相驅(qū)微觀滲流特征的分析。本研究評估了特高含水階段聚驅(qū)后非均相驅(qū)提高采收率的能力，研究了特高含水階段非均相復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的微觀滲流規(guī)律，分析了微觀剩余油在驅(qū)替過程中的動態(tài)演化特征，在微觀孔喉尺度上明晰了聚驅(qū)后非均相驅(qū)的滲流規(guī)律和剩余油的動用規(guī)律。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及裝置

1.1.1實驗材料

聚合物(部分水解聚丙烯酰胺，HPAM)和支化預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒(B-PPG)，勝利油田勘探開發(fā)研究院提供；α-烯烴磺酸鈉(AOS)，化學(xué)純，麥克林公司；NaCl、CaCl2、MgCl2·6H2O，麥克林公司；去離子水；模擬地層水，礦化度為7 954 mg/L；原油由勝利油田提供，在70 ℃時，黏度為65 mPa·s；石英砂，粒徑為0.10～0.21 mm。

1.1.2實驗裝置

實驗裝置由巖心驅(qū)替系統(tǒng)和微觀滲流系統(tǒng)兩個核心部分組成，如圖1所示。巖心驅(qū)替系統(tǒng)包括：填砂管、采出液收集系統(tǒng)、平流泵、回壓閥、壓差傳感器；其中，填砂管長度為30 cm，內(nèi)徑為2.5 cm，內(nèi)填裝石英砂制備獲取不同滲透率參數(shù)。微觀滲流系統(tǒng)包括：微觀可視化滲流模擬裝置、微觀可視化模型(長寬比為1∶1，邊長為40 mm)、高清攝像機(北京視界通儀器有限公司)，其中，微觀可視化模型以勝利油田疏松砂巖為樣本刻蝕制備而成。

1.2 實驗方法

1.2.1溶液配制

(1) 根據(jù)勝利油田地層水組成，采用NaCl、CaCl2、MgCl2·6H2O和去離子水配制模擬地層水。由HPAM和模擬地層水配制得到聚合物溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%，配制完成后，用磁力攪拌器攪拌24 h，使聚合物充分溶解。70 ℃時，聚合物溶液黏度約為23 mPa·s。

(2) 非均相體系的配制方法：首先向模擬地層水中加入表活劑，低速攪拌，然后加入聚合物干粉和B-PPG顆粒，確保溶液中不產(chǎn)生團聚物，持續(xù)攪拌2 h，即得到非均相體系。B-PPG粒徑為0.10～0.15 mm，膨脹系數(shù)為40.2。

(3) 由HPAM、表面活性劑AOS、B-PPG顆粒和模擬地層水配制得到非均相復(fù)合調(diào)驅(qū)體系配方為：0.16%(w)HPAM+0.4%(w)AOS+0.08%(w)B-PPG。

1.2.2填砂管模型驅(qū)油實驗

(1) 均質(zhì)填砂管驅(qū)油實驗。采用均質(zhì)填砂管驅(qū)油實驗評價聚合物驅(qū)后非均相體系驅(qū)油規(guī)律。首先制備填砂管模型，抽真空，飽和模擬地層水，計算孔隙度和水測滲透率，然后飽和油。以1.0 mL/min的流量進行水驅(qū)4.0 PV，再以相同的注入流量進行聚合物驅(qū)1.0 PV、非均相驅(qū)1.0 PV和后續(xù)水驅(qū)4.0 PV。記錄驅(qū)替壓差，計算采收率。

(2) 非均質(zhì)填砂管調(diào)驅(qū)實驗。采用非均質(zhì)填砂管調(diào)驅(qū)實驗評價聚合物驅(qū)后非均相體系調(diào)驅(qū)規(guī)律。制備兩個不同滲透率填砂管模型，采用合注分采的方式進行分流調(diào)驅(qū)實驗，即同時向兩個模型以相同的注入流量(1.0 mL/min)進行水驅(qū)、聚合物驅(qū)、非均相驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)，分別收集兩個模型的采出液并計算采收率。

在均質(zhì)填砂管驅(qū)油實驗中，填砂管滲透率為3 422×10-3μm2，孔隙度為38.5%，初始含油飽和度為89.5%；在非均質(zhì)填砂管調(diào)驅(qū)實驗中，填砂管滲透率分別為3 328×10-3μm2和1 025×10-3μm2，滲透率級差為3.25，孔隙度分別為37.6%和35.9%，初始含油飽和度分別為88.6%和87.7%。

1.2.3微觀可視化模型驅(qū)油實驗

微觀可視化模型抽真空處理，然后依次注入模擬地層水和原油。首先水驅(qū)至特高含水期，流量為0.005 mL/min，至采出液中不含油；然后以相同的流量注入1.0 PV聚合物、1.0 PV非均相體系。記錄過程中微觀驅(qū)油特征及聚合物、非均相體系滲流規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 宏觀滲流特征

2.1.1均質(zhì)條件下驅(qū)油規(guī)律

均質(zhì)條件下非均相體系驅(qū)油規(guī)律如圖2所示。由圖2可知，水驅(qū)初期，驅(qū)替壓差迅速上升至峰值，原油采收率大幅度提高，然后驅(qū)替壓差迅速下降，表明此時注入水已突破。注入聚合物后，驅(qū)替壓差再次上升，同時采收率提高，注入1.0 PV后轉(zhuǎn)注非均相體系，驅(qū)替壓差及采收率進一步上升，表明非均相體系封堵能力強。后續(xù)水驅(qū)進行后，驅(qū)替壓差逐漸下降，采收率提升幅度放緩。實驗發(fā)現(xiàn)，特高含水階段注入聚合物和非均相體系，封堵效果顯著，采收率大幅度提高，最終采收率較水驅(qū)提高了32.8%。

2.1.2非均質(zhì)條件下調(diào)驅(qū)規(guī)律

非均質(zhì)條件下的調(diào)驅(qū)實驗研究中，分流量隨注入孔隙體積的變化情況如圖3所示。由圖3可知，注水初期，水主要進入高滲透率填砂管，高滲管分流量遠高于低滲管。水驅(qū)至特高含水期后，高滲透率填砂管中形成竄流通道，滲流阻力小，因此，聚合物注入后主要進入高滲管中封堵竄流通道，改善注水剖面。由于低滲管滲流阻力聚合物進入量少，注入非均相體系后，進一步強化了對高滲管竄流通道的封堵效果，長時間后續(xù)水驅(qū)過程兩管分流量仍保持相近水平，表明聚驅(qū)后非均相驅(qū)可有效封堵竄流通道。水驅(qū)階段高滲管采收率高于低滲管，注聚后二者差距縮小，非均相體系注入后低滲管采收率提高幅度超過高滲管，最終原油采收率高滲管和低滲管接近(見圖4)，特高含水期聚合物驅(qū)后轉(zhuǎn)注非均相體系，調(diào)驅(qū)效果顯著。

在孤島油田中一區(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)實施非均相調(diào)驅(qū)作業(yè)，注入井共15口，生產(chǎn)井共10口。本次非均相體系調(diào)驅(qū)施工共注入兩個段塞，前置段塞注入量為0.08 PV，聚合物溶液和B-PPG驅(qū)油劑的平均注入質(zhì)量濃度均為1 663 mg/L，主體段塞注入量為0.25 PV，聚合物溶液和B-PPG驅(qū)油劑的平均注入質(zhì)量濃度均為1 296 mg/L，表面活性劑的平均注入質(zhì)量濃度為2 400 mg/L。以見效井9X3009為例，日產(chǎn)油量由實施前的1.8 t升至9.1 t，含水率由實施前的89.7%下降到81.5%。試驗區(qū)調(diào)驅(qū)后綜合含水率由98.2%降至89.1%，累計增產(chǎn)原油10.9×104t，已提高采收率6.4%，預(yù)測最終采收率提高8.5%。

2.2 微觀滲流特征

2.2.1水驅(qū)滲流特征

利用微觀可視化模型對水驅(qū)滲流特征進行研究。滲流方向如圖5標(biāo)注所示，注入端和采出端沿模型對角線設(shè)置。當(dāng)水進入多孔介質(zhì)后，很快突破至模型采出端，水竄通道形成。水驅(qū)0.4 PV與水驅(qū)4.0 PV時相比，注入端波及范圍和洗油效率變化不大，這是由于當(dāng)水驅(qū)0.4 PV后突破，形成水竄通道，后續(xù)水驅(qū)難以有效動用未波及區(qū)域內(nèi)原油，大部分沿優(yōu)勢通道竄流。通過微觀可視化手段可清晰觀察滲流過程中注入水流動方向及竄流通道的形成。采出端在水突破時僅形成一條窄流道(如圖5(e)藍色箭頭所示)，繼續(xù)注水可進一步動用剩余油，這是由于后續(xù)水通過窄流道時，水驅(qū)流速較高，對油剪切作用較強，高剪切作用有利于剝離通道內(nèi)的原油。當(dāng)水驅(qū)至4.0 PV后形成寬竄流通道時(如圖5(f)藍色箭頭所示)，剩余油難以被動用，這是由于竄流通道較寬時，水驅(qū)流速較低，低剪切作用不足以驅(qū)動通道內(nèi)的原油。

特高含水期有大量剩余油賦存，導(dǎo)致水驅(qū)采收率較低。波及區(qū)域內(nèi)剩余油主要被分為4類：如圖6(a)綠色圈所示的膜狀剩余油，指的是由于油的強黏附性而以膜狀賦存于水竄通道壁面的剩余油；如圖6(b)橙色圈所示柱狀剩余油，指的是由于強毛管阻力而導(dǎo)致驅(qū)替流體繞流形成的、位于單一喉道內(nèi)的剩余油，柱狀剩余油兩端與驅(qū)替流體接觸；如圖5(b)、圖5(c)、圖5(e)、圖5(f)和圖6(c)紅色圈所示的多孔狀剩余油，指的是賦存于相互連通的多個孔喉中、由于高滲流阻力導(dǎo)致驅(qū)替流體沿該區(qū)域繞流形成的剩余油，多孔狀剩余油與驅(qū)替流體接觸面為3個及以上；如圖5(b)、圖5(c)和圖6(d)紫色圈所示的盲端剩余油，指的是位于盲端(即只有單一端與孔喉網(wǎng)絡(luò)相連)中的剩余油，因此只有一端與驅(qū)替流體接觸。

2.2.2聚合物驅(qū)滲流特征

由于水油流度的差異，水驅(qū)過程中竄流通道(如圖7(a)藍色箭頭所示)建立，形成了波及區(qū)(圖7(a)Ⅱ區(qū)域)和未波及區(qū)(圖7(a)Ⅰ區(qū)域)兩個區(qū)域，其中未波及區(qū)內(nèi)剩余油被稱為連片剩余油。由于聚合物黏度高，聚驅(qū)水油流度比低，聚合物能進入水驅(qū)未波及區(qū)域，形成新的流道(如圖7(b)藍色箭頭所示)，波及面積擴大。

聚驅(qū)后期竄流通道形成(如圖7(c)藍色箭頭所示)，波及范圍難以繼續(xù)擴大，采油量增長緩慢。剩余油的演化現(xiàn)象主要存在兩類：第一類是水驅(qū)未波及區(qū)內(nèi)的連片剩余油在聚驅(qū)后演化為多孔狀剩余油、膜狀剩余油等新的剩余油，如圖7所示；第二類是波及區(qū)內(nèi)剩余油在聚驅(qū)的作用下演化為其他類型的剩余油，如圖8所示，多孔狀剩余油和柱狀剩余油被啟動，大量剩余油被驅(qū)替出原賦存位置，演化形成低含量剩余油。然而，由于聚合物控制流度能力有限，仍有大量剩余油難以被有效動用，如圖8(b)所示，大量剩余油如多孔狀剩余油、膜狀剩余油、盲端剩余油等仍殘留于孔喉中，這表明特高含水油藏聚驅(qū)仍有局限性。

2.2.3非均相驅(qū)滲流特征

聚驅(qū)后竄流通道(如圖9(a)中藍色陰影區(qū)域所示)的形成導(dǎo)致仍有部分區(qū)域難以被波及，演化為波及區(qū)(圖9(a)Ⅱ區(qū)域)和未波及區(qū)(圖9(a)Ⅰ區(qū)域)兩個區(qū)域，相比于水驅(qū)，聚驅(qū)后未波及區(qū)域縮小。非均相驅(qū)是B-PPG顆粒與聚合物、表面活性劑協(xié)同作用的復(fù)合調(diào)驅(qū)技術(shù)，B-PPG顆粒被攜帶進入聚驅(qū)竄流通道形成有效封堵，后續(xù)流體滲流通道拓展(如圖9(b)箭頭所示)，既能進入未波及區(qū)啟動連片剩余油，也能驅(qū)替波及區(qū)內(nèi)剩余油，剩余油被有效動用，如圖9所示。

非均相驅(qū)主要通過封堵竄流通道，提高竄流通道滲流阻力，從而拓展新的滲流通道動用剩余油。由于B-PPG顆粒的高封堵能力，在竄流通道處堆積堵塞(見圖10)，促使液流轉(zhuǎn)向，形成新的流線，同時也提高了原竄流通道的洗油效率。如圖11所示，在非均相體系的高封堵作用下，后續(xù)流體對剩余油的驅(qū)動力提高，更易于將剩余油分割、剝離形成小塊剩余油。此外，由于非均相體系中存在一定量的表面活性劑，從而對剩余油起到一定的乳化作用。因此，在非均相驅(qū)的作用下，原大塊剩余油演化為小塊剩余油和油滴被從原賦存位置中驅(qū)替出。

通過對水驅(qū)、聚合物驅(qū)、非均相驅(qū)各驅(qū)替階段不同剩余油含量及采收率分析(見圖12)可知，水驅(qū)采收率處于較低水平(29.5%)，各類剩余油含量較高。聚驅(qū)后各類剩余油含量均降低，連片剩余油和多孔狀剩余油含量降低幅度大，而膜狀、柱狀、盲端剩余油變化幅度較小，表明聚驅(qū)主要作用為提高波及系數(shù)，將大塊剩余油分割動用。非均相驅(qū)后連片剩余油和多孔狀剩余油大幅度降低，膜狀、盲端、柱狀剩余油進一步降低，表明非均相驅(qū)剩余油動用效果顯著，既大幅度提高了波及系數(shù)，又提高了洗油效率，聚驅(qū)、非均相驅(qū)后相較水驅(qū)采收率提高了約50%。

3 結(jié)論

(1) 宏觀驅(qū)油實驗表明，在均質(zhì)條件下，特高含水階段注入聚合物和非均相體系后，驅(qū)替壓差迅速提高，水竄通道被有效地封堵，整體原油采收率較水驅(qū)提高了32.8%；在非均質(zhì)條件下，低滲填砂管采收率較初始水驅(qū)階段提高了38.1%，雙填砂管整體采收率提高了35.2%。表明聚合物和非均相體系能夠有效封堵竄流通道，提高剩余油動用程度。

(2) 微觀可視化驅(qū)油實驗表明：特高含水階段竄流通道形成，各類剩余油賦存于多孔介質(zhì)中；注入聚合物后，水油流度比降低，波及范圍擴大，但仍形成新竄流通道，流度控制能力有限；注入非均相體系后，B-PPG顆粒在竄流通道中形成高效封堵，竄流通道中的流動阻力增加，促使液流發(fā)生轉(zhuǎn)向進入微小孔道和盲端，連片剩余油和多孔狀剩余油大幅度降低，膜狀、盲端、柱狀剩余油進一步降低，剩余油動用效果顯著，聚驅(qū)、非均相驅(qū)后相較水驅(qū)采收率提高了約50%。

(3) 油田現(xiàn)場采用非均相驅(qū)時，可在聚合物驅(qū)后采出液含水量快速上升時立刻轉(zhuǎn)注非均相體系段塞，可有效封堵儲層竄流通道，降低含水率，提高原油采收率。