聚合物微球和表面活性劑結(jié)合提高采收率實(shí)驗(yàn)研究——以沙埝油田 H區(qū)塊為例

王 越,孫 衛(wèi),張 奉,劉柏林,巢忠堂

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710069;2.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)

聚合物微球和表面活性劑結(jié)合提高采收率實(shí)驗(yàn)研究
——以沙埝油田 H區(qū)塊為例

王 越1,孫 衛(wèi)1,張 奉1,劉柏林2,巢忠堂2

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710069;2.中國石化江蘇油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院)

針對(duì)蘇北盆地沙埝油田 H斷塊開發(fā)中出現(xiàn)的含水高、遞減快和常規(guī)工藝措施難以解決注入水沿高滲條帶突進(jìn)等問題,提出了利用聚合物微球進(jìn)行深度調(diào)剖,并利用真實(shí)砂巖模型,對(duì)聚合物微球和表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理、驅(qū)油效率及剩余油分布等進(jìn)行了物理模擬研究。研究表明,驅(qū)油效率隨著物性的變好,非均質(zhì)性的減弱而提高;微球和表面活性劑聯(lián)合使用可使采收率平均提高8.74%;并且微觀非均質(zhì)性越強(qiáng),采收率的增加值越大。

聚合物微球;表面活性劑;驅(qū)油效率;沙埝油田

表面活性劑驅(qū)是三次采油的有效方法[1-2],但中高含水期單一表面活性劑驅(qū)油體系,波及系數(shù)低,采收率增加值不大。調(diào)剖是增大注入劑波及系數(shù)的主要手段,但傳統(tǒng)調(diào)剖劑存在有效期短,無法發(fā)揮深度調(diào)剖作用等缺點(diǎn),而新型的聚合物微球,可在水中均勻分散進(jìn)入注水地層并吸水膨脹,通過在孔隙中運(yùn)移來實(shí)現(xiàn)逐級(jí)封堵作用[3-5]。近年來有人提出“2+3”提高采收率技術(shù),核心是在對(duì)地層充分調(diào)剖的基礎(chǔ)上,注入驅(qū)油劑,將剩余油飽和度較高區(qū)域的油驅(qū)出,最大限度地提高原油采收率[6]。但該技術(shù)只有少量研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,且主要集中在中高滲透油藏中,鮮見適應(yīng)于低滲透油藏的成功報(bào)道[6-9]。本次研究利用真實(shí)砂巖微觀模型,對(duì)聚合物微球和表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理、驅(qū)油效率和剩余油分布等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,以期對(duì)“2+3”驅(qū)油技術(shù)在低滲透油藏的應(yīng)用做出有意義的探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

江蘇油田H斷塊位于蘇北盆地沙埝油田中部,主要含油層系為古近系阜寧組阜三段,為一套淺水→較深水→湖泊環(huán)境的三角洲沉積,巖性為長(zhǎng)石巖屑砂巖,含少量的巖屑長(zhǎng)石砂巖。平均孔隙度為23%,空氣滲透率為 40.3×10-3μm2,滲透率級(jí)差為150.1,表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。當(dāng)前已暴露出低滲透油藏水驅(qū)開發(fā)的典型問題:含水高,遞減快,注水效果差。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c設(shè)備

實(shí)驗(yàn)共制作模型10塊,真實(shí)砂巖模型系采用H斷塊儲(chǔ)層巖心制作,具體制作工藝見文獻(xiàn)[10]。實(shí)驗(yàn)用油為地層原油(粘度2.2 m Pa·s),表面活性劑為陽離子C34H74N2Br2,水為實(shí)際注入水。實(shí)驗(yàn)時(shí)在油中加入少量油溶紅和水中加入甲基藍(lán)。實(shí)驗(yàn)方法為常規(guī)真實(shí)砂巖驅(qū)油實(shí)驗(yàn)(見文獻(xiàn)[10-11])。現(xiàn)配質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%微球溶液并注入模型,注入量為0.3倍孔隙體積。待微球在模型中停留7天后,注入0.5 PV質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的表面活性劑溶液,隨后進(jìn)行1 PV水驅(qū),并計(jì)算最終驅(qū)油效率。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 微球膨脹前后真實(shí)形態(tài)

微球采用微乳聚合而成的一種凍膠型堵劑,微球膨脹前粒徑中值為200 nm,所配0.2%微球放置在40℃左右的培養(yǎng)皿中,在體視顯微鏡下觀察(圖1(A),(B))。微球放置7天后,膨脹到原來的40倍左右,平均粒徑達(dá)到約8μm,與各樣品壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,實(shí)驗(yàn)中各樣品平均中值孔喉半徑為19μm,數(shù)量級(jí)為μm級(jí),故該尺寸的微球完全可以達(dá)到封堵要求(表1)。

圖1 真實(shí)砂巖微觀實(shí)驗(yàn)照片

表1 微球膨脹后粒徑與樣品中值喉道半徑統(tǒng)計(jì) μm

3.2 注入壓力的變化

對(duì)注入微球并放置7天后的模型注入0.5 PV 0.3%的表面活性劑溶液,由于微球體積明顯膨大,多個(gè)微球同時(shí)在喉道處堆積產(chǎn)生封堵,造成注入壓力較之2 PV水驅(qū)時(shí)明顯增大(圖2)。其中,壓力增加最大的是模型5,壓力升高了8.8 KPa,增加最小的是模型10,升高了2.1 KPa,每塊樣品壓力平均升高3.98 KPa。

圖2 注入壓力的變化

3.3 驅(qū)替類型

對(duì)注入表面活性劑的模型進(jìn)行1 PV水驅(qū)油實(shí)驗(yàn),由于樣品微觀非均質(zhì)性的影響,注入微球后,主要觀察到如下2種類型驅(qū)替現(xiàn)象:

(1)均質(zhì)模型。該類驅(qū)替方式以模型1、3、4為代表。以模型3為例,鏡下觀察發(fā)現(xiàn),該類模型整體孔喉分選較好,模型的微觀非均質(zhì)性較弱。由于孔隙連通性好,1～2倍水驅(qū)時(shí)波及范圍已較大,注入微球后,微球放置膨大后對(duì)部分連通性相對(duì)較好的孔隙進(jìn)行一定程度的封堵,隨后進(jìn)入的表活劑主要對(duì)小孔喉處及大孔喉邊部的油膜殘余油和角隅殘余油進(jìn)行了驅(qū)替(圖1(C),(D)圈中所示),圖C中2 PV水驅(qū)后的油膜狀剩余油在圖D中已被表活劑驅(qū)替。

(2)非均質(zhì)模型。該類驅(qū)替方式以模型8、10為代表。鏡下觀察發(fā)現(xiàn),該類模型的孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性非常嚴(yán)重,以模型8為例,在1～2倍水驅(qū)時(shí),由于水沿連通性好的大孔隙突進(jìn),波及范圍較小,注入微球后,微球進(jìn)入主要滲流通道,膨大后對(duì)大孔喉進(jìn)行封堵,使得后續(xù)進(jìn)行的表活劑驅(qū)中注入水進(jìn)入了常規(guī)水驅(qū)時(shí)未曾波及到的區(qū)域(圖1(E)、(F)),E圖中在2 PV水驅(qū)時(shí)由于孔喉非均質(zhì)性造成了注入水大范圍的繞流,該片區(qū)域幾乎未曾被注入水波及到,在調(diào)驅(qū)后,注入水進(jìn)入該區(qū)域,該繞流殘余被油驅(qū)替。

3.4 剩余油分布

常規(guī)真實(shí)砂巖油水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明,水驅(qū)過程終了時(shí),微觀剩余油主要有兩種形成方式:一種是由于微觀指進(jìn),繞流形成的殘余油;另一種是由于非活塞式驅(qū)油及卡段形成的殘余油。并且在注入水達(dá)到高倍數(shù)以上,由于注入水已形成了固定通道,使得微觀剩余油分布很難發(fā)生改變[11-14]。而本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微球在模型中膨大形成堵塞可導(dǎo)致剩余油的重新分布。如模型9(圖1(G)、(H)),圖 G中為2 PV水驅(qū)后形成的卡斷殘余油,在圖 H中這部分殘余油已經(jīng)匯集到一起,成為連片的油流。這種看似反常的現(xiàn)象是由于被迫改道的注入水將原來未曾波及到的繞流剩余油驅(qū)替出來,并與原來通道上被驅(qū)替過形成的卡斷殘余油匯集,又形成完整的油流,此現(xiàn)象證明了微球的調(diào)剖作用很明顯,是微球造成了剩余油的重新分布。當(dāng)然,這只是局部區(qū)域在整個(gè)驅(qū)替過程中一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀況,在油田的實(shí)際生產(chǎn)中,在后續(xù)水不斷注入的情況下,這種類型的剩余油也將會(huì)被驅(qū)替出來。

4 驅(qū)油效率影響因素

4.1 物性對(duì)驅(qū)油效率的影響

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖3),驅(qū)油效率與物性成一定的正相關(guān)關(guān)系,各模型的孔隙度、滲透率越大,其驅(qū)油效率也越高,這是因?yàn)榭紫抖群蜐B透率是樣品物性的綜合表征,這二者值越大,樣品中油的可容空間和有效滲流通道也越多,在水驅(qū)油的過程中越不容易被卡斷,越容易形成連續(xù)的油流而被驅(qū)出。而由于賈敏效應(yīng)的影響,要使被已經(jīng)形成卡斷的殘余油重新匯集而被驅(qū)出是相當(dāng)困難的。

圖3 物性與2PV驅(qū)油效率的關(guān)系

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對(duì)驅(qū)油效率的影響

孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性主要由樣品的孔喉分選系數(shù)和均值系數(shù)體現(xiàn)。隨著樣品非均質(zhì)性增強(qiáng)(分選系數(shù)變大,均質(zhì)系數(shù)變小),驅(qū)油效率減小,但相關(guān)性較差(圖4)。這是因?yàn)闃悠返姆蔷|(zhì)性強(qiáng)弱對(duì)油水驅(qū)替過程有著正反兩方面的影響。一方面,孔喉分選差、非均質(zhì)性強(qiáng),會(huì)使注入水突進(jìn),波及面積低,這對(duì)采收率有不利的影響;另一方面,孔喉分選差意味著樣品中存在粗大的孔喉,這更容易形成連續(xù)的油流,會(huì)使卡斷殘余油的形成有所減少。同理,非均質(zhì)性弱對(duì)驅(qū)油效率的影響也具有雙重性。這二種截然相反的作用疊加在一起,使得孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性對(duì)驅(qū)油效率的影響較為復(fù)雜,不同的研究者甚至得出了相反的結(jié)論[15-16],但在本次研究中,研究區(qū)阜三段樣品由于非均質(zhì)性強(qiáng)使得注入水突進(jìn),造成波及面積減小,使采收率降低占主導(dǎo)地位。

圖4 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性與2 PV驅(qū)油效率的關(guān)系

在對(duì)常規(guī)2 PV水驅(qū)結(jié)束后的模型注入聚合物微球,然后以表活劑段塞驅(qū)替之后,各模型的最終驅(qū)油效率較之2 PV水驅(qū)油效率均有不同程度的提高,平均增加8.74%。驅(qū)油效率的增加值與孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性有明顯的相關(guān)關(guān)系(圖5)。非均質(zhì)性越強(qiáng)(分選系數(shù)越大,均質(zhì)系數(shù)越小),驅(qū)油效率的增加值也越高。這是因?yàn)樽⑷胛⑶蛘{(diào)驅(qū)之后,優(yōu)勢(shì)水流通道被封堵,后續(xù)水被迫改道,使得原來大量的繞流殘余油被驅(qū)替,故驅(qū)油效率提高較大,如模型4、8、10。這三塊模型的驅(qū)油效率平均提高了12.9%,最高達(dá)15.79%。而對(duì)于非均質(zhì)性較弱的模型,由于孔喉分布較為均一,注入水推進(jìn)本來就比較均勻,故微球的調(diào)驅(qū)作用發(fā)揮的不明顯,驅(qū)油效率的增加主要來自于后續(xù)表面活性劑溶液對(duì)滲流通道上油膜殘余油及角隅殘余油的剝蝕。如模型3、2,驅(qū)油效率分別增加了3.77%和5.74%。

圖5 孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性與驅(qū)油效率增加值的關(guān)系

5 結(jié)論

(1)室內(nèi)真實(shí)砂巖微觀模型實(shí)驗(yàn)表明,利用聚合物微球調(diào)剖,水驅(qū)油注入壓力有明顯的增加并會(huì)造成剩余油的重新分布。

(2)影響低滲透儲(chǔ)層水驅(qū)油效率的因素有物性和孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性,物性越好和非均質(zhì)性越弱,水驅(qū)油效率越高。

(3)對(duì)于低滲儲(chǔ)層,在注入聚合物微球調(diào)剖后,再用表面活性劑驅(qū)替,驅(qū)油效率有明顯的提高,并且模型的非均質(zhì)性越強(qiáng),驅(qū)油效率提高越大。

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TE357.431

A

1673-8217(2011)05-0105-04

2011-04-14;改回日期:2011-05-12

王越,1986年生,在讀碩士研究生,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系油氣田開發(fā)工程專業(yè),主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)研究工作?；痦?xiàng)目:西北大學(xué)研究生科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目(10YSY03)。

編輯:劉洪樹