安志杰

遼河油田公司鉆采工藝研究院

海南3斷塊二元驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用

安志杰

遼河油田公司鉆采工藝研究院

根據(jù)遼河油田海南3斷塊油藏的具體特點(diǎn)，研究了聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)技術(shù)。通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究了聚合物微球濃度、表面活性劑濃度和段塞大小對二元驅(qū)效果的影響，對二元驅(qū)的基本參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，海南3斷塊二元驅(qū)中表面活性劑復(fù)配體系的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.007 5%甜菜堿17+0.01%表面活性劑6501；聚合物微球的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%；段塞大小對二元驅(qū)效果有較大影響，隨著段塞體積的增大，采收率增值增大到26.12%后增幅逐漸變小，最佳注入段塞為0.35 PV。該技術(shù)自2015年在海南3斷塊應(yīng)用后，階段累計增油超過1萬t，表明聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)技術(shù)在中低滲油藏水驅(qū)后期具有廣泛的應(yīng)用前景。

海南3斷塊；二元驅(qū)；聚合物微球；表面活性劑；采收率

近年來，無堿二元驅(qū)作為一種有效的三次采油技術(shù)在各大油田得到廣泛應(yīng)用，起到了良好的降水增油效果［1-2］。海南3斷塊為注水開發(fā)區(qū)塊，該地區(qū)油氣特點(diǎn)為含油氣井段長，油層較多且單層較??；原油黏度較低，油層非均質(zhì)性強(qiáng)，且屬于中低滲油藏。長時間的注水開發(fā)導(dǎo)致油層非均質(zhì)性加劇，層間深部竄流和層內(nèi)繞流嚴(yán)重，注入水沿高滲帶或優(yōu)勢通道突進(jìn)無效循環(huán)，而中低滲層和注入水波及不到的部位受效差，動用程度低［3］。目前，該區(qū)塊地質(zhì)儲量采出程度僅為8.7%，綜合含水高達(dá)78.9%，水驅(qū)效果越來越差。為了從地層深部徹底改善注水開發(fā)效果，選擇納米級聚合物微球作為調(diào)驅(qū)劑，開展研究了聚合物納米微球/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出二元驅(qū)體系中聚合物微球和表面活性劑濃度及注入段塞體積，并在此基礎(chǔ)上開展了現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了良好的增油降水效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

Experiment

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

Experimental materials

YG-370-5型聚合物微球，江蘇油田工程院送樣；表面活性劑6501，結(jié)構(gòu)式RCON（CH2CH2OH）2，甜菜堿17，結(jié)構(gòu)式RCONH（CH2）3N（CH3）2CH2COO，中國日化院送樣；海南3斷塊地層原油（70 ℃原油黏度35.67 mPa·s）；海南3斷塊地層水，總礦化度3 286.43 mg/L，具體成分見表1。

表1 海南3斷塊地層水主要離子含量Table 1 Contents of main ions in the formation water of Fault Block Hainan 3

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Experimental apparatus

LB-30型平流泵，LDY-I型巖心流動試驗(yàn)儀，LD-6數(shù)顯恒溫水浴，Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計，JJ-1型攪拌器，Waring 高速攪拌器，恒溫干燥箱。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

Experimental method

采用雙管物理模型來評價聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)效果。向長40 cm、直徑2.5 cm的填砂管中添加80～100目的石英砂，制得滲透率為50～300 mD的巖心。實(shí)驗(yàn)步驟為：（1）將填砂管抽真空飽和人工配制模擬地層水，測孔隙體積，水驅(qū)穩(wěn)定后測滲透率k；（2）油驅(qū)水至模型出口不出水為止，確定飽和油量，在70 ℃恒溫箱中老化18 h；（3）水驅(qū)油至模型出口端含水98%以上，計算水驅(qū)采收率，驅(qū)替速度為0.2 mL/min（模擬現(xiàn)場驅(qū)油速度1 m3/d計算得出）；（4）根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行二元驅(qū)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；（5）聚合物微球/表面活性劑段塞注完后，繼續(xù)水驅(qū)至模型出口端含水98%以上，計算二元驅(qū)的采收率增值。

2 結(jié)果與討論

Results and discussions

2.1 表面活性劑復(fù)配體系濃度優(yōu)選

Concentration optimization of surfactant complex system

2.1.1 甜菜堿17質(zhì)量分?jǐn)?shù)對油水界面張力的影響針對海南3斷塊原油性質(zhì)，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的表面活性劑6501和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甜菜堿17進(jìn)行復(fù)配，在地層溫度70 ℃下，通過旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定每個體系能否使油水界面張力達(dá)到超低（＜10?3mN/m）以及所需時間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)甜菜堿17復(fù)配體系下的油水界面張力Fig.1 Oil/water interfacial tension of complex system with betaine 17 of different mass fractions

由圖1可以看出，隨著復(fù)配體系中甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，油水界面張力先降低后增大，同時達(dá)到超低所用的時間越來越短；表面活性劑復(fù)配體系中甜菜堿17質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.007 5%～0.025%范圍內(nèi)能使油水界面張力達(dá)到超低（＜10?3mN/m）。原因在于，隨著甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，活性劑在油水界面的吸附量增加，油水間界面張力下降［4］；當(dāng)活性劑在油水界面的吸附量達(dá)到飽和時，油水界面張力變化不大；當(dāng)活性劑濃度超過臨界膠束濃度時，溶液中膠束的形成導(dǎo)致油水界面的活性劑濃度下降，導(dǎo)致界面張力上升。

2.1.2 甜菜堿17質(zhì)量分?jǐn)?shù)對驅(qū)油效果的影響 模擬海南3斷塊條件，采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甜菜堿17+0.01%表面活性劑6501復(fù)配體系和0.3%的聚合物微球進(jìn)行巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，注入段塞為0.3 PV，通過測定采收率增值來評價甜菜堿17質(zhì)量分?jǐn)?shù)對驅(qū)油效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 甜菜堿17質(zhì)量分?jǐn)?shù)對二元驅(qū)采收率的影響Table 2 Effect of betaine 17 mass fraction on the recovery ratio of polymer microsphere/surfactant flooding

由表2可以看出，隨著二元體系表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，二元驅(qū)采收率增值隨之增加，增加幅度逐漸減小。原因在于，洗油效率是影響原油采收率的主要參數(shù)，而降低油水界面張力是提高洗油效率的主要途徑。隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，油水界面張力降低，洗油效率隨之增加。當(dāng)油水界面張力達(dá)到最低值時，界面與油、水之間的相互作用達(dá)到一種平衡狀態(tài)，隨著表面活性劑濃度繼續(xù)增加，界面處的相互作用受到不同程度的影響，界面張力上升，對洗油效率影響不大［5-6］。在此，選擇表面活性劑體系濃度為0.007 5%甜菜堿17+0.01%6501。

2.2 聚合物微球濃度優(yōu)選

Concentration optimization of polymer microsphere

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.007 5%甜菜堿17+0.01%表面活性劑6501復(fù)配體系和不同濃度的聚合物微球進(jìn)行一系列的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，注入段塞為0.3 PV，通過測定采收率增值來評價聚合物微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)對驅(qū)油效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 聚合物微球濃度對二元驅(qū)采收率的影響Table 3 Effect of polymer microsphere concentration on the recovery ratio of polymer microsphere/surfactant flooding

由表3可以看出，隨著聚合物微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，無堿二元驅(qū)油體系的驅(qū)油效果有明顯增加的趨勢，由14.12%增大到23.68%，提高了9.56%。繼續(xù)提高濃度到0.35%后，二元驅(qū)采收率增值為24.72%，較濃度0.30%時提高了1.04%，增加幅度不明顯。原因在于，隨著體系中聚合物微球濃度的增加，驅(qū)油體系的黏度增加，驅(qū)替過程中，微球彼此之間堆積得更緊密，注入壓力變大，封堵高中滲孔道和深部調(diào)剖的能力也得到增強(qiáng)，通過壓力的不斷升高和降低，使得二元驅(qū)油體系可以進(jìn)入到巖心深處驅(qū)油，提高原油采收率；當(dāng)聚合物微球濃度達(dá)到0.30%后，通過深部調(diào)剖作用，二元驅(qū)油體系已經(jīng)將高低滲巖心中可動油驅(qū)出，剩余的大多為不可動油，增加聚合物微球的濃度，對提高采收率效果影響不大［7-8］。因此，確定聚合物微球的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%。

2.3 表面活性劑/聚合物微球段塞體積優(yōu)選

Size optimization of surfactant/polymer microsphere slug

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.007 5%甜菜堿17+0.01%表面活性劑6501復(fù)配體系和0.3%聚合物微球二元體系，改變注入段塞大小進(jìn)行巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，通過測定采收率增值評價注入二元體系段塞大小對驅(qū)油效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制采收率增值與注入孔隙體積關(guān)系曲線，見圖2。

表4 段塞體積對二元驅(qū)采收率的影響Table 4 Effect of slug size on the recovery ratio of polymer microsphere/surfactant flooding

圖2 注入孔隙體積倍數(shù)與采收率增值的關(guān)系Fig.2 Relationship of injected PV and increased recovery ratio

對圖中曲線擬合出相應(yīng)的多次函數(shù)，對函數(shù)求導(dǎo)，求得各個數(shù)據(jù)點(diǎn)切線的斜率。當(dāng)注入的孔隙體積倍數(shù)增大到一定程度后，切線斜率明顯變小，并且隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增大切線斜率相差不大，把切線斜率明顯變小的點(diǎn)定為合理的注入段塞體積。對圖2中多次函數(shù)求導(dǎo)后，當(dāng)注入段塞體積在0.35～0.45 PV時，切線斜率較小并且切線值相差不大，確定合理注入段塞體積為0.35 PV。原因在于，當(dāng)注入段塞體積達(dá)到0.35 PV后，一方面經(jīng)過吸附后剩余的表面活性劑體系能保證在整個巖心范圍內(nèi)形成超低界面張力，繼續(xù)增加表面活性劑降低界面張力效果不明顯；另一方面聚合物微球進(jìn)入巖心內(nèi)部，充分改變了巖心的非均質(zhì)性，使得巖心中可動剩余油和殘余油基本上都被驅(qū)替出來，因此導(dǎo)致后續(xù)注入的二元體系段塞增油效果不大［9-12］。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

Field application

3.1 可行性分析

Feasibility analysis

為了研究海南3斷塊二元驅(qū)的可行性，將海南3斷塊的主要油藏參數(shù)和二元驅(qū)推薦油藏指標(biāo)［13］進(jìn)行了對比，主要參數(shù)對比見表5。

表5 海南3斷塊油藏條件與推薦指標(biāo)對比Table 5 Comparison between the oil reservoir conditions of Fault Block Hainan 3 and the recommended indicators

由表5可以看出，海南3斷塊油藏的上述參數(shù)均適合二元驅(qū)技術(shù)。另外，同樣位于中央突起且相鄰、儲層類型和儲層物性等特征均與海南3斷塊相似的海外河油田海1塊，從2006年至今一直開展LPS深部調(diào)驅(qū)試驗(yàn)和二元驅(qū)試驗(yàn)，至目前共實(shí)施10個井組，試驗(yàn)井?dāng)?shù)37口， 見效井28口，日產(chǎn)液從866.1 t上升到944.2 t，日產(chǎn)油從96.1 t上升到153.4 t，含水從88.9%下降到83.7%，累計增油26 787.3 t。因此，綜合油藏條件和類似區(qū)塊現(xiàn)場試驗(yàn)效果分析，海南3斷塊油藏適合二元驅(qū)技術(shù)。

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

Field test

為了驗(yàn)證聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)效果，根據(jù)海南3斷塊地面條件、開發(fā)指標(biāo)和主要問題，優(yōu)選出海南23-13井組和海南23-17井組進(jìn)行二元驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。試驗(yàn)井組對應(yīng)采油井12口，開井7口。2015年10月開始現(xiàn)場試驗(yàn)，對應(yīng)采油井調(diào)驅(qū)前后的相關(guān)生產(chǎn)參數(shù)見表6。

表6 海南23-13和海南23-17井組采油井情況統(tǒng)計Table 6 Well situation statistics of oil producers in Hainan 23-13 and Hainan 23-17 oil groups

由表6可以看出，二元驅(qū)后該井組日產(chǎn)液從151.8 t上升到197.7 t，日產(chǎn)油從21.5 t上升到43.8 t，綜合含水從85.84%下降到77.85%，受效井組降水增油效果明顯。截至2017年2月，累計增油1萬t以上，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果證明，聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)在遼河中低滲油藏水驅(qū)開采后期具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

Conclusions

（1）二元驅(qū)用甜菜堿17和與6501復(fù)配表面活性劑體系與原油的界面張力可以達(dá)到超低，實(shí)驗(yàn)條件下，甜菜堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化對采收率有較大影響。

（2）聚合物微球/表面活性劑二元驅(qū)油體系可以同時發(fā)揮表面活性劑的超低界面張力作用和聚合物微球的調(diào)整吸水剖面的作用，通過乳化方式，對地層剩余油進(jìn)一步攜帶和運(yùn)移，提高了驅(qū)油效率。

（3）海南3斷塊油藏二元驅(qū)應(yīng)用后，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此次二元驅(qū)現(xiàn)場的成功應(yīng)用，為其他同類油藏或區(qū)塊進(jìn)行二元驅(qū)開發(fā)起到一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊兆麟，孫曉明，毛翠玲，楊敏.錦16塊二元驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)工程設(shè)計［J］.油氣田地面工程，2013，32（1）：52-53.YAO Zhaolin,SUN Xiaoming,MAO Cuiling,YANG Min.Designing of binary-flooding testing project in Jin-16 block［J］.Oil-Gas Field Surface Engineering,2013,32（1）: 5-53.

［2］郭斐，劉佳林，肖傳敏.無堿二元驅(qū)提高原油采收率技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2013，14（5）：1-3.GUO Fei,LIU Jialin,XIAO Chuanmin.Application of alkali-free binary combination flooding technology for increasing crude oil recovery in Liaohe oilfield［J］.Advances in Fine Petrochemicals,2013,14（5）: 1-3.

［3］張崇剛.模糊層次評價法在海南3斷塊的應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2009，16（6）：52-53.ZHANG Chonggang.Application of fuzzy hierarchy evaluation method to Hainan 3 fault block［J］.Special Oil & Gas Reservoirs,2009,16（6）: 52-53.

［4］曹緒龍，王得順，李秀蘭.孤島油田西區(qū)復(fù)合驅(qū)界面張力研究［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2001，8（1）：64-66.CAO Xunlong,WANG Deshun,LI Xiulan.Research on the interface tension of combination flooding at East District of Gudao Oil Field［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2001,8（1）: 64-65.

［5］王業(yè)飛，李繼勇，趙福麟.高礦化度條件下應(yīng)用的表面活性劑驅(qū)油體系［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2001，8（1）：67-69.WANG Yefei,LI Jiyong,ZHAO Fulin.Surfactant oil displacement system applied in High salinity conditions［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2001,8（1）: 67-69.

［6］舒政，丁思家，韓麗娟.表面活性劑驅(qū)油效率的影響因素研究［J］.應(yīng)用化工，2012，41（6）：1033-1034.SHU Zheng,DING Sijia,HAN Lijuan.Factors influencing of the surfactant oil displacement efficiency［J］.Applied Chemical Industry,2012,41（6）: 1033-1034.

［7］孫煥全，王濤，肖建洪，陳輝.新型聚合物微球逐級深部調(diào)剖技術(shù)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2006，13（4）：77-78.SUN Huanquan,WANG tao,XIAO Jianhong,CHEN Hui.Novel technique of in-depth profile control step by step by polymer microspheres［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2006,13（4）: 77-78.

［8］張艷輝，戴彩麗，紀(jì)文娟.聚合物微球調(diào)驅(qū)機(jī)理及應(yīng)用方法探究［J］.石油與天然氣化工，2012，41（5）：508-510.ZHANG Yanhui,DAI Caili,JI Wenjuan.Profile control and flooding mechanism and application methods of polymer microsphere［J］.Chemical Engineering of Oil and gas,2012,41（5）: 508-510.

［9］曲文馳，李還向，但慶祝，張安治，馬波.低滲油藏用聚合物微球/表面活性劑復(fù)合調(diào)驅(qū)體系［J］.油田化學(xué)，2014，31（2）：228-230.QU Wenchi,LI Haixiang,DAN Qingzhu,ZHANG Anzhi,MA Bo.Polymer microsphere/surfactant compound flooding system in low permeability reservoir［J］.Oilfield Chemistry,2014,31（2）: 228-230.

［10］劉晨，王業(yè)飛，于海洋，劉柏林，朱國華，劉華.低滲透油藏表面活性劑驅(qū)油體系的室內(nèi)研究［J］.石油與天然氣化工，2011，40（5）：486-489.LIU Chen,WANG Yefei,YU Haiyang,LIU Bailin,ZHU Guohua,LIU Hua.The laboratory study on surfactant flooding system for low permeabity reservoir［J］.Chemical Engineering of Oil and Gas,2011,40（5）: 486-489.

［11］張同凱，趙鳳蘭，侯吉瑞，李永環(huán).非均質(zhì)條件下二元體系微觀驅(qū)油機(jī)理研究［J］.石油鉆采工藝，2010，32（6）：85-87.ZHANG Tongkai,ZHAO Fenglan,HOU Jirui,LI Yonghuan.Research on binary system flooding mechanism under the heterogeneous condition using microscopic model［J］.Oil Drilling and Production Technology,2010,32（6）: 85-87.

［12］陳朝輝，尹彥君，王宏申，陳來勇，朱寶坤.基于蒙特卡洛法的邊水油藏聚合物驅(qū)段塞優(yōu)化［J］.特種油氣藏，2015，22（4）：112-114.CHEN Chaohui,YIN Yanjun,WANG Hongshen,CHEN Laiyong,ZHU Baokun.Optimization of polymer flooding slug for edge-water reservoir based on the Monte Carlo Method［J］.Special Oil & Gas Reservoirs,2015,22(4): 112-114.

［13］高達(dá).高溫高鹽油藏化學(xué)驅(qū)效果評價及油藏適應(yīng)性研究［D］.青島：中國石油大學(xué)（華東），2010：89-99.GAO Da.Effect evaluation and reservoir adaptability of chemical flooding for high temperature and high salinity reservoir［D］.Qingdao: China University of Petroleum（East China）,2010: 89-99.

（修改稿收到日期 2017-03-15）

〔編輯 朱 偉〕

Research on S/P combinational flooding technology and its application in Fault Block Hainan 3

AN Zhijie
Drilling and Production Technology Research Institute,PetroChina Liaohe Oilfield Company,Panjin124010,Liaoning,China

Polymer microsphere/surfactant flooding technology was investigated based on the specific characteristics of oil reservoir in Fault Block Hainan 3,Liaohe Oilfield.By means of indoor physical simulation experiments,the effects of polymer microsphere concentration,surfactant concentration and slug size on polymer microsphere/surfactant flooding were analyzed and their basic parameters were optimized.It is indicated that the optimal mass fraction of surfactant complex in polymer microsphere/surfactant flooding used in Fault Block Hainan 3 is 0.007 5% betaine 17+0.01% surfactant 6501,and that of polymer microsphere is 0.30%.The polymer microsphere/surfactant flooding effect is more affected by the slug size.With the increasing of slug size,the increasing amplitude of recovery ratio declines gradually after the recovery ratio reaches 26.12%.The optimal size of injection slug is 0.35 PV.After this technology was applied in Fault Block Hainan 3 during 2015,interim cumulative oil incremental was over 10 000 t.It is indicated that polymer microsphere/surfactant flooding technology is extensively promising to apply in middle and low permeability oil reservoirs in the late stage of water flooding development.

Fault Block Hainan 3; S/P combinational flooding; polymer microsphere; surfactant; recovery ratio

安志杰.海南3斷塊二元驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2017，39（3）：370-374.

TE357.4

：B

1000–7393（2017 ）03–0370–05DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.021

: AN Zhijie.Research on S/P combinational flooding technology and its application in Fault Block Hainan 3［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 370-374.

安志杰（1983-），2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事化學(xué)調(diào)驅(qū)及儲層保護(hù)工作。通訊地址：（124010）遼寧省盤錦市遼河油田公司鉆采工藝研究院。電話：15942775037。E-mail：anzhijie2006@163.com