ASP三元復合驅對三類儲層物性特征的影響規(guī)律
——基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型*

張曉芹，舒 政，梁旭偉，葉仲斌

（1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163000；2.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室（西南石油大學），四川成都 610500）

0 前言

堿-表面活性劑-聚合物（ASP）三元復合驅體系通過提高水相黏度、降低油水界面張力來擴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)過多年現(xiàn)場工業(yè)化運用，大慶油田三元復合驅取得良好效果，采收率增幅超過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 三元復合驅技術的運用由主力儲層（一類儲層）逐漸推廣至非主力儲層（二類、三類儲層）［6—7］。為了準確認識各類儲層的開發(fā)潛力，指導開發(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準，根據(jù)沉積環(huán)境及砂體類型的不同，將三類儲層進一步劃分為ⅢA、ⅢB 和ⅢC儲層［8］。復合驅體系易與儲層礦物發(fā)生物理、化學反應，產(chǎn)生溶蝕-沉積，造成儲層滲透率降低，而三類儲層具有油層薄、滲透率低、孔喉半徑小等特征，開采難度更大，更容易發(fā)生儲層傷害［9—12］。目前通過室內實驗，對于三元復合驅體系對儲層的傷害作用機理已經(jīng)有了初步認識［13—17］，但是對于細分的ⅢA、ⅢB 和ⅢC 儲層還缺少針對性的研究，同時ASP 三元驅過程中影響儲層物性變化的因素眾多，常規(guī)評價方法難以定量表征儲層物性參數(shù)的變化規(guī)律。因此，本文選取典型ⅢA、ⅢB 和ⅢC 儲層的巖心，利用孔滲聯(lián)測儀、全直徑巖心核磁共振儀研究三元復合驅對不同類型巖心物性參數(shù)的影響，結合人工神經(jīng)網(wǎng)絡，建立了弱堿三元復合驅儲層物性變化預測模型。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

“高分”聚合物HPAM，相對分子質量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。實驗用水為配制的模擬注入水，含5000 mg/L NaCl 和50 mg/L CaCl2。實驗用巖心為取自大慶油田喇、薩、杏油田三類儲層ⅢA、ⅢB和ⅢC的天然巖心，直徑2.5 cm、長度約7 cm。

260D型恒速微量泵，美國ISCO公司；HKY-300型全自動孔滲聯(lián)測儀，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 實驗方法

弱堿三元復合驅體系由聚合物、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，石油磺酸鹽質量分數(shù)為0.3%，Na2CO3質量分數(shù)為1.2%。

驅替實驗具體步驟如下：（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的弱堿三元復合驅溶液。巖心注入體系前后，使用全自動孔滲聯(lián)測儀檢測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巖心孔隙分布。

2 結果與討論

2.1 三類儲層巖心物性特征

使用全自動孔滲聯(lián)測儀檢測三類儲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果見表1，巖心孔隙度及滲透率關系見圖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性同樣按ⅢA、ⅢB、ⅢC 順序逐漸降低。這說明三類儲層巖心的非均質性較為顯著，整體物性按照ⅢA、ⅢB、ⅢC的順序逐漸變差。

表1 三類儲層巖心的孔隙度及滲透率分布

圖1 三類儲層巖心孔隙度與滲透率的相關性

通過核磁共振得到巖心孔隙半徑的頻率分布以及累計分布曲線見圖2，以ⅢA1 巖心為例，進一步按式（1）—（3）計算分選系數(shù)Sp、歪度Skp和峰態(tài)Kp，計算結果見表2。由表2 可以看到，三類儲層巖心的平均孔隙半徑按照ⅢA、ⅢB、ⅢC 的順序逐漸變小，孔隙結構變得更加細窄；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，非均質性問題普遍存在。歪度大于0說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。綜合來看，三類儲層的巖心物性按照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分布曲線

表2 三類巖心孔隙半徑分布參數(shù)對比

2.2 三元復合驅對三類儲層巖心物性的影響

注入ASP三元復合驅體系后，三類儲層巖心的物性參數(shù)隨注入量的增加波動變化。這是因為三類儲層的非均質性較顯著，巖心之間物化性質存在較大差異，導致實驗前后物性參數(shù)變化存在波動性。因此，通過計算物性參數(shù)變化百分比的平均值來研究ASP 三元復合驅體系對儲層物性的影響規(guī)律，結果見表3。由表3可以看到，經(jīng)ASP三元復合驅后，三類儲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。核磁共振檢測結果顯示，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，分選性變差。

表3 驅替后三類儲層巖心的物性參數(shù)變化

分析認為，在儲層物性相對較好時，弱堿ASP三元復合體系對儲層礦物具有較弱的溶蝕作用，溶蝕脫落以及結垢產(chǎn)生微粒的粒徑較小，在ASP三元復合體系驅替運移的作用下，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，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增強，另一方面巖心孔隙結構更加細窄，微粒在運移過程中更容易在孔隙細窄處附著堆積，此時表現(xiàn)為巖心物性變差。

2.3 三元復合驅儲層物性變化預測模型

人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種非線性的數(shù)據(jù)建模工具，由輸入層和輸出層、一個或者幾個隱藏層構成神經(jīng)元，通過訓練學習算法，在迭代過程中調整神經(jīng)元之間的權重，最終使得預測誤差最小化并給出預測精度［18—19］。三元復合驅對儲層的溶蝕過程十分復雜，受到三元體系組成、儲層物化性質、相互作用條件等多種因素影響，適合通過神經(jīng)網(wǎng)絡模型來分析變化規(guī)律。因此基于36 組三類儲層巖心的弱堿三元復合驅實驗結果，通過統(tǒng)計分析軟件SPSS 內的多層感知器（MLP）模塊，建立了三元復合驅儲層物性變化預測模型。向模型輸入巖心孔隙度、滲透率、孔隙分布參數(shù)、礦物含量、驅替倍數(shù)等參數(shù)后便可以預測三類儲層在復合驅過程中的各項物性參數(shù)變化。如圖3給出了模型對驅替后巖心滲透率的預測值與實際值的關系，可以看到數(shù)據(jù)點大部分都落在y=x的參考線上，表明模型預測效果可靠，經(jīng)統(tǒng)計模型對各項物性參數(shù)的平均預測精度達到92%以上。

圖3 驅替后巖心滲透率的預測值與實際值

使用建立的ASP 三元復合驅儲層物性變化預測模型，計算不同驅替倍數(shù)下儲層巖心的滲透率變化，結果見圖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?？梢钥吹?，對于ⅢA 與ⅢB 巖心，ASP 三元復合驅體系的驅替倍數(shù)小于60 PV 時，巖心滲透率改善且改善效果隨驅替倍數(shù)的增加先增強后減弱，而驅替倍數(shù)大于60 PV 時，巖心滲透率逐漸發(fā)生傷害。對于ⅢC 巖心，在ASP三元復合驅體系注入后，巖心滲透率很快就開始降低。

圖4 弱堿ASP三元復合驅替后三類儲層巖心的滲透率變化

模型計算結果與前文分析結果一致：對于物性相對較好的ⅢA、ⅢB儲層，ASP三元復合驅體系具有一定的增黏能力，可以攜帶溶蝕產(chǎn)物運移，導致小孔道數(shù)量減少，大孔道數(shù)量增加，因此物性發(fā)生改善；隨著注入時間的延長，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，此時已產(chǎn)生儲層傷害。而ⅢC儲層滲透率變化的計算結果印證了物性較差、孔隙結構偏細窄的儲層更易受到ASP三元復合驅體系產(chǎn)生的不利影響。

3 結論

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

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

利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型建立的三元復合驅儲層物性變化預測模型，能夠定量表征三類儲層物性變化規(guī)律，對三元復合驅的推廣運用具有指導意義。