楊 森，舒 政，賴南君，顧慶東

(1.西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，四川 成都 610500； 2.中石化 華東石油工程有限公司，江蘇 南京 210036；3.中國石油華北油田 工程技術(shù)研究院，河北 任丘 062552)

引 言

近年來，聚合物驅(qū)油技術(shù)在各大油田得到了較廣泛的推廣應(yīng)用，成為水驅(qū)后進一步提高原油采收率的重要方法。然而隨著聚合物驅(qū)開發(fā)時間的延長，在部分非均質(zhì)性較強的儲層存在剖面反轉(zhuǎn)快的現(xiàn)象，聚合物溶液在高滲層出現(xiàn)突進現(xiàn)象，低滲儲層的動用程度不高，聚合物驅(qū)出現(xiàn)低效循環(huán)或者無效循環(huán)的現(xiàn)象；另外，某些區(qū)塊采用高質(zhì)量濃度聚合物驅(qū)后，部分井存在注入困難且對應(yīng)油井受效比例較低的現(xiàn)象，這嚴重影響聚合物驅(qū)的開發(fā)效果，且造成聚合物的浪費[1-8]。同時，有研究發(fā)現(xiàn)聚合物的注入方式對驅(qū)油效果的影響比較顯著，使用不同濃度的聚合物段塞交替注入可以有效改善低滲儲層的吸液比例，提高波及效率，使低滲層的原油得到更大程度的動用，在降低聚合物用量的前提下可以提高聚合物驅(qū)的整體效果[9-16]。因此，本文以陸上P油田M區(qū)塊非均質(zhì)儲層段為研究對象，開展了不同濃度聚合物段塞交替注入提高采收率技術(shù)研究，在不同滲透率級差條件下，評價了交替注入方案對低滲層吸液比例、低滲層分流率以及聚合物驅(qū)采收率的影響，并在此基礎(chǔ)上，成功開展了礦場試驗，以期為進一步改善聚合物驅(qū)的效果提供一定的技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料及儀器

實驗材料：實驗用聚合物為P油田現(xiàn)場用改性聚丙烯酰胺，分子量為2 600×104；實驗用水為P油田模擬地層水，總礦化度為32 550 mg/L； 實驗用油為P油田脫氣原油與煤油混合而成的模擬油，50 ℃下黏度為8.5 mPa·s；實驗用巖心為不同滲透率級差的人造長方巖心，巖心尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm，其中滲透率級差為2時高、低滲透層的滲透率分別為600×10-3μm2和300×10-3μm2，滲透率級差為4時高、低滲透層的滲透率分別為1 200×10-3μm2和300×10-3μm2(具體數(shù)值見表1)。

實驗儀器：多功能巖心驅(qū)替實驗儀，主要包括恒溫控制系統(tǒng)、壓力傳遞系統(tǒng)、平流泵、巖心夾持器以及中間容器等；巖心抽真空飽和實驗裝置。

1.2 實驗步驟及方案

1.2.1 實驗步驟

①將巖心抽真空，飽和模擬地層水，測定其孔隙體積并計算孔隙度；②使用模擬油驅(qū)替巖心至產(chǎn)液端不出水為止，在儲層溫度(85 ℃)下放置24 h，備用；③使用模擬地層水以0.1 mL/min的流速驅(qū)替巖心至含水率98%以上為止；④按不同的實驗方案注聚合物溶液，達到所設(shè)計的孔隙倍數(shù)為止；⑤繼續(xù)水驅(qū)至巖心含水率98%以上為止。在以上驅(qū)替過程中，記錄不同時間段高、低滲巖心的產(chǎn)液量以及產(chǎn)油量，以此計算高、低滲透層的吸液比例、分流率以及采收率等參數(shù)。

1.2.2 實驗方案

根據(jù)不同的交替注入周期，總共設(shè)計了6種實驗方案(具體見表1)，高濃度聚合物溶液質(zhì)量濃度為2 500 mg/L(黏度值為275.6 mPa·s)，低濃度聚合物溶液質(zhì)量濃度為1 000 mg/L(黏度值為36.9 mPa·s)，聚合物的總注入量均為0.8 PV，分別考察了不同滲透率級差下注入單一聚合物段塞和不同交替周期注入的驅(qū)替效果。

表1 不同質(zhì)量濃度聚合物段塞驅(qū)替實驗方案Tab.1 Displacement experiment schemes of polymer solution slug with different mass concentration

2 結(jié)果與討論

2.1 不同實驗方案下低滲層吸液比例

參照1.2中的實驗方法，準確記錄各個實驗過程中低滲透層的累積吸液量，評價不同實驗方案下低滲透層的吸液比例，實驗結(jié)果見圖1。

由圖1結(jié)果可以看出，與單獨注入高、低濃度聚合物段塞相比，高低濃度聚合物段塞交替注入均能使低滲層的吸液比例有所提高，且隨著交替周期的增大，低滲層的吸液比例均呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢。當滲透率級差為2時，交替周期為2(實驗方案4)時低滲層的吸液比例達到最大，與單獨注入低濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了11.8%，與單獨注入高濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了9.3%；當滲透率級差為4時，交替周期為4(實驗方案5)時低滲層的吸液比例達到最大，與單獨注入低濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了13.6%，與單獨注入高濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了10.3%。說明采用高低濃度聚合物段塞交替注入的方式能夠更好地提高低滲儲層的吸液量，達到良好的剖面調(diào)整效果。

2.2 不同實驗方案下低滲層分流率

通常情況下，分流率曲線能夠更加直觀地反映出不同實驗方案下吸水剖面的改善效果。因此，參照1.2中的實驗方法，繪制了不同實驗方案下低滲層的分流率曲線，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同實驗方案下低滲層分流率曲線Fig.2 Distributary ratio curves of low permeability layer under different experimental schemes

由圖2結(jié)果可以看出，在水驅(qū)階段(0～0.8 PV)，各實驗方案下的分流率值均隨著驅(qū)替PV數(shù)的增大而逐漸下降，變化趨勢基本一致。而在聚合驅(qū)階段(0.8～1.6 PV)，單獨注入高、低濃度聚合物段塞時(實驗方案1和2)，低滲層的分流率呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢，并且其變化趨勢較快，曲線呈“∧”型，說明出現(xiàn)了吸水剖面反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，聚合物驅(qū)作用在低滲層上的有效時間較短，不利于低滲層吸液量的增加。而在不同交替注入實驗方案(方案3—6)下，分流率曲線的走勢與單獨注入高、低濃度聚合物段塞時存在比較明顯的差異，即曲線的形態(tài)均變得更加平緩。分流率曲線上升至一定高度后可以維持一定的時間，不會立刻下降，即曲線逐漸呈現(xiàn)出“∩”型，可以有效防止吸水剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。而不同交替注入實驗方案(方案3—6)之間分流率曲線特征也存在一定的差異，即平緩程度有所不同，并且存在一個最佳的交替注入周期，當滲透率級差為2時，最佳交替注入周期數(shù)為2，當滲透率級差為4時，最佳交替注入周期數(shù)為4，此時低滲層的分流率曲線最為平緩，低滲層的受效時間最長。當注入周期數(shù)小于最佳交替注入周期數(shù)時，交替注入的段塞尺寸較大，高濃度段塞在封堵高滲層的同時也可能對低滲層產(chǎn)生一定的封堵，從而使低滲層分流率產(chǎn)生一定的影響。而當注入周期數(shù)大于最佳交替注入周期數(shù)時，會導(dǎo)致段塞尺寸太小，無法完全發(fā)揮出高濃度段塞的封堵作用，使后續(xù)低濃度段塞更多地進入高滲層，降低了其對低滲層的波及能力，使低滲層分流率下降。

以上實驗結(jié)果進一步說明采用高低濃度聚合物段塞交替注入的方式能夠有效改善非均質(zhì)儲層的吸水剖面，使低滲儲層的吸液量增大，提高聚合物驅(qū)的效率。

2.3 不同實驗方案下聚合物驅(qū)采收率

參照1.2中的實驗方法，準確記錄各個實驗過程中聚合物驅(qū)的采收率大小，評價不同實驗方案下的聚合物驅(qū)油效果，實驗結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可以看出，在不同滲透率級差條件下，單獨注入高濃度聚合物段塞(方案2)的采收率大于單獨注入低濃度聚合物段塞(方案1)，并且聚合物驅(qū)階段的采收率都隨著交替注入周期的增大而呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢，存在一個最佳的交替注入周期。當滲透率級差為2時，最佳交替周期為2，此時聚合物驅(qū)采收率最大，可以達到24.9%，比單獨注入高濃度聚合物段塞時的采收率增高3.3%；而當滲透率級差為4時，最佳交替周期為4，此時聚合物驅(qū)的采收率可以達到23.4%，比單獨注入高濃度聚合物段塞時的采收率增高5.2%。

圖3 不同實驗方案下聚合物驅(qū)采收率Fig.3 Recovery efficiency of polymer flooding under different experimental schemes

采用交替注入不同濃度聚合物段塞的實驗方案(方案3—6)，其聚合物驅(qū)階段的采收率均大于單一聚合物段塞驅(qū)(方案1和2)，其原因主要包括以下兩個方面：①交替注入不同濃度聚合物段塞具有更好的流度調(diào)控能力。當注入單一高濃度聚合物段塞時，聚合物溶液容易在高滲層滯留，隨著聚合物驅(qū)時間的延長，中低滲層孔道也會被逐漸堵塞；而當注入單一低濃度聚合物段塞時，聚合物溶液容易在高滲層孔道產(chǎn)生竄流，影響聚合物驅(qū)的效果；交替注入高、低濃度聚合物段塞能夠很好地解決這一矛盾，先注入的高濃度聚合物段塞在驅(qū)替出高滲層的原油后能夠?qū)ζ溥M行有效地封堵，使后續(xù)注入的低濃度聚合物段塞更多地進入到中低滲層，進而提高聚合物驅(qū)的效率。②交替注入不同濃度聚合物段塞時產(chǎn)生的壓力梯度能夠改變孔道中油滴的受力狀態(tài)，使其更容易被驅(qū)替出來。當注入單一聚合物段塞時，由于驅(qū)替流體恒定不變，高滲層和低滲層均只能達到一次壓力梯度的峰值；而采用高、低濃度聚合物段塞交替注入時，隨著交替周期的改變，高滲層和低滲層均可以達到多次壓力梯度的峰值，這能使孔道中油滴的受力方向發(fā)生改變，進而改變油滴的形態(tài)，有利于聚合物驅(qū)油效率的提高。

另外，超過最佳交替注入周期后聚合物驅(qū)的效果逐漸變差，這是由于交替周期越多，交替注入的段塞尺寸就越小，此時未能充分發(fā)揮高濃度段塞的封堵作用，導(dǎo)致聚合物整體驅(qū)油效果不佳。

由以上實驗結(jié)果還可以看出，在聚合物總注入PV數(shù)相同的前提下，各實驗方案聚合物驅(qū)采收率的變化趨勢與低滲層的吸液比例以及分流率曲線變化趨勢基本吻合，即低滲層的吸液比例越大、分流率越高，聚合物驅(qū)的效果就越好，這充分說明低滲層的有效動用對提高聚合物驅(qū)的整體效果起著至關(guān)重要的作用。

3 礦場試驗

P油田M區(qū)塊的總含油面積為9.15 km2，總地質(zhì)儲量為1 528.6×104t，目的層滲透率主要分布在(270～590)×10-3μm2，儲層的非均質(zhì)性較強，層間滲透率變異系數(shù)為0.6～1.5，地層原油黏度為17.8 mPa·s。M區(qū)塊井網(wǎng)類型為五點法井網(wǎng)，注采井距為175 m。該區(qū)塊在注水開發(fā)后繼續(xù)采用注聚合物開發(fā)，前期注聚合物開發(fā)效果較好，但隨著開發(fā)時間的延長，高滲透層儲量動用程度較大，而低滲透層的動用程度相對較低，聚合物驅(qū)出現(xiàn)了低效甚至無效循環(huán)，注聚合物開發(fā)成本上升，開發(fā)效果逐漸變差。因此，提出了在該區(qū)塊內(nèi)實施高、低濃度聚合物段塞交替注入的開發(fā)方式。根據(jù)目的層滲透率分布情況、滲透率級差以及室內(nèi)實驗研究結(jié)果，在M區(qū)塊內(nèi)10口注水井設(shè)計高濃度段塞為2 500 mg/L、低濃度段塞為1 000 mg/L，交替注入周期為2次，共計注入0.8 PV，聚合物用量為1 200 mg·L-1·PV。具體開發(fā)效果見表2，并與該區(qū)塊內(nèi)前期常規(guī)注聚合物驅(qū)的開發(fā)效果進行了對比。前期注聚合物濃度均為2 500 mg/L。

由表2結(jié)果可以看出，采用高、低濃度聚合物交替注入的方式開發(fā)后，注水井的吸水厚度比例達到了91.2%，比采用常規(guī)聚合物驅(qū)開發(fā)時增加了6.6%；生產(chǎn)井日產(chǎn)液量變化不大，而日產(chǎn)油量明顯增大，由交替注入前的84.3 m3/d增大至交替注入后的96.9 m3/d。由此可以看出，開展不同濃度聚合物段塞交替注入能夠有效提高聚合物驅(qū)的效果，與室內(nèi)實驗結(jié)果相吻合，且能有效降低聚合物的用量，節(jié)約施工成本，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

表2 聚合物交替注入前后開發(fā)效果對比Tab.2 Comparison of development effect before and after alternatively injecting polymer

4 結(jié) 論

(1)與單獨注入高、低濃度聚合物驅(qū)相比，不同濃度聚合物段塞交替注入能夠顯著提高低滲儲層的吸液比例，并能有效改善低滲層的分流率，達到調(diào)整吸水剖面、延長低滲儲層受效時間的目的。

(2)當滲透率級差為2時，高、低濃度聚合物段塞交替注入2個周期能使聚合物驅(qū)的采收率達到最大，比單獨注入高濃度聚合物段塞時的采收率提高3.3%；而當滲透率級差為4時，4個交替注入周期最佳，比單獨注入高濃度聚合物段塞時的采收率提高5.2%。滲透率級差越大，最佳交替注入周期數(shù)越多，各注入周期時間越短。

(3)礦場試驗結(jié)果表明，高、低濃度聚合物交替注入能夠顯著改善試驗區(qū)塊的吸水厚度比例，且生產(chǎn)井的日產(chǎn)油量明顯提高，在降低聚合物用量的同時，能夠明顯改善聚合物驅(qū)的效果。