聚合物微球調(diào)驅(qū)體系儲(chǔ)層滲透率級(jí)差界限實(shí)驗(yàn)

魏 焜，鄭繼龍，劉浩洋，趙 軍，梁恩武，余黃杰

1.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；3.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300452

注水開(kāi)發(fā)油田儲(chǔ)層的非均質(zhì)性會(huì)導(dǎo)致高滲透儲(chǔ)層形成水流優(yōu)勢(shì)通道。為有效封堵高滲透層水流優(yōu)勢(shì)通道，經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，專(zhuān)家學(xué)者研發(fā)了一種聚合物微球調(diào)驅(qū)體系，該體系具有諸多優(yōu)良性能［1-2］。該體系具有較強(qiáng)的抗剪切性和形變性［3］，在一定壓力作用下可發(fā)生形變，突破孔喉封堵，向油藏深部運(yùn)移，提高水驅(qū)波及系數(shù)；聚合物微球具有較強(qiáng)的膨脹性，膨脹倍數(shù)可達(dá)到5～20，膨脹倍數(shù)可調(diào)；聚合物微球之間可發(fā)生吸附作用，從而形成聚合物微球簇，對(duì)于大孔喉或者縫隙具有一定的封堵作用。此外，該體系還具有較強(qiáng)的耐溫、耐鹽性，水溶性好［4］，注入工藝簡(jiǎn)單，僅需小型化柱塞泵即可完成，非常適合海上油田現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，而且在施工作業(yè)過(guò)程中無(wú)須攪拌罐，不受溫度和時(shí)間的影響，具有長(zhǎng)周期連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)。因此聚合物微球調(diào)驅(qū)體系得到了廣泛的應(yīng)用［5-6］。然而，聚合物微球調(diào)驅(qū)體系的直徑與儲(chǔ)層孔喉大小的匹配關(guān)系直接影響調(diào)驅(qū)效果，目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本文針對(duì)渤海某注水開(kāi)發(fā)油田，基于室內(nèi)動(dòng)態(tài)物理模擬裝置，通過(guò)雙管并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同滲透率級(jí)差的儲(chǔ)層［7-11］，研究實(shí)驗(yàn)室自制的聚合物微球調(diào)驅(qū)體系儲(chǔ)層滲透率級(jí)差界限，以期為聚合物微球調(diào)驅(qū)體系在海上油田穩(wěn)油控水方面的應(yīng)用和研究提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及設(shè)備

Quizix 注入泵，皆能（亞洲）有限公司；長(zhǎng)巖心夾持器（100 cm×2.5 cm），海安石油科研儀器有限公司；高溫高壓驅(qū)替系統(tǒng)，江蘇拓創(chuàng)科研儀器有限公司；100 mL 中間容器，江蘇遠(yuǎn)通石油有限公司；BSA423S型電子天平，賽多利斯公司；美國(guó)博勒飛Brookfield 黏度計(jì)，廣州市東南科創(chuàng)科技有限公司；秒表、量筒等，常規(guī)市售產(chǎn)品。

1.2 材料及藥劑

實(shí)驗(yàn)用水：海上某油田現(xiàn)場(chǎng)地層水（NaHCO3型，礦化度6 542 mg/L）。

實(shí)驗(yàn)用油：海上某油田現(xiàn)場(chǎng)脫水原油。

實(shí)驗(yàn)用巖心：不同粒徑（270、180、150、120 和70 μm）的填 砂 模型，模型 尺寸 為Φ25 mm ×300 mm。

實(shí)驗(yàn)用聚合物微球：ZJL-2（粒徑為300 nm），實(shí)驗(yàn)室自制。

實(shí)驗(yàn)溫度：65 ℃。

驅(qū)替流速：1.0 mL/min。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟及方法

1）將每根巖心稱(chēng)干質(zhì)量，記為m1（g）；將巖心以1.0 mL/min 的速度飽和水，記錄穩(wěn)定時(shí)巖心兩端壓差Δp，將飽和水的巖心再次稱(chēng)質(zhì)量，記為m2（g）；計(jì)算巖心的孔隙體積V（cm3）、水相滲透率K（D），計(jì)算見(jiàn)式（1）～（2）。

式中：ρ水為水的密度，g/cm3；Q為流速，cm3/s；μ為水的黏度，mPa·s；L為巖心長(zhǎng)度，cm；A為巖心橫截面積，cm2；Δp為壓差，atm。

2）針對(duì)巖心飽和原油，測(cè)量巖心含油飽和度，恒溫老化20 h。

3）巖心滲透率級(jí)差為高滲透率巖心的滲透率與低滲透率巖心的滲透率之比，通過(guò)優(yōu)選不同滲透率級(jí)差的巖心組合開(kāi)展雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)。首先按圖1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，水驅(qū)至巖心出口含水率80%，測(cè)量出口端產(chǎn)油量、計(jì)算水驅(qū)采收率；轉(zhuǎn)注0.3 PV 的2 000 mg/L 的聚合物微球溶液，計(jì)算該階段采收率；關(guān)閉巖心進(jìn)出口閥門(mén)10～12 h，待體系充分溶脹后轉(zhuǎn)注后續(xù)水驅(qū)至巖心出口含水率達(dá)到98%時(shí)結(jié)束，讀取油量并計(jì)算后續(xù)水驅(qū)采收率。

圖1 巖心驅(qū)替系統(tǒng)流程

2 結(jié)果與討論

2.1 巖心滲透率及級(jí)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了8 組不同滲透率級(jí)差的填砂管并聯(lián)開(kāi)展驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，巖心滲透率級(jí)差如表1 所示。巖心的總孔隙體積即為兩根巖心的孔隙體積之和。

表1 滲透率級(jí)差界限篩選用巖心滲透率及級(jí)差

基于上述巖心的滲透率及級(jí)差情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究需求，分別開(kāi)展聚合物微球調(diào)驅(qū)體系滲透率級(jí)差界限實(shí)驗(yàn)和聚合物微球調(diào)驅(qū)體系低滲與高滲采收率增幅比實(shí)驗(yàn)。

2.2 聚合物微球調(diào)驅(qū)體系滲透率級(jí)差界限實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)每組巖心的水驅(qū)采收率、聚合物微球驅(qū)（化學(xué)驅(qū)）采收率、后續(xù)水驅(qū)采收率以及總的累積采收率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2 可以看出：滲透率級(jí)差為27.05 的雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，低滲巖心水驅(qū)及聚合物微球梯度注入后均不出液（低滲水驅(qū)采收率為0），說(shuō)明高滲巖心滲透率過(guò)大，注入的調(diào)驅(qū)體系不能進(jìn)行有效封堵；滲透率級(jí)差為7.01 的雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，低滲巖心水驅(qū)出液量逐漸增加（相對(duì)于滲透率級(jí)差為27.05 的雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)），注入調(diào)驅(qū)體系并且水驅(qū)后，低滲巖心中產(chǎn)油量增加，說(shuō)明注入調(diào)驅(qū)體系后體系在高滲巖心中形成一定的封堵作用，但效果不佳；滲透率級(jí)差分別為5.21、4.05、3.43、2.44和1.62 的雙管并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，注入調(diào)驅(qū)體系并且水驅(qū)后，低滲巖心產(chǎn)油量大幅增加，說(shuō)明注入調(diào)驅(qū)體系后體系在高滲巖心中形成有效封堵，迫使液流轉(zhuǎn)向低滲透層，大幅挖潛低滲儲(chǔ)層剩余油；而當(dāng)滲透率級(jí)差為1.45 時(shí)，由于高、低滲巖心滲透率級(jí)差較近，因此，高、低滲巖心驅(qū)替規(guī)律及趨勢(shì)基本一致。

圖2 聚合物微球調(diào)驅(qū)體系滲透率級(jí)差界限實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 聚合物微球調(diào)驅(qū)體系低滲與高滲采收率增幅比

實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)每組巖心的水驅(qū)采收率、聚合物微球驅(qū)（化學(xué)驅(qū)）采收率、后續(xù)水驅(qū)采收率以及總的累積采收率，計(jì)算每組實(shí)驗(yàn)低滲巖心與高滲巖心采收率增幅比與總的采收率，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 聚合物微球調(diào)驅(qū)體系低滲與高滲采收率增幅比及總采收率

由圖3 可以看出：當(dāng)巖心滲透率級(jí)差為5.21、4.05、3.43 和2.44 時(shí)，低滲巖心與高滲巖心采收率增幅之比分別為4.12、5.59、8.69和4.03，驅(qū)替實(shí)驗(yàn)整體采收率分別為54.29%、71.54%、68.24%和69.54%，說(shuō)明注入聚合物微球體系后，有效封堵高滲透層，低滲巖心得到有效挖潛，整體采收率得到提高。而當(dāng)滲透率級(jí)差偏大（＞7.01）和偏?。ǎ?.62）時(shí)，低滲巖心采收率與高滲巖心采收率增加幅度之比均較低。因此，本實(shí)驗(yàn)所用的聚合物微球調(diào)驅(qū)體系的最佳滲透率級(jí)差界限為2.44～5.21（低滲巖心采收率與高滲巖心采收率增加幅度之比≥4）。

3 結(jié)論

1）聚合物微球調(diào)驅(qū)體系的調(diào)驅(qū)效果受儲(chǔ)層滲透率級(jí)差影響較大。當(dāng)儲(chǔ)層滲透率級(jí)差偏大（＞7.01），聚合物微球調(diào)驅(qū)體系無(wú)法封堵高滲透層，在高滲儲(chǔ)層無(wú)法形成有效的滲流阻力，因此其在滲透率級(jí)差偏大（＞7.01）的儲(chǔ)層中，挖潛低滲儲(chǔ)層剩余油潛力不足；當(dāng)滲透率級(jí)差偏小時(shí)（＜1.62），高低滲巖心驅(qū)替規(guī)律相近，低滲巖心提高采收率不明顯。

2）在一定的滲透率級(jí)差范圍內(nèi)，聚合物微球在雙管巖心中具有一定的分流作用，能有效封堵高滲巖心，啟動(dòng)低滲透層，挖潛低滲巖心剩余油，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物微球體系的最佳儲(chǔ)層滲透率級(jí)差界限為2.44～5.21。