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非均质油藏水驱后化学体系提高采收率效果研究

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非均质 油藏 水驱后 化学 体系 提高 收率 效果 研究
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钻 采 工 艺 009年9月 009 非均质油藏水驱后化学体系提高采收率效果研究 尤 源 ,岳湘安 ,赵仁保 ,李先杰 (1中国石油大学石油工程教育部重点实验室2中国石油大学 提高采收率研究中心3中海石油研究中心) 尤源等.非均质油藏水驱后化学体系提高采收率效果研究.钻采工艺,2009,32(5):30—33 摘要:用物理模拟的方法对比了非均质油藏水驱后期分别采用聚合物驱、高分子表面活性剂驱、化学堵水 等方法提高采收率的效果差异。通过多孔介质中表现出的阻力效应及运移特征,探讨了不同驱替介质在非均质油 藏中的调驱机理和液流转向效果。进一步通过并联填砂管模型中的驱油实验,考察了水驱后使用不同化学驱替方 式对剩余油的动用特征及提高采收率的潜力。结果显示,相同驱替速度下,聚合物的阻力系数上升快但平衡值低; 高分子表面活性剂及与原油产生的乳状液阻力系数上升慢,但平衡值高。三种驱替方式都在一定程度上改善了开 发效果,但相比之下高分子表面活性剂驱效果更为明显。主要由于高分子表面活性剂与原油的乳化作用使高渗透 层的残余油得到启动,而生成的乳状液的阻力效应又使得液流转向波及到低渗透层。这种综合作用使该驱替方式 提高采收率效果好,含水率降幅大且维持时间较长,对于非油藏水驱后改善开发效果,进一步提高采收率具有明显 优势。 关键词:非均质油藏;表面活性剂;聚合物;阻力特性;提高采收率 中圈分类号:57.46 文献标识码:A 0.3969/j.006—768X.2009.05.01 1 本文通过物理模拟的方法分别考察了表面活性 剂(及其产生的乳状液)、聚合物在多孔介质中产生 的阻力效应,分析了不同驱油体系的作用机理,并通 过驱油实验考核对比了三种不同驱替组合提高采收 率的效果,为油田决策提供了有力的实验依据。 一、驱油剂和乳状液在多孑L 介质中的阻力特征 1.实验材料及方法 实验所用材料见表1。 表1实验用材料 材料 性能参数 来源或配制方法 油样 黏度227s(65~(2、10~取自渤海油田某平台,经人工脱水后使用 水样 ,总矿化度3650 依据渤海油田某区块典型水质组成人工配制 聚合物 子量1200万 用矿化水配制成不同浓度的溶液 其水溶液(浓度为1000)与油的界面 表面活性剂 通过前期乳化实验筛选得到的一种高分子表面活性剂 张力为1.503mN/m 乳状液 粒径中值40t~m(激光粒度分析仪测量) 稠油和该表面活性剂水溶液体积比1:1配制而成 堵剂 成胶温度65℃,成胶强度制 实验方法如下: (1)地层条件模拟。采用内径为0.8 150 究渗流过程中阻力特 征。实验过程中可在线监测渗流过程中的压力变 化。所用石英砂为160~200目,每次实验保证填砂 管水测渗透率为2—3 m 。测试温度65~(2。采取 恒速注入方式(注入速度11 m/d,实验流程按照常 规驱替流程进行,分别包括饱和水、驱油剂驱水、驱 收稿日期:2009—05—21 基金项目:国家重点基础研究发展计~(973计划)项目“化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究”(编号:2005 作者简介:尤源(1982一),2006年毕业于西安石油大学,获工学硕士学位,现是中国石油大学(北京)在读博士研究生,主要从事低渗透油 田开发、油田化学及提高采收率方面的研究。地址:(102249)北京市昌平区府学路18号,电话:13269699759,E—26.32卷第5期 o.5 钻 采 工 艺 3l· 油剂渗流三个阶段)。 (2)相同视黏度测试流体的确定。当两种溶液 的流变曲线接近时,可视为具有相同视黏度。配制 不同浓度的水解聚丙烯酰胺溶液,用试其65℃条件下的流变曲线,直到所得溶液的流 变曲线分别和所配制的表面活性剂溶液或乳状液在 该条件下的流变曲线近乎重合为止(尤其保证剪切 速率在1~100 依次将 得到的其浓度分别为2 500 和 2 000 。 2.具有相同视黏度的高分子表面活性剂溶液与聚合 物溶液的运移阻力特征 使表面活性剂水溶液及与之视黏度相同的 录渗流过程的注入 压力,按阻力系数计算公式得到不同驱油体系在此 模拟岩心中运移的阻力系数,结果见图1。 600 450 300 150 O 1 具有相同视黏度的聚合物与表面 活性剂水溶液的阻力系数 由图1可见,在视黏度相同的条件下,聚合物与 表面活性剂的阻力特征相差却很大。对于聚合物, 随着注入量的增加,其阻力系数先迅速增加,然后缓 慢下降并逐渐趋于稳定。而实验中使用的高分子表 面活性剂的阻力特征与聚合物显著不同,随着注入 量的增加,其阻力系数缓慢上升,当增加到一定值 后,也趋于稳定。表面活性剂最终稳定的阻力系数 值远高于具有相同视黏度的聚合物水溶液的阻力系 数。二者阻力系数的差异是由于不同体系在多孔介 质的剪切拉伸作用下表现出的流变和渗流特征不 同。 3.具有相同视黏度的原油乳状液与聚合物溶液的运 移阻力特征 用同样的实验方法使具有相同视黏度的原油乳 状液及聚合物水溶液通过多孔介质,得到不同流体 介质通过多孔介质的阻力系数,见图2。 由图2可以看出,乳状液在多孔介质中的运移 阻力远大于聚合物溶液的运移阻力,也大于表面活 性剂本身的运移阻力(对比图1)。乳状液的运移阻 力增加速度也比聚合物更快。二者在相同剪切速率 下的视黏度相同,那么阻力特性的差异是源于乳状 液微粒在多孔介质中较强的封堵作用和显著的阻力 累积效应。因此,驱油过程中乳状液的形成可以起 到明显的封堵作用,从而促使驱替介质的波及效率 大幅度增加,进而增加最终采收率。 2具有相同视黏度的聚合物水溶液 与稠油乳状液的阻力系数 二、不同驱油体系的驱油效果对比 用并联填砂管模拟非均质储层,单根填砂管长 150 径0.8 如下方法操作保证实验条 件平行:每组实验确保高渗透管的水测渗透率为2 ~3 m ,低渗透管的水测渗透率为0.15—0.20 m 。分别进行了三组驱油实验,考察不同驱替方 法的驱油效果。三组实验都是先进行水驱实验,然 后在水驱基础上分别采取不同的措施:①第一组实 验:水驱之后改用表面活性剂驱替;②第二组实验: 水驱后聚合物驱油;③第三组实验:水驱后化学封 堵(注入堵剂0.01 面放置隔离段塞),再用表 面活性剂驱。 实验温度65℃。三组实验保持恒速驱替并设 定相同的驱替速度。所用到的表面活性剂水溶液和 聚合物(水解聚丙烯酰胺)水溶液同上。实验过程 中始终记录驱替过程中压力的动态变化和采出液变 化情况。实验结果叙述如下。 1.采收率变化规律 1.1高渗透层采收率变化 各组实验中并联填砂管中高渗透管的原油采收 率见图3。 由图3中数据可见,三组实验水驱结果相当,采 收率变化曲线接近;这说明三组实验条件基本平行, 可以用来做平行对比。本实验条件下高渗透层水驱 采收率为40%左右。当水驱后采用不同的驱替措 施后,高渗透层的采收率变化情况有所差异。表面 活性剂驱可以将采收率提高到79%;聚合物驱后高 ·32· 钻 采 工 艺 009年9月 009 渗透层采收率同样得到提高,最终采收率可以达到 6l%;二种驱替介质黏度相同,那么采收率的差异主 要源于表面活性剂与原油的乳化作用更好地启动了 高渗透层残余油。而先注入堵剂封堵高渗透层,再 注入表面活性剂的方法提高采收率的幅度更大。注 入的堵剂在高渗透层中先改善了层内非均质性,使 得后续注入的表面活性剂更好地驱替高渗透管中的 剩余油。 10o 80 60 4O 20 0 O 1 2 3 4 5 6 7 8 注入3高渗透管中的原油采收率 1.2低渗透层采收率变化 三组实验中低渗透率管中的原油采收率变化曲 线如图4所示。 80 —6o 璧4o 20 O O l 2 3 4 5 6 7 8 4低渗透管中的原油采收率 由图4中数据可见,水驱结束时,低渗透层的采 收率很低(小于5%),大部分油未得到动用。三组 实验中更换驱替介质后,低渗透层的油都得到了动 用,采收率大幅度提高。但三组实验中低渗透层原 油的动用过程有所差异:聚合物驱中,低渗透层动用 快,低渗透层的采收率提高也较快,当驱替量达到一 定值后,基本不再增加,最终采收率约为50%;表面 活性剂驱也可以提高采收率,但采收率是在驱替过 程中逐步提高的,有一个较长的作用阶段,最终采收 率较高,达到近60%;先注入堵剂再用表面活性剂 驱的方法可以加快低渗透层的动用速度,低渗透 层的最终采收率也最高。结合图1可以明显看 到:表面活性剂和聚合物溶液对低渗透层动用特 征的差异主要源于二种驱油体系在水流波及通道 中产生的阻力效应不同,进而导致其液流转向.的 效果不同。 2.含水率变化曲线 三组实验中,综合含水率(并联管的总含水率) 变化过程如图5所示。 一 {蜓卜 缸 5并联管的综合含水率变化 由图5中数据可见,三组实验中注水接近1,含水率达到90%以上,水驱开采结束。采用不 同的提高采收率措施之后三条曲线变化趋势有所不 同。注入表面活性剂可以降低综合含水率到80% 左右,而且有效作用时间较长。聚合物驱能在较短 时间内降低综合含水,而且降低幅度较大,但作用期 有限,含水率很快又回升到90%以上。先注堵剂然 后用表面活性剂驱替的方法较直接用表面活性剂驱 替含水率降低幅度更大。 3.低渗透层分流率 三组实验中,注入流体在低渗透管中的分流率 如图6所示。 6低渗透管中的液体分流率 由三组实验低渗透管的液体分流率变化曲线可 见,常规水驱过程中,低渗透层的液体流出量所占比 例很低,也即大部分注入流体从渗流阻力相对较小 的高渗透层流过,低渗透层得不到有效驱替。当采 用提高采收率措施后,低渗透层的液体分流率普遍 得到提高。说明液体在多孔介质中的流动路径得到 了改变,更多的驱替流体进入到低渗透层作用。从 图6中曲线还能看出,表面活性剂改变低渗透层分 流率需要一段作用过程,其数值是逐步提高的,当实 验结束时,低渗透层的分流率已近乎100%。而注 入聚合物后,低渗透层的分流率在较短时间内就得 第32卷第5期 2 钻 采 工 艺 33· 到提高,但数值始终维持在20%左右,甚至到驱替 后期有下降趋势。当注入堵剂后再用表面活性剂驱 替时分流率提高速度得到加快。 一 综合以上实验结果可以明显看到,由于不利的 流度比及层间非均值性使油藏水驱后低渗透层动用 程度较差,很有必要采取措施提高采收率。聚合物 驱、表面活性剂驱、化学调堵都能见到一定的改善效 果。但在启动低渗透层残余油的速度和能力方面有 所差异。其根本原因是不同驱替介质与原油在多孑L 介质中的相互作用不同,表现出了不同的流动阻力 变化特征并由此产生了对低渗透率层分流率的不同 影响。高分子表面活性剂在驱油过程中可以和原油 发生作用,生成乳状液,有利于启动残余油。在实验 过程中取样分析也发现,高渗透填砂管模型中有乳 状液生成。产生的乳状液在运移过程中可以发生明 显的封堵孔隙的效应,从而大大增加其运移阻力,可 促使液流转向波及低渗透层。渗流实验得多孔介质中形成的阻力很高,也说明该表面活性 剂与原油形成的乳状液强度较大。聚合物能使驱替 介质和原油的流度比降低,从而减少驱油剂的指进 和窜流,进而扩大波及体积。然而通过渗流实验也 反映出聚合物在多孔介质中的阻力系数不是太高 (可能由于聚合物在驱替过程中存在剪切降解及吸 附损失所致),也就使得其在并联填砂管模型中表 现出的改善低渗透管分流率的能力有限。如果将化 学封堵和化学驱替恰当结合,封堵高渗透层中的特 大孔隙或窜层,可以大大提升其实施效果。 三、结论和建议 (1)高分子表面活性剂及其形成的乳状液在多 孔介质中的流动阻力特征与具有相同视黏度的聚合 物不同。相同驱替速度下,聚合物的阻力系数上升 快但平衡值低;高分子表面活性剂及与原油产生的 乳状液阻力系数上升慢,但平衡值高。 (2)并联填砂管中的驱油实验结果显示高分子 表面活性剂可以同时提高高、低渗透层中的原油采 收率,并且提高幅度大于具有相同视黏度的聚合物。 高分子表面活性剂与原油的乳化作用使高渗透层的 残余油得到启动,而生成的乳状液的阻力效应又使 得液流转向波及到低渗透层。 (3)非均质油藏水驱后采用聚合物驱、表面活 性剂驱、化学调堵都在一定程度上改善了开发效果。 相比之下,高分子表面活性剂驱的效果更明显,是非 均质油藏水驱后提高采收率的方式。不同驱油体系 对低渗透层的动用特征源于其在多孔介质中不同的 运移阻力变化特征及由此而引起的对液体分流率的 影响。 参考文献 [1]沈平平,袁士义,邓宝荣,等.非均质油藏化学驱波及效 率和驱油效率的作用[J].石油学报,2004,25(5):54— 59. 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