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大庆萨北油田二类油层高浓度聚合物驱油效果及机理分析

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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2009年12月 第28卷第6期 大庆石油地质与开发 2009 8 0.3969/J.000009.06.058 大庆萨北油田二类油层高浓度聚合物 驱油效果及机理分析 李 强 卢祥国 王荣健 车鑫晖。 黄 梅 谭 丽 (1.大庆石油学院提高油气采收率教育部重点实验室,黑龙江大庆163318;2.大庆油田有限责任公司第三采油厂 黑龙江大庆163114;3.大庆油田有限责任公司第四采油厂,黑龙江大庆163511) 摘要:针对大庆萨北油田二类油层储层物性差、平面和纵向非均质性严重和普通浓度聚合物驱提高采收率增油 效果不明显等问题,提出开展高浓度聚合物驱技术思路。结合矿场实际需求,采用仪器检测和理论分析方法, 开展了高浓度聚合物溶液流变性、黏弹性、流动特性和驱油效果物理模拟研究。结果表明,高浓度聚合物溶液 的黏弹性较普通浓度聚合物溶液更强,阻力系数和残余阻力系数更大。在注入整体段塞尺寸(0.57 等的 条件下,高浓度聚合物驱较普通浓度聚合物驱最终采收率能提高近浓度聚合物注入时机、用量 和段塞组合方式对增油效果影响很大,注入时机愈早,聚合物用量愈大,高浓度聚合物驱增油效果愈好。整体 段塞和“低中高黏度”段塞组合注入压力愈高,扩大波及体积能力强,增油效果较好。理论分析表明,高浓度 聚合物溶液流度控制能力更强、驱油效率更高是其大幅度提高采收率的主要机理。 关键词:高浓度聚合物溶液;流变性;黏弹性;流动特性;增油效果;实验研究;机理分析 中图分类号:6 文献标识码:A 文章编号:754(2009)06N N 1 in.i (1.ab 63318,. 63114,. 63511,n of in in of of of on y,of he of 稿日期:20095 基金项目:中国石油大庆油田有限责任公司重点科技攻关课题(008一助。 作者简介:李强,男,1984年生,硕士研究生,主要从事提高采收率理论和技术方面的研究。 E—63.28卷第6期 李强等:大庆萨北油田二类油层高浓度聚合物驱油效桌及机理分析 ·273· of he is at .57 of of a on he or of a he of is is to of of 浓度聚合物驱油技术以其提高采收率幅度 大,技术相对简单和对油层损害较小等特点而受到 国内外石油工作者广泛关注和重点研究,展现出良 好的应用前景 。针对大庆油田萨北地区二类油 层地质特点和流体性质,通过仪器检测和理论分析 方法,开展了高浓度聚合物溶液流变性、黏弹性、 流动特性和驱油效果实验研究,并对高浓度聚合物 溶液提高采收率机理进行了探索,这对二类油层高 浓度聚合物驱具有指导意义。 1实验条件 1.1药剂和油水 聚合物采用大庆炼化公司生产“高分”部分 水解聚丙烯酰胺(以下简称为“高分聚合物”), 固含量为90%,平均相对分子质量为1 900 X 10 。 模拟油由大庆油田采油三厂脱气原油与煤油混合而 成,45 。实验用水为 大庆油田采油三厂采出污水。 1.2实验仪器 驱油实验和流动性质实验仪器采用无锡石油仪 器厂生产岩心驱替实验装置。装置主要包括平流 泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。 除平流泵和手摇泵外,其他部分均置于45℃的恒温 箱内。黏度测量仪器包括子天平等设备。流变性 和黏弹性测量仪器采用1.3岩,动性质实验岩心为人造柱状均质岩心,3种 岩心气测渗透率分别为100×10一 m 、300×10 m 和1 200 X 10一 m 。驱油实验物理模型为二 维纵向非均质人造岩心 ,外形尺寸为4.5 4.5 0 括高中低3个渗透层,渗透率 变异系数为0.65,平均渗透率为660 m 。 2结果分析 2.1黏弹性和流变性 在不同浓度下,高分聚合物溶液(高分聚合 物,污水配制)储能模量G 和损耗模量G 与振荡 频率关系曲线如图1和图2所示。 f/1储能模量与振荡频率关系曲线 S t 2损耗模量与振荡频率关系曲线 S 图1和图2可知,在聚合物相对分子质量和 矿化度相同的条件下,当固定某一剪切速率时,聚合 物质量浓度愈大,储能模量G 和损耗模量G”愈大, 聚合物溶液黏弹性也就愈强,这是由于随着聚合物 ·274· 大庆石油地质与开发 2009正 溶液浓度的增大,注入液单位体积内聚合物分子数 量增多,聚合物分子之间相互缠绕严重,分子线团柔 曲性随之增强,当聚合物分子在多孔介质拉伸流动 时极易发生弹性变形,表现出良好的黏弹性。 因此高浓度聚合物溶液较普通浓度聚合物溶液 有着更好的黏弹性,从而有效地携带孑油,提高微观洗油效率。 高分聚合物溶液在不同浓度下的流变曲线如图 3所示 皇 棵 图3视黏度与剪切速率关系曲线 of S of 图3可知,在矿化度相同的条件下,当固定 某一剪切速率时,聚合物溶液的视黏度随浓度增加 而增大;当聚合物溶液浓度一定时,聚合物溶液视 黏度随剪切速率增加而呈现先增大后减小的趋势。 这是因为相对于普通浓度聚合物溶液,高浓度聚合 物溶液内聚合物分子密度较大,分子之问作用力和 缠结作用增强,形成比较稳定的空间网络结构,宏 观上表现为视黏度增大。 2.2阻力系数和残余阻力系数 从高浓度聚合物溶液阻力系数F 和残余阻力 系数F 测试结果(表1)可以看出,聚合物溶液 浓度和岩心渗透率对阻力系数和残余阻力系数存在 影响。在相同岩心渗透率下,高浓度聚合物溶液的 阻力系数和残余阻力系数最大,普通浓度聚合物溶 液的最小,而且随着岩心渗透率的降低,高浓度聚 合物溶液的阻力系数和残余阻力系数也逐渐增大。 进一步分析可知,随着岩心渗透率的降低,高浓度 聚合物溶液(2 500 m#L)的阻力系数和残余阻力 系数增加幅度与其他两种浓度聚合物溶液相比要 低,说明高浓度聚合物在高渗透层中吸附和滞留能 力很强,而且在中低渗透层中也有较好的流动能 力,因此对于非均质性较强的二类油藏,高浓度聚 合物溶液能有效地改善吸液剖面,显著地控制油水 流度比,具有较好的增油能力。 表1 阻力系数和残余阻力系数实验结果 of .3高浓度聚合物驱油效果的影响因素 2.3.1注入时机 从高浓度聚合物(高分,污水配制,浓度 2 500 )、注入时机对驱油效果影响实验结果 (表2)可以看出,注入时机对高浓度聚合物驱增 油效果存在较大影响。注入时机愈早即含水率愈 低,聚合物驱增油效果也就愈好。聚合物驱增油效 果受注入时机(含水率)影响,其作用机理与注 入压力即波及体积有关。 表2 注入时机对采收率影响实验结果 of on :后续水驱均到98%;采收率增加值均以“方案1.o”作为 对比基础。表3一表5与表2相同。 2.3.2聚合物用量 聚合物用量对聚合物驱油效果存在影响(表 3)。高浓度聚合物溶液用量愈大,聚合物溶液前 缘则容易进入到岩心深部,岩心中因吸附和滞留的 聚合物量也就越大,注入压力随之升高,而且高浓 度聚合物溶液用量愈大,高浓度聚合物溶液的黏弹 性发挥得也就越充分,从而使岩心盲端的残余油形 成油丝,提高微观洗油效率。从采收率增幅还可看 出,随着高浓度聚合物用量的增多,采收率的增幅 第28卷第6期 李强等:大庆萨北油田二类油层高浓度聚合物驱油效果及机理分析 ·275· 逐渐下降,聚合物用量为0.57 6 率只相差1.2%。考虑到经济效益,聚合物用量 为0.57 表3聚合物用量对采收率影响实验结果 of of on .3.3段塞尺寸及其组合方式 段塞组合方式对聚合物增油效果存在影响 (表4)。4种段塞组合方式虽然聚合物用量均为 0.57 PV x 2 500 m L,但注入岩心的先后顺序和 注入黏度不同。“方案3味着注入岩心聚合 物溶液黏度保持不变,其注入压力基本保持稳定。 “方案3次注入“高中低黏度”的3个聚合 物段塞,其注入压力会随着聚合物段塞黏度的降低 而下降。“方案3次注入“低中高黏度”的 3个聚合物段塞,其注入压力会随着聚合物段塞黏 度的增加而上升。“方案34”依次注入“中高低 黏度”的3个聚合物段塞,其注入压力会随着聚 合物黏度先增加后降低。 表4段塞尺寸及其组合方式对采收率影响实验结果 of of on 案内容 含油饱 采收率/%增加值 和度/%水驱聚驱 /% 2.4低浓度与高浓度聚合物段塞组合方式对驱油效 果影响 普通浓度聚合物驱过程中,普通浓度聚合物段 塞尺寸、高浓度聚合物溶液时机对聚合物驱油效果 影响很大(表5)。对比方案4—1和44可知,在注 入0.57 增注 0.38 收率还能提高近10 个百分点,这是因为高浓度聚合物溶液内分子线团 缠结现象严重,在多孔介质中的流动阻力较普通浓 度聚合物溶液大幅度增加,从而使高浓度聚合物溶 液有足够的能量进入到中低渗透储层,驱替其中的 未动用原油。另一方面,普通浓度聚合物溶液驱后 高浓度聚合物溶液凭借良好的黏弹性更有效地 “拉拽”孔隙中的残余油,使其成为可流动原油。 方案4—2、4.3和44对比可知,在后续转注高浓度 聚合物溶液的期注入普通浓度聚 合物溶液段塞尺寸越大,增油效果就越好。 表5 低浓度与高浓度聚合物段塞组合方式 对采收率影响实验结果 of of hi【U 案内容 含油饱 采收率/%增加值 和度/%水驱聚驱/% 3机理分析 宏观上,参照图3和图4可知,与普通浓度聚 合物溶液相比,高浓度聚合物溶液视黏度更大,具 有更低的流度比和更高的注入压力。一方面,在高 浓度聚合物的注入初期阶段,注入液会优先进入到 二类油层中流动阻力较低的高渗透层,随着注人量 的增加,高渗透层的有效渗透率降低,水相的渗流 阻力增大,高渗层和中低渗透层之间因此而产生压 力梯度,当这一压力梯度增DN~人液 便会克服黏滞阻力和毛细管力,绕过高渗透层,进 入到中低渗透储层,并且在高浓度聚合物溶液突破 高渗透层之前,层问压力梯度一直存在,不断扩大 ·276· 大庆石油地质与开发 2009年 注入液波及体积,此后,压力梯度便会逐渐变小, 乃至消失,扩大波及体积能力受限 。 O.35 O.30 O.25 叟o·20 \ .15 出 0.10 0. 一广 l : 方案卜 、 _ { \ :=: 一…水 /聚合物驱 后续水驱 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 注入孔隙体积倍数 图4高浓度和低浓度聚合物驱注入压力 与注入孔隙体积倍数关系曲线 of S PV 一方面,由于高浓度聚合物溶液视黏度较 高,而且表现出较强的抗剪切性,当它在多孔介质 中流动时能显著地改善油水流度比,有效地克服二 类油层注水开发中所出现的指进和窜流现象,使注 入液比较均匀的向井口推进,调整地层吸液剖面, 从而使高浓度聚合物溶液充分地进入中低渗透层, 扩大波及体积,并且高浓度聚合物溶液注入时机愈 早、用量愈大,注入液扩大波及体积能力越强,增 油效果就越显著。 微观上,高浓度聚合物溶液内聚合物分子密度 很大,分子链问的物理缠结点增多,造成链与链问 的滑动现象减弱,聚合物溶液的黏弹性随之增强。 一方面,高浓度聚合物溶液流经几何形状复杂的油 层孔隙喉道时,会诱导出二次流,产生“旋涡”。 当雷诺数较小时,即在油藏驱替流动条件下,聚合 物溶液的弹性效应可使其以“黏弹涡”的形式波 及孔隙盲端深处,将其中的残余油剥离分散成油滴 或油丝,携带至主流区,成为可驱动原油 ]。随 着聚合物溶液黏弹性增强,涡流区明显扩大,对盲 端和喉道中残余油的驱替能力增强,这种黏弹涡驱 替效应是高浓度聚合物溶液提高微观驱油效率的重 要机理之一。 另一方面,高浓度聚合物在多孔介质中流动时 “衰竭层”厚度较普通浓度聚合物的要薄 ],油水 界面上同样厚度内聚集的分子数量明显增多,而且 聚合物分子间的相互缠绕使其分子线团回旋半径增 大,在多孔介质中流动时聚合物分子之间的运动会 互相制约,因而随着注入压力的增高,聚合物分子 产生拉伸变形,带动后面和周围的分子运动。因 此,高浓度聚合物溶液能高效地携带孔隙盲端中的 残余油,提高微观洗油效率 ’加J。 综上所述,高浓度聚合物溶液作为驱油剂不仅 可以扩大宏观波及体积,而且可以提高微观洗油效 率,大幅度提高原油采收率。 4结 论 (1)高浓度聚合物溶液黏弹性较普通浓度聚合 物溶液更强,阻力系数和残余阻力系数更大。 (2)在注入整体段塞尺寸(0.57 等的 条件下,高浓度聚合物驱较低浓度聚合物驱最终采 收率能提高近10个百分点。 (3)高浓度聚合物注入时机和用量对增油效果 影响很大。注入时机愈早,聚合物用量愈大,高浓 度聚合物驱增油效果愈好。 (4)段塞组合方式对高浓度聚合物驱增油效果 存在影响。整体段塞和“低中高黏度”段塞组合注 入压力愈高,扩大波及体积能力强,增油效果较好。 参考文献: [1]王德民.大庆油田“三元”“二元”“一元”驱油研究[J]. 大庆石油地质与开发,2003,22(3):1.4. [2]苏延昌,刘德宽,高峰,等.喇嘛甸油田污水配制高分子高 浓度聚合物驱油试验研究[J].大庆石油地质与开发,2006, 25(3):82.84. [3]李洁,武力军,邵振波.大庆油田二类油层聚合物驱油技术 要点[J].石油天然气学报,2005,27(2):394—396. [4]卢祥国,高振环.人造岩心制作及其影响因素实验研究[J]. 大庆石油地质与开发,1994,13(4):53—55. [5]闫文华,康万利,贾红兵,等.杏北油田二类油层聚合物驱 注入参数的优选[J].大庆石油学院学报,2007,31(1): 47[6]岳湘安,张立娟,刘中春,等.聚合物溶液在油藏孔隙中的 流动及微观驱油机理[J].油气地质与采收率,2002,9 (3):5[7]夏惠芬,王德民,刘中春,等.黏弹性聚合物溶液提高微观驱油 效率的机理研究[J].石油学报,2001,22(4):60[8]张宏方,王德民,王立军.聚合物溶液在多孔介质中的渗流 规律及其提高驱油效率的机理[J].大庆石油地质与开发, 2002,21(4):57[9] 秀莲,夏惠芬.黏弹性聚合物溶液对盲端类残余 油的微观作用机理[J].大庆石油地质与开发,2007.26 (5):110—113. [10]夏惠芬,王德民,王刚,等.聚合物溶液在驱油过程中对盲端 类残余油的弹性作用[J].石油学报,2006,27(2):72编辑:刘桂玲
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