非均相复合驱封堵调剖性能及矿场试验

张 莉,刘慧卿,陈晓彦

(1.中国石油大学 石油工程学院,北京 102249; 2.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083; 3.胜利油田地质科学研究院,山东 东营 257015)

非均相复合驱封堵调剖性能及矿场试验

张 莉1,2,刘慧卿1,陈晓彦3

(1.中国石油大学 石油工程学院,北京 102249; 2.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083; 3.胜利油田地质科学研究院,山东 东营 257015)

针对聚合物驱后油藏提高采收率的需要,在孤岛中一区Ng3开展非均相复合驱实验和矿场试验,描述非均相复合体系的注入产出特征,评价非均相复合驱的封堵调剖性能和驱油效果.实验和矿场试验表明:黏弹性颗粒驱油剂PPG的阻力因数、封堵效率、非均质剖面调整能力强于聚合物的,适合长期驱替应用;非均相复合驱实验提高聚合物驱后采收率13.6%,高于聚驱后二元驱和聚合物加PPG驱二者之和;矿场动态特征不同于聚合物驱和二元驱,纵向吸水剖面发生交替变化,见效井综合含水率呈台阶式直线下降,具有交替封堵、转向式驱替各小层剩余油的特点;增油倍数和综合含水率下降幅度高于同期聚合物驱和二元驱的,可成为聚合物驱后油藏进一步提高原油采收率的有效方法.

非均相复合驱;聚合物驱后;封堵调剖;提高采收率;矿场试验

0 引言

自20世纪90年代以来,聚合物驱技术在大庆、胜利等油田获得工业化推广应用.统计胜利油田矿场试验效果,聚合物驱可提高采收率6%～10%[1],而矿场实施聚合物驱的三大主力油田——孤岛、孤东、胜坨油田的平均水驱采收率约为33%,聚合物驱后仍有50%左右的原油滞留地下,有进一步挖潜的物质基础.胜利油田实施聚合物驱的29个单元中,17个单元转入后续水驱开发阶段,10个单元综合含水率已回升到聚合物驱前的水平,因此有必要研究聚合物驱后进一步提高原油采收率的技术.

由于聚合物驱后油藏条件更加复杂,储层非均质性加强,平面、层间矛盾突出,剩余油分布更加零散,需要进一步扩大波及体积和提高洗油效率[2-3],而目前配套成熟的聚合物驱、二元复合驱等方法应用效果有限[4-7].为解决这一问题,提出非均相复合驱油体系.该体系由黏弹性颗粒驱油剂PPG(Preformed Particle Gel)、聚合物和表面活性剂组成,由于PPG在水中不能完全溶解,称之为非均相体系.人们系统评价黏弹性颗粒驱油剂PPG的性能,包括溶胀性、耐温抗盐性、长期热稳定性、运移性等[8-9],研究PPG颗粒的溶胀机理和非均质调驱机理[10-12].曹绪龙筛选出黏弹性颗粒驱油剂PPG样品,得到适合于胜利高温高盐油藏和聚合物驱后油藏的非均相复合驱油体系[13].崔晓红研究PPG的溶胀能力、滤过能力、在岩心中的运移能力及其与表面活性剂、聚合物的相互作用[14].陈晓彦利用微观物理模型对比分析水驱、聚合物驱、二元驱与PPG驱的微观驱替特征[15].

2010年在聚合物驱后油藏典型代表——孤岛中一区Ng3开展矿场试验.笔者通过分析非均相复合驱油体系在孤岛中一区Ng3的实验和矿场试验结果,描述非均相复合驱的注入产出特征,评价非均相复合驱在油藏条件下的封堵调剖性能和驱油效果.

1 实验

1.1 材料和方法

(1)实验用油.由孤岛中一区Ng3脱水原油和煤油配制的模拟油,黏度为51.6 mPa·s.

(2)用水.孤岛中一区Ng3模拟注入水,矿化度为7.37 g·L-1.

(3)温度.70℃.

(4)封堵能力.将直径为2.54 cm、长度为30.00 cm、渗透率为3μm2的人造岩心模型饱和模拟配制水,水驱至压力平衡(p1)后,分别注入2 g·L-1聚合物和PPG溶液,待压力稳定(p2),再转注模拟配制水至压力稳定(p3).p2/p1为阻力因数,p3/p1为残余阻力因数.

(5)调剖能力.将2根直径为2.54 cm、长度为100.00 cm、渗透率分别为3μm2和1μm2的人造岩心模型饱和模拟配制水后,以合注分采方式分别注入1.00倍孔隙体积的聚合物、聚合物加PPG复配体系,注入体系质量浓度均为2 g·L-1,记录高低渗管产液量变化.

(6)驱油效果.将2根直径为2.54 cm、长度为30.00 cm、渗透率分别为3μm2和1μm2的双管模型饱和模拟配制水后,用孤岛中一区Ng3脱水模拟油饱和,老化24 h,先水驱至采出液综合含水率98%,注入0.30倍孔隙体积的聚合物,水驱至采出液综合含水率98%,再分别注入0.3倍孔隙体积的高质量浓度聚合物、二元体系、聚合物加PPG体系、聚合物加PPG加二元非均相体系,后续水驱至综合含水率98%以上,计算各驱油体系的采收率.

1.2 PPG与聚合物黏弹性

较高的表观黏度和黏弹模量可保证驱油体系具有较大的波及效率和运移能力,不同体系黏弹性测试指标见表1.由表1可知,2～3 g·L-1聚合物溶液的黏度为20～40 mPa·s,弹性模量较小,相位角在70°左右,聚合物体系具有一定的黏弹性特征,以黏性为主.聚合物溶液中加入黏弹性颗粒PPG后,体系的黏度明显增加,弹性模量增加,相位角减小到30°左右,体系由偏黏性转变为偏弹性.

表1 不同体系黏弹性测试指标Table 1 The viscoelastic properties of different systems

在一定的体相黏度和剪切速度下,PPG颗粒与黏稠的本体溶液形成结构黏度,使体系黏度和黏弹性大幅度提高,体系对颗粒的悬浮携带能力增强,能够进一步提高封堵强度,更有效改善波及状况.

1.3 PPG与聚合物封堵性能

通过阻力因数与残余阻力因数实验可以评价驱油体系的封堵性能.阻力因数与残余阻力因数测定结果见表2.由表2可知,PPG阻力因数高达154.0,封堵效率达到97%以上,远远比聚合物体系的高,说明PPG具有更强的封堵能力.PPG残余阻力因数和聚合物差不多,仅为4.2,表明PPG还具有良好的运移能力,不同于一般调剖用的预交联体,转水驱后岩心渗透率的恢复能力较强,适合长期驱替应用.

表2 阻力因数与残余阻力因数测定结果Table 2 The RF and RRF of Polymer and PPG

1.4 PPG与聚合物调剖性能

在渗透率级差为1∶3条件下,对比考察聚合物和聚合物加PPG体系的调剖性能,非均质模型聚合物驱及聚合物加PPG驱分流量曲线分别见图1和图2.

由图1可知,注入聚合物前,高低渗管产液率分别为75%和25%左右.注入聚合物后,高渗管产液率下降到55%左右,低渗管产液率上升到45%左右,聚合物对高低渗管分流量有一定程度的改善,但改善效果随聚合物的继续注入又逐渐降低,在聚合物驱结束时,基本失效.后续水驱阶段,流体主要进入高渗管,低渗管几乎不产液,聚合物驱后由于非均质造成矛盾加剧,与矿场试验中聚合物驱后油藏调剖失效、非均质性增强的现象基本一致.

图1 非均质模型聚合物驱分流量曲线Fig.1 The fractional flow curves in heterogeneous core during polymer flooding

图2 非均质模型聚合物加PPG驱分流量曲线Fig.2 The fractional flow curves in heterogeneous core during polymer+PPG flooding

由图2可知,注入聚合物加PPG复配体系后,高低渗管发生液流转向——高渗管产液率下降,由95%左右下降到30%左右,低渗管产液率上升,由5%左右上升到70%左右.由于PPG颗粒非连续性运移,高低渗管分流量出现波动性变化,液流转向持续时间达1.5倍孔隙体积,表明聚合物加PPG体系具有持续的剖面调整能力,调剖能力比聚合物的高.

1.5 驱油效果

驱油实验研究双管模型水驱、聚合物驱后不同驱油体系的驱油效果,不同驱油体系驱油实验结果见表3.由表3可知,聚合物驱后再注入高质量浓度聚合物,由于提高波及能力有限,提高采收率幅度较小,为3.3%.聚合物驱后注入P加S二元体系,与前期聚合物波及能力接近,主要通过提高洗油效率增加采收率,提高采收率幅度也较小,为4.9%.聚合物驱后注入非均相复合体系,不仅发挥PPG调整剖面扩大波及体积的作用,同时叠加表面活性剂超低界面张力带来的洗油效率,提高采收率幅度较高,达到13.6%,高于聚合物驱后二元驱(4.9%)和聚合物加PPG驱(7.8%)两者之和,非均相复合体系各组分起到了协同增效作用.

表3 不同驱油体系驱油效果Table 3 The oil recovery of different flooding systems

2 矿场试验

2.1 试验区概况

非均相复合驱矿场试验区位于孤岛中一区Ng3中部,1971年投产,1974年注水开发,1992年和1994年分别开展聚合物驱先导试验和扩大试验,取得较好降水增油效果,提高采收率10%以上.2005年聚合物驱效果基本结束,进入后续水驱开发.

聚合物驱后,储层物性参数发生较大变化,孔隙度由初期的35.2%上升到目前的39.0%,渗透率由初期的1.57μm2上升到目前的2.61μm2,粒度中值由初期的0.126 mm逐渐增大到0.179 mm,泥质体积分数由初期的9%下降到目前的7%.中一区Ng3储层的成岩作用较弱,开发过程中黏土矿物发生剥离、运移,使得孔隙度、渗透率和粒度中值呈逐渐增大的趋势,油藏非均质性加强.

2.2 注入方案

考虑油藏的非均质性,为减缓驱油体系在油层中的“指进”和“窜流”,设计“阶梯型”两段塞注入方式.第一段塞为前缘保护及牺牲段塞,注入0.05 PV(PV为注入孔隙体积倍数)较高质量浓度的聚合物加PPG溶液,聚合物和PPG质量浓度为1.5 g·L-1.主段塞注入0.30 PV非均相复合驱油体系:表面活性剂质量分数为0.4%,聚合物和PPG质量浓度为1.2 g·L-1.

矿场于2010年11月实施注入,首先注入前缘保护段塞,2011年11月注入非均相复合驱主段塞,到2013年6月,累积注入地下孔隙体积倍数为0.20,完成方案设计的60%左右.

2.3 实施效果

2.3.1 注入压力

油藏条件下驱油体系具有较强封堵调剖能力,最明显表征是注入井压力上升和吸水剖面得到调整.

从试验区注入压力变化看,前置段塞注入后,注入井压力普遍上升,单井压力上升1.1～3.4 MPa,平均注入压力从注入前的7.6 MPa最高上升到10.2 MPa,目前稳定在9.7 MPa,注入压力最高上升2.6 MPa.中一区Ng3聚合物驱同期压力从6.0 MPa上升到6.8 MPa,上升0.8 MPa,非均相复合驱压力升幅高于同期聚合物驱的,说明非均相体系在油藏运移过程中形成有效封堵,其封堵能力比聚合物的高.

2.3.2 霍尔阻力因数

注入井注入不同流体,霍尔曲线反映为不同直线段,用曲线分段回归求取各直线段的斜率,其斜率与水驱直线段斜率之比为阻力因数.阻力因数越大,地层导流能力越低.

根据注入井动态资料绘制霍尔曲线图,计算试验区霍尔阻力因数为2.2,而中一区Ng3聚合物驱的阻力因数为1.4,非均相复合驱阻力因数高于聚合物驱的,说明非均相复合驱能明显降低油层的导流能力.

2.3.3 吸水剖面

吸水剖面变化是评价油层纵向非均质性改善的重要参数.分析矿场吸水剖面连续监测资料,非均相复合驱能够使纵向各层吸水量发生交替变化,不同于聚合物驱和二元驱仅仅改善纵向非均质性的特点.11-311井相对吸水量统计结果见表4.

表4 11—311井相对吸水量统计结果Table 4 The statistics of relative injection rate of well 11—311

由表4可知,11-311井注入Ng33、Ng34、Ng35三个层,聚合物驱前主要是Ng35层吸水;聚合物驱后Ng33层相对吸水量增加到20%左右,Ng34层相对吸水量增加到10%左右,纵向吸水剖面得到改善.聚合物驱转入后续水驱后,Ng35层100%吸水,纵向上层间吸水差异变大.非均相复合驱矿场实施后,纵向上各层位吸水量一直呈现交替变化.非均相体系注入3个月后,Ng33层相对吸水量上升到44.1%,Ng35层相对吸水量下降到51.2%;非均相体系注入7个月,Ng33层相对吸水量下降到30.2%,Ng35层相对吸水量上升到64.8%,Ng34层相对吸水量变化不大;非均相体系注入14个月后,Ng33层相对吸水量又上升到35.6%,Ng35层相对吸水量下降到53.0%,Ng34层相对吸水量上升到11.4%,说明非均相体系具有交替封堵的特点,与前面实验液流转向结果一致.

试验初期由于高渗层的渗流阻力较低,非均相体系主要进入高渗层,使高渗层渗流阻力不断增加,吸水能力下降,当高渗层的渗流阻力高于中低渗层的渗流阻力时,中低渗层开始吸水,纵向吸水剖面改善.当注入压力升高到一定程度后,较高的压力使PPG颗粒能够变形通过孔喉,层内压力降低,吸水能力开始上升.PPG颗粒在地层中不断重复增加渗流阻力→压力升高→变形通过→压力降低的过程,从而使非均相体系表现出交替封堵的特点.

2.3.4 生产井见效特征

试验区有10口生产井,目前7口井见到明显降水增油效果,平均单井产油量由试验前的2.0 t/d左右上升至目前的7.9 t/d,日增油近4倍;综合含水率由试验前的97.5%下降到目前的83.5%,下降14.0%,同期聚合物驱矿场试验和二元驱矿场试验的增油倍数分别为1.9和3.3;综合含水率下降幅度分别为7.0%和9.7%,非均相复合驱增油倍数和含水率下降幅度均比同期聚合物驱和二元驱的高.

从生产井见效情况看,非均相复合驱见效特征不同于聚合物驱和二元驱的,聚合物驱和二元驱见效井综合含水率一般呈漏斗型,非均相驱见效井综合含水率均呈台阶式直线下降.如12X3012井为矿场试验新钻井(见图3),产液量为45.0 t/d左右,产油量由5.0 t/d左右台阶式上升到10.0 t/d,稳定一段时间后台阶式上升到20.0 t/d左右稳定,然后又台阶式上升到30.0 t/d左右;相应的综合含水率由试验前的90%左右台阶式下降到80%左右,稳定一段时间后台阶式下降到60%左右稳定,然后台阶式下降到30%左右.结合前面吸水剖面交替变化的特点,非均相体系能交替封堵注入层、转向式驱替各小层的剩余油.

图3 12X3012井生产曲线Fig.3 Production curve of well 12X3012

3 结论

(1)黏弹性颗粒驱油剂PPG的阻力因数、封堵效率、非均质剖面调整能力强于聚合物的,适合长期驱替应用.

(2)非均相复合驱驱油实验提高聚合物驱后采收率13.6%,高于聚合物驱后二元驱和聚合物加PPG驱二者之和;矿场动态特征不同于聚合物驱和二元驱的,纵向吸水剖面发生交替变化,见效井综合含水率呈台阶式直线下降,具有交替封堵、转向式驱替各小层剩余油的特点.

(3)孤岛中一区Ng3非均相复合驱矿场试验取得较好效果,试验期间注入压力上升2.6 MPa,阻力因数升高到2.2,7口生产井见到明显降水增油效果,增油倍数和综合含水率下降幅度均高于同期聚合物驱和二元驱的,可成为聚合物驱后油藏进一步提高采收率的有效方法.

(4)由于矿场试验仍在实施中,今后需在如何促进平面均衡见效、保持合理的采液速度、有效预防化学剂窜流等方面开展深入研究.

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TE357.46

A

2095- 4107(2014)01- 0063- 06

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.009

2013- 10- 23;编辑:关开澄

国家重大科技专项(2011ZX05011)

张 莉(1974-),女,博士后,高级工程师,主要从事三次采油方面的研究.