强碱三元复合驱后提高采收率新方法——以大庆杏树岗油田为例

王子健， 卢祥国， 姜晓磊， 张月仙， 宋茹娥

(1.东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油大庆油田公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 166521)



强碱三元复合驱后提高采收率新方法
——以大庆杏树岗油田为例

王子健1， 卢祥国1， 姜晓磊1， 张月仙2， 宋茹娥2

(1.东北石油大学 提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油大庆油田公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 166521)

为了探究强碱三元复合驱后进一步提高采收率的措施，以大庆杏树岗油田为实验平台，以采收率、含水率和注入压力为评价指标，在恒速和恒压条件下开展了强碱三元复合驱后进一步提高采收率方法增油效果实验研究。结果表明，强碱三元复合驱后注入高浓度聚合物溶液、无碱二元复合体系和弱碱三元复合体系都可以进一步提高采收率，其中高浓度聚合物驱增油效果较好。后续注入压力升高幅度愈大，采收率增幅愈大。考虑到大庆油田储层以及设备耐压能力的制约，结合经济技术效果的综合评价，无碱二元体系更具有应用前景。

高浓度聚合物；弱碱三元；无碱二元；增油效果；物理模拟；注入压力

三元复合驱油技术以其采收率增幅较大而受到石油科技工作者的高度重视，已在大庆油田、胜利和克拉玛依等油田进行了先导性和工业性矿场试验，取得了明显的增油降水效果[1-3]。目前，大庆油田三元复合驱油技术已经进入工业化推广应用阶段，已有部分区块进入甚至完成了后续水驱，亟待采取进一步提高采收率措施。理论分析表明，三元复合驱后要进一步提高采收率[4-5]，就必须进一步扩大波及体积和提高洗油效率，而进一步扩大波及体积就意味着必须进一步提高注入压力[6]。大庆油田水井注入压力统计资料表明，前期三元复合体系注入压力接近储层岩石破裂压力，这表明后续进一步提高采收率措施预留压力上升空间很小。因此，在进行进一步提高采收率措施增油效果评价时[7]，必须考虑实际可能的压力升高幅度。否则，就会出现室内通过大幅度提高注入压力实现了扩大波及体积目的，而矿场却难以达到压力升幅要求，甚至注入困难的尴尬局面。依据矿场实际需求，以大庆杏树岗油田为实验平台，在恒速和恒压条件下开展了强碱三元复合驱后进一步提高采收率方法增油效果实验研究，这对目标区块进一步提高采收率方法选择具有重要参考价值。

1　实验部分

1.1主要材料

聚合物为中国石油大庆炼化公司生产部分水解聚丙烯酰胺干粉，相对分子质量为2 500×104(用CP表示)，固含量为90%。表面活性剂包括：(1)大庆油田东昊公司生产重烷基苯石油磺酸盐，有效质量分数50%，用于配制强碱三元复合体系(用Cs1表示)；(2)中国石油大庆炼化公司生产石油磺酸盐，有效质量分数38%，用于配制弱碱三元复合体系(用Cs2表示)；(3)大连戴维斯化学剂有限公司生产非离子表面活性剂(简称“DWS”，用Cs3表示)，有效质量分数40%，用于配制无碱二元复合体系。强碱为NaOH(用CA表示)，弱碱为Na2CO3(用Ca表示)。上述药剂取自大庆油田第四采油厂。

实验用油由大庆油田第四采油厂脱气原油与煤油混合而成，45 ℃条件下黏度为10.0 mPa·s。实验用水为大庆油田第四采油厂采出污水，离子组成见表1。

表1　水质分析

岩心为二维纵向非均质人造岩心[8-9]，包括高中低3个渗透层，渗透率Kw=1 600×10-3μm2、800×10-3μm2和400×10-3μm2，各小层厚度为1.5 cm，外观几何尺寸：高×宽×长=4.5 cm×4.5 cm×30 cm。

1.2实验装置

采用DV-Ⅱ型布氏黏度仪测试驱油剂视黏度，分别使用“0”号转子(0～100 mPa·s)，转速为6 r/min；“1”号转子(100～200 mPa·s)，转速为30 r/min；“2”号转子(200～1 000 mPa·s)，转速为30 r/min。采用TX500C旋滴油水界面张力仪测试驱油剂与原油间界面张力。

采用驱油实验装置评价驱油剂增油降水效果，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部件，除平流泵和手摇泵外，其它部分都置于45 ℃恒温箱内。实验过程中平流泵的注入速度为0.3 mL/min，压力记录间隔为30 min一次。

1.3实验方案设计

1.3.1强碱三元复合驱基础实验水驱至98%+强碱三元复合驱(0.06 PV的聚合物前置段塞(1 800 mg/L CP)、0.3 PV的三元主段塞(0.3%CS1+1.2%CA+2 000 mg/L CP)、0.15 PV的三元副段塞(0.2%CS1+1.0%CA+1 700 mg/L CP)以及0.2 PV的聚合物保护段塞(1 400 mg/L CP))+后续水驱至98%。以上各百分数均指对应组分的质量分数，后续的其它实验都将在上述实验基础上进行，可根据不同的实验调整后续水驱的时间。

1.3.2强碱三元复合驱后续实验强碱三元复合驱后弱碱三元复合驱实验方案(方案2-1至方案2-3)：弱碱三元复合驱由“聚合物前置段塞(2 500 mg/L CP)+0.35 PV三元主段塞(0.3% CS2+1.2%Ca+2 200 mg/L CP)+0.15 PV三元副段塞(0.2%CS2+1.0% Ca+2 100 mg/LCP)+聚合物保护段塞(1 400 mg/L CP)+后续水驱至98%”组成，其中聚合物前置段塞和聚合物保护段塞尺寸变化，但它们之和等于0.15 PV，总段塞尺寸0.7 PV。

强碱三元复合驱后无碱二元复合驱实验方案(方案3-1～方案3-3)：无碱二元复合驱由“0.05 PV～0.1 PV聚合物前置段塞(CP2 500 mg/L)+0.65 PV～0.6 PV无碱二元段塞(0.3% CS3+1 700 mg/LCP)+后续水驱至98%”组成，总段塞尺寸0.7 PV。

强碱三元复合驱后高浓度聚合物驱实验方案(方案4-1)：高浓度聚合物驱由“0.7 PV高浓度聚合物段塞(CP2 500 mg/L)+后续水驱至98%”组成。实验过程中首先采用“恒速方式”进行驱替(每个方案完成两组平行实验)，随后从平行恒速方案中选取增油效果较好的方案进行“恒压方式”实验(恒压过程中注入压力取前期强碱三元复合体系注入过程中最高压力)，计算采收率增幅，并与“恒速方式”进行对比。

2　结果与讨论

2.1恒速实验

2.1.1强碱三元复合驱后弱碱三元复合驱增油效果的影响强碱三元复合驱后弱碱三元复合驱采收率实验结果见表2。

表2　弱碱三元驱实验结果

从表2可以看出，强碱三元复合驱后注入弱碱三元复合体系可以产生较好液流转向效果，促使中低渗透层分流率即吸液量增加，这一方面扩大了波及体积，另一方面进入新波及区域弱碱三元复合体系提高了洗油效率，最终导致采收率较大幅度提高。此外，强碱三元复合驱后进行弱碱三元复合驱，其采收率增幅受前置聚合物段塞尺寸的影响。随聚合物前置段塞尺寸增加，采收率增幅增加，相邻实验方案间采收率增幅增加(1.1%和2.0%)。

2.1.2强碱三元复合驱后无碱二元复合驱增油效果的影响强碱三元复合驱后无碱二元复合驱采收率实验结果见表3。

从表3可以看出，强碱三元复合驱后注入无碱二元复合体系可以进一步提高原油采收率。此外，无碱二元复合驱采收率增幅受聚合物前置段塞尺寸的影响。随聚合物前置段塞尺寸增加，驱替相有效波及区域增大，剩余油饱和度较高的中低渗透层动用程度增加，无碱二元复合驱采收率增加，相邻实验方案间采收率增幅也随之增加(1.3%和2.8%)。

表3　无碱二元驱实验结果

2.1.3强碱三元复合驱后高浓度聚合物驱增油效果的影响强碱三元复合驱后高浓度聚合物驱采收率实验结果见表4。

表4　高浓聚合物驱实验结果

从表4可以看出，强碱三元复合驱后高浓聚合物驱可有效提高原油采收率。对比表4及表3、表2可以看出，与弱碱三元复合驱和无碱二元复合驱相比较，强碱三元复合驱后高浓度聚合物驱采收率更高。分析认为，高浓度聚合物溶液黏度高，在多孔介质中的渗流阻力大，注入压力高，可有效增大中低渗透层的吸液压差，扩大波及体积能力较强，因此其采收率增幅较大。

2.2恒压和恒速实验对比

2.2.1强碱三元复合驱后弱碱三元复合驱增油效果的影响强碱三元复合驱后在两种驱替方式下采收率(方案2-3)实验结果见表5。

表5　弱碱三元驱实验结果对比

从表5可以看出，注入相同的段塞，与恒速实验相比较，恒压实验采收率增幅较大。实验过程中注入压力、含水率、采收率与PV数关系对比见图1。

图1　弱碱三元驱注入压力、含水率和采收率与PV数的关系

从图1可以看出，弱碱三元体系恒压实验压力高于恒速实验动态变化压力，与恒速实验相比较，恒压实验注入压力较高，扩大波及体积能力较强，所以液流转向效果较好，含水率降幅和采收率增幅都较大。

2.2.2强碱三元复合驱后无碱二元复合驱增油效果的影响强碱三元复合驱后两种驱替方式无碱二元复合驱采收率(方案3-3)实验结果见表6。

从表6可以看出，注入相同的段塞，与恒速实验相比较，恒压实验采收率增幅相对较小。

实验过程中注入压力、含水率、采收率与PV数关系对比见图2。

表6　无碱二元驱提高采收率结果对比

图2　无碱二元驱注入压力、含水率和采收率与PV数的关系

从图2可以看出，无碱二元体系恒速实验动态变化压力高于恒压实验的恒定压力，所以与恒速实验相比较，恒压实验注入压力较低，液流转向效果较差，含水率降幅和采收率增幅都较小。

2.2.3强碱三元复合驱后高浓聚合物驱增油效果的影响强碱三元复合驱后两种驱替方式下高浓聚合物驱采收率(方案4-1)实验结果见表7。

从表7可以看出，注入相同的段塞，与恒速实验相比较，恒压实验采收率增幅较小。

表7　高浓聚合物驱提高采收率结果对比

实验过程中注入压力、含水率、采收率与PV数关系对比见图3。

图3　高浓聚合物驱注入压力、含水率和采收率与PV数的关系

从图3对比可以看出，高浓聚合物体系恒速实验动态变化压力高于恒压实验的恒定压力，与恒压实验相比较，当恒速实验注入压力较高时，液流转向效果较好[10-12]，含水率降幅和采收率增幅都较大。

综上所述，强碱三元复合驱后进一步提高采收率方法增油效果与注入压力升高幅度密切相关。注入压力升高幅度愈大，采收率增幅愈大。但从目前大庆油田矿场统计资料来看，前期强碱三元复合驱注入压力都接近储层岩石破裂压力，留给后续进一步提高采收率措施的压力上升幅度很小[13]，即进一步扩大波及体积潜力很小[14-15]。因此，在评价强碱三元复合驱后进一步提高采收率措施效果时，恒压实验结果更接近矿场生产现实状况。但也必须看到，与恒速实验相比较，恒压实验采液速度都呈现较大幅度下降，其中高浓度聚合物驱采液速度下降幅度较大，达到98%含水率所需时间较长，是无碱二元和弱碱三元复合驱所用时间的两倍(见图4)。

图4　采液速度与驱替时间关系

由此可见，与无碱二元和弱碱三元复合驱相比较，强碱三元复合驱后采用高浓度聚合物驱，其采液速度下降幅度较大，生产持续较长，操作费用较高，降低了技术经济效果。

3　结论

(1) 在恒速实验条件下，强碱三元复合驱后注入高浓度聚合物溶液、无碱二元复合体系、弱碱三元复合体系都可以进一步提高采收率，比较之下高浓度聚合物驱增油效果最好。但是在恒压实验条件下，高浓聚合物采液速度较低，生产持续时间较长，相应操作费较高。与其它恒压驱油方式相比较，无碱二元复合体系驱采收率增幅较大，采液速度较高。从技术效果和经济效益综合考虑，无碱二元体系更具有应用价值。

(2) 与驱油剂洗油能力相比较，其流度控制即扩大波及体积能力对采收率贡献率较大。因此，当强碱三元复合驱后注入驱油剂具有更强流度控制和洗油能力时，就可以较大幅度提高采收率。必须强调指出，调驱剂流度控制能力是否能够充分发挥作用还受到储层岩石破裂压力和设备耐压能力的制约。

(3) 从目前大庆油田矿场统计资料来看，前期强碱三元复合驱注入压力都接近储层岩石破裂压力，留给后续进一步提高采收率措施的压力上升幅度很小。因此，恒压实验结果更能反映进一步提高采收率措施的实际增油效果。

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(编辑闫玉玲)

Experimental Method about Enhancing Oil Recovery after Alkaline/Surfactant/Polymer Flooding:Take Xingshugang Oilfield in Daqing as Research Object

Wang Zijian1, Lu Xiangguo1, Jiang Xiaolei1, Zhang Yuexian2, Song Ru’e2

(1.KeyLaboratoryofEnhancedOilRecoveryofEducationMinistry，NortheastPetroleumUniversity，DaqingHeilongjiang163318,China；2.PetroChinaDaqingOilfieldCompanyFourthProductionPlant，DaqingHeilongjiang166521,China)

In order to explore a method of further enhancing oil recovery after alkaline/surfactant/polymer flooding, taking Xingshugang oilfield in Daqing as an experiment platform and regarding oil recovery, water content and injection pressure as evaluation indicators on enhancing oil recovery, an experiment was conducted under the condition of the constant temperature and constant pressure. The results showed that alkali/surfactant/polymer with strong base system, surfactant-polymer system and alkali/surfactant/polymer with weak base system could all further enhance oil recovery, and the effect of high concentration polymer liquor was the best. The greater the subsequent of the injection pressure rose, the more the recovery growth was. Taking into account the constraints of Daqing oilfield reservoir and equipment capacity. Based on the comprehensive consideration of technical and economic effects, aurfactant-polymer system has more application prospects.

High concentration polymer; Alkalescent alkaline/surfactant/polymer system; Surfactant-polymer system； Effect of increasing oil; Physical simulation； Injection pressure

1006-396X(2016)02-0065-06

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-08-31

2015-10-20

大庆油田公司重点科技攻关课题“杏北开发区一类油层三元复合驱后提高采收率室内研究”(DQYT-0504003-2014-JS)。

王子健(1990-)，男，硕士研究生，从事化学驱提高采收率技术研究工作；E-mail： wangzijian1207@126.com。

卢祥国(1960-)，男，博士，教授，博士生导师，从事提高采收率理论和技术方面的研究；E-mail：luxiangg2003@aliyun.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.02.013