稠油油藏聚合物驱剖面反转现象室内实验

2016-12-22张颖苹

特种油气藏 2016年6期

关键词：级差驱油采收率

张颖苹

(长江大学，湖北武汉 430100)

稠油油藏聚合物驱剖面反转现象室内实验

张颖苹

(长江大学，湖北武汉 430100)

为探讨稠油油藏聚合物驱剖面反转规律，建立了与现场实际相似的非均质物理驱替模型，并用聚合物驱替模拟岩心，研究油层渗透率级差、注入浓度、注入时机对聚合物驱剖面反转的影响。实验结果表明：渗透率级差越大，剖面反转出现越早，反转程度越大，说明对于级差较大的稠油油藏用聚合物驱油效果较差；聚合物驱油过程中聚合物浓度越大，剖面反转越早，原油采收率升高，但增长速度变缓，说明在聚合物驱油时需要对聚合物的浓度范围进行界定；聚合物驱油注入时机越早，剖面反转出现越早，应结合生产实际情况选择适当注入时机。该研究成果对聚合物驱提高稠油油藏原油采收率具有指导意义。

聚合物驱；剖面反转；物理模拟；反转规律；分流率；采收率

0 引言

聚合物驱油始于20世纪50年代，20世纪70年代在美国进行矿场试验，采收率可提高8.6%。在苏联阿尔兰油田、加拿大零斯弗莱湖油田和法国沙特伊尔埃纳达油田进行工业矿场试验，采收率可提高6.0%～17.0%。大庆油田于20世纪70年代在萨尔图油田萨尔图油层组开展注聚合物试验获得成功，胜利油区孤岛油田于1992年在中一区馆陶组油层进行聚合物驱油矿场试验获得成功。20世纪80年代在胜利油区八面河油田的稠油油藏进行了注聚合物提高采收率先导试验获得成功，平均提高采收率6.0%。从国内外各油田进行的室内实验、矿场试验和扩大工业性试验成果来看[1-5]，聚合物驱对提高稠油砂岩油藏采收率效果明显，但对于不同稠油油藏应用聚合物驱，必须对油藏地质条件差异、注入参数优选、注入时机选择等方面进行综合研究，充分发挥聚合物的驱油作用，从而提高原油采收率。

聚合物驱油过程存在剖面反转现象[6]，剖面反转直接影响聚合物驱油的采收率[7]。针对稀油油藏，前人开展过渗透率差异、注入浓度、注入时机选择等对剖面反转现象的影响研究，但缺少针对稠油油藏的相关研究，为此，开展了针对稠油油藏注聚合物剖面反转现象室内实验研究。

1 剖面反转实验

1.1 实验原理

假设一组含有渗透率级差的并联岩心模型，聚合物开始注入后，设定其总注入量为定值，进入高、低渗透岩心的分液量会在其中进行重新分配[6]。对达西定律、阻力系数的定义式以及流度定义公式进行推导，得出高、低渗透率岩心间相对吸液量的关系式：

Qp1=Kw1AΔpμwRm2L

(1)

Qp2=Kw2AΔpμwRm1L

(2)

Qp1/Qp2=Rm2/MRm1

(3)

式中：Qp1为低渗透级岩心的流体流量，cm3/s；Qp2为高渗透级岩心的流体流量，cm3/s；Kw1为低渗透级岩心的有效渗透率，μm2；Kw2为高渗透级岩心的有效渗透率，μm2；μw为水相黏度，Pa·s；Rm1为注入后低渗透层的阻力系数；Rm2为注入后高渗透层的阻力系数；L为岩心的长度，cm；M为高、低渗透层的渗透率级差；Δp为压差，Pa。

由式(1)、(2)、(3)可知，高、低渗透层的阻力系数及其渗透率级差决定了总注入量在高、低渗岩心中的分配比例。在实际开发过程中，固定渗透率级差，推算出聚合物进入高、低渗透层中的分流量值，根据阻力系数在高、低渗透层中的变化规律，可反映出剖面反转的机理[6，8-10]。

油层是一种多孔介质，一般用渗透率和孔隙度进行评价，由于地下条件复杂，其渗透率、孔隙度等基本参数是变化的[1]。通过室内物理模拟进行不同渗透率级差、不同注入时机、不同聚合物浓度条件下的剖面反转实验[2]，得出分流率曲线，并分析剖面反转现象。

1.2 实验条件

实验用油为辽河油田欢喜岭采油厂杜813区块原油和煤油按6∶4的比例配制而成。50 ℃地面脱气原油黏度为109 880 mPa·s，按比例配置后模拟油黏度为684 mPa·s。实验用水根据辽河油田欢喜岭采油厂杜813区块产出水人工配制而成。实验选用聚合物相对分子质量为2 500×104的聚丙烯酰胺，固相含量为89.8%，水解度为24%。实验岩心采用油层砂制作的人造岩心，以辽河油田欢喜岭采油厂地质条件为基础设计而成，确保岩心与油藏物性参数相近(表1)。

表1 实验岩心的基本参数

实验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，其他部分置于50 ℃恒温箱内。

1.3 实验方案

(1) 并联岩心在不同渗透率级差条件下进行剖面反转实验。固定聚合物溶液浓度、注入速度、注入时机，改变渗透率级差，研究渗透率级差对剖面反转的影响。

(2) 并联岩心在不同聚合物浓度下进行剖面反转实验。固定岩心渗透率级差、聚合物溶液的注入时机及注入速度，改变聚合物溶液浓度，研究聚合物浓度对剖面反转的影响。

(3) 并联岩心在不同注入时机条件下进行剖面反转实验。固定渗透率级差、聚合物溶液浓度及注入速度，调整聚合物溶液的注入时机，研究不同注入时机对剖面反转的影响。

2 剖面反转规律及影响因素分析

2.1 渗透率级差对剖面反转的影响

聚合物浓度为2 500 mg/L，注入速度为0.3 mL/min，将1、2号岩心并联，3、4号岩心并联，5、6号岩心并联，并联后组合体岩心渗透率存在级差，1、2号岩心组合体渗透率级差为3倍，3、4号组合体渗透率级差为4倍，5、6号组合体渗透率级差为6倍，在不同渗透率级差条件下进行剖面反转实验。图1为不同渗透率级差下聚合物注入量与分流率的关系曲线。

图1 不同渗透率级差下的聚合物注入量与分流率的关系

由图1可知：在聚合物驱阶段渗透率级差越大，高渗透层的分流率降至最低点的速度越快，但分流率降至最低点的幅度反而变小，即高渗透层最低点分流率的数值越大，造成到达分流率最低点的时间越短，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到达最低点后开始上升的时机越早；在聚合物驱阶段，随着渗透率级差增大，高渗透层形成的“V”字形波动幅度会变得越来越小。以上结果分析表明，渗透率级差越大，注入后剖面调整的见效时间越快，所需要聚合物的注入量越少，但调整后的吸液剖面持续时间越短，调剖效果越差，剖面反转出现越早，聚合物驱效果越差，提高采收率的幅度越小。

不同渗透率级差条件下的剖面反转点与采收率关系见表2。由表2可知，3倍级差岩心剖面反转点的聚合物注入量比4倍级差岩心的大0.039 8倍孔隙体积，4倍级差岩心剖面反转点的聚合物注入量比6倍级差的大0.021 3倍孔隙体积，说明渗透率级差越大剖面反转现象发生越快。随着渗透率级差增大，剖面反转点提前，导致调剖效果变差，注入流体大部分进入到高渗透层，提高了高渗透层采收率，而低渗透层进入的流体急剧减少，导致低渗透层的采收率非常低。

表2 渗透率级差与剖面反转关系

2.2 聚合物浓度对剖面反转的影响

固定渗透率级差将为4倍，注入速度为0.3 mL/min，在不同聚合物浓度下进行剖面反转实验。图2为不同聚合物浓度下聚合物注入量与分流率的关系曲线。

图2 不同聚合物浓度下的聚合物注入量与分流率的关系

由图2可知：聚合物驱油阶段聚合物浓度越大，高渗透层的分流率降至最低点的速度越快，分流率降至最低点的幅度也越大，即高渗透层最低点分流率的数值越小，到达分流率最低点的时间越快，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到达最低点后开始上升的时机越早，但分流率的上升速度较为缓慢；聚合物驱阶段聚合物浓度越大，剖面调整越快，但反转后的剖面高渗透层分流率上升速度并不快，说明合理的聚合物浓度范围可提高油藏的采收率。

不同聚合物浓度条件下的剖面反转点与采收率关系见表3。由表3可知，聚合物浓度为2 000 mg/L比浓度为2 500 mg/L时的剖面反转点的注入孔隙体积倍数大0.077 8倍孔隙体积，聚合物浓度为2 500 mg/L比浓度为3 000 mg/L时的剖面反转点的注入孔隙体积倍数大0.031 2倍孔隙体积，表明随着聚合物浓度的增加，剖面反转点会有所提前。当选用较低浓度的聚合物注入时，尽管剖面反转点发生了滞后，但由于聚合物浓度较低，不能在高渗透层产生足够的阻力，导致低渗透层采收率较低，而聚合物浓度过高又会造成低渗透层注入困难。因此，在聚合物浓度的选择方面，既应该考虑剖面反转，又应兼顾到采收率。

表3 聚合物浓度与剖面反转的关系

2.3 注入时机对剖面反转的影响

固定渗透率级差为4倍，聚合物浓度为2 500 mg/L，注入速度为0.3 mL/min，在不同注入时机条件下进行剖面反转实验，图3为不同注入时机下聚合物注入量与分流率的关系曲线。

图3 不同注入时机下的聚合物注入量与分流率的关系

由图3可知：聚合物驱阶段随着注入时机推后，高渗透层的分流率降至最低点的速度越慢，且分流率降至最低点的幅度也越小，即高渗透层最低点分流率的数值越大，到达分流率最低点的时间越长，所需注入聚合物溶液的量越多，其分流率到达最低点后开始上升的时机越晚，分流率上升速度也越慢，上升幅度也越小；高渗透层的分流率继续增加，随着注入时机的推后，高渗透层形成的“U”字形波动幅度会变得越来越小。分析结果表明，在整个聚合物驱替过程中，聚合物溶液注入时机的变化对吸液剖面调整产生很大影响，随着注入时机推后，注入后剖面调整的见效时间越慢，所需要聚合物的量越多，但对吸液剖面的整体调整效果较差。剖面反转出现越晚，反转程度越小，聚合物驱的效果越差，不利于采收率的提高。

不同含水率下注入聚合物的剖面反转点和采收率关系见表4。由表4可知，注入时机在含水率为80%比含水率为50%的剖面反转点的注入孔隙体积倍数大0.040 1倍孔隙体积，注入时机在含水率为95%比含水率为80%的剖面反转点的注入孔隙体积倍数大0.098 1倍孔隙体积，表明随着聚合物注入时机提前，剖面反转点会相应提前，但不能因为注入时机越晚，发生剖面反转的时间滞后，就选择含水率较高时再注入聚合物，因为这会增加聚合物用量，且吸液剖面调整效果差，不利于提高采收率。随着聚合物注入时机提前，采收率也有提升，但注入时机过早，会对中、低渗透层产生较大影响，其吸附滞留导致地层受到伤害，增大了后续开发的难度。