大庆油田X区块三元复合驱采出规律研究

2017-11-01倪洪涛

石油地质与工程 2017年5期

倪洪涛

大庆油田X区块三元复合驱采出规律研究

倪洪涛

（中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

以大庆油田三元复合驱工业化区块为研究对象，应用矿场统计、数值模拟方法量化了三元复合驱中影响毛管准数的黏度和界面张力，分析了采出液化学剂、离子浓度变化规律。结果表明：三元复合驱技术能大幅度提高原油采收率19.58个百分点；油层中用于参与驱替的三元复合体系黏度只有初始黏度的30%～45%；化学剂运移30%的井距时，可保持较好的界面活性，运移至采出井处，三元复合驱体系界面张力大部分跃升至10-1mN/m以上，对驱油效率的贡献减弱；三元复合驱化学剂见剂顺序为聚合物、碱、表面活性剂，见剂时间分别为注入孔隙体积倍数的0.12、0.45和0.56。

大庆油田；三元复合驱；界面张力

经过二十多年的攻关研究，大庆油田三元复合驱技术已形成较为完善的复合体系性能评价、筛选及矿场跟踪调整技术，目前已进入工业化推广阶段[1-3]。X区块是已完成的工业化推广区块，在生产过程中采出端表现出很好的规律性，并取得了较好的开发效果。总结三元复合体系采出变化规律，有助于深入了解三元复合驱开采规律，为三元复合驱降低生产成本、进一步提高开发效果提供新思路[4-6]。

1 X区块概况及效果

X区块面积为4.77 km2，注采井距为141 m，采用五点法面积井网，总井数214口，其中注入井109口，采出井105口。开采目的层有效厚度为5.7 m，平均有效渗透率为515×10-3μm2。目的层埋深为940.68 m，原始地层压力为11.23 MPa，原始地层温度为50.1 ℃。

X区块选用的三元复合体系配方为国产烷基苯磺酸盐表面活性剂（S）、强碱NaOH（A）及2 500×104分子量聚合物。注入化学剂过程分为：前置聚合物段塞、三元主段塞、三元副段塞、后续聚合物段塞四个阶段，全过程共注入化学剂段塞1.21 PV，注入方案如表1。该区块注入化学剂前综合含水为96%，注入0.63 PV化学剂后含水率最低达到80.4%，全过程受效井比例达98.1%，化学驱阶段采出程度为23.11%，比水驱提高采收率19.58个百分点，累积增油104.516×104t，取得较好的开发效果。

表1 X区块三元复合驱实际注入方案

2 X区块三元复合体系变化规律研究

2.1 三元复合体系黏度变化规律

三元复合体系增加驱替液黏度有利于控制油水流度比，扩大平面和纵向上的波及体积，X区块初期注入三元复合体系黏度平均为60 mPa·s。在化学剂全面突破后，注入黏度逐渐下降，这样既降低了化学剂费用，又可以防止化学剂主段塞被后续水驱段塞突破稀释，可以更好地发挥化学剂驱油效果。化学剂在注入0.12孔隙体积倍数时并见剂后，采出液黏度逐渐升高，当注入孔隙体积倍数为0.64时，注入端开始降低化学剂黏度，化学剂在油层中继续运移孔隙体积倍数的0.23，采出液黏度达到最大，为8 mPa·s（图1）。

图1 X区块黏度随注入孔隙体积倍数变化规律

根据套管反排液取样分析，化学剂经过地面管线、井筒和射孔眼进入地层后，黏损率为45%～60%，到采出端黏度还剩下10%左右，这样，在油层中参与驱替的三元复合体系黏度只有初始黏度的30%～45%。而多孔介质的剪切、岩石矿物吸附滞留、微生物和热的氧化降解等也会使黏度降低，真正对驱油效果有贡献的毛管准数进一步降低。

2.2 三元复合体系界面张力变化规律

在油藏温度条件下，强碱三元复合体系与X区块原油界面张力测定结果表明，当表面活性剂质量分数为0.05%～0.30%、碱质量分数为0.6%～1.4%范围内变化时，该三元体系能与区块原油形成10-3mN/m超低界面张力。超低界面张力区域较宽，并向低碱低活性剂浓度偏移（图2）。

图2 注入三元复合体系界面活性分布

利用数值模拟方法输入化学剂初始界面张力，考虑化学剂在油层中损耗，计算出三元复合驱段塞注入完成后的界面张力分布情况。计算结果表明，化学剂运移30%的井距，可保持较好的界面活性，但注入井附近残余油较少，地层吸附化学剂的能力强，复合体系段塞中的化学剂大部分消耗在近井地带。化学体系在运移至采出井处时，界面张力大部分跃升至10-1mN/m以上，这与现场采出端取样检测结果相符。而油田开发过程中，真正的潜力部位是在采出井附近，界面张力的上升，降低了毛管准数，使得化学剂对采出井附近驱油效率的贡献被削弱。

2.3 采出液化学剂质量分数变化规律

在三元复合体系中，由于3种化学剂的物理化学性质不同，它们在液-液和液-固相互作用中损耗也不同，从而表现出不同的渗流规律[7-8]。X区块三元复合体系驱采出端化学剂出现的顺序为聚合物、碱、表面活性剂。聚合物溶液受不可及孔隙体积的影响，运移速度快，聚合物溶液相对吸附量最少，化学剂注入孔隙体积倍数为0.12时，采出井见聚合物，碱溶液注入浓度大，与岩石矿物的化学反应消耗量也大；注入孔隙体积倍数为0.45时，采出井见碱，在注入化学剂孔隙体积倍数1.0处出现峰值，表面活性剂相对吸附量最大；在注入孔隙体积倍数为0.56时，采出井见表面活性剂就达到峰值（图3）。化学剂色谱分离使化学剂中碱与表面活性剂的协同作用减弱，减少了超低界面张力的作用距离，驱油效果变差。化学剂突破时间和峰值可以为设计注入化学剂合理用量提供参考。

图3 采出液化学剂相对采出质量分数随注入孔隙体积倍数变化

2.4 采出液离子浓度变化规律

强碱三元复合体系注入地层后，一方面和地层中流体发生物理化学反应，另一方面与岩石矿物发生化学反应，打破原流体和岩石矿物间的平衡状态，使地下流体中离子组成和含量发生变化[9-10]。水中溶解的CO2会与水分子反应生成H2CO3，油井见效前地层水pH值小于8.5，溶液中以HCO3-离子为主，采出液中HCO3-离子浓度基本不变。随着三元复合体系中碱的注入，采出液的pH值会越来越高，当pH值大于8.5时，采出液中HCO3-离子浓度逐渐下降，而CO32-离子浓度逐渐上升（图4）。

图4 采出液阴离子浓度、pH值随注入孔隙体积倍数变化

油井见效前采出液基本都是原有储层中的流体，Ca2+和Mg2+离子浓度基本保持不变，见效后Ca2+和Mg2+离子浓度增加。这主要因为三元复合体系中Na+可与黏土矿物表面的Ca2+和Mg2+离子发生离子交换，交换出来的Ca2+、Mg2+离子来不及完全反应就被采出。随着三元复合体系注入体积倍数的增加，pH值逐渐增加，CO32-离子浓度不断增加，开始大幅出现碳酸盐垢，采出液中Ca2+和Mg2+离子浓度逐渐下降。当pH值达到9.2以后，Si4+离子浓度开始大幅度升高（图5）。Si4+离子经过缩合、脱水生成无定型二氧化硅，在井筒的温度、压力及动力学条件下生产硅酸盐垢。大庆油田采出液满足pH大于等于9、Si4+大于30 mg/L就可以判定油井结垢，三元复合驱后期主要以硅垢为主。垢质的形成降低了三元复合驱的注采能力，在生产过程中应采用弱碱体系降低注入井和采出井结垢现象。