海上多层合采油藏乳状液调剖性能定量表征

吴春新，崔名喆，杨东东，刘 学

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

海上油田多层合采时层间干扰现象明显，对油田的开发效果和采收率具有很大的影响[1-2]。乳化剂在多孔介质中会发生乳化现象形成乳状液，乳状液对不同渗透率级别油藏的封堵效果不同，改善了油田的非均质性，从而提高了油田采收率[3-7]。目前，国内外针对乳状液提高采收率方面进行了大量的研究，王凤琴等人[8-10]利用真实砂岩微观模型研究和分析乳状液在多孔介质中的渗流特性；闫建文等人[11]研究了高温高盐油藏中油包水乳状液调剖体系的适应性和有效期；赵凤兰等人[12-13]研究了三元复合驱驱油体系各组分对原油乳状液的影响；Guillen等人[14-15]采用室内实验的方式研究了不同机械剪切应力下乳状液形成的机理；Clarkpe等人[16-18]针对乳状液的流变性和渗流机理进行了研究。目前的研究中鲜见针对地层条件下多孔介质中乳状液调剖性能定量化表征研究，对不同情况下乳状液调驱能力认识不足。因此，以物理模拟实验为基础，建立了适用于多层合采的乳状液调剖能力定量预测方法，准确评价了乳状液调剖的效果，对制订相应技术政策，确保油田的高效开发具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验设计

实验设备为并联填砂管合注分采装置，主要包括平流泵、中间容器、高渗层填砂管、低渗层填砂管、恒温箱、测压装置及收集器。实验用油根据渤海X油田地层原油的气油比由现场分离器采集的原油复配，天然气依照现场分离器气的组分分析资料在实验室配制，实验地层水和实验注入水依照现场提供的油田地层水和注入水分析资料在实验室配制。

在设计基础实验方案的基础上，根据渗透率级差、粒径匹配因子以及乳状液浓度对调剖效果影响设计了3组对比实验(表1)。采用渗透率级差来表征纵向非均质性程度[19-20]，筛选渗透率级差分别为1.0～5.0、5.0～8.0、8.0～10.0、10.0～15.0的4组岩心组合；根据填制成的填砂管模型，采用不同液滴粒径的乳状液开展乳状液驱油实验，在实验过程中采用粒径匹配因子来表征乳状液与多孔介质颗粒的匹配关系，其数学表达式为：

(1)

式中：R为粒径匹配因子；dm和de分别为多孔介质孔隙和乳状液液滴的直径，μm。

筛选粒径匹配因子分别为0.0～0.5、0.5～1.0、1.0～2.0、2.0～5.0的4组乳状液体系；通过稀释将乳状液浓度变为10%、20%、50%、80%，对比不同浓度乳状液驱油效果，分析乳状液浓度对调剖能力的影响。

表1 乳状液调剖性能实验方案设计

1.2 实验流程

在定流量下分别测试初始水驱条件下与乳状液驱替条件下的压力，单独计量填砂管的油量和水量。实验步骤：①制作填砂管模型，对填砂管进行洗油、烘干处理后测定空气渗透率，饱和水后用原油驱替，制造束缚水；②根据设计的基础方案，将2根填砂管并联，以 3 mL/min 的速度恒速注水驱替，记录该过程中的每个填砂管的压力和产量数据；③洗油、洗盐，重新制造束缚水，采用相同的驱替速度进行乳状液驱油实验，记录该过程中的每个填砂管的压力和产量数据；④根据设计对比方案重复步骤①—③。

2 实验结果分析

为研究乳状液在非均质并联管的调剖特性，引入分流率和分流率改变系数的概念：

(2)

(3)

式中：ff为低渗管分流率，%；Qlow为低渗管中的流量，mL/min；Qhigh为高渗管中的流量，mL/min；ffF为分流率改变系数；ffe为乳状液分流率，%；ffw为水驱分流率，%。

分流率改变系数越大，说明该乳状液体系调剖能力越强。

2.1 乳状液调剖性能分析

为了开展乳状液调剖性能分析及后续实验的对比分析，设计了基础实验，分别开展水驱和乳状液驱油实验，对比低渗管分流率增加的幅度，实验结果见图1。由图1可知，乳状液驱的过程中，低渗管的分流率明显增加。这说明乳状液会优先进入渗透率较高、阻力较小的层位，当驱替前缘阻力较大时，后续的乳状液进入含油饱和度高的低渗透层，驱动低渗透层的剩余油及残余油。根据乳状液驱时压力梯度变化分析可知：乳状液在填砂管运移过程中，时常发生封堵—解堵—封堵的过程。乳状液的分流率与压力都呈现出波动变化的过程，且变化趋势相同，当低渗管中的分流率较大时，渗流阻力也较大；反之，渗流阻力与分流率较小，压力也较小。这说明乳状液在运移过程中的暂堵作用是其具有调剖特性的主要原因，且乳状液的这种封堵—突破的运移特征可使乳状液随着复合体系运移到深部地层进行封堵，有利于动用地层深部的剩余油，从而大幅度提高采收率。

图1 基础实验中乳状液调剖效果

2.2 不同渗透率级差条件下调剖性能对比

图2为不同渗透率级差下低渗管中分流率改变系数的变化情况。由图2可知，随着渗透率级差的增大，乳状液调剖能力呈增强的趋势。这是因为乳状液在高渗层具有很高的封堵强度，乳状液在高渗层封堵强度高，破乳率低，导致更多的乳状液进入低渗透层，而低渗层较强的剪切作用使乳状液发生破乳，从而导致乳状液在低渗层中的流动阻力较小，致使大量的乳状液和后续流体可从低渗管排出。

图2 渗透率级差对乳状液调剖效果的影响

2.3 不同粒径匹配关系下调剖性能对比

图3为不同粒径匹配因子下低渗管中分流率改变系数的变化情况。由图3可知，分流率改变系数随着粒径匹配因子的增加呈先增加后下降的过程，当粒径匹配因子约为1时，乳状液的调剖能力最强。因此，在进行调剖时，选取的乳状液液滴粒径与多孔介质粒径相当，乳状液的调剖性能最好。

图3 粒径匹配因子对乳状液调剖效果的影响

2.4 不同乳状液浓度下调剖性能对比

图4为不同乳状液浓度下低渗管中分流率改变系数的变化情况。由图4可知，随乳状液浓度的增大，分流率改变系数增大，即乳状液调剖能力呈增强的趋势。这是因为乳状液在多孔介质中运移时，乳状液液滴封堵孔喉，后续驱替液继续流动，液滴在岩心中积累，使乳状液起到调剖作用，乳状液浓度越高，积累效应越明显，调剖能力越强。

图4 乳状液浓度对调剖效果的影响

3 调剖性能的定量表征

基于物理模拟实验结果，对渗透率级差、粒径匹配程度和乳状液浓度等变量与调剖能力之间关系进行相关性分析，确定了适用于多层合采的乳状液调剖能力预测公式：

ffF=λF1F2F3

(4)

(5)

F2=exp[-(lnR)2·γ]

(6)

F3=cμ

(7)

式中：F1为渗透率级差影响系数；Kmax为高渗层位渗透率，μm2；Kmin为低渗层位渗透率，F2为粒径匹配因子影响系数；；F3为乳状液浓度影响系数；c为乳状液浓度，%；λ、ω、γ、μ分别为公式中的待定系数，需要根据实验确定。

通过多元非线性回归确定干扰系数公式中参数：λ=3.22，ω=2.01，γ=0.46，μ=0.35。

4 实例应用

利用海上A 油田2 口典型乳状液调剖井验证调剖能力预测公式。A 油田油藏为典型的多层合采油藏，2005年投注，X-1井纵向共有10个小层，划分为2套油层组(Ⅰ+Ⅱ)进行分层测试；X-2井纵向共有8个小层，划分为2套油层组(Ⅰ+Ⅱ)进行分层测试。2 口测试井的具体测试数据见表2，测试过程中电潜泵运行频率为30 Hz。X-1、X-2井纵向上2个油层组(Ⅰ+Ⅱ)合采，纵向渗透率级差分别为3.1和2.2，进一步细分层系的潜力不大，因此，考虑采用乳状液调剖对井组的开发效果进行改善。根据表2数据，利用式(3)计算得到实际分流率改变系数，利用式(4)计算得到预测分流率改变系数(表3)。由表3可知，X-1井预测分流率改变系数与实际分流率改变系数相比，误差约为3.77%；X-2井预测分流率改变系数与实际分流率改变系数相比，误差为2.59%，该成果应用于2口井，误差均小于5.00%，预测分流率改变系数与实际分流率改变系数接近，证明了该预测方法的有效性。

表2 X-1、X-2井调剖测试资料

表3 X-1、X-2井实际与预测分流率改变系数对比

5 结论及建议

(1) 利用填砂管模型，模拟了乳状液在不同渗透率级差下多孔介质中的渗流特征，根据渗透率级差、粒径匹配程度及乳状液浓度与调剖能力之间的相关性，确定了适用于多层合采的乳状液调剖能力预测公式。

(2) 渤海X油田的应用表明，海上多层合采油藏乳状液调剖性能定量表征预测公式能定量表征乳状液调剖性能，具有一定的可推广性。

(3) 乳状液调剖性能定量表征是一个非常复杂的问题，与乳状液的特征及储层的地质特征紧密相关，同时与工艺也存在一定的相关性，下一步应开展全面研究，从而更加真实地反映乳状液的调剖性能，实现油藏的高效开发。

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