弱凝胶调驱体系微观驱油机理研究*

2020-04-30张继红相建昌

化学工程师 2020年4期

张继红，相建昌

（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318）

目前，随着油田不断开采，大多数油田已进入特高含水期开发阶段，但采出程度较低，继续水驱挖潜的经济效益变差[1-3]。因此，为了解决这个问题采用凝胶体系，既可以改善储层非均质性，又可以改善油水流度比，从而增大注水波及系数提高水驱油藏的采收率。

近年来，以功能聚合物和聚表剂等为代表的新型聚合物陆续被油田投入矿场试验，并取得了较好增油降水效果[4-7]。但聚合物分子尺寸大会造成其与储层配伍性变差，由此注入困难，对低渗储层伤害等问题。与聚合物溶液相比,弱凝胶是一种浓度较低的聚合物,主要以分子间交联,辅以分子内交联,交联度较弱,具有深层驱油的三维结构[8-12]。A.Stavlant[13]等人,初步研究了胶态分散凝胶（CDG）体系在多孔介质中的流动特性,发现:凝胶溶液通过多孔介质的流动行为与聚合物溶液相似。凝胶在沙填充模型的入口端和筛子处将生成的骨料保留或过滤，以形成“滤饼”，这通常会导致芯端面被阻塞，并且在岩心深部没有明显的流动阻力。将聚合物交联以进一步改善其驱油效果的作法,在国外油田上应用十分广泛[14,15],并且成功率高达75%。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验用油实验室配制模拟原油，原油与煤油的配比 1.6∶1.1，47.5℃条件下测得原油粘度为4.5mPa·s；

实验用水大庆油田采油七厂9#5回注污水，矿化度为 4800mg·L-1；

实验所用调驱体系

（1）YFFTP两性离子型聚合物，阳离子度3.0%～5.0%，水解度 14.0%～15.0%，分子量1300万～1500万，白色粉剂，工业品；

（2）YFJJ碱性交联剂，白色粉末，水溶，工业品；

（3）BS-99调剖稳定剂，白色或棕色粉末，水溶，工业品。

实验仪器微观光刻玻璃模型、TELEDYNE ISCO MODEL 260D SYRINGE PUMP微量泵、HX-2型恒温箱、OLYMPUS SZX16显微镜、川大图像分析系统、六通阀、精密压力表（1MPa）、中间容器等。实验设备及流程，见图1。

实验温度模拟地层油藏条件，实验温度为47.5℃。

图1 微观实验装置图Fig.1 Microscopic experimental device diagram

表1 微观模型数据表Tab.1 Micro model data sheet

1.2 实验步骤

（1）将模型用小型真空机抽真空；

（2）用微量泵以（0.2mL·h-1）的速度饱和油，在恒温环境中（47.5℃）恒温2h；

（3）用微量泵以（0.2mL·h-1）的速度饱和水；

（4）水驱含水率达到98%时停止驱替，计下采收率；

（5）在以相同的速度注入0.3PV凝胶；

（6）当水驱含水率达到98%时停止驱替，计下采收率。

（7）做整体和局部的图像分析。

2 结果与讨论

2.1 均质模型各阶段剩余油分布特征分析

均质模型驱替过程见图2。

图2 均质模型驱替过程Fig.2 Homogeneous model displacement process

由于均质模型特性，在水驱阶段会形成一条沿着主对角线方向的渗流通道，所以有大量的剩余油未被波及到。并且主流通道一旦形成后对其他方向的波及能力会大大减弱，即使一直水驱其他方向的剩余油也无法被采出来。注调驱体系阶段，在调驱体系向前运移过程中由于粘弹性会封堵一部分的主流通道，推进水向其他方向运移，使部分剩余油被采出；后续水驱阶段由于注入压力提高，迫使水流转向，扩大波及与区域，开始波及水驱阶段未波及的区域。在向前推进的过程中会形成类活塞式驱替，可以对之前未波及区域的剩余油进行驱替，从而将残余油重新动用，提高微观洗油效率，从而提高采收率。

对比分析均质模型各阶段的剩余油分布情况见图3。

图3 各阶段剩余油分布图Fig.3 Distribution of remaining oil at each stage

从图3中可以看出，注水阶段结束后，在光刻玻璃模型中仍然有大量的残留油不受影响。在驱油阶段，大部分驱油体系将以较小的阻力进入主流通道。会封堵一部分主流通道，迫使一部分水转向，波及未被波及的区域，白色框架中的剩余油显然被动用了，而一些剩余油（图3中的黑色框架）也被动用了。在随后的注水阶段中，驱油体系胶凝后，驱油体系的粘弹性将进一步扩大主导通道的阻塞效果。随着驱替压力的持续升高，注水阶段中未受影响的区域开始被动使用，增加了影响量（图3黑框）。此外，调驱体系还会在水的推动下能够捕获周围的残余油，提高了微观洗油效率（图3白框）。

2.2 非均质模型各阶段剩余油分布特征分析

非均质模型驱替过程见图4。

图4 非均质模型驱替过程图Fig.4 Heterogeneous model displacement process diagram

光刻玻璃模型的入口在左下角，光刻玻璃模型的出口在右上角。从图4中可以看出，模型左上角大部分没有被波及因此为渗流高阻力区，主要波及的是模型的右下角，因此为渗流阻力低区。注入水驱阶段开始时，水会从渗流阻力低的区域进入模型并在沿着渗流低阻力区不断推进，几乎没有水进入渗流高阻力区。到水驱结束后，水沿着低渗流阻力区会形成一条优势通道，大部分油无法被采出来。注调驱体系阶段开始时，大部分调驱体系会优先进入优势通道。在注调驱体系后期，存在于渗流低阻力区的剩余油和残余油开始被动用，向前运移。后续水驱阶段，由于成胶后调驱体系对水驱波及区的大孔道进行了有效的封堵，驱替压力上升，注入水不断进入剩余油富集区域，扩大了波及体积，同时由于调驱体系具有粘弹性，在较高的压力梯度下发生运移，拉伸并携带残余油，提高了微观洗油效率。

对比分析非均质模型各阶段的剩余油分布情况见图5。

图5 各阶段剩余油分布图Fig.5 Distribution of remaining oil at each stage

从图5中可以看出，注水后，在光刻玻璃模型的高渗流阻力区域中仍然有大量的残余油，而在低渗流阻力区也残留了大量的残留油。大多数驱油体系优先进入阻力较小的优势通道和水流通道，框中的剩余油会受到影响；在后续水驱阶段，调驱体系胶凝后，调驱体系的粘弹性将阻塞主要通道。作用进一步扩大。随着注入压力的升高，原来未受影响区域中的剩余油开始被被动用，因此，受影响的体积将扩大。另外，随着压力升高，调驱体系向前移动，并进一步驱动受影响区域中的剩余油。因此，洗油效率得以提高。

通过微观驱替成相系统计算出的水驱阶段采收率为35.37%，而注入调驱阶段采收率为43.43%，采收率提高了8.06%，注入调驱体系提高采收率的效果非常好。

2.3 驱替后不同类型残余油

由于地层条件差异性，不同的条件会形成不同类型的残余油。利用微观光刻玻璃模型模拟驱油过程，可以直观的分析各阶段的油水分布规律。根据水驱后残余油存在多种形态，将微观残余油分为4种类型，并分析调驱体系对每种类型残余油的驱替机理。

膜状残余油膜状剩余油广泛存在于亲油的孔隙中，由于油附着在岩石壁面的力大于注入水的剪切力，注入水无法将孔隙中的原油驱替，致使残余油吸附在岩石表面，形成油膜。水驱阶段结束后膜状残余油依然在模型表面聚集，用川大图像分析软件将拍摄的图像放大20倍得到图6。当注入调驱体系后，由于调驱体系粘度、弹性，在驱替压力下开始向前运移，部分残余油被很好的捕集、粘连并携带，从而提高原油采收率。

图6 膜状残余油Fig.6 Membrane residual oil

盲端状残余油是指水驱阶段结束后存在于孔隙死角或孔隙盲端的原油，孔喉大部分的原油已经被水驱替。盲端状残余油广泛存在于孔隙死角或孔隙盲端中，且盲端越深，越不易被驱替出来，用川大图像分析软件将拍摄的图像放大20倍得到图7。由于岩石表面是亲油性的，水驱阶段结束后该部分残余油处在孔隙盲端中，不能被有效驱替出来，注入调驱体系后，盲端残余油被调驱体系很好的捕集、粘连并携带，从而提高原油采收率。

图7 盲端状残余油Fig.7 Blind-end residual oil

柱状残余油柱状残余油广泛存在于喉道处，在水驱过程中，受毛细管阻力的影响，注入水无法波及细喉道处的油，因此，残留在这些喉道中的油形成柱状残余油。见图8。

图8 柱状剩余油Fig.8 Column-shaped residual oil

从图8中可以看出，由于注入压力小，毛细管阻力大于驱替压力，因此不能动用残余油。调驱体系注入后，将优先阻隔渗流阻力较低的区域，从而增加注入压力，使注入压力克服了毛细管阻力，驱替了残留油，提高了原油采收率。

油滴状残余油在水驱过程中，注入水沿着亲水的岩石壁面或附着于壁面上的水膜前进，在孔隙内的油被完全驱走之前，被水占据的喉道使油流被卡断，油以油滴的形式留在孔隙内，成为"孤岛状"残余油。孔喉相差越大，“孤岛状”残余油就越容易形成，可以明显的看出水驱阶段结束后油滴状残余油依然分布在孔道内。这是由于其连通喉道较小，存在“贾敏效应”，在水驱后不能有效的将该部分残余油动用，见图9。