可视化平板模型评价注入方式对驱油的影响

2020-10-30孙翔宇葛际江

实验室研究与探索 2020年9期

孙翔宇，任熵，葛际江

（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266580）

0 引言

注降黏剂驱油是三次采油的重要技术之一，在国内油田的使用也最为普遍，且具有优异的效果［1-4］。评价驱油剂效果最常用的方法是数值模拟实验和岩心驱替实验［5-9］，后者只能从实验结果显示驱油效果，无法知晓驱替中降黏剂对油藏的作用过程，无法针对驱替过程的一些不足对降黏体系加以改良。对不同注入方式的驱油效果也只体现在最后的采收率上，体现不出不同方式驱油对油藏内部的影响，不够直观。数模评价实验的过程虽然可观测，但都为图形模拟数据，不够真实，另外，得出的评价结果也难以验证。针对上述问题，本文将物模与数模相结合，提出可视化平板模型评价方法。

任熵研制的可视化玻璃平板模型可模拟地层孔隙结构进行驱油实验，同时透明的玻璃板可供观测驱油过程，并通过视频记录［14-17］。在此基础上采用图像灰度对比法和MATLAB 编程图像学对驱油状态进行分析，计算驱油效率。对实验而言，此方法在过程中可以更为直观地观测原油降黏和油滴被捕集、携带出模拟地层的状态，还可以对比出二元驱对水驱后油层的增产作用，以及观测出二元体系对地层后续开发造成的一些影响。通过实验图像分析得出具体增产数据，准确真实，得出的驱油效率更具说服力。在理解方面，可视化平板模型实验通过将过程与结果全程记录的方式把油田产油及增产过程表现出来，更容易让油田现场技术人员理解。驱替过程中显示出的现象也可以对流体力学、油层物理等课程中的现象进行阐释，对学生理解地下驱油动态有一定促进作用，同时也是对传统岩心驱替实验和数值模拟实验的补充和检验。

玻璃平板模型相比于其他可视化模型的优势在于，模拟地层样板的渗透率与地层均质性都可根据实验要求调控［18］。沙砾种类和目数范围用于模拟油藏岩石类型和渗透率大小，地层均质性可根据油田地层结构在可视化地层样板上进行红外刻蚀设计。另外，模拟地层样板与玻璃之间是通过塑料硬薄膜粘合在一起的，实验结束后，将样板薄膜用刀轻轻刮掉即可在玻璃板上进行下一组实验，大大提高了实验效率。同时，将可视化模型与MATLAB分析程序相结合，对驱油剂评价技术起到推动作用。

本文以陈庄油和永8 油为例，利用可视化玻璃平板模型方法，评价不同注入方式对驱油效果的影响。

1 实验仪器与材料

可视化玻璃平板模型驱替实验是利用自制的玻璃填砂模型进行（见图1）。样板根据油藏地层要求制作，被夹在两块0.5 cm 的玻璃板中间，周围用橡胶圈密封、压实。实验用到的主要仪器包括高科GK-8000A投影仪展台、美国Teledyne Isco 微量注入泵100DX和精密压力采集系统等，实验流程图见图2。

图1 可视化物理模型层内非均质样板

图2 可视化物理模型实验流程图

实验用原油为国内某油田陈庄和永8 两区块的原油，黏度分别为460 和670 mPa·s；实验用聚合物为普通聚合物P5；陈庄地层水与1%（质量百分数）聚合物配置的溶液黏度为226.2 mPa·s，永8 地层水与1%聚合物配置的溶液的黏度为232.5 mPa·s；两种来自油田现场使用的降黏剂A2 和A3 体系，A2 降黏剂体系（0.3%A2 ＋0.3%聚合物溶液）黏度为95 mPa·s（26 ℃），A3 降黏剂体系（0.3%A3 ＋0.3%聚合物溶液）黏度为120 mPa·s（26 ℃）。

2 实验方法

本实验设计了宏观均质模型和宏观非均质模型两种可视化玻璃平板模型驱油实验，所有实验在常温常压下进行，实验方案见表1。

表1 可视化玻璃平板模型驱油实验方案

玻璃平板模型实验数据根据MATLAB 图像学和颜色对比处理软件分析分别得出结果，根据采油效率等于波及系数与洗油效率的乘积而得出。用MATLAB根据驱油实验平板的图像，对其进行边缘检测和轮廓提取，进而计算图形内有色的范围，即波及系数，见图3。颜色对比处理软件用于在图3（b）中有色的轮廓范围内取灰度相同的点，并根据软件内灰度与油量百分比的换算公式算出波及系数内的洗油效率。两数的乘积便是油相的采收率。

图3 可视化图片轮廓提取

3 实验结果与分析

3.1 宏观均质模型实验

利用均质可视化填砂模型观察并测定了降黏剂提高采收率的效果和不同时刻剩余油分布情况，见图4。

实验在稳定水驱时可以看到，均质的地层经过水驱稳定后，黏度较大的永8 油的水流通道为标准对角线型。驱替初始会产生支流，但随着水驱时间增加，支流的油不再流动，这是由于主流注进，分流压力减小造成的，见图4（c）、（d）。然而低黏度的陈庄油则是大量顺着支流流出井口，对角线流道变狭窄，还留有大量的残余原油未被驱出，见图4（a）、（b）。实验在注入原油降黏剂体系0.3PV 的过程，可以明显观测到，高黏A3 降黏剂体系效果要优于A2 体系，且对永8 油的作用效果要好于陈庄油，见图4。将图4 每组实验的最后两张图进行对比发现，注剂后继续水驱会驱动降黏剂向前流动，将沿路原油降黏后排出井口，因此平板在出口端变化明显。但入口端与注降黏剂后的效果差别不大，对此处残余油开采的提升作用较小，若想进一步开采残余油需要采取其他措施。

采用双段塞注入过程重复A3 降黏剂体系，这种注入方式的特点是二次段塞对波及系数的再提升，见图5 后3 幅图。降黏剂和水从外边沿一步一步拓宽波及范围，并能达到较高的洗油效率。

图4 可视化平板宏观均质模型实验过程

分析两种注入方式的驱替结果，见表2。两种油的A3 体系效果都要好于A2。对于宏观均质地层，双段塞对采油的提升作用不明显。由实验过程和图6 还可以发现，注剂后继续水驱对提升采油率的作用也很有限，主要是起排出残余降黏剂的作用。

图5 可视化平板模型宏观均质实验

表2 不同注入方式降黏剂各阶段采收率

3.2 宏观非均质模型实验

非均质实验以永8 油测试A2 和A3 体系的效果，首先用对角线无致密区块的模型比较单段塞驱油效果，见图7。图7 中，A2 体系无法深入致密区块驱油，沿致密区块的边缘流出生产井。A3 体系则可以使致密区块边缘降粘，逐渐剥离和携带致密岩层边缘的原油，并慢慢渗入其中，驱替出致密团块内的剩余油。

图6 不同注入方式采收率阶段对比

图7 永8油可视化平板模型宏观非均质模型驱油效果

将致密团块油设计在对角线上（两种模型平均渗透率相同），测试A3 体系不同注入方式的驱油效果，见图8。水驱时，地层水都是将致密区块避开，高渗区域的油被采出，低渗区域油则被保留。A3 降黏剂体系被注入后能降低低渗区块油的黏度，在剪切作用下将其剥离并携带流动，并由后续降黏剂逐渐增大洗油效率。由图8（b）的实验过程可见，两次注A3 段塞之间的注水也充当了降黏剂的作用，剥离作用明显。最后水驱却没有对致密区块起到明显的作用。说明段塞间的水不仅有隔离作用，还具有调节A3浓度的功能，能使降黏剂的作用充分发挥。

图8 永8油不同注入方式的驱替效果

分析不同模型及不同注入方式的驱替结果，见表3。对于不同模型，A3 体系效果基本相同，采收率增加约为26.5%，说明降黏剂只针对致密区块起作用，致密区块的位置对采收率影响不大。相比于图6 的均质地层双段塞，非均质地层双段塞驱油效果有了极大提升，见图9。这是由于段塞中间水延长了驱油时间，使致密区块油完全被降粘。