基于聚合物驱的多级非均相调驱研究

2021-01-08张小静卢军张卓梁丽梅郭琳琳

油气藏评价与开发 2020年6期

张小静，卢军，张卓，梁丽梅，郭琳琳

（1.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳473132；2.中国石化河南油田分公司油气开发管理部，河南南阳473132；3.中国石化河南油田分公司采油二厂，河南南阳473400）

非均相化学驱技术可以显著提高水驱区块的采收率，目前已在胜利油田孤岛中一区Ng3及胜一区沙二1-3 等区块开展应用，取得了显著的增油降水效果，其中孤岛中一区Ng3提高采收率8.5个百分点，实现采收率突破60%[1-5]。但其注入驱剂中黏弹颗粒驱油剂（PPG）质量浓度高，连续注入周期长，成本增大，经济效益下降。为此，开展以聚合物驱为主辅助多级非均相调驱技术研究，以降低成本，提高经济效益。本文采用物模、数模技术相结合，在确保聚合物驱扩大波及体积的基础上发挥非均相调驱功能，实现加合增效，最终确定非均相调驱段塞级数、尺寸大小。

1 多级非均相段塞聚合物驱物模研究

1.1 实验材料与方法

1.1.1 材料与设备

高温高压微观驱替实验系统[6-7]由变焦体视显微镜、图像采集分析系统、微观模型、高压仓、高精度驱替泵、压力传感器系统、驱替控制系统、加热保温系统等组成（图1），采用蔡司变焦体视显微镜物镜0.3×，1.0×，1.5×；荧光激发模块；原装日本摄像头，帧率25帧/s；ISCO泵流速范围0.000 01 ～22 mL/min；尼康D800数码单反相机；西图微观模拟驱替动态图像分析系统软件CIAS-SCU-Q。

1.1.2 室内实验条件及步骤

1）聚合物：选用筛选聚合物（P）为HNI-1，黏弹颗粒驱油剂（PPG）为HNPPG-1。

2）实验用水：王集油田现场净化陈化注入污水，经0.45 μm微孔滤膜过滤后使用。

3）模拟原油：王集油田采油井井口原油，脱水后，加入煤油配制模拟原油，模拟油黏度为11 mPa·s。

4）驱油体系配方：聚合物浓度1 500 mg/L，非均相体系配方浓度为聚合物1 200 mg/L+PPG800 mg/L。

5）岩心：人造长条方岩心（2.5 cm×2.5 cm×30 cm），渗透率分别为200×10-3μm2左右和600×10-3μm2左右，渗透率级差分别为2.8和3.1的2组双管并联岩心。

6）驱替流速：驱替流速为50 mL/h，线性速度为1 m/d。

7）实验温度：模拟王集油田油藏温度67 ℃。

8）实验步骤：

岩心饱和模拟油老化后水驱至含水99%，水驱后分别注入3种化学驱油体系组合配方，转注后续水驱至含水99%，评价聚合物驱、非均相驱及多级段塞非均相复合驱油体系在双管并联岩心中的驱油效率和分流率[8-11]。

配方1：0.6PV（P）；配方2：0.1PV（PPG/P）+0.4PV（P）+0.1PV（PPG/P）；配方3：0.1PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）。

1.2 实验结果

1.2.1 驱油效率

配方1实验：双管岩心水驱至综合含水99%，水驱采收率为49.1%，注入0.6PV聚合物溶液，转后续水驱至含水99%，最终采收率达到67%，提高采收率17.9个百分点。其中，高渗岩心提高采收率9.47个百分点，低渗岩心提高采收率30.28个百分点（表1）。

配方2实验：双管岩心水驱至综合含水99%，水驱采收率为36.96 %，注入0.6PV非均相体系，段塞结构为0.1PV（PPG/P）+0.4PV（P）+0.1PV（PPG/P），转后续水驱至含水99%，最终采收率达到59.77%，提高采收率22.81个百分点。其中，高渗岩心提高采收率21.71 个百分点，低渗岩心提高采收率24.10 个百分点。

图1 高温高压微观驱油实验系统Fig.1 Micro oil displacement experimental system with high temperature and high pressure

配方3实验：双管岩心水驱至综合含水99%，水驱采收率为32.04%，注入0.6PV非均相复合驱油体系，段塞结构为0.1PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P），转后续水驱至含水99 %，最终采收率高达61.96 %，提高采收率29.92 个百分点。其中，高渗岩心提高采收率23.57个百分点，低渗岩心提高采收率42.56个百分点。

表1 非均相复合驱驱油效率及分流率Table 1 Oil displacement efficiency and diversion rate of heterogeneous composite flooding

1.2.2 分流率实验

注入非均相复合驱油体系后，配方2实验中低渗岩心分流率从3%增加到30%，高渗岩心分流率从97%下降到70%，配方3实验低渗岩心分流率从2%增加到35%～40%，高渗岩心分流率从98%降低到60 % ～65 %，高、低渗岩心出口产液量均发生了改变，高渗产液量降低、低渗产液量得到一定程度的提高[12-14]，说明非均相复合驱油体系具有一定的改善剖面能力，从段塞结构看，非均相复合驱油体系段塞交替次数越多剖面改善效果越好[13-15]。但转后续水驱后，分流率又发生反转，反映出非均相体系中PPG因变形和水解而使其封堵能力和耐冲刷性减弱，为此现场应用要注重后续水驱调整。

实验结果表明：

1）非均相驱油体系有较好的提高采收率能力，提高采收率幅度大于聚合物驱；

2）随着段塞交替次数增多，化学驱分流率增加、提高采收率增加；主要是水驱主要动用的是高渗岩心，注入非均相复合驱油体系后，提高采收率主要贡献在低渗岩心，非均相复合驱油体系具有一定的调剖能力。

2 多级非均相段塞聚合物驱数模研究

采用SLCHEM数值模拟软件对多级非均相段塞聚合物驱参数进行优化。SLCHEM 是胜利油田自主研发的包含非均相驱的化学驱数值模拟软件，具有常规水驱开发数值模拟，聚合物驱、表面活性剂驱、泡沫复合驱、二元复合驱及三元复合驱等化学驱数值模拟功能，前后处理系统完整[15-18]。

数模应用目标区王集油田王17井区实际油藏模型，采用单因素分析法，类比同类油藏注聚参数和室内实验评价研究结果，设计前置段塞和后置段塞为非均相驱段塞，经过数值模拟优化，主要参数为注入浓度1 500 mg/L，注入速度0.11PV/a，注采比1.0，在此基础上优化了总段塞量、前置段塞，重点进行了主段塞多级非均相段塞聚合物驱优化。

2.1 段塞尺寸优化

在室内实验及数模确定注入浓度1 500 mg/L 的基础上，设计总注入段塞分别为0.3，0.4，0.5，0.6，0.7PV的5套方案进行数模预测（表2）。

优化结果看出，随着注入段塞尺寸增大，提高采收率的值呈上升趋势，当注入段塞从0.3PV增加至0.4PV时吨聚增油从45.2 t/t上升至46.3 t/t，之后随着注入段塞尺寸增大，吨聚增油呈下降趋势；随着注入段塞尺寸增大，综合指标在0.5PV时出现拐点，值最大，确定总注入段塞尺寸为0.5PV。

表2 注入段塞优化方案Table 2 Injection slug optimization scheme

2.2 前置段塞优化

在注入浓度1 500 mg/L、总注入段塞0.5PV、注入速度0.11PV/a 参数优化的基础上，设计非均相调驱体系的前置段塞尺寸分别为0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08PV的6套方案进行数模优化（表3），随着非均相调驱体系前置段塞的增大，提高采收率值也相应增大，在注入段塞大于0.05PV之后，提高采收率增幅减缓，确定PPG非均相调驱体系前置段塞为0.05PV。

表3 前置段塞优化方案Table 3 Pre-slug optimization scheme

2.3 主体段塞结构优化

在确定总段塞、前置段塞、后置段塞、注入速度及注采比1.0的基础上，重点是对主体段塞中的非均相调驱段塞的级数和段塞尺寸进行优化，研究设计三种段塞组合12种方式进行数模优化（表4）。

第一种方式：主体段塞为全过程聚合物驱和非均相驱；

第二种方式：设计以聚合物驱为主，在聚驱过程中加入一级不同尺寸段塞量的非均相驱；

第三种方式：设计以聚合物驱为主，在聚驱过程中加入二级不同尺寸段塞量的非均相驱。

数模优化结果显示（表5），一次组合驱加入非均相调驱段塞优于聚合物驱，二次组合驱提高采收率高于一次组合驱段塞和聚合驱，全过程非均相驱采收率增幅最高。

全过程非均相驱吨聚增油最低、综合指标偏低，聚合物驱采收率增幅、综合指标最低；随着段塞组合驱中非均相驱段塞量的增加采收率增幅增加，吨聚增油先增加后减小，综合指标对非均相驱段塞量的变化不敏感。

总体上当二级非均相段塞量增加到0.04PV时，采收率幅度减缓，吨聚增油、综合指标最高。

根据以上数值模拟研究结果，借鉴室内实验、已实施聚合物驱及非均相驱矿场试验研究，优选确定最终段塞结构为二级非均相段塞，段塞尺寸0.4PV，段塞结构：0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

2.4 总体段塞优化结果

多级非均相段塞聚合物驱配方及段塞用量：

1）总段塞：0.5PV。

2）前置段塞：0.05PV非均相。

3）主体段塞：0.4PV二次组合段塞，段塞结构为0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

表4 非均相多段塞组合Table 4 Heterogeneous slug combination

表5 非均相多段塞组合提高采收率预测Table 5 Prediction of enhanced oil recovery by heterogeneous multi-slug combination

4）后置段塞：0.05PV非均相。

5）注入速度：0.11PV/a。

6）注采比：1.0。

7）配方体系：聚合物配方1 500 mg/L，非均相调驱体系配方1 200 mg/L聚合物+800 mg/LPPG。

8）指标预测：控制地质储量76.9×104t，提高采收率8.25个百分点，增加可采储量6.34×104t。

3 现场应用

该研究成果已在王集油田王17 块应用，设计注聚井12口，对应采油井26口，于2019年12月开始注入前缘非均相体系段塞，截至2020年7月底地层压力缓慢上升，由8.75 MPa 增加到12.57 MPa，上升了3.82 MPa，注采比1.02；已有4口井见效，产量由35.5 t/d增加到51.4 t/d，采油速度由1.07%提高到2.23%，矿场效果达到预期，相对于连续注入，节约了黏弹颗粒驱油剂用量，提高了经济效益[18-20]，目前该成果已推广至下二门油田B238块聚合物驱提高采收率项目。