油田开发后期静态参数变化及规律研究

2022-02-14王凤刚

西部探矿工程 2022年2期

王凤刚

（北京宇畔科技发展有限公司，北京102200）

1 开发后期化学驱油对油藏静态参数影响的机理

在化学驱注聚过程中可能会由于地层中的敏感性矿物、地层流体性质、注入水水质等原因导致油气层不同类型的损害而使注聚压力上升，聚合物溶解不完全、产生“鱼眼”堵塞；聚合物大分子吸附堵塞等[1]。可以说，造成油气层损害的因素是多方面的，是各种因素综合作用的结果，在这里将重点分析聚合物本身的原因造成的对油气层的损害。

1.1 聚合物溶液与油藏流体不配伍造成的损害

在驱油过程中，如果聚合物溶液与油藏流体不配伍，不仅会使聚合物损失增大，还会损害地层。

1.1.1 与地层水的不配伍

在较高温度下，聚丙烯酰胺在水中易于发生水解。温度越高，水解速度越快。在高水解度下，聚丙烯酰胺中的羧基与水中钙离子作用形成沉淀，这样一方面造成聚丙烯酰胺的有效浓度降低，起不到增加水相粘度的作用；另一方面这些沉淀堵塞地层也会引起地层损害[2]。一般来说，地层温度在50℃以下时，聚丙烯酰胺水解速度很慢，具有长期稳定性。如不考虑盐敏效应，它可以耐受较高浓度的二价阳离子。在温度达到70℃时，注入水中的二价阳离子不能超过200mg/L，否则可能出现沉淀。地层水与聚合物的配伍性主要需要考虑地层水的含盐、特别是二价阳离子的情况。

1.1.2 与地层岩石的不配伍性

研究表明，在油湿油藏或砂粒表面油膜上，聚丙烯酰胺的吸附量几乎为0。而在强亲水(完全水湿)模型上出现最大的吸附量。但由于实际岩石的润湿性是非均质性的，也就是说小孔隙和胶结部位可能水湿，大孔隙的内表面为油湿，这就预示着注进油藏中的聚合物吸附分布同样也是不均匀的。聚合物在小孔隙和胶结点处的吸附会给流体的流动造成阻力，损害地层。此外，由于聚合物的高粘，还会使胶结松散的砂粒和微粒发生运移，造成地层损害[3]。

1.1.3 聚合物分子量的影响

聚合物分子量增大，在同样浓度下可产生更高的粘度，因此，人们希望采用分子量尽可能高的聚合物，以获得最大的粘度。聚合物分子量与岩石的渗透率之间存在一定的配伍性。若分子量过高，通过孔隙介质时将发生严重的剪切降解，其溶液粘度与低分子量聚合物的粘度相差不多，但却使注入压力明显上升，不仅浪费了能源，同时还会引起地层损害[4]。

1.2 机械堵塞

聚合物的主要作用是提高水相粘度、降低油水粘度比，以提高注入流体的波及效率。因而在注入过程中注入压力上升、吸水能力降低，这都是聚合物驱中出现的正常现象。但由于使用的聚合物配制设备和工艺问题，在聚合物溶解过程中，不可避免地会造成聚合物溶解的不好，容易形成聚合物的聚集体“鱼眼”，当进入地层后，就会在孔吼处产生滞留堵塞，从而引起不应有的地层损害。聚合物干粉产品易于运输，但是在溶解过程中更易形成“鱼眼”。由于其颗粒极不均匀，微颗粒太多，假如这些颗粒未能以单颗粒的形式均匀分散于水的涡流中，聚集在一起的聚合物颗粒与水接触，外层遇水溶涨，阻止水分子继续进入其内部，从而形成“鱼眼”。“鱼眼”一旦形成就很难再溶解了。而且，分散后的聚合物在水中要充分熟化，以完全溶解；倘若熟化不充分，聚合物未能充分溶解，会产生聚合物凝胶团，同样也会堵塞地层。因此，保证聚合物能够充分溶解、避免“鱼眼”与凝胶团的形成，是预防聚合物堵塞地层的有效途径。所以，注聚井产生地层机械堵塞的主要原因是聚合物溶解过程中形成的“鱼眼”和凝胶团及其不达标水质中的污油、固体颗粒等。

2 化学驱对储层静态参数影响的室内实验研究

2.1 实验条件

实验过程中所用水为油田提供的污水，聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，固含量为88%，分子量为2500万。实验过程均在试验区油层温度（53℃）下进行。

实验仪器：驱替装置；可以测定多点渗透率的填砂管，见图1。

图1 岩芯流动实验仪的岩芯夹持器结构原理简图

图 1 中，1、2、3 分别为三个压力传感器，通过观测有关压力值的变化可以计算出各段填砂管的渗透率值和流度。其中，1、2之间长度等于3.2cm；1、3之间的长度等于5.4cm；1、4之间的岩芯长度等于6.2cm。

2.2 实验原理

考虑到聚合物溶液在储层中流动时，随着运移的进行其溶液的粘度及聚合物分子量将发生变化，因此我们采用多点渗透率测定仪。

2.2.1 实验步骤

①采用20～40目石英砂充填填砂管，通过控制填砂管压制时的压力及恒压时间，制成渗透率不同的石英砂填砂管，进行抽空饱和地层水，测其孔隙度；

②将填砂管放入恒温箱中53℃下放置12h，接入驱替装置采用地层水驱替（0.2mL/min），不断检测岩芯上的压力和流量，直至压力稳定，测出填砂管各测点间原始渗透率；

③配制浓度为1500mg/L 的污水聚合物溶液，以0.2mL/min 的注入到填砂管中，检测聚合物溶液通过填砂管时各测点的压力；

④分别注入某一孔隙体积倍数的污水聚合物溶液，然后采用地层污水对填砂管进行驱替，直到压力稳定，记录下各测点的压力，计算渗透率，该渗透率称为最终渗透率（又称为冲洗渗透率或残余渗透率）；

⑤分别注入不同体积的污水聚合物溶液，重复进行步骤①～④。

2.2.2 数据处理公式

不可压缩流体通过水平多孔介质稳定流动的达西公式为：

式中：Q——流量，cm3/s；

k——岩芯渗透率，10-3mm2；

A——多孔介质的横截面积，cm2；

μ——流体粘度，mPa·s；

L——多孔介质长度，cm；

Δp——长度L上的压力降，atm。

岩芯渗透率保留率定义为：

式中：ko——填砂管的原始渗透率；

k——注入不同体积的污水聚合物溶液后续水驱稳定时的渗透率。

2.3 实验结果及分析

2.3.1 各填砂管段的渗透率保留值随注入体积的变化

按照上述实验步骤测定了注入不同体积倍数的污水聚合物溶液后地层污水的渗透率，并计算出各段的渗透率的保留率，如图2所示。

图2中所示随着注入体积的增大，填砂管各段的渗透率均下降，下降幅度随着距注入端口距离的增加而减小，随着注入体积的增加降低趋势逐渐减缓。对于距注入段较远的3～4 段其最终的渗透率保留率为67.5%，而距注入段最近的1～2 段其渗透率保留率为47.8%。这说明在注聚过程中距离注聚井越近的地层渗透率伤害越厉害，且渗透率主要在进井地带发生损害，在注聚的过程中应着重考虑如何降低近井地带聚合物的吸附和捕集等造成的伤害是保证正常注聚，延长注聚有效期的关键。

2.3.2 污水聚合物驱对填砂管损害深度的确定

图2 不同污水聚合物溶液注入体积对渗透率的影响

不同污水注入体积，同一段填砂管的渗透率变化是不同的，通过向填砂管中注入不同体积倍数的污水聚合物溶液，来模拟聚合物驱在储层中运移距离的远近，研究聚合物驱对储层的损害深度。

由图3 可以看出，在其他条件相同时，距离注入段距离越远，渗透率保留率越高，在距注入段相同的距离处，注入的聚合物孔隙倍数越大，渗透率保留率越低。随着注入倍数的增加，渗透率保留率的值保持不变。这主要是由于随着聚合物的注入，其在多孔介质表面的吸附滞留量越来越多，当注入孔隙体积倍数达到某一值时，聚合物在多孔介质中的吸附达到饱和。

图3 不同距离下聚合物驱对渗透率保留率的影响

2.3.3 填砂管不同原始渗透率对渗透率保留率的影响

采用20～40 目的石英石，通过控制填砂管填制时施加的压力，制成渗透率为1500mD、1000mD、600mD三种渗透率的30cm 长的填砂管，采用1500mg/L 的聚合物溶液，以0.2mL/min 的注入速度向填砂管中注入不同的孔隙体积的聚合物溶液，测量聚驱前后的渗透率，研究原始渗透率对聚驱渗透率保留率的影响。实验结果如图4所示。

图4 原始渗透率对聚驱渗透率保留率的影响

由图4 可以看出，填砂管的原始渗透率越大，同一注聚体积对渗透率的伤害越少，亦即渗透率保留率越大。这是由于渗透高的填砂管其内部孔隙吼道直径比低渗透率填砂管大，聚合物驱替时产生的阻力小，聚合物大分子更容易通过。且高渗透填砂管内部的连通性好，聚合物溶液不易在填砂管内部滞留，导致渗透率保留率较低渗透填砂管要高。