稠油油藏聚合物驅剖面反轉現象室內實驗

張穎蘋

(長江大學，湖北 武漢 430100)

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稠油油藏聚合物驅剖面反轉現象室內實驗

張穎蘋

(長江大學，湖北 武漢 430100)

為探討稠油油藏聚合物驅剖面反轉規律，建立了與現場實際相似的非均質物理驅替模型，并用聚合物驅替模擬巖心，研究油層滲透率級差、注入濃度、注入時機對聚合物驅剖面反轉的影響。實驗結果表明：滲透率級差越大，剖面反轉出現越早，反轉程度越大，說明對于級差較大的稠油油藏用聚合物驅油效果較差；聚合物驅油過程中聚合物濃度越大，剖面反轉越早，原油采收率升高，但增長速度變緩，說明在聚合物驅油時需要對聚合物的濃度范圍進行界定；聚合物驅油注入時機越早，剖面反轉出現越早，應結合生產實際情況選擇適當注入時機。該研究成果對聚合物驅提高稠油油藏原油采收率具有指導意義。

聚合物驅；剖面反轉；物理模擬；反轉規律；分流率；采收率

0 引 言

聚合物驅油始于20世紀50年代，20世紀70年代在美國進行礦場試驗，采收率可提高8.6%。在蘇聯阿爾蘭油田、加拿大零斯弗萊湖油田和法國沙特伊爾埃納達油田進行工業礦場試驗，采收率可提高6.0%～17.0%。大慶油田于20世紀70年代在薩爾圖油田薩爾圖油層組開展注聚合物試驗獲得成功，勝利油區孤島油田于1992年在中一區館陶組油層進行聚合物驅油礦場試驗獲得成功。20世紀80年代在勝利油區八面河油田的稠油油藏進行了注聚合物提高采收率先導試驗獲得成功，平均提高采收率6.0%。從國內外各油田進行的室內實驗、礦場試驗和擴大工業性試驗成果來看[1-5]，聚合物驅對提高稠油砂巖油藏采收率效果明顯，但對于不同稠油油藏應用聚合物驅，必須對油藏地質條件差異、注入參數優選、注入時機選擇等方面進行綜合研究，充分發揮聚合物的驅油作用，從而提高原油采收率。

聚合物驅油過程存在剖面反轉現象[6]，剖面反轉直接影響聚合物驅油的采收率[7]。針對稀油油藏，前人開展過滲透率差異、注入濃度、注入時機選擇等對剖面反轉現象的影響研究，但缺少針對稠油油藏的相關研究，為此，開展了針對稠油油藏注聚合物剖面反轉現象室內實驗研究。

1 剖面反轉實驗

1.1 實驗原理

假設一組含有滲透率級差的并聯巖心模型，聚合物開始注入后，設定其總注入量為定值，進入高、低滲透巖心的分液量會在其中進行重新分配[6]。對達西定律、阻力系數的定義式以及流度定義公式進行推導，得出高、低滲透率巖心間相對吸液量的關系式：

Qp1=Kw1AΔpμwRm2L

(1)

Qp2=Kw2AΔpμwRm1L

(2)

Qp1/Qp2=Rm2/MRm1

(3)

式中：Qp1為低滲透級巖心的流體流量，cm3/s；Qp2為高滲透級巖心的流體流量，cm3/s；Kw1為低滲透級巖心的有效滲透率，μm2；Kw2為高滲透級巖心的有效滲透率，μm2；μw為水相黏度，Pa·s；Rm1為注入后低滲透層的阻力系數；Rm2為注入后高滲透層的阻力系數；L為巖心的長度，cm；M為高、低滲透層的滲透率級差；Δp為壓差，Pa。

由式(1)、(2)、(3)可知，高、低滲透層的阻力系數及其滲透率級差決定了總注入量在高、低滲巖心中的分配比例。在實際開發過程中，固定滲透率級差，推算出聚合物進入高、低滲透層中的分流量值，根據阻力系數在高、低滲透層中的變化規律，可反映出剖面反轉的機理[6，8-10]。

油層是一種多孔介質，一般用滲透率和孔隙度進行評價，由于地下條件復雜，其滲透率、孔隙度等基本參數是變化的[1]。通過室內物理模擬進行不同滲透率級差、不同注入時機、不同聚合物濃度條件下的剖面反轉實驗[2]，得出分流率曲線，并分析剖面反轉現象。

1.2 實驗條件

實驗用油為遼河油田歡喜嶺采油廠杜813區塊原油和煤油按6∶4的比例配制而成。50 ℃地面脫氣原油黏度為109 880 mPa·s，按比例配置后模擬油黏度為684 mPa·s。實驗用水根據遼河油田歡喜嶺采油廠杜813區塊產出水人工配制而成。實驗選用聚合物相對分子質量為2 500×104的聚丙烯酰胺，固相含量為89.8%，水解度為24%。實驗巖心采用油層砂制作的人造巖心，以遼河油田歡喜嶺采油廠地質條件為基礎設計而成，確保巖心與油藏物性參數相近(表1)。

表1 實驗巖心的基本參數

實驗裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等，除平流泵和手搖泵外，其他部分置于50 ℃恒溫箱內。

1.3 實驗方案

(1) 并聯巖心在不同滲透率級差條件下進行剖面反轉實驗。固定聚合物溶液濃度、注入速度、注入時機，改變滲透率級差，研究滲透率級差對剖面反轉的影響。

(2) 并聯巖心在不同聚合物濃度下進行剖面反轉實驗。固定巖心滲透率級差、聚合物溶液的注入時機及注入速度，改變聚合物溶液濃度，研究聚合物濃度對剖面反轉的影響。

(3) 并聯巖心在不同注入時機條件下進行剖面反轉實驗。固定滲透率級差、聚合物溶液濃度及注入速度，調整聚合物溶液的注入時機，研究不同注入時機對剖面反轉的影響。

2 剖面反轉規律及影響因素分析

2.1 滲透率級差對剖面反轉的影響

聚合物濃度為2 500 mg/L，注入速度為0.3 mL/min，將1、2號巖心并聯，3、4號巖心并聯，5、6號巖心并聯，并聯后組合體巖心滲透率存在級差，1、2號巖心組合體滲透率級差為3倍，3、4號組合體滲透率級差為4倍，5、6號組合體滲透率級差為6倍，在不同滲透率級差條件下進行剖面反轉實驗。圖1為不同滲透率級差下聚合物注入量與分流率的關系曲線。

圖1 不同滲透率級差下的聚合物注入量與分流率的關系

由圖1可知：在聚合物驅階段滲透率級差越大，高滲透層的分流率降至最低點的速度越快，但分流率降至最低點的幅度反而變小，即高滲透層最低點分流率的數值越大，造成到達分流率最低點的時間越短，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到達最低點后開始上升的時機越早；在聚合物驅階段，隨著滲透率級差增大，高滲透層形成的“V”字形波動幅度會變得越來越小。以上結果分析表明，滲透率級差越大，注入后剖面調整的見效時間越快，所需要聚合物的注入量越少，但調整后的吸液剖面持續時間越短，調剖效果越差，剖面反轉出現越早，聚合物驅效果越差，提高采收率的幅度越小。

不同滲透率級差條件下的剖面反轉點與采收率關系見表2。由表2可知，3倍級差巖心剖面反轉點的聚合物注入量比4倍級差巖心的大0.039 8倍孔隙體積，4倍級差巖心剖面反轉點的聚合物注入量比6倍級差的大0.021 3倍孔隙體積，說明滲透率級差越大剖面反轉現象發生越快。隨著滲透率級差增大，剖面反轉點提前，導致調剖效果變差，注入流體大部分進入到高滲透層，提高了高滲透層采收率，而低滲透層進入的流體急劇減少，導致低滲透層的采收率非常低。

表2 滲透率級差與剖面反轉關系

2.2 聚合物濃度對剖面反轉的影響

固定滲透率級差將為4倍，注入速度為0.3 mL/min，在不同聚合物濃度下進行剖面反轉實驗。圖2為不同聚合物濃度下聚合物注入量與分流率的關系曲線。

圖2 不同聚合物濃度下的聚合物注入量與分流率的關系

由圖2可知：聚合物驅油階段聚合物濃度越大，高滲透層的分流率降至最低點的速度越快，分流率降至最低點的幅度也越大，即高滲透層最低點分流率的數值越小，到達分流率最低點的時間越快，所需要注入聚合物的量越少，其分流率到達最低點后開始上升的時機越早，但分流率的上升速度較為緩慢；聚合物驅階段聚合物濃度越大，剖面調整越快，但反轉后的剖面高滲透層分流率上升速度并不快，說明合理的聚合物濃度范圍可提高油藏的采收率。

不同聚合物濃度條件下的剖面反轉點與采收率關系見表3。由表3可知，聚合物濃度為2 000 mg/L比濃度為2 500 mg/L時的剖面反轉點的注入孔隙體積倍數大0.077 8倍孔隙體積，聚合物濃度為2 500 mg/L比濃度為3 000 mg/L時的剖面反轉點的注入孔隙體積倍數大0.031 2倍孔隙體積，表明隨著聚合物濃度的增加，剖面反轉點會有所提前。當選用較低濃度的聚合物注入時，盡管剖面反轉點發生了滯后，但由于聚合物濃度較低，不能在高滲透層產生足夠的阻力，導致低滲透層采收率較低，而聚合物濃度過高又會造成低滲透層注入困難。因此，在聚合物濃度的選擇方面，既應該考慮剖面反轉，又應兼顧到采收率。

表3 聚合物濃度與剖面反轉的關系

2.3 注入時機對剖面反轉的影響

固定滲透率級差為4倍，聚合物濃度為2 500 mg/L，注入速度為0.3 mL/min，在不同注入時機條件下進行剖面反轉實驗，圖3為不同注入時機下聚合物注入量與分流率的關系曲線。

圖3 不同注入時機下的聚合物注入量與分流率的關系

由圖3可知：聚合物驅階段隨著注入時機推后，高滲透層的分流率降至最低點的速度越慢，且分流率降至最低點的幅度也越小，即高滲透層最低點分流率的數值越大，到達分流率最低點的時間越長，所需注入聚合物溶液的量越多，其分流率到達最低點后開始上升的時機越晚，分流率上升速度也越慢，上升幅度也越小；高滲透層的分流率繼續增加，隨著注入時機的推后，高滲透層形成的“U”字形波動幅度會變得越來越小。分析結果表明，在整個聚合物驅替過程中，聚合物溶液注入時機的變化對吸液剖面調整產生很大影響，隨著注入時機推后，注入后剖面調整的見效時間越慢，所需要聚合物的量越多，但對吸液剖面的整體調整效果較差。剖面反轉出現越晚，反轉程度越小，聚合物驅的效果越差，不利于采收率的提高。

不同含水率下注入聚合物的剖面反轉點和采收率關系見表4。由表4可知，注入時機在含水率為80%比含水率為50%的剖面反轉點的注入孔隙體積倍數大0.040 1倍孔隙體積，注入時機在含水率為95%比含水率為80%的剖面反轉點的注入孔隙體積倍數大0.098 1倍孔隙體積，表明隨著聚合物注入時機提前，剖面反轉點會相應提前，但不能因為注入時機越晚，發生剖面反轉的時間滯后，就選擇含水率較高時再注入聚合物，因為這會增加聚合物用量，且吸液剖面調整效果差，不利于提高采收率。隨著聚合物注入時機提前，采收率也有提升，但注入時機過早，會對中、低滲透層產生較大影響，其吸附滯留導致地層受到傷害，增大了后續開發的難度。

表4 注入時機與剖面反轉的關系

3 應用指導

根據室內實驗和分析評價，針對實驗油田所屬區塊油層物性和原油物性，實施聚合物驅油提高原油采收率應遵循按滲透率級差約為4倍進行層系劃分和歸位，注入時機選擇在油井含水率約為80%時開始實施，注入聚合物濃度選擇在2 500 mg/L左右，能達到較理想的聚合物驅油效果，這是編制該區塊聚合物驅方案的基本原則。

4 結論及建議

(1) 儲層的滲透率級差越大，剖面反轉出現越早，聚合物驅油效果越差?？紤]到稠油油藏非均質性，實際應用中應選擇滲透率差異較小的中低滲透層實施聚合物驅油。

(2) 聚合物注入濃度越大，剖面反轉出現越早，聚合物驅油效果越差。聚合物濃度過小，進入高滲透儲層后不能產生足夠大的阻力；聚合物濃度過大，會造成儲層堵塞，導致低滲透層注入困難。因此，實踐中應采用現場巖心精細實驗研究，確定合理的注入濃度。

(3) 聚合物注入時機越早，剖面反轉現象越明顯，從而導致聚合物驅油的開發效果變差；注入時機越晚，調剖效果越差。因此，在實際應用中，要按照聚合物驅油的篩選標準，結合油藏實際，選擇合理的注入時機，減小剖面反轉現象對驅油效果的影響，從而提高驅油效果。

(4) 稠油油藏聚合物剖面反轉現象室內實驗研究從技術層面入手研究剖面反轉對采收率的影響，但經濟效益也是影響聚合物驅油發展和應用的主要因素，因此，在實際應用中，應結合不同時期的油價，在提高采收率兼顧經濟效益方面開展研究。

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編輯 王 昱

20160704；改回日期：20160910

中海石油有限公司北京研究中心項目“早期注聚合物剖面反轉及控制方法研究”(YXKY-2014-ZY-03)

張穎蘋(1992-)，女，2014年畢業于長江大學石油工程專業，現為該校石油工程專業在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發工程、油藏數值模擬方面的研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.025

TE357.46

A

1006-6535(2016)06-0111-04