可視化平板模型評價注入方式對驅油的影響

孫翔宇， 任 熵， 葛際江

（中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島266580）

0 引 言

注降黏劑驅油是三次采油的重要技術之一，在國內油田的使用也最為普遍，且具有優異的效果［1-4］。評價驅油劑效果最常用的方法是數值模擬實驗和巖心驅替實驗［5-9］，后者只能從實驗結果顯示驅油效果，無法知曉驅替中降黏劑對油藏的作用過程，無法針對驅替過程的一些不足對降黏體系加以改良。對不同注入方式的驅油效果也只體現在最后的采收率上，體現不出不同方式驅油對油藏內部的影響，不夠直觀。數模評價實驗的過程雖然可觀測，但都為圖形模擬數據，不夠真實，另外，得出的評價結果也難以驗證。針對上述問題，本文將物模與數模相結合，提出可視化平板模型評價方法。

任熵研制的可視化玻璃平板模型可模擬地層孔隙結構進行驅油實驗，同時透明的玻璃板可供觀測驅油過程，并通過視頻記錄［14-17］。在此基礎上采用圖像灰度對比法和MATLAB 編程圖像學對驅油狀態進行分析，計算驅油效率。對實驗而言，此方法在過程中可以更為直觀地觀測原油降黏和油滴被捕集、攜帶出模擬地層的狀態，還可以對比出二元驅對水驅后油層的增產作用，以及觀測出二元體系對地層后續開發造成的一些影響。通過實驗圖像分析得出具體增產數據，準確真實，得出的驅油效率更具說服力。在理解方面，可視化平板模型實驗通過將過程與結果全程記錄的方式把油田產油及增產過程表現出來，更容易讓油田現場技術人員理解。驅替過程中顯示出的現象也可以對流體力學、油層物理等課程中的現象進行闡釋，對學生理解地下驅油動態有一定促進作用，同時也是對傳統巖心驅替實驗和數值模擬實驗的補充和檢驗。

玻璃平板模型相比于其他可視化模型的優勢在于，模擬地層樣板的滲透率與地層均質性都可根據實驗要求調控［18］。沙礫種類和目數范圍用于模擬油藏巖石類型和滲透率大小，地層均質性可根據油田地層結構在可視化地層樣板上進行紅外刻蝕設計。另外，模擬地層樣板與玻璃之間是通過塑料硬薄膜粘合在一起的，實驗結束后，將樣板薄膜用刀輕輕刮掉即可在玻璃板上進行下一組實驗，大大提高了實驗效率。同時，將可視化模型與MATLAB分析程序相結合，對驅油劑評價技術起到推動作用。

本文以陳莊油和永8 油為例，利用可視化玻璃平板模型方法，評價不同注入方式對驅油效果的影響。

1 實驗儀器與材料

可視化玻璃平板模型驅替實驗是利用自制的玻璃填砂模型進行（見圖1）。樣板根據油藏地層要求制作，被夾在兩塊0.5 cm 的玻璃板中間，周圍用橡膠圈密封、壓實。實驗用到的主要儀器包括高科GK-8000A投影儀展臺、美國Teledyne Isco 微量注入泵100DX和精密壓力采集系統等，實驗流程圖見圖2。

圖1 可視化物理模型層內非均質樣板

圖2 可視化物理模型實驗流程圖

實驗用原油為國內某油田陳莊和永8 兩區塊的原油，黏度分別為460 和670 mPa·s；實驗用聚合物為普通聚合物P5；陳莊地層水與1%（質量百分數）聚合物配置的溶液黏度為226.2 mPa·s，永8 地層水與1%聚合物配置的溶液的黏度為232.5 mPa·s；兩種來自油田現場使用的降黏劑A2 和A3 體系，A2 降黏劑體系（0.3%A2 ＋0.3%聚合物溶液）黏度為95 mPa·s（26 ℃），A3 降黏劑體系（0.3%A3 ＋0.3%聚合物溶液）黏度為120 mPa·s（26 ℃）。

2 實驗方法

本實驗設計了宏觀均質模型和宏觀非均質模型兩種可視化玻璃平板模型驅油實驗，所有實驗在常溫常壓下進行，實驗方案見表1。

表1 可視化玻璃平板模型驅油實驗方案

玻璃平板模型實驗數據根據MATLAB 圖像學和顏色對比處理軟件分析分別得出結果，根據采油效率等于波及系數與洗油效率的乘積而得出。用MATLAB根據驅油實驗平板的圖像，對其進行邊緣檢測和輪廓提取，進而計算圖形內有色的范圍，即波及系數，見圖3。顏色對比處理軟件用于在圖3（b）中有色的輪廓范圍內取灰度相同的點，并根據軟件內灰度與油量百分比的換算公式算出波及系數內的洗油效率。兩數的乘積便是油相的采收率。

圖3 可視化圖片輪廓提取

3 實驗結果與分析

3.1 宏觀均質模型實驗

利用均質可視化填砂模型觀察并測定了降黏劑提高采收率的效果和不同時刻剩余油分布情況，見圖4。

實驗在穩定水驅時可以看到，均質的地層經過水驅穩定后，黏度較大的永8 油的水流通道為標準對角線型。驅替初始會產生支流，但隨著水驅時間增加，支流的油不再流動，這是由于主流注進，分流壓力減小造成的，見圖4（c）、（d）。然而低黏度的陳莊油則是大量順著支流流出井口，對角線流道變狹窄，還留有大量的殘余原油未被驅出，見圖4（a）、（b）。實驗在注入原油降黏劑體系0.3PV 的過程，可以明顯觀測到，高黏A3 降黏劑體系效果要優于A2 體系，且對永8 油的作用效果要好于陳莊油，見圖4。將圖4 每組實驗的最后兩張圖進行對比發現，注劑后繼續水驅會驅動降黏劑向前流動，將沿路原油降黏后排出井口，因此平板在出口端變化明顯。但入口端與注降黏劑后的效果差別不大，對此處殘余油開采的提升作用較小，若想進一步開采殘余油需要采取其他措施。

采用雙段塞注入過程重復A3 降黏劑體系，這種注入方式的特點是二次段塞對波及系數的再提升，見圖5 后3 幅圖。降黏劑和水從外邊沿一步一步拓寬波及范圍，并能達到較高的洗油效率。

圖4 可視化平板宏觀均質模型實驗過程

分析兩種注入方式的驅替結果，見表2。兩種油的A3 體系效果都要好于A2。對于宏觀均質地層，雙段塞對采油的提升作用不明顯。由實驗過程和圖6 還可以發現，注劑后繼續水驅對提升采油率的作用也很有限，主要是起排出殘余降黏劑的作用。

圖5 可視化平板模型宏觀均質實驗

表2 不同注入方式降黏劑各階段采收率

3.2 宏觀非均質模型實驗

非均質實驗以永8 油測試A2 和A3 體系的效果，首先用對角線無致密區塊的模型比較單段塞驅油效果，見圖7。圖7 中，A2 體系無法深入致密區塊驅油，沿致密區塊的邊緣流出生產井。A3 體系則可以使致密區塊邊緣降粘，逐漸剝離和攜帶致密巖層邊緣的原油，并慢慢滲入其中，驅替出致密團塊內的剩余油。

圖6 不同注入方式采收率階段對比

圖7 永8油可視化平板模型宏觀非均質模型驅油效果

將致密團塊油設計在對角線上（兩種模型平均滲透率相同），測試A3 體系不同注入方式的驅油效果，見圖8。水驅時，地層水都是將致密區塊避開，高滲區域的油被采出，低滲區域油則被保留。A3 降黏劑體系被注入后能降低低滲區塊油的黏度，在剪切作用下將其剝離并攜帶流動，并由后續降黏劑逐漸增大洗油效率。由圖8（b）的實驗過程可見，兩次注A3 段塞之間的注水也充當了降黏劑的作用，剝離作用明顯。最后水驅卻沒有對致密區塊起到明顯的作用。說明段塞間的水不僅有隔離作用，還具有調節A3濃度的功能，能使降黏劑的作用充分發揮。

圖8 永8油不同注入方式的驅替效果

分析不同模型及不同注入方式的驅替結果，見表3。對于不同模型，A3 體系效果基本相同，采收率增加約為26.5%，說明降黏劑只針對致密區塊起作用，致密區塊的位置對采收率影響不大。相比于圖6 的均質地層雙段塞，非均質地層雙段塞驅油效果有了極大提升，見圖9。這是由于段塞中間水延長了驅油時間，使致密區塊油完全被降粘。

表3 A3 降黏劑不同注入方式各階段采收率

圖9 永8油A3體系不同注入方式下采收率階段對比

4 結 論

通過可視化玻璃平板模型實驗，對A2，A3 降黏劑采油率及不同注入方式對采油率的提升進行過程觀測和結果分析，得出以下結論。

（1）陳莊油和永8 油，降黏劑體系A3 的效果要優于A2，選用A3 體系進行降黏。

（2）注入方式對均質模型采油率的提升影響較小，陳莊油采收率增加約10.5%，永8 油采收率增加約12.9%。

（3）對于滲透率相同的不同非均質模型，致密區位置對采收率影響不大。注入方式對采收率有較大的提升作用，采收率由25%提升至34.4%。

（4）均質模型中，黏度高的油沿對角線以單一流道被驅替出生產井；黏度低的油則以多條通路的形式流出。

（5）降黏劑的降黏作用過程是通過將致密油從外層向內層逐漸降黏—剝離—攜帶，循環往復的來提高洗油效率，因此延長降黏時長是提升采收率的關鍵。

（6）雙段塞間隔注入的地層水不僅具有隔離作用，還具有調節體系濃度功能，能延長降黏劑作用時間，使致密油充分降黏。