基于聚合物驅(qū)的多級非均相調(diào)驅(qū)研究

張小靜，盧軍，張卓，梁麗梅，郭琳琳

（1.中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南南陽473132；2.中國石化河南油田分公司油氣開發(fā)管理部，河南南陽473132；3.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽473400）

非均相化學驅(qū)技術可以顯著提高水驅(qū)區(qū)塊的采收率，目前已在勝利油田孤島中一區(qū)Ng3及勝一區(qū)沙二1-3 等區(qū)塊開展應用，取得了顯著的增油降水效果，其中孤島中一區(qū)Ng3提高采收率8.5個百分點，實現(xiàn)采收率突破60%[1-5]。但其注入驅(qū)劑中黏彈顆粒驅(qū)油劑（PPG）質(zhì)量濃度高，連續(xù)注入周期長，成本增大，經(jīng)濟效益下降。為此，開展以聚合物驅(qū)為主輔助多級非均相調(diào)驅(qū)技術研究，以降低成本，提高經(jīng)濟效益。本文采用物模、數(shù)模技術相結(jié)合，在確保聚合物驅(qū)擴大波及體積的基礎上發(fā)揮非均相調(diào)驅(qū)功能，實現(xiàn)加合增效，最終確定非均相調(diào)驅(qū)段塞級數(shù)、尺寸大小。

1 多級非均相段塞聚合物驅(qū)物模研究

1.1 實驗材料與方法

1.1.1 材料與設備

高溫高壓微觀驅(qū)替實驗系統(tǒng)[6-7]由變焦體視顯微鏡、圖像采集分析系統(tǒng)、微觀模型、高壓倉、高精度驅(qū)替泵、壓力傳感器系統(tǒng)、驅(qū)替控制系統(tǒng)、加熱保溫系統(tǒng)等組成（圖1），采用蔡司變焦體視顯微鏡物鏡0.3×，1.0×，1.5×；熒光激發(fā)模塊；原裝日本攝像頭，幀率25幀/s；ISCO泵流速范圍0.000 01 ～22 mL/min；尼康D800數(shù)碼單反相機；西圖微觀模擬驅(qū)替動態(tài)圖像分析系統(tǒng)軟件CIAS-SCU-Q。

1.1.2 室內(nèi)實驗條件及步驟

1）聚合物：選用篩選聚合物（P）為HNI-1，黏彈顆粒驅(qū)油劑（PPG）為HNPPG-1。

2）實驗用水：王集油田現(xiàn)場凈化陳化注入污水，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾后使用。

3）模擬原油：王集油田采油井井口原油，脫水后，加入煤油配制模擬原油，模擬油黏度為11 mPa·s。

4）驅(qū)油體系配方：聚合物濃度1 500 mg/L，非均相體系配方濃度為聚合物1 200 mg/L+PPG800 mg/L。

5）巖心：人造長條方巖心（2.5 cm×2.5 cm×30 cm），滲透率分別為200×10-3μm2左右和600×10-3μm2左右，滲透率級差分別為2.8和3.1的2組雙管并聯(lián)巖心。

6）驅(qū)替流速：驅(qū)替流速為50 mL/h，線性速度為1 m/d。

7）實驗溫度：模擬王集油田油藏溫度67 ℃。

8）實驗步驟：

巖心飽和模擬油老化后水驅(qū)至含水99%，水驅(qū)后分別注入3種化學驅(qū)油體系組合配方，轉(zhuǎn)注后續(xù)水驅(qū)至含水99%，評價聚合物驅(qū)、非均相驅(qū)及多級段塞非均相復合驅(qū)油體系在雙管并聯(lián)巖心中的驅(qū)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 實驗結(jié)果

1.2.1 驅(qū)油效率

配方1實驗：雙管巖心水驅(qū)至綜合含水99%，水驅(qū)采收率為49.1%，注入0.6PV聚合物溶液，轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水99%，最終采收率達到67%，提高采收率17.9個百分點。其中，高滲巖心提高采收率9.47個百分點，低滲巖心提高采收率30.28個百分點（表1）。

配方2實驗：雙管巖心水驅(qū)至綜合含水99%，水驅(qū)采收率為36.96 %，注入0.6PV非均相體系，段塞結(jié)構(gòu)為0.1PV（PPG/P）+0.4PV（P）+0.1PV（PPG/P），轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水99%，最終采收率達到59.77%，提高采收率22.81個百分點。其中，高滲巖心提高采收率21.71 個百分點，低滲巖心提高采收率24.10 個百分點。

圖1 高溫高壓微觀驅(qū)油實驗系統(tǒng)Fig.1 Micro oil displacement experimental system with high temperature and high pressure

配方3實驗：雙管巖心水驅(qū)至綜合含水99%，水驅(qū)采收率為32.04%，注入0.6PV非均相復合驅(qū)油體系，段塞結(jié)構(gòu)為0.1PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P），轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水99 %，最終采收率高達61.96 %，提高采收率29.92 個百分點。其中，高滲巖心提高采收率23.57個百分點，低滲巖心提高采收率42.56個百分點。

表1 非均相復合驅(qū)驅(qū)油效率及分流率Table 1 Oil displacement efficiency and diversion rate of heterogeneous composite flooding

1.2.2 分流率實驗

注入非均相復合驅(qū)油體系后，配方2實驗中低滲巖心分流率從3%增加到30%，高滲巖心分流率從97%下降到70%，配方3實驗低滲巖心分流率從2%增加到35%～40%，高滲巖心分流率從98%降低到60 % ～65 %，高、低滲巖心出口產(chǎn)液量均發(fā)生了改變，高滲產(chǎn)液量降低、低滲產(chǎn)液量得到一定程度的提高[12-14]，說明非均相復合驅(qū)油體系具有一定的改善剖面能力，從段塞結(jié)構(gòu)看，非均相復合驅(qū)油體系段塞交替次數(shù)越多剖面改善效果越好[13-15]。但轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)后，分流率又發(fā)生反轉(zhuǎn)，反映出非均相體系中PPG因變形和水解而使其封堵能力和耐沖刷性減弱，為此現(xiàn)場應用要注重后續(xù)水驅(qū)調(diào)整。

實驗結(jié)果表明：

1）非均相驅(qū)油體系有較好的提高采收率能力，提高采收率幅度大于聚合物驅(qū)；

2）隨著段塞交替次數(shù)增多，化學驅(qū)分流率增加、提高采收率增加；主要是水驅(qū)主要動用的是高滲巖心，注入非均相復合驅(qū)油體系后，提高采收率主要貢獻在低滲巖心，非均相復合驅(qū)油體系具有一定的調(diào)剖能力。

2 多級非均相段塞聚合物驅(qū)數(shù)模研究

采用SLCHEM數(shù)值模擬軟件對多級非均相段塞聚合物驅(qū)參數(shù)進行優(yōu)化。SLCHEM 是勝利油田自主研發(fā)的包含非均相驅(qū)的化學驅(qū)數(shù)值模擬軟件，具有常規(guī)水驅(qū)開發(fā)數(shù)值模擬，聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、泡沫復合驅(qū)、二元復合驅(qū)及三元復合驅(qū)等化學驅(qū)數(shù)值模擬功能，前后處理系統(tǒng)完整[15-18]。

數(shù)模應用目標區(qū)王集油田王17井區(qū)實際油藏模型，采用單因素分析法，類比同類油藏注聚參數(shù)和室內(nèi)實驗評價研究結(jié)果，設計前置段塞和后置段塞為非均相驅(qū)段塞，經(jīng)過數(shù)值模擬優(yōu)化，主要參數(shù)為注入濃度1 500 mg/L，注入速度0.11PV/a，注采比1.0，在此基礎上優(yōu)化了總段塞量、前置段塞，重點進行了主段塞多級非均相段塞聚合物驅(qū)優(yōu)化。

2.1 段塞尺寸優(yōu)化

在室內(nèi)實驗及數(shù)模確定注入濃度1 500 mg/L 的基礎上，設計總注入段塞分別為0.3，0.4，0.5，0.6，0.7PV的5套方案進行數(shù)模預測（表2）。

優(yōu)化結(jié)果看出，隨著注入段塞尺寸增大，提高采收率的值呈上升趨勢，當注入段塞從0.3PV增加至0.4PV時噸聚增油從45.2 t/t上升至46.3 t/t，之后隨著注入段塞尺寸增大，噸聚增油呈下降趨勢；隨著注入段塞尺寸增大，綜合指標在0.5PV時出現(xiàn)拐點，值最大，確定總注入段塞尺寸為0.5PV。

表2 注入段塞優(yōu)化方案Table 2 Injection slug optimization scheme

2.2 前置段塞優(yōu)化

在注入濃度1 500 mg/L、總注入段塞0.5PV、注入速度0.11PV/a 參數(shù)優(yōu)化的基礎上，設計非均相調(diào)驅(qū)體系的前置段塞尺寸分別為0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08PV的6套方案進行數(shù)模優(yōu)化（表3），隨著非均相調(diào)驅(qū)體系前置段塞的增大，提高采收率值也相應增大，在注入段塞大于0.05PV之后，提高采收率增幅減緩，確定PPG非均相調(diào)驅(qū)體系前置段塞為0.05PV。

表3 前置段塞優(yōu)化方案Table 3 Pre-slug optimization scheme

2.3 主體段塞結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在確定總段塞、前置段塞、后置段塞、注入速度及注采比1.0的基礎上，重點是對主體段塞中的非均相調(diào)驅(qū)段塞的級數(shù)和段塞尺寸進行優(yōu)化，研究設計三種段塞組合12種方式進行數(shù)模優(yōu)化（表4）。

第一種方式：主體段塞為全過程聚合物驅(qū)和非均相驅(qū)；

第二種方式：設計以聚合物驅(qū)為主，在聚驅(qū)過程中加入一級不同尺寸段塞量的非均相驅(qū)；

第三種方式：設計以聚合物驅(qū)為主，在聚驅(qū)過程中加入二級不同尺寸段塞量的非均相驅(qū)。

數(shù)模優(yōu)化結(jié)果顯示（表5），一次組合驅(qū)加入非均相調(diào)驅(qū)段塞優(yōu)于聚合物驅(qū)，二次組合驅(qū)提高采收率高于一次組合驅(qū)段塞和聚合驅(qū)，全過程非均相驅(qū)采收率增幅最高。

全過程非均相驅(qū)噸聚增油最低、綜合指標偏低，聚合物驅(qū)采收率增幅、綜合指標最低；隨著段塞組合驅(qū)中非均相驅(qū)段塞量的增加采收率增幅增加，噸聚增油先增加后減小，綜合指標對非均相驅(qū)段塞量的變化不敏感。

總體上當二級非均相段塞量增加到0.04PV時，采收率幅度減緩，噸聚增油、綜合指標最高。

根據(jù)以上數(shù)值模擬研究結(jié)果，借鑒室內(nèi)實驗、已實施聚合物驅(qū)及非均相驅(qū)礦場試驗研究，優(yōu)選確定最終段塞結(jié)構(gòu)為二級非均相段塞，段塞尺寸0.4PV，段塞結(jié)構(gòu)：0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

2.4 總體段塞優(yōu)化結(jié)果

多級非均相段塞聚合物驅(qū)配方及段塞用量：

1）總段塞：0.5PV。

2）前置段塞：0.05PV非均相。

3）主體段塞：0.4PV二次組合段塞，段塞結(jié)構(gòu)為0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

表4 非均相多段塞組合Table 4 Heterogeneous slug combination

表5 非均相多段塞組合提高采收率預測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）配方體系：聚合物配方1 500 mg/L，非均相調(diào)驅(qū)體系配方1 200 mg/L聚合物+800 mg/LPPG。

8）指標預測：控制地質(zhì)儲量76.9×104t，提高采收率8.25個百分點，增加可采儲量6.34×104t。

3 現(xiàn)場應用

該研究成果已在王集油田王17 塊應用，設計注聚井12口，對應采油井26口，于2019年12月開始注入前緣非均相體系段塞，截至2020年7月底地層壓力緩慢上升，由8.75 MPa 增加到12.57 MPa，上升了3.82 MPa，注采比1.02；已有4口井見效，產(chǎn)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%，礦場效果達到預期，相對于連續(xù)注入，節(jié)約了黏彈顆粒驅(qū)油劑用量，提高了經(jīng)濟效益[18-20]，目前該成果已推廣至下二門油田B238塊聚合物驅(qū)提高采收率項目。

4 結(jié)論

1）物模證實非均相驅(qū)油體系有較好的提高采收率能力，提高采收率幅度大于聚合物驅(qū)，提高采收率主要貢獻在低滲巖心，從結(jié)構(gòu)上看，分級數(shù)越多，提高采收率赿高。

2）數(shù)模表明多級非均相段塞聚合物驅(qū)好于單純的聚合物驅(qū)，隨著段塞組合驅(qū)中非均相驅(qū)段塞量的增加采收率增幅增加，噸聚增油指標隨著非均相驅(qū)段塞量的增加先增大后減小，綜合指標對非均相驅(qū)段塞量的變化不敏感。

3）現(xiàn)場非均相前緣段塞注入0.04PV，地層壓力緩慢上升，采油速度由1.07%提高到2.23%，已有4口采油井見效，階段累增油1 300 t，礦場效果達到預期，實現(xiàn)了加合增效。