組合調驅提高采收率技術實驗研究

王宏申，魏 俊，張志軍，石端勝，徐 良，陳增輝，肖文鳳

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

組合調驅是基于提高波及體積和驅油效率的驅油機理理念，將兩種及以上的具有不同功能的調剖劑與驅油劑以最優的組合方式進行驅替，協同增效，以提高原油采收率為目的的EOR技術。與單一體系驅相比，組合調驅結合了各體系的優勢并能使其發揮出更大的作用。目前已對組合調驅技術驅油機理開展了一些研究［1-6］，并在現場得到應用［7-11］，取得一定效果，但結果表明該技術仍不夠成熟和完善，在組合調驅段塞組合方式、各段塞用量等方面仍缺乏研究。本文利用多功能組合調驅物理模擬實驗裝置，開展室內驅油實驗，對組合調驅提高采收率機理、段塞組合方式和各段塞用量進行研究，為海上油田調剖調驅技術的發展提供借鑒。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗用水為模擬地層水，礦化度8 060 mg/L，Ca2+、Mg2+含量468 mg/L，油為原油與煤油稀釋配制的模擬油，65℃條件下黏度為89 mPa·s。聚合物凝膠體系為0.25%線性聚合物（分子量1 400×104以上）+0.4%酚醛樹脂交聯劑+0.04%助劑，65℃下初始黏度為56 mPa·s，成膠后體系黏度為3.75×104mPa·s。納米微球濃度為0.3%，初始粒徑中值為445 nm，3～5 d后體積膨脹倍數為15倍左右，預交聯顆粒濃度為0.05%，初始粒徑中值為30μm，3～5 d后體積膨脹倍數為6倍左右。表面活性劑為陰離子型，濃度0.3%，油水界面張力6.5×10-3mN/m。

1.2 實驗設備

采用多功能組合調驅物理模擬實驗裝置（見圖1）進行三維模型的填制，以實現多個測壓點的壓力實時采集分析。模型尺寸為30 cm×30 cm×4.5 cm，滲透率為1 200×10-3μm2左右，采用一注一采方式，注采井分布在模型對角兩端。裝置主要由平流泵（1）、真空泵（2）、閥門（3）、中間容器（5）、（6）、（7）、（8）、數字壓力表（9）、計算機（14）、自動取樣器（11）、組合調驅物理模型（10）和恒溫箱（15）組成。

圖1 實驗裝置

1.3 實驗方案及流程

實驗方案見表1，所有方案總注入量均為0.3 PV。

表1 驅油實驗方案

方案1～3為單一堵（聚合物凝膠）、調（納米微球/預交聯顆粒）、驅（表面活性劑）段塞驅油實驗。方案4～5為堵調驅段塞組合方式優化實驗，各段塞用量為0.1 PV。方案6～8為堵調驅段塞用量優化實驗。實驗溫度恒定為65℃。

實驗步驟如下：

（1）填制模型；

（2）抽真空、飽和水，水測滲透率，計算孔隙度；

（3）飽和模擬油；

（4）一次水驅至含水75%，記錄水驅過程中的壓力場，并計算此時水驅采收率；

（5）注入0.3 PV的組合調驅體系（聚合物凝膠候凝3 d，納米微球/預交聯顆粒注入后靜置膨脹3 d）；

（6）進行后續水驅，記錄過程中壓力場，并計算最終采收率。

2 實驗結果與分析

2.1 不同段塞組合驅油效果

從表2可以看出，聚合物凝膠、納米微球/預交聯顆粒和表面活性劑的組合驅油效果明顯好于單一段塞驅，相比水驅最高提高采收率38.75%，說明組合調驅提高采收率技術能夠充分發揮聚合物凝膠封堵水流優勢通道，納米微球/預交聯顆粒深部液流轉向及表面活性劑提高驅油效率的協同作用，從而大幅提高驅油效果。

表2 不同段塞組合驅油實驗結果

對比方案1～5實驗結果可知在竄流通道形成后，必須先用高強度聚合物凝膠進行水流優勢通道的封堵，才能取得較好的提高采收率效果，單獨注入或先注入“調”、“驅”段塞都不能取得最優效果，說明此開發階段油藏提高采收率更側重于注入流體波及體積的擴大，在此基礎上協同驅油效率的提高，才能最大程度改善油藏開發效果。

對比方案4，7，8實驗結果可知，適當提高“堵”段塞用量，可進一步提高采收率，但聚合物凝膠段塞用量過大時，一方面會進入中低滲透層，造成儲層污染，導致后續流體注入壓力高，注不進等問題，另一方面也會增加施工成本，降低技術經濟效益。當竄流通道得到有效封堵后，“調”段塞能夠進一步封堵次級水流通道，促進后續流體在油藏深部轉向，最大程度提高波及體積。

2.2 單一段塞注入含水率及壓力場特征

從圖2、圖3可以看出，注入聚合物凝膠和納米微球/預交聯顆粒體系后，注入端壓力上升明顯，形成較均衡的壓力場分布。注采井間竄流通道得到封堵，后續注入流體進入兩側波及較少區域，驅替原油到達油井，提高采收率機理主要體現在后續流體的擴大波及。

圖2 單一段塞注入壓力場分布（藍點為注入井，紅點為生產井）

圖3 單一段塞注入含水率曲線

兩種體系注入后都有封堵的效果，壓力場圖顯示從注入端到采出端，壓力是逐漸降低的，注入端壓力高就會使后續的注入流體進入壓力低的區域，起到擴大波及體積的作用，壓力高低的不同致使“堵”和“調”的波及體積不同，從而導致了采收率的不同。由于聚合物凝膠封堵作用更強，因此“堵”的壓力大于“調”，含水率下降幅度更大，提高采收率幅度更高。而“驅”的壓力場在注采井之間有明顯的低壓驅，表明注入表面活性劑后，注采井間竄流通道依然存在，后續注入流體仍會沿著這個通道流動，降低通道中的剩余油飽和度，提高采收率機理主要體現在對水流通道中剩余油的驅洗，不能提高波及體積，因此含水率沒有明顯下降。

2.3 不同段塞組合方式含水率及壓力場特征

從表2可以看出，堵調驅段塞組合方式驅油效果更好，比調驅堵段塞組合提高采收率6.01%。從圖4、圖5可以看出，一次水驅結束時，注采井間為低壓條帶，兩側壓力較高，說明此時已形成水流優勢通道，對應油井含水75%，見圖6。對比不同段塞組合方式調驅體系注入后壓力場（b1、b2）的分布可知，按照堵調驅段塞組合注入后，注入端壓力上升明顯，并在注采井垂直方向形成近似等壓條帶，竄流通道得到有效封堵，形成近活塞式驅替，并持續到后續水驅。反映在含水率曲線中，含水降幅更大，含水漏斗寬度更大。說明在水竄通道形成后，堵調驅段塞組合方式能夠充分發揮三者之間的協同作用，先利用聚合物凝膠封堵水流優勢通道，然后利用納米微球/預交聯顆粒進入次級孔吼，通過它在孔喉處不斷“堆積—堵塞—壓力升高—變形通過”，促使后續流體轉向，進一步擴大波及，最后注入表面活性劑，降低油水界面張力，提高波及區域驅油效率，從而大幅提高采收率。

圖4 堵調驅段塞組合不同時刻壓力場分布

圖5 調驅堵段塞組合不同時刻壓力場分布

圖6 不同段塞組合方式下含水率曲線

2.4 不同堵調驅段塞用量注入壓力及含水率

從圖7可以看出，隨著聚合物凝膠段塞用量的增加，注入壓力上升明顯，增加納米微球/預交聯顆粒段塞用量會提高注入壓力的峰值。注入表面活性劑段塞后，注入壓力明顯下降。從圖8可以看出，按照15%堵+60%調+25驅的段塞用量方式注入，含水下降幅度最大，降水漏斗持續時間更長，方案8相比方案6提高采收率8.05%，說明在水流優勢通道形成后，需要優先進行竄流通道的封堵，適當增加堵段塞的用量，但聚合物凝膠用量過大，也會導致后續注入壓力高，注不進的問題。

圖7 不同堵調驅段塞用量注入壓力曲線

圖8 不同堵調驅段塞用量含水率曲線

3 結論

（1）聚合物凝膠+納米微球/預交聯顆粒+表面活性劑的“堵調驅”段塞組合調驅方式相比單一段塞注入驅油效果更好，它能充分發揮聚合物凝膠封堵水流優勢通道，納米微球/預交聯顆粒深部液流轉向及表面活性劑提高驅油效率的協同作用。

（2）當聚合物凝膠、納米微球/預交聯顆粒、表面活性劑各段塞用量比例分別為15%，60%，25%時，驅油效果最好，相比水驅可提高采收率38.75%。

（3）“堵調驅”段塞組合調驅壓力場分布顯示竄流通道得到有效封堵，注入端壓力上升明顯，并在注采井垂直方向形成近似等壓條帶，從而形成近活塞式驅替。