赫列布尼科夫 V. N.， 梁 萌， 哈米都琳娜I. V.

(俄羅斯古勃金國立石油天然氣大學(xué)，莫斯科 119991)

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非均質(zhì)油層沉淀-凝膠劑選擇性調(diào)剖的機(jī)理研究

赫列布尼科夫 V. N.， 梁 萌， 哈米都琳娜I. V.

(俄羅斯古勃金國立石油天然氣大學(xué)，莫斯科 119991)

將一系列沉淀劑、凝膠劑用于流動實驗，研究了介質(zhì)滲透率和原油飽和度對滲流特性的影響。結(jié)果表明，高效的堵水調(diào)剖劑可以選擇性的降低非均質(zhì)多孔介質(zhì)的滲透率，即最大程度地作用到高滲儲層和含有較低原油飽和度的區(qū)域。該特性與體系中聚合物顆?；蛘吣z體粒子的存在有關(guān),并從膠體化學(xué)角度提出了闡釋調(diào)剖劑選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)儲層滲透率的作用機(jī)理。

提高采收率； 堵水調(diào)剖； 提采機(jī)理； 枯竭油層； 驅(qū)替研究

油藏的開發(fā)程度主要限于毛細(xì)阻力和地層非均質(zhì)性兩方面的制約，因此形成了兩類剩余油：一類是毛細(xì)阻力束縛的殘余油(薄膜油)，另一類是弱水淹區(qū)和低滲油層中含的剩余油。為了減小毛細(xì)管力的束縛，通常向地層注入氣體、溶劑、表面活性劑等試劑來降低油與流體間的界面張力。為了動用第二類剩余油，通常向注水井注入調(diào)剖劑以穩(wěn)定驅(qū)替前緣。為了降低產(chǎn)油含水率，通過采油井注入堵水劑的方法在石油開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用及文獻(xiàn)研究較為普遍[1-6]。

文獻(xiàn)調(diào)研表明，關(guān)于提高原油采收率的研究在俄羅斯和中國正開展的如火如荼。大部分研究集中在進(jìn)一步開發(fā)毛細(xì)阻力束縛的原油(常用的方法有注氣體[7-15]，注表面活性劑、聚合物和堿[16-19])，當(dāng)然對于調(diào)剖和堵水工藝也有研究[1,20-25]。采油井中常選用聚丙烯酰胺(PAM)+交聯(lián)劑作為堵水劑[26-30]。R. S. Seright[3-4]對于成膠劑的作用機(jī)理和現(xiàn)場應(yīng)用做了詳細(xì)研究，并建立了用于評價成膠溶液必要參數(shù)的模型。

調(diào)剖劑能夠降低注入水通過非均質(zhì)儲層水洗層段和夾層的無效滲流。流體在地層的重新分布提高了弱水淹區(qū)的水驅(qū)效率。該工藝在俄羅斯應(yīng)用廣泛，幾乎被所有石油公司選作提高采收率的方法[31-34]。據(jù)統(tǒng)計在2007-2011年共開展了近35 000次油井作業(yè)，累計原油增產(chǎn)5 300萬t[33]，平均單次油井處理的技術(shù)效率為1 600 t/次的原油增產(chǎn)。此外，調(diào)剖同樣在其他國家也有著一定應(yīng)用[1,30,35]。

在20世紀(jì)90年代原油價格處于相對較低水平，調(diào)剖技術(shù)在俄羅斯開始廣泛應(yīng)用[31-32,34,36]，緣于其試劑廉價、工藝簡單等優(yōu)點。使用1噸無機(jī)試劑可獲得100 t以上的增油，而使用聚合物基試劑可達(dá)800～1 000 t的增產(chǎn)效果[37-38]。顯著的產(chǎn)油增加和伴產(chǎn)水的減少保證了即使在油價較低的情況下也會有較高的經(jīng)濟(jì)效益[39]。對油井的定期處理(間隔1～3年)能夠進(jìn)一步促進(jìn)原油采收率的提高(以阿爾蘭斯油田(Арланское месторождение)為例增幅達(dá)4.9%[40])。

近幾年調(diào)剖效率大幅提升[41]，這有依于油價的上漲、試驗的積累和注劑成分的優(yōu)化。在羅馬什金油田(Ромашкинское месторождение)枯竭區(qū)塊(已開發(fā)50余年[42])采用硅酸鹽微凝膠調(diào)剖劑在2001-2010年累計原油增產(chǎn)達(dá)42萬t，工藝盈利率達(dá)90%。優(yōu)化的硅酸鹽調(diào)剖劑將油井處理技術(shù)效率從1 300 t的原油增產(chǎn)提高到2 400 t，同時利潤率從71%～80%提升到90%[43]。

俄羅斯關(guān)于調(diào)剖堵水劑及使用方法的專利有1 000多件，已經(jīng)試驗了不少于400種調(diào)剖劑，在用的近100種[33-34]。但只有以下幾類表現(xiàn)出了較好的應(yīng)用效果[34]：水玻璃+聚合物溶液(PAM)、聚合物(PAM)+黏土分散體、PAM+交聯(lián)劑、無機(jī)成膠劑(AlCl3+尿素、水玻璃+酸)。面對化學(xué)組成各式各樣的調(diào)剖劑，在現(xiàn)場條件下都具有良好的調(diào)剖堵水效果，原因何在？顯然，是因為蘊(yùn)涵著一個共通的作用機(jī)理，即孔道封堵物質(zhì)的形成過程決定于介質(zhì)滲透率，本文旨在探究該問題。

關(guān)于堵水調(diào)剖劑對介質(zhì)滲透率的作用機(jī)理及影響研究并不成熟，目前已經(jīng)清楚的是堵水劑對介質(zhì)滲透率的作用，研究結(jié)果表明，堵水劑可顯著降低介質(zhì)水相滲透率，幅度大于油相滲透率(選擇性調(diào)剖)[3-4,44]；當(dāng)向多孔介質(zhì)注油會導(dǎo)致親水凝膠的分解，而注水不會[3,35,44]。為了研究選擇性調(diào)剖建立了以下幾類模型：孔壁效應(yīng)模型[45]、流體分流模型[46]和組合模型[45]，但即使組合模型也無法合理詮釋所有實驗結(jié)果。

1 實驗部分

1.1 實驗?zāi)Ｐ?/p>

流動實驗采用填砂管模型，以便調(diào)節(jié)多孔介質(zhì)的滲透率。該模型為直徑2.5～3.2 cm，長度18～29 cm的內(nèi)附螺紋(防止流體沿內(nèi)壁滑脫)的不銹鋼管。多孔介質(zhì)選用石英砂，先將石英砂經(jīng)水中沉淀分為兩個組分：細(xì)型和粗型，同時除去灰塵。將細(xì)型和粗型砂粉按不同比例混合，獲得具有不同滲透率的多孔介質(zhì)。將模型用上述介質(zhì)填裝，密封，真空下用地層水飽和，然后注入地層水(不少于2孔隙體積(PV))，以測得水相滲透率。

一部分巖層模型用原油飽和，操作方式為向豎直放置的飽和水的地層模型由上向下注入油樣，油水體積由分離測量管測得。油的注入量不少于4.5 PV，同時測定在殘余水飽和度下油相滲透率。

在一些模型中模擬了殘余油飽和度，方法為向橫置的地層模型注入礦化水(通常不少于8 PV)直到壓降穩(wěn)定，實際上已再無原油被驅(qū)出。

1.2 實驗原料

油樣選用阿爾蘭斯油田原油，首先對其進(jìn)行離心脫氣脫水處理，然后向其中加入純凈煤油，得到和地層原油具有相同黏度的模型油(不含氣體組分)。

地層水樣密度為1.1～1.4 g/cm3，首先向其中鼓入空氣以沉淀其中的鐵離子，然后用致密濾紙過濾兩次。

1.3 實驗條件

實驗條件模擬阿爾蘭斯油田地層條件，該油田是歐洲最大油田之一，原油初始地質(zhì)儲量12億噸[47]，主要含油層為下石炭系砂巖(0.15～3.9 μm2)，原油黏度20 MPa·s，地層溫度20 ℃，油田處于后期開發(fā)階段，場試區(qū)塊的原油含水率不低于90%?？紤]到所用流體不含氣體成分，所有實驗均在無背壓下進(jìn)行。調(diào)剖作用于注水井的近井區(qū)域和較近的井間區(qū)域，因此選擇的注入速率要高于實際地層中平均水驅(qū)油速度的3～6倍。

1.4 實驗方法

首先向地層模型注入礦化水直到壓降穩(wěn)定且再無油產(chǎn)出(針對模型飽和油的情況)，然后依次向模型注入純水隔離段、試劑段、純水隔離段以及礦化水段。將試劑段用礦化水壓入地層模型，以使其完全居于模型中部。然后靜置模型2～3 d以使成膠完全，隨后再次注入礦化水直到壓降穩(wěn)定。注入試劑段的量要使其在介質(zhì)中完全沉淀。多數(shù)情況下沉淀-凝膠劑的注入體積為0.15～0.4 PV，純水隔離段的體積(試劑段前/后)為0.1 PV。在研究即時成膠劑時選擇的段塞體積為0.5～0.6 PV (不使用純水隔離段)。

為了描述堵水試劑的滲流特性定義了阻力系數(shù)，類似于聚合物驅(qū)[48]：

(1)

式中：Rf為阻力系數(shù)；Δpi為當(dāng)前壓降，MPa；Qi為當(dāng)前流量，mL/min；Δp1為首次注水時的穩(wěn)定壓降，MPa；Q1為平均注入速率，mL/min。在注礦化水時，壓降穩(wěn)定以后殘余阻力系數(shù)Rff用式(2)計算：

(2)

式中：k1和k2分別為試劑作用前后多孔介質(zhì)的滲透率，mD。

通常測試一種調(diào)剖劑需要進(jìn)行4～6次流動實驗(不含準(zhǔn)備過程)，并考察滲透率對Rff的影響。實驗過程中所用試劑的成分、段塞體積、注入速率、實驗溫度、地層模型外觀等因素完全保持一致，唯一變量為多孔介質(zhì)的滲透率。

2 流動實驗結(jié)果與分析

2.1 硅酸鋁基成膠劑

當(dāng)水玻璃(或其他硅酸鹽)、天然或人造硅酸鋁溶于強(qiáng)酸時，會生成低黏度溶膠，然后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的凝膠[34, 49]，該類試劑已應(yīng)用于堵水調(diào)剖。與聚合物成膠劑不同，硅酸鋁溶膠黏度為1.0～1.5 mPa·s，對地層水礦化度不敏感。關(guān)于酸性硅酸鋁溶膠成膠過程的影響因素以及流動實驗結(jié)果在文獻(xiàn)[34, 44]中有詳細(xì)的描述。

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的霞石(天然硅酸鋁)溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸中得到一種弱凝膠，將其用于流動實驗，凝膠注入體積0.60 PV，凝膠壓入劑體積0.25 PV，實驗溫度20～21 ℃，剩余油飽和度15%～22%，結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出，隨著介質(zhì)滲透率的增加，Rff升高，并且在含殘余油的情況下，多孔介質(zhì)的Rff顯著高于只含飽和水的情況。很明顯，殘余油參與了封堵物質(zhì)的生成(其被膠體包裹后增大了封堵物質(zhì)的總體積)。

圖1 在無機(jī)凝膠條件下地層模型滲透率對Rff的影響

Fig.1 The dependence of residual resistance factors on permeability of reservoir models for inorganic gel

2.2 水玻璃基沉淀-凝膠劑

水玻璃溶液(水玻璃模數(shù)2.7～2.8)和高礦化度地層水混合可生成凝膠和膠狀沉淀。為了結(jié)構(gòu)化和強(qiáng)化硅膠，通常還向其中加入聚丙烯酰胺(PAM)。PAM的引入并沒有增大凝膠和沉淀的生成量(見圖2)，其中硅酸鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，模數(shù)為2.7，所用礦化水的密度為1 123 kg/m3，實驗溫度20～21 ℃。

圖2 PAM和地層水濃度對老化凝膠(沉淀)生成量的影響

Fig.2 The influence of PAM and extent of mixing with saline water in oil filed Arlan on the amount of formed aged gel

圖3考察了Rff隨地層模型滲透率的變化，實驗所用試劑組成為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的硅酸鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.05%、0.20%的PAM，地層模型礦化水飽和度100% (1 123 kg/m3)，實驗溫度20～21 ℃。為了防止沉淀生成過早，在試劑段前后分別注入0.1 PV的純水隔離段。

圖3 水玻璃基凝膠條件下Rff隨地層模型滲透率的變化

Fig.3 The dependence of residual resistance factors on permeability of reservoir models for gels based on sodium silicate

從圖3中可以看出，PAM顯著地影響了Rff對滲透率的依賴關(guān)系。對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的硅酸鈉溶液，在地層模型滲透率較小時觀察到了很大的Rff。在滲透率較大的情況下，滲透率對Rff的影響很弱。對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%硅酸鈉+質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%PAM溶液，隨著滲透率增加，Rff略微降低。對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%硅酸鈉+質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%PAM溶液，隨著介質(zhì)滲透率增加，Rff線性增加。

2.3 基于堿木質(zhì)素(AL)的沉淀劑

AL的有效成分為腐殖質(zhì)鈉鹽，它的水分散體在和礦化水混合時能夠發(fā)生凝聚，生成類似凝膠的凝聚物(沉淀)，因此在調(diào)剖工藝中AL可用作綠色環(huán)保試劑。

研究了質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5% AL的水分散體(0.4 PV)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5% AL+質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05% PAM體系(注入體積：對于含有剩余油飽和度的情況為0.3 PV，對于介質(zhì)飽和水的情況為0.4 PV)Rff隨地層滲透率的變化，結(jié)果見圖4。實驗溫度20～21 ℃，在AL溶液段塞前后分別注入0.1 PV的純水隔離段，最后注入0.3～0.4 PV的阿爾蘭斯油田地層礦化水。

如圖4所示，對于AL和AL+PAM分散體，Rff隨著介質(zhì)滲透率的增加而增加。該規(guī)律同時適用于飽和水和含剩余油飽和度的地層模型。向AL中添加低質(zhì)量分?jǐn)?shù)PAM對Rff的影響較大。PAM對Rff的影響并不是因為凝聚物體積的增加，因為PAM屬典型的絮凝劑，可顯著減小AL凝聚物的體積。多孔介質(zhì)中殘余油的存在降低了Rff(見圖4)，這是AL+PAM試劑有別于前面提到的酸性霞石溶膠的地方。

圖4 堿木質(zhì)素沉淀劑條件下Rff隨地層模型滲透率的變化

Fig.4 The dependence of residual resistance factors on permeability of reservoir models for gels based on alkali lignin

2.4 乳膠和乳膠+PAM

乳膠作為橡膠的水懸濁液是合成橡膠的中間體。一般不穩(wěn)定的乳膠在鹽作用、加熱、添加烴類甚至劇烈混合的情況很容易發(fā)生凝聚，但如果向其中添加非離子表面活性劑可獲得穩(wěn)定的乳膠，且其具備抗鹽、抗酸、抗溫度驟變的特性。稀乳膠穩(wěn)定分散體已成功應(yīng)用于阿爾蘭斯油田的面積注水法驅(qū)油過程(通過注水泵站注入)[34, 50]。

穩(wěn)定乳膠能夠調(diào)節(jié)(降低)滲透率的特性緣于微粒和微粒聚集體對介質(zhì)孔道喉部的封堵。PAM可促進(jìn)乳膠顆粒聚集體的形成，已在其流變學(xué)的研究中得到證實[34]。

稀乳膠穩(wěn)定分散體幾乎不與多孔介質(zhì)發(fā)生作用，因此該部分關(guān)于滲透率對注入結(jié)果影響的研究只針對乳膠+PAM體系開展，而關(guān)于稀乳膠穩(wěn)定分散體只研究了剩余油飽和度對注入結(jié)果的影響?？疾炝速|(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%稀乳膠穩(wěn)定分散體在不同剩余油飽和度地層模型上的作用效果，結(jié)果如圖5。需要指出的是，所研究的乳膠和乳膠+PAM分散體都與阿爾蘭斯油田的礦化水相配伍，所以在乳膠分散體段塞前后就沒有注入純水隔離液。注入0.25 PV的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%乳膠+0.05% PAM后，直接用0.35～0.40 PV的礦化水將其送入地層模型,結(jié)果見圖6。

圖5 剩余油飽和度和注入體積對質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%穩(wěn)定乳膠分散體流動實驗結(jié)果的影響

Fig.5 Influence of residual oil saturation and injection volume on the flooding results of 0.2% stabilized latex dispersion

由圖5可知，稀釋的乳膠分散體極大地降低了含有較低剩余油飽和度地層模型的滲透率(所用的地層模型初始特征完全一致)。

關(guān)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%乳膠+質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%PAM的研究(試劑注入體積為0.25 PV，剩余油飽和度為18.3%～22.5%，實驗溫度20～22 ℃)表明，調(diào)剖能力隨著多孔介質(zhì)滲透率的增加而增加(見圖6)。

圖6 多孔介質(zhì)滲透率對1%乳膠分散體+0.05 % PAM滲流性質(zhì)的影響

Fig.6 Influence of the permeability of porous media on the filtration characteristics of the composition 1% latex dispersion +0.05% PAM

2.5 研究的其他試劑體系

實驗結(jié)果表明，大部分所研究試劑都能選擇性的調(diào)節(jié)非均質(zhì)多孔介質(zhì)的滲透率。初始滲透率越高，作用后其降低的幅度就越大(Rff就越大)。但水玻璃溶液除外，本文針對水玻璃與其他一些組分(AL和乳膠)混合后所得的體系做了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)它們同樣可選擇性調(diào)節(jié)介質(zhì)滲透率。

所用試劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的硅酸鈉(模數(shù)3)+質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的AL(0.19 PV)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%硅酸鈉+質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%穩(wěn)定乳膠(0.15 PV)。實驗溫度20～21 ℃，試劑段塞前后分別注入了0.1 PV的純水隔離液，結(jié)果見圖7。

圖7 多孔介質(zhì)滲透率對Rff的影響

Fig.7 Influence of permeability of porous media on the residual resistance factors

如圖7所示，AL的引入使水玻璃獲得了選擇性調(diào)節(jié)滲透率的能力。對比圖3和圖7發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定的乳膠改善了水玻璃的性能，但是程度要小于AL。

3 文獻(xiàn)結(jié)論

文獻(xiàn)[36，51，52]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在關(guān)于聚合物分散體的研究中，對于交聯(lián)聚合物和無機(jī)成膠劑(AlCl3+尿素)，發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律，隨著多孔介質(zhì)滲透率的增加，Rff增加。文獻(xiàn)[53]中提到，對于“強(qiáng)”聚合物凝膠，使用的所有巖心的作用后滲透率幾乎降到了同一水平，也就是說，Rff隨著初始滲透率的增加而升高。

但是，也有相當(dāng)多的文獻(xiàn)研究與上述結(jié)果不符，文獻(xiàn)[53]中同樣發(fā)現(xiàn)，對于“弱”聚合物凝膠，隨著砂巖Berea巖心滲透率的增加，Rff反而降低。在文獻(xiàn)[54-55]中對于聚合物發(fā)現(xiàn)了阻力系數(shù)隨著滲透率降低而增加的現(xiàn)象。因此，出現(xiàn)了不同學(xué)者實驗結(jié)果的分歧。關(guān)于滲透率對Rff影響的分歧在于實驗方法不同，而每個方法僅限于個別的研究工作(需做進(jìn)一步研究)。當(dāng)然，分歧的主要原因與注入巖心或地層模型試劑的量有關(guān)。在R.S. Seright[4]的研究中，力求用凝膠最大程度的封堵孔道，而在本文的實驗中注入多孔介質(zhì)的凝膠-沉淀劑的量相對較少。

4 室內(nèi)結(jié)果和現(xiàn)場效果對比

對于一些調(diào)剖劑發(fā)現(xiàn)了如下規(guī)律：多孔介質(zhì)滲透率越高以及原油飽和度越小，注入試劑后滲透率降低的幅度就越大。同時，其中諸多調(diào)剖劑在眾多油田的地層條件下都具有高性能。所發(fā)現(xiàn)的Rff對滲透率的依賴規(guī)律很好的詮釋了調(diào)剖劑優(yōu)良的現(xiàn)場使用效果，這是因為凝膠和沉淀對滲透率的選擇性作用促使驅(qū)油前緣穩(wěn)定，進(jìn)而促進(jìn)了水在低滲層段和區(qū)塊的驅(qū)油作用。

5 調(diào)剖劑選擇性作用機(jī)理

本文發(fā)現(xiàn)了基于不同化學(xué)組成的調(diào)剖劑都具備選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)多孔介質(zhì)滲透率的特性，這些不同的化學(xué)劑在地層下生成各種類型的封堵物質(zhì)(凝膠、沉淀、聚集體以及其他)，對滲透率選擇性調(diào)節(jié)是高效調(diào)剖工藝的典型特點。PAM成膠液，AlCl3+尿素以及酸性硅酸鋁溶膠，這些試劑能夠通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即時生成凝膠(實際上并不與地層流體和巖石發(fā)生作用)。AL和水玻璃(以及基于該組成的試劑)能夠通過和礦化水混合凝聚的方式生成沉淀。稀乳膠分散體是通過生成膠粒聚集體的方式降低了介質(zhì)滲透率。這些可選擇性調(diào)節(jié)介質(zhì)滲透率的試劑具備一個共同點，就是存在高度分散的膠體粒子、大分子聚合物微球，或者通過化學(xué)反應(yīng)生成了膠體顆粒(酸性氯化鋁溶膠和酸性硅酸鋁溶膠)。所以，在選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)介質(zhì)滲透率時必須有膠體尺寸的顆?；蛭⑶騾⑴c。圖3中的數(shù)據(jù)給出直觀清晰的證明。將PAM分子引入到硅酸鈉溶液中導(dǎo)致了其性質(zhì)的根本轉(zhuǎn)變，從而獲得了選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)介質(zhì)滲透率的特性。

在多孔介質(zhì)中封堵物質(zhì)的生成和積累可能發(fā)生在孔的表面也可能在孔道中間。在孔道表面封堵物質(zhì)的富集積累(吸附)并不能很大程度的降低介質(zhì)滲透率，而在孔道中間，即使封堵物不大的結(jié)塊也會明顯的降低滲透率(見圖8)。

隨著孔道體積的增加，封堵物質(zhì)的生成對滲透率的影響也隨之增大，這也就解釋了為什么調(diào)剖劑能夠選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)介質(zhì)的滲透率。有必要了解的是，為什么相對于在孔道表面封堵物更傾向于在孔道中間形成。

伴隨有相變的過程(例如，局部化學(xué)反應(yīng)、冷凝、沸騰、過飽和溶液鹽的析出)必定從新相核的生成開始(結(jié)晶核)。核的缺乏導(dǎo)致了比較常見的現(xiàn)象，液體的過冷和過熱，過飽和鹽溶液的形成。通常新的相以雜質(zhì)或介質(zhì)表面為胚核而形成，晶核也可能在波動過程中形成。

圖8 封堵物質(zhì)對非均質(zhì)多孔介質(zhì)滲透率的影響示意圖

Fig.8 Schematic diagram: how plugging material impacts on permeability of heterogeneous porous media

在地層中任意一種類型的封堵物的生成同樣始于核的出現(xiàn)。作為封堵物質(zhì)的核有可能是具有親水性的孔道表面或者膠體尺寸的微粒。很明顯，試劑中膠體成分和大分子聚合物微球(類似晶核)促進(jìn)了封堵物質(zhì)在孔道中間的生成。除此以外，膠體延緩了多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散速度。

封堵物質(zhì)的作用效果是由于其在孔表面和孔道中間的競相生成過程。在低滲透介質(zhì)中，大部分孔道為小孔，封堵物質(zhì)主要在孔道表面形成，也有可能是顆粒從孔中間吸附到表面(見圖8(a))。大部分物質(zhì)不是沉積在孔道口處，而是內(nèi)表面，因為那里的流動速度小。由于多孔介質(zhì)的性質(zhì)及膠體作用的緣故，擴(kuò)散速率下降，從而降低了封堵物質(zhì)的生成速率，也就導(dǎo)致了它在介質(zhì)中分布的更加不均勻，進(jìn)而弱化了封堵物質(zhì)對滲透率的影響力。

在高滲多孔介質(zhì)的大孔道中，起主要作用的是封堵物質(zhì)在孔道中間的聚集(如果有結(jié)晶核存在)。在這種情況下，即使生成的凝結(jié)塊(孔喉封堵)體積不大，也會極大的降低滲透率(見圖8(b))。

此外，本文還評價了多孔介質(zhì)原油飽和度對調(diào)剖劑滲流特性的影響。在親水巖層，原油位于孔道中間，屬于非潤濕相。根據(jù)所提出的機(jī)理，在多孔介質(zhì)中原油的存在減小了孔道中間的體積，因而促進(jìn)了封堵物質(zhì)在孔道表面的生成，從而導(dǎo)致了Rff的下降。原油飽和度的增大應(yīng)該會降低Rff。因此，對于乳膠分散體和AL+PAM組分，相比于介質(zhì)飽和水的情況，在含有剩余油飽和度下，發(fā)現(xiàn)了較小的Rff(見圖4、5)。但是對于基于霞石的弱成膠劑發(fā)現(xiàn)了相反的規(guī)律：在剩余油的情況下發(fā)現(xiàn)了Rff的增加(見圖1)，對此有待于進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

(1) 發(fā)現(xiàn)了高效的調(diào)剖堵水劑能夠選擇性的降低非均質(zhì)多孔介質(zhì)的滲透率，其中在高滲透和低原油飽和度的介質(zhì)中滲透率降低幅度最大。

(2) 建立了調(diào)剖劑組成中聚合物(PAM)微球或膠體顆粒的存在與選擇性調(diào)剖之間的聯(lián)系。

(3) 提出了膠體化學(xué)機(jī)理，用于解釋一系列調(diào)剖劑選擇性調(diào)節(jié)非均質(zhì)介質(zhì)(不同滲透率和原油飽和度)的滲透率。選擇性調(diào)節(jié)的原因在于封堵物質(zhì)在孔道中間和表面的競相形成過程。

(4) 即使在低油價的情況下注調(diào)剖劑也是經(jīng)濟(jì)可行的，此外該法同樣適用于枯竭油藏。提出了評價調(diào)剖劑性能的實驗室方法，即研究多孔介質(zhì)滲透率以及原油飽和度對殘余阻力系數(shù)的影響。

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(編輯 宋官龍)

Mechanism of Selective Permeability Control in Heterogeneous Oil Reservoirs by Using Precipitators and Gelling Agents

Khlebnikov V.N., Liang Meng, Khamidullina I.V.

(GubkinRussianStateUniversityofOilandGas,Moscow119991,Russia)

Cores experiments were conducted to study the effect of permeability and oil saturation of porous media on the characteristics of a number of plugging/profile modifying compositions. The results show that the effective plugging/profile modifying compositions are capable of selectively reducing the permeability of heterogeneous porous media by the greatest influence on the permeability of porous media, which has high water permeability and minimum oil saturation. It is found that the ability of compounds to selectively influence on the permeability of porous media is related to the presence of polymer globules or colloidal particles. Colloid-chemical mechanism is proposed to explain the ability of profile modifying agent to selectively regulate the permeability in heterogeneous reservoir.

Oil recovery; Profile control and water plugging; Mechanism for enhanced oil recovery; Depleted reservoir; Displacement study

1006-396X(2015)06-0071-09

2015-07-08

2015-07-27

《石油-天然氣-科學(xué)》創(chuàng)新基金(391/58-18/13)。

赫列布尼科夫 V. N.(1957-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事提高原油采收率研究；E-mail: khlebnikov_2011@mail.ru。

TE341

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.06.014