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離子組成及礦化度對(duì)低礦化度水驅(qū)采收率的影響

2019-09-11 03:54黃廣慶
巖性油氣藏 2019年5期
關(guān)鍵詞:二價(jià)礦化度水驅(qū)

黃廣慶

(中國石油長城鉆探工程有限公司國際測(cè)井公司,北京100101)

0 引言

注水開發(fā)是油藏開發(fā)中最常見的補(bǔ)充地層能量的開發(fā)方式。注水開發(fā)提高采收率的機(jī)理主要是提高注入水的洗油效率和波及系數(shù)。常規(guī)水驅(qū)可以有效提高水的波及系數(shù),但是無法有效提高洗油效率[1-2]。目前,油田主要使用的注水方式為污水回注,只考慮注入水的物理作用,而很少考慮其化學(xué)作用[3-4]。

油田進(jìn)入高含水期后,往往采取調(diào)剖、堵水[5-8]、壓裂及酸化等[9-10]措施來改善開發(fā)效果[11]。國外 20世紀(jì)60年代就已開始研究低礦化度水驅(qū)采油,國內(nèi)目前相關(guān)研究較少[12]。低礦化度水驅(qū)是通過向油藏注入低礦化度水,提高洗油效率來降低殘余油飽和度,減緩見水時(shí)間,提高原油采收率[13-14]。國外研究了低礦化度水驅(qū)提高采收率的機(jī)理[15-17],主要包括類堿驅(qū)[18-19]、微粒運(yùn)移[20-22]、多組分離子交換[23]等,但是針對(duì)二次采油和三次采油模式下的研究均較少。通過室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)來研究在二次采油和三次采油模式下的低礦化度水驅(qū),即常規(guī)水驅(qū)及其后注入低礦化度水進(jìn)行三次采油時(shí),地層水和注入水的離子組成及礦化度對(duì)提高采收率的影響,以期為實(shí)現(xiàn)低礦化度水驅(qū)提高采收率提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、材料及步驟

1.1 目的

本次實(shí)驗(yàn)是為了研究水的離子組成及礦化度對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中原油采收率的影響。與低礦化度效應(yīng)緊密相關(guān)的離子主要是二價(jià)陽離子,常見的是Ca2+和Mg2+,因此,本次實(shí)驗(yàn)主要研究Ca2+和Mg2+對(duì)三次采油模式中低礦化度水驅(qū)提高采收率的影響。

1.2 材料

①巖心。采用砂巖巖心進(jìn)行水驅(qū)實(shí)驗(yàn)。表1為巖心樣品參數(shù),表2為巖心樣品礦物組成。②原油。所有巖心均使用相同的原油,其屬性參數(shù)如表3所列。③地層水??紤]到地層水離子組成對(duì)低礦化度水驅(qū)的影響,實(shí)驗(yàn)飽和巖心的地層水選擇3種,即分別含有Ca2+,Mg2+的NaCl鹽水及純NaCl鹽水,所用注入水也有2種,一種是只含Ca2+的不同礦化度NaCl鹽水,一種是含有Ca2+,Mg2+的低礦化度NaCl鹽水,其離子組成及參數(shù)如表4所列。

表1 巖心參數(shù)Table 1 Core parameters

表2 巖心礦物組成Table 2 Core mineral composition%

表3 原油屬性參數(shù)Table 3 Crude oil parameters

1.3 步驟

(1)先后將1~3號(hào)巖心和4~6號(hào)巖心飽和地層水A,B,C;之后依次放入巖心夾持器,繼續(xù)用飽和所用的地層水以0.15 mL/min的速率驅(qū)替5 PV,確保巖心完全飽和地層水。

(2)測(cè)量巖心對(duì)地層水的滲透率,對(duì)巖心稱重并計(jì)算其孔隙度。

表4 實(shí)驗(yàn)所用人造鹽水屬性參數(shù)Table 4 Parameters of artificial brine in experiments

(3)用原油驅(qū)替巖心,直至不再產(chǎn)出水,建立束縛水飽和度。

(4)將巖心置于密封真空容器,在80℃條件下老化21 d后,在相同溫度下以0.1 mL/min的速率驅(qū)替巖心,再按照以下順序?qū)r心進(jìn)行水驅(qū)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)(不再驅(qū)替出原油時(shí),切換注入水種類):對(duì)1~3號(hào)巖心,用飽和所用地層水驅(qū)替至不再出油,然后按照0.10 D→E→0.01 D的順序,用鹽水繼續(xù)驅(qū)替巖心至不再出油;對(duì)4~6號(hào)巖心,用飽和所用地層水驅(qū)替至不再出油,然后按照D→0.5 D→0.2 D→0.1 D的順序,用鹽水繼續(xù)驅(qū)替至不再出油。

(5)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,計(jì)算驅(qū)替過程中的原油采收率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 Ca2+或Mg2+對(duì)低礦化度效應(yīng)的影響

3種地層水A,B,C的礦化度均為5萬mg/L(參見表4),但是所含離子種類不同,其中注入水A和B的二價(jià)離子分別為Ca2+和Mg2+,注入水C則不含二價(jià)離子。通過對(duì)比這3個(gè)巖心的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以得到當(dāng)?shù)V化度相同但離子組成不同時(shí),低礦化度效應(yīng)的啟動(dòng)情況。

圖1所示為1~3號(hào)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的采收率曲線。對(duì)比3塊巖心在同一種注入水驅(qū)替時(shí)的原油采收率變化情況,得到如下結(jié)果:①對(duì)于1號(hào)和2號(hào)巖心來說,飽和了含有Ca2+和Mg2+的地層水,在高礦化度水驅(qū)的二次采油模式(對(duì)應(yīng)地層水驅(qū)替)之后的三次采油模式(低礦化度水驅(qū)替)中,采收率均出現(xiàn)了增高的情況[圖 1(a)—(b)],表明飽和地層水(含有Ca2+或Mg2+)的2塊巖心,在低礦化度水驅(qū)時(shí)都發(fā)生了低礦化度效應(yīng);②3號(hào)巖心的采收率曲線[圖1(c)],在高礦化度水驅(qū)的二次采油之后,盡管同樣不斷降低后續(xù)注入水的礦化度,并改變離子組成,其采收率仍然沒有變化,表明飽和了地層水C(不含Ca2+和Mg2+)的3號(hào)巖心在低礦化度水驅(qū)時(shí)未發(fā)生低礦化度效應(yīng);③3塊巖心在后續(xù)用低礦化度水E(含有Ca2+和Mg2+)驅(qū)替時(shí),盡管其礦化度與0.1D(含有Ca2+)注入水同為1 000 mg/L,但是采收率均未增高,說明注入水中Ca2+,Mg2+對(duì)低礦化度效應(yīng)的啟動(dòng)沒有影響;④由表5和圖2可知,對(duì)于飽和地層水A(含Ca2+)和B(含Mg2+)的1號(hào)巖心和2號(hào)巖心,整個(gè)后續(xù)的鹽水驅(qū)替引起的低礦化度效應(yīng)使二者的采收率分別增高了13.95%和11.13%,其中在0.1 D(礦化度為1 000 mg/L)鹽水驅(qū)替后采收率分別增高了9.43%和6.33%,之后在0.01 D(礦化度為100 mg/L)鹽水驅(qū)替后采收率又分別增高了4.52%和4.8%,說明Ca2+提高采收率效果相對(duì)更好。

圖1 1號(hào)巖心(a),2號(hào)巖心(b)和3號(hào)巖心(c)不同礦化度水驅(qū)替采收率曲線Fig.1 Recovery curves of cores No.1(a),No.2(b)and No.3(c)of water flooding with different salinity

表5 1~3號(hào)巖心用不同人造鹽水驅(qū)替時(shí)的采收率Table 5 Recovery of cores No.1-No.3 displaced by different artificial brine

圖2 飽和不同地層水的1~3號(hào)巖心驅(qū)替時(shí)的采收率Fig.2 Recovery of cores No.1-No.3 saturated with different formation water

2.2 注入水礦化度對(duì)低礦化度效應(yīng)的影響

在本次實(shí)驗(yàn)中,1~3號(hào)巖心飽和了含不同離子的地層水,使用高礦化度地層水進(jìn)行二次采油模式下的驅(qū)替實(shí)驗(yàn),之后先后使用低礦化度(礦化度為1 000 mg/L和100 mg/L)鹽水(離子種類發(fā)生改變)進(jìn)行三次采油模式下的驅(qū)替實(shí)驗(yàn),從而明確了地層水和注入水的離子種類對(duì)低礦化度效應(yīng)的影響。

由于針對(duì)1~3號(hào)巖心未開展注入水的礦化度對(duì)低礦化度效應(yīng)的影響研究,因此,設(shè)計(jì)了飽和含有不同二價(jià)陽離子或不含二價(jià)陽離子地層水的4~6號(hào)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn),其中所用注入水的礦化度逐級(jí)遞減。注入水的先后順序?yàn)椋簩?duì)應(yīng)的地層水→D→0.50 D→0.20 D→0.10 D→0.01 D,相應(yīng)注入水的礦化度依次為50 000 mg/L→10 000 mg/L→5 000 mg/L→2 000 mg/L→1 000 mg/L→100 mg/L,通過梯度性改變注入水的礦化度,來研究注入水礦化度對(duì)低礦化度效應(yīng)的影響。

圖3分別為飽和了不同地層水的4~6號(hào)巖心在注入水礦化度梯度降低情況下的采收率曲線。4號(hào)巖心與5號(hào)巖心在高礦化度地層水(礦化度由10 000 mg/L→5 000 mg/L→2 000 mg/L)驅(qū)替后均未出現(xiàn)采收率增加的現(xiàn)象。對(duì)于4號(hào)和5號(hào)巖心而言,當(dāng)注入水的礦化度高于2 000 mg/L時(shí),采收率并沒有增加,說明低礦化度效應(yīng)沒有啟動(dòng)。

但是,當(dāng)注入水礦化度降低至1 000 mg/L及100 mg/L后,采收率均出現(xiàn)了不同程度的增高,說明4號(hào)和5號(hào)巖心發(fā)生低礦化度效應(yīng)所需要的條件是:注入水的礦化度低于1 000~2 000 mg/L內(nèi)的某一值即可,該值為低礦化度效應(yīng)的啟動(dòng)閾值。這個(gè)值由油藏系統(tǒng)決定,會(huì)因?yàn)橛?水-巖體系屬性的不同而有所差異。

6號(hào)巖心采收率曲線如圖3(c)所示,在注入水的礦化度逐步降低的驅(qū)替過程中,采收率在任何時(shí)刻都沒有增高,說明6號(hào)巖心沒有發(fā)生低礦化度效應(yīng),同時(shí)也進(jìn)一步證明了地層水中存在二價(jià)陽離子是低礦化度效應(yīng)啟動(dòng)的必要條件。

圖3 4號(hào)巖心(a),5號(hào)巖心(b)和6號(hào)巖心(c)不同礦化度水驅(qū)替采收率曲線Fig.3 Recovery curves of cores No.4(a),No.5(b)and No.6(c)of water flooding with different salinity

3 結(jié)論

(1)地層水中包含二價(jià)陽離子,如Ca2+和Mg2+,是實(shí)現(xiàn)低礦化度水驅(qū)提高采收率的條件之一;注入水是否含有二價(jià)陽離子對(duì)低礦化度效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)沒有影響;Ca2+比Mg2+提高采收率的效果略好。

(2)油藏系統(tǒng)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)著一個(gè)低礦化度閾值,低礦化度效應(yīng)的啟動(dòng)要求注入水的礦化度低于油藏系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的低礦化度閾值。

(3)只有同時(shí)滿足地層水的離子組成和注入水的礦化度2個(gè)條件,低礦化度效應(yīng)才會(huì)啟動(dòng)。

(4)低礦化度水驅(qū)作為三次采油模式下的技術(shù),可以在高含水期的二次采油模式之后,進(jìn)一步提高油藏采收率。

致謝:在項(xiàng)目完成過程中,中國地質(zhì)大學(xué)(北京)范洪富教授給予了悉心指導(dǎo),在此表示感謝!

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