楊 森，舒 政，賴南君，顧慶東

(1.西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，四川 成都 610500； 2.中石化 華東石油工程有限公司，江蘇 南京 210036；3.中國(guó)石油華北油田 工程技術(shù)研究院，河北 任丘 062552)

引 言

近年來(lái)，聚合物驅(qū)油技術(shù)在各大油田得到了較廣泛的推廣應(yīng)用，成為水驅(qū)后進(jìn)一步提高原油采收率的重要方法。然而隨著聚合物驅(qū)開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，在部分非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層存在剖面反轉(zhuǎn)快的現(xiàn)象，聚合物溶液在高滲層出現(xiàn)突進(jìn)現(xiàn)象，低滲儲(chǔ)層的動(dòng)用程度不高，聚合物驅(qū)出現(xiàn)低效循環(huán)或者無(wú)效循環(huán)的現(xiàn)象；另外，某些區(qū)塊采用高質(zhì)量濃度聚合物驅(qū)后，部分井存在注入困難且對(duì)應(yīng)油井受效比例較低的現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響聚合物驅(qū)的開發(fā)效果，且造成聚合物的浪費(fèi)[1-8]。同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)聚合物的注入方式對(duì)驅(qū)油效果的影響比較顯著，使用不同濃度的聚合物段塞交替注入可以有效改善低滲儲(chǔ)層的吸液比例，提高波及效率，使低滲層的原油得到更大程度的動(dòng)用，在降低聚合物用量的前提下可以提高聚合物驅(qū)的整體效果[9-16]。因此，本文以陸上P油田M區(qū)塊非均質(zhì)儲(chǔ)層段為研究對(duì)象，開展了不同濃度聚合物段塞交替注入提高采收率技術(shù)研究，在不同滲透率級(jí)差條件下，評(píng)價(jià)了交替注入方案對(duì)低滲層吸液比例、低滲層分流率以及聚合物驅(qū)采收率的影響，并在此基礎(chǔ)上，成功開展了礦場(chǎng)試驗(yàn)，以期為進(jìn)一步改善聚合物驅(qū)的效果提供一定的技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)用聚合物為P油田現(xiàn)場(chǎng)用改性聚丙烯酰胺，分子量為2 600×104；實(shí)驗(yàn)用水為P油田模擬地層水，總礦化度為32 550 mg/L； 實(shí)驗(yàn)用油為P油田脫氣原油與煤油混合而成的模擬油，50 ℃下黏度為8.5 mPa·s；實(shí)驗(yàn)用巖心為不同滲透率級(jí)差的人造長(zhǎng)方巖心，巖心尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm，其中滲透率級(jí)差為2時(shí)高、低滲透層的滲透率分別為600×10-3μm2和300×10-3μm2，滲透率級(jí)差為4時(shí)高、低滲透層的滲透率分別為1 200×10-3μm2和300×10-3μm2(具體數(shù)值見表1)。

實(shí)驗(yàn)儀器：多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)儀，主要包括恒溫控制系統(tǒng)、壓力傳遞系統(tǒng)、平流泵、巖心夾持器以及中間容器等；巖心抽真空飽和實(shí)驗(yàn)裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟及方案

1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

①將巖心抽真空，飽和模擬地層水，測(cè)定其孔隙體積并計(jì)算孔隙度；②使用模擬油驅(qū)替巖心至產(chǎn)液端不出水為止，在儲(chǔ)層溫度(85 ℃)下放置24 h，備用；③使用模擬地層水以0.1 mL/min的流速驅(qū)替巖心至含水率98%以上為止；④按不同的實(shí)驗(yàn)方案注聚合物溶液，達(dá)到所設(shè)計(jì)的孔隙倍數(shù)為止；⑤繼續(xù)水驅(qū)至巖心含水率98%以上為止。在以上驅(qū)替過(guò)程中，記錄不同時(shí)間段高、低滲巖心的產(chǎn)液量以及產(chǎn)油量，以此計(jì)算高、低滲透層的吸液比例、分流率以及采收率等參數(shù)。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)不同的交替注入周期，總共設(shè)計(jì)了6種實(shí)驗(yàn)方案(具體見表1)，高濃度聚合物溶液質(zhì)量濃度為2 500 mg/L(黏度值為275.6 mPa·s)，低濃度聚合物溶液質(zhì)量濃度為1 000 mg/L(黏度值為36.9 mPa·s)，聚合物的總注入量均為0.8 PV，分別考察了不同滲透率級(jí)差下注入單一聚合物段塞和不同交替周期注入的驅(qū)替效果。

表1 不同質(zhì)量濃度聚合物段塞驅(qū)替實(shí)驗(yàn)方案Tab.1 Displacement experiment schemes of polymer solution slug with different mass concentration

2 結(jié)果與討論

2.1 不同實(shí)驗(yàn)方案下低滲層吸液比例

參照1.2中的實(shí)驗(yàn)方法，準(zhǔn)確記錄各個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中低滲透層的累積吸液量，評(píng)價(jià)不同實(shí)驗(yàn)方案下低滲透層的吸液比例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1結(jié)果可以看出，與單獨(dú)注入高、低濃度聚合物段塞相比，高低濃度聚合物段塞交替注入均能使低滲層的吸液比例有所提高，且隨著交替周期的增大，低滲層的吸液比例均呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢(shì)。當(dāng)滲透率級(jí)差為2時(shí)，交替周期為2(實(shí)驗(yàn)方案4)時(shí)低滲層的吸液比例達(dá)到最大，與單獨(dú)注入低濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了11.8%，與單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了9.3%；當(dāng)滲透率級(jí)差為4時(shí)，交替周期為4(實(shí)驗(yàn)方案5)時(shí)低滲層的吸液比例達(dá)到最大，與單獨(dú)注入低濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了13.6%，與單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞相比，吸液比例增加了10.3%。說(shuō)明采用高低濃度聚合物段塞交替注入的方式能夠更好地提高低滲儲(chǔ)層的吸液量，達(dá)到良好的剖面調(diào)整效果。

2.2 不同實(shí)驗(yàn)方案下低滲層分流率

通常情況下，分流率曲線能夠更加直觀地反映出不同實(shí)驗(yàn)方案下吸水剖面的改善效果。因此，參照1.2中的實(shí)驗(yàn)方法，繪制了不同實(shí)驗(yàn)方案下低滲層的分流率曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同實(shí)驗(yàn)方案下低滲層分流率曲線Fig.2 Distributary ratio curves of low permeability layer under different experimental schemes

由圖2結(jié)果可以看出，在水驅(qū)階段(0～0.8 PV)，各實(shí)驗(yàn)方案下的分流率值均隨著驅(qū)替PV數(shù)的增大而逐漸下降，變化趨勢(shì)基本一致。而在聚合驅(qū)階段(0.8～1.6 PV)，單獨(dú)注入高、低濃度聚合物段塞時(shí)(實(shí)驗(yàn)方案1和2)，低滲層的分流率呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢(shì)，并且其變化趨勢(shì)較快，曲線呈“∧”型，說(shuō)明出現(xiàn)了吸水剖面反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，聚合物驅(qū)作用在低滲層上的有效時(shí)間較短，不利于低滲層吸液量的增加。而在不同交替注入實(shí)驗(yàn)方案(方案3—6)下，分流率曲線的走勢(shì)與單獨(dú)注入高、低濃度聚合物段塞時(shí)存在比較明顯的差異，即曲線的形態(tài)均變得更加平緩。分流率曲線上升至一定高度后可以維持一定的時(shí)間，不會(huì)立刻下降，即曲線逐漸呈現(xiàn)出“∩”型，可以有效防止吸水剖面反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。而不同交替注入實(shí)驗(yàn)方案(方案3—6)之間分流率曲線特征也存在一定的差異，即平緩程度有所不同，并且存在一個(gè)最佳的交替注入周期，當(dāng)滲透率級(jí)差為2時(shí)，最佳交替注入周期數(shù)為2，當(dāng)滲透率級(jí)差為4時(shí)，最佳交替注入周期數(shù)為4，此時(shí)低滲層的分流率曲線最為平緩，低滲層的受效時(shí)間最長(zhǎng)。當(dāng)注入周期數(shù)小于最佳交替注入周期數(shù)時(shí)，交替注入的段塞尺寸較大，高濃度段塞在封堵高滲層的同時(shí)也可能對(duì)低滲層產(chǎn)生一定的封堵，從而使低滲層分流率產(chǎn)生一定的影響。而當(dāng)注入周期數(shù)大于最佳交替注入周期數(shù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致段塞尺寸太小，無(wú)法完全發(fā)揮出高濃度段塞的封堵作用，使后續(xù)低濃度段塞更多地進(jìn)入高滲層，降低了其對(duì)低滲層的波及能力，使低滲層分流率下降。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明采用高低濃度聚合物段塞交替注入的方式能夠有效改善非均質(zhì)儲(chǔ)層的吸水剖面，使低滲儲(chǔ)層的吸液量增大，提高聚合物驅(qū)的效率。

2.3 不同實(shí)驗(yàn)方案下聚合物驅(qū)采收率

參照1.2中的實(shí)驗(yàn)方法，準(zhǔn)確記錄各個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中聚合物驅(qū)的采收率大小，評(píng)價(jià)不同實(shí)驗(yàn)方案下的聚合物驅(qū)油效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可以看出，在不同滲透率級(jí)差條件下，單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞(方案2)的采收率大于單獨(dú)注入低濃度聚合物段塞(方案1)，并且聚合物驅(qū)階段的采收率都隨著交替注入周期的增大而呈現(xiàn)出“先上升后下降”的趨勢(shì)，存在一個(gè)最佳的交替注入周期。當(dāng)滲透率級(jí)差為2時(shí)，最佳交替周期為2，此時(shí)聚合物驅(qū)采收率最大，可以達(dá)到24.9%，比單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞時(shí)的采收率增高3.3%；而當(dāng)滲透率級(jí)差為4時(shí)，最佳交替周期為4，此時(shí)聚合物驅(qū)的采收率可以達(dá)到23.4%，比單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞時(shí)的采收率增高5.2%。

圖3 不同實(shí)驗(yàn)方案下聚合物驅(qū)采收率Fig.3 Recovery efficiency of polymer flooding under different experimental schemes

采用交替注入不同濃度聚合物段塞的實(shí)驗(yàn)方案(方案3—6)，其聚合物驅(qū)階段的采收率均大于單一聚合物段塞驅(qū)(方案1和2)，其原因主要包括以下兩個(gè)方面：①交替注入不同濃度聚合物段塞具有更好的流度調(diào)控能力。當(dāng)注入單一高濃度聚合物段塞時(shí)，聚合物溶液容易在高滲層滯留，隨著聚合物驅(qū)時(shí)間的延長(zhǎng)，中低滲層孔道也會(huì)被逐漸堵塞；而當(dāng)注入單一低濃度聚合物段塞時(shí)，聚合物溶液容易在高滲層孔道產(chǎn)生竄流，影響聚合物驅(qū)的效果；交替注入高、低濃度聚合物段塞能夠很好地解決這一矛盾，先注入的高濃度聚合物段塞在驅(qū)替出高滲層的原油后能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效地封堵，使后續(xù)注入的低濃度聚合物段塞更多地進(jìn)入到中低滲層，進(jìn)而提高聚合物驅(qū)的效率。②交替注入不同濃度聚合物段塞時(shí)產(chǎn)生的壓力梯度能夠改變孔道中油滴的受力狀態(tài)，使其更容易被驅(qū)替出來(lái)。當(dāng)注入單一聚合物段塞時(shí)，由于驅(qū)替流體恒定不變，高滲層和低滲層均只能達(dá)到一次壓力梯度的峰值；而采用高、低濃度聚合物段塞交替注入時(shí)，隨著交替周期的改變，高滲層和低滲層均可以達(dá)到多次壓力梯度的峰值，這能使孔道中油滴的受力方向發(fā)生改變，進(jìn)而改變油滴的形態(tài)，有利于聚合物驅(qū)油效率的提高。

另外，超過(guò)最佳交替注入周期后聚合物驅(qū)的效果逐漸變差，這是由于交替周期越多，交替注入的段塞尺寸就越小，此時(shí)未能充分發(fā)揮高濃度段塞的封堵作用，導(dǎo)致聚合物整體驅(qū)油效果不佳。

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以看出，在聚合物總注入PV數(shù)相同的前提下，各實(shí)驗(yàn)方案聚合物驅(qū)采收率的變化趨勢(shì)與低滲層的吸液比例以及分流率曲線變化趨勢(shì)基本吻合，即低滲層的吸液比例越大、分流率越高，聚合物驅(qū)的效果就越好，這充分說(shuō)明低滲層的有效動(dòng)用對(duì)提高聚合物驅(qū)的整體效果起著至關(guān)重要的作用。

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

P油田M區(qū)塊的總含油面積為9.15 km2，總地質(zhì)儲(chǔ)量為1 528.6×104t，目的層滲透率主要分布在(270～590)×10-3μm2，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)，層間滲透率變異系數(shù)為0.6～1.5，地層原油黏度為17.8 mPa·s。M區(qū)塊井網(wǎng)類型為五點(diǎn)法井網(wǎng)，注采井距為175 m。該區(qū)塊在注水開發(fā)后繼續(xù)采用注聚合物開發(fā)，前期注聚合物開發(fā)效果較好，但隨著開發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，高滲透層儲(chǔ)量動(dòng)用程度較大，而低滲透層的動(dòng)用程度相對(duì)較低，聚合物驅(qū)出現(xiàn)了低效甚至無(wú)效循環(huán)，注聚合物開發(fā)成本上升，開發(fā)效果逐漸變差。因此，提出了在該區(qū)塊內(nèi)實(shí)施高、低濃度聚合物段塞交替注入的開發(fā)方式。根據(jù)目的層滲透率分布情況、滲透率級(jí)差以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，在M區(qū)塊內(nèi)10口注水井設(shè)計(jì)高濃度段塞為2 500 mg/L、低濃度段塞為1 000 mg/L，交替注入周期為2次，共計(jì)注入0.8 PV，聚合物用量為1 200 mg·L-1·PV。具體開發(fā)效果見表2，并與該區(qū)塊內(nèi)前期常規(guī)注聚合物驅(qū)的開發(fā)效果進(jìn)行了對(duì)比。前期注聚合物濃度均為2 500 mg/L。

由表2結(jié)果可以看出，采用高、低濃度聚合物交替注入的方式開發(fā)后，注水井的吸水厚度比例達(dá)到了91.2%，比采用常規(guī)聚合物驅(qū)開發(fā)時(shí)增加了6.6%；生產(chǎn)井日產(chǎn)液量變化不大，而日產(chǎn)油量明顯增大，由交替注入前的84.3 m3/d增大至交替注入后的96.9 m3/d。由此可以看出，開展不同濃度聚合物段塞交替注入能夠有效提高聚合物驅(qū)的效果，與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，且能有效降低聚合物的用量，節(jié)約施工成本，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

表2 聚合物交替注入前后開發(fā)效果對(duì)比Tab.2 Comparison of development effect before and after alternatively injecting polymer

4 結(jié) 論

(1)與單獨(dú)注入高、低濃度聚合物驅(qū)相比，不同濃度聚合物段塞交替注入能夠顯著提高低滲儲(chǔ)層的吸液比例，并能有效改善低滲層的分流率，達(dá)到調(diào)整吸水剖面、延長(zhǎng)低滲儲(chǔ)層受效時(shí)間的目的。

(2)當(dāng)滲透率級(jí)差為2時(shí)，高、低濃度聚合物段塞交替注入2個(gè)周期能使聚合物驅(qū)的采收率達(dá)到最大，比單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞時(shí)的采收率提高3.3%；而當(dāng)滲透率級(jí)差為4時(shí)，4個(gè)交替注入周期最佳，比單獨(dú)注入高濃度聚合物段塞時(shí)的采收率提高5.2%。滲透率級(jí)差越大，最佳交替注入周期數(shù)越多，各注入周期時(shí)間越短。

(3)礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，高、低濃度聚合物交替注入能夠顯著改善試驗(yàn)區(qū)塊的吸水厚度比例，且生產(chǎn)井的日產(chǎn)油量明顯提高，在降低聚合物用量的同時(shí)，能夠明顯改善聚合物驅(qū)的效果。