曾順鵬 李育展 劉歷歷 解英明 張 星

1. 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院, 重慶 401331;2. 勝利油田工程技術(shù)研究院, 山東 東營 257000

0 前言

中國特低滲砂巖油藏儲量豐富,由于其滲透率較低,通常采用壓裂和注水的方式才能實現(xiàn)高效開發(fā)。隨著注水時間的增加,受裂縫的影響,油井含水上升加快,水侵、水竄日益嚴(yán)重,高含水給油井穩(wěn)產(chǎn)帶來的突出矛盾,成為導(dǎo)致注水開發(fā)效果差的關(guān)鍵問題[1-3]。

針對特低滲砂巖油藏的水驅(qū)開發(fā),周萬富等學(xué)者發(fā)現(xiàn),微納米孔道的吸水產(chǎn)生了明顯的毛管力,這一滲吸作用能夠有效提高特低滲砂巖油藏的采收率[4-5];張星等學(xué)者發(fā)現(xiàn),在特低滲砂巖油藏實際開發(fā)過程中,表面活性劑能有效降低油水間的界面張力以及改善潤濕性[6-9]，且注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時間等工藝參數(shù)的變化,在地層中形成不穩(wěn)定的壓力場,使?jié)B吸液不斷重新分布,在壓差作用下使其實現(xiàn)層間滲流,增強毛管作用力。因此,這些工藝參數(shù)都能對采收率產(chǎn)生明顯的影響[10-18],但對采收率的影響規(guī)律還不十分明確。

為此,以勝利油田某區(qū)塊特低滲砂巖油藏為研究對象,通過室內(nèi)實驗研究了表面活性劑類型及注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時間工藝參數(shù)對動態(tài)滲吸的影響,利用工程應(yīng)用—生產(chǎn)擬合的方法對勝利油田SL-3區(qū)塊的動態(tài)滲吸采油參數(shù)進行了優(yōu)化,并在現(xiàn)場開展了應(yīng)用試驗。

1 滲吸采油影響因素分析

水驅(qū)特低滲砂巖儲層過程中,當(dāng)滲吸液進入毛細(xì)管微孔中流動時,流體滲吸作用的大小主要受毛管力、黏性力以及重力3種作用力的影響[19-22],見圖1。

圖1 孔道流體受力圖Fig.1 The force of the fluid in the channel

孔道中的流體受力表達式為:

F=Fcap-Fvisco-Fgrav=2πrδcosθ-8πrhv-ρπr2hg

(1)

式中:Fcap為毛管力,N;Fvisco為黏性力,N;Fgrav為重力,N;δ為界面張力,mN/m;θ為潤濕角,°;r為毛管孔隙半徑,μm;v為滲吸流體的速度,m/s;h為頁面上升高度,cm;ρ為流體密度,g/cm3;g為重力常數(shù),m/s2。

通過分析式(1)可得出如下結(jié)論。

1)在滲吸過程中,Fcap為動力,Fvisio和Fgrav為阻力。界面張力δ、潤濕角θ的改變能夠影響毛管驅(qū)動力的大小。

2)增大界面張力能夠提升毛管力,也使得原油在裂縫中很難流動;減小界面張力能夠讓原油容易流動,也使得毛管力驅(qū)動力減小,所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的界面張力區(qū)間進行滲吸采油。

3)潤濕角減小,巖心越親水,毛管力越大。在現(xiàn)場施工過程中,通常采用表面活性劑來降低界面張力和改善巖石的潤濕性。為此,提升滲吸動力需要選擇更優(yōu)的表面活性劑。

2 表面活性劑篩選

根據(jù)勝利油田已在應(yīng)用的15種表面活性劑,從中初選出了YC- 01、OP-10、FH-1這3種適用于SL-3區(qū)塊的表面活性劑。

實驗用油為SL-3區(qū)塊地層原油,其界面張力為10.928 8 mN/m;實驗用水為SL-3區(qū)塊地層水,總礦化度為29 795.6 mg/L,水型為CaCl2;溫度設(shè)定為80 ℃。

使用TX-500界面張力測試儀器、jgw-360 a潤濕角測定儀測量了3種表面活性劑在0.1%質(zhì)量濃度下的油水間界面張力和接觸角,實驗結(jié)果見表1。

表1 不同類型表面活性劑界面張力和接觸角表

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出,3種表面活性劑中界面張力最低為FH-1的 0.009 6 mN/m,接觸角最小為FH-1的65.41°,發(fā)現(xiàn)表面活性劑FH-1改善潤濕性能力最強。

3 滲吸采油實驗

在現(xiàn)場生產(chǎn)中,滲吸液的注入壓力會影響滲吸液注入孔道的距離;滲吸液的注入量決定滲吸液能否充滿孔隙,同時決定滲吸液與地層中原油的交換效率;注入滲吸液的次數(shù)和燜井時間的長短能夠決定滲吸液能否通過滲吸作用將地層中原油更有效地驅(qū)替出來。需要對注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時間進行進一步研究,找出這些參數(shù)對滲吸采油效果的影響規(guī)律。

3.1 實驗材料

SL-3區(qū)塊原油、SL-3區(qū)塊地層水、SL-3區(qū)塊巖心。

3.2 實驗儀器及裝置

ABP-186復(fù)壓孔滲儀、巖心驅(qū)替裝置、電子天平、游標(biāo)卡尺等。

3.3 實驗準(zhǔn)備

1)將巖心編號,量取各個巖心的幾何尺寸。

2)用ABP-186復(fù)壓孔滲儀測得各巖心的孔隙度、滲透率。

3)將巖心放入80 ℃的烘箱中烘烤8 h以上,讓其冷卻后,取出稱重,直到前后兩次質(zhì)量差小于0.01 g為止,取平均值為巖心干重。

4)用抽真空飽和的方法使巖心飽和地層水并稱重。

5)用驅(qū)替方法將巖心原油飽和,計量驅(qū)替出水的體積,稱量驅(qū)替前后巖心質(zhì)量差以及巖心吸油體積,將巖心浸泡在原油中待用。

3.4 實驗步驟

1)將處理好的巖心放入巖心夾持器中,調(diào)節(jié)恒溫箱使巖心夾持器外的加熱套升溫至實驗溫度80 ℃,且保持穩(wěn)定。

2)以0.5 mL/min的速度將滲吸液注入巖心中，注入完成后關(guān)閉閥門。

3)反應(yīng)一段時間后打開閥門,用地層水進行驅(qū)油。

4)當(dāng)連續(xù)一段時間不出油時,即該條件下試驗完成,記錄量筒中排出油體積,計算驅(qū)油效率。

5)更換巖心,在不同的表面活性劑、注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時間的條件下重復(fù)上述步驟進行實驗。

巖心驅(qū)替實驗流程見圖2。

4 實驗結(jié)果及分析

4.1 不同表面活性劑對滲吸采油效果的影響

利用濃度為0.1%的不同類型的表面活性劑溶液進行動態(tài)滲吸實驗,測量不同類型的表面活性劑溶液的滲吸采油效果,實驗結(jié)果見圖3。

圖2 巖心驅(qū)替實驗流程圖Fig.2 Flow chart of displacement experiment

圖3 不同類型表面活性劑與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.3 Relationship between different types ofsurfactants and imbibition recovery rate

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出,利用常規(guī)水驅(qū)方法其平均采收率為20.6%,在水驅(qū)后,采用滲吸方法進行采油,采收率有很大程度的提高。但是,加入的表面活性劑不同,采收率提高程度也不同。

4.2 注入壓力對滲吸采油效果的影響

通過改變注入壓力研究注入壓力對滲吸采油效果的影響,測量不同注入壓力下的滲吸采收率效果,實驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同注入壓力與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.4 Relationship between different injection pressuresand imbibition recovery rate

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出,注入壓力增大,滲吸采收率提高。主要原因為:注入壓力增大,滲吸液通過裂縫滲吸進入巖心內(nèi)部區(qū)域更遠(yuǎn),導(dǎo)致滲吸液改變巖心孔隙潤濕性區(qū)域更大,滲吸作用增強,滲吸采收率提高。

4.3 注入量對滲吸采油效果的影響

通過改變注入量研究注入量對滲吸采油效果的影響,測量不同注入量下的滲吸采收率,實驗結(jié)果見圖5。

圖5 不同注入量與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.5 Relationship between different injection volumesand imbibition recovery rates

通過實驗數(shù)據(jù)可以得出,隨著注入量的增大,滲吸采收率不斷增大。當(dāng)注入量達到1 PV時,滲吸采收率最大為37.4%,此后繼續(xù)增大注入量,滲吸采收率也不會發(fā)生明顯變化。因此,在實際生產(chǎn)中,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制注入量,注入過多的表面活性劑溶液并不能提高采收率,反而會延遲施工工期，增加工程成本。

4.4 注入次數(shù)對滲吸采油效果的影響

通過改變注入次數(shù)對滲吸采油效果的影響。測量不同注入次數(shù)下的滲吸采收率,實驗結(jié)果見圖6。

圖6 注入次數(shù)與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.6 Relationship between injection times andimbibition recovery rate

根據(jù)實驗結(jié)果可以得出,隨著注入次數(shù)的增加,滲吸采收率不斷增大,但是滲吸采收率增幅不斷減小。這是由于滲吸液每次注入地層后都會使得巖心中一部分原油在滲吸作用下被驅(qū)替出來,隨著注入次數(shù)的增加,巖心中的含油飽和度不斷降低,通過滲吸作用能驅(qū)替出的原油也越來越少,當(dāng)注入次數(shù)達到4次時,滲吸采收率增幅較小。因此,在實際生產(chǎn)中,應(yīng)當(dāng)選擇合適的注入次數(shù),這樣能夠有效縮短滲吸采油時間。

4.5 燜井時間對滲吸采油效果的影響

通過改變燜井時間對滲吸采油效果的影響,測量在不同燜井時間下的動態(tài)滲吸效果，實驗結(jié)果見圖7。

圖7 不同燜井時間與滲吸采收率關(guān)系圖Fig.7 Relationship between different soaking timeand imbibition recovery rate

根據(jù)實驗結(jié)果可以得出,隨著燜井時間增大,采收率不斷增加。當(dāng)燜井時間達到48 h后,燜井時間繼續(xù)增加,滲吸采收率也不會增大。當(dāng)燜井時間小于48 h時,隨著燜井時間增加,油水間滲吸反應(yīng)時間增大,滲吸采收率不斷提高;當(dāng)燜井時間大于48 h時,繼續(xù)增大滲吸時間,滲吸采收率不會有明顯的提高。因此,在實際生產(chǎn)中,應(yīng)該選擇合適的燜井時間。

從圖5～7可以看出，表面活性劑種類、注入壓力、注入量、注入次數(shù)、燜井時間對滲吸效果有較大影響。經(jīng)過實驗可以得出在實驗室中最優(yōu)滲吸實驗參數(shù)為:滲吸劑為FH-1陰離子表面活性劑,注入壓力為25 MPa,注入量為1 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時間大于48 h。

5 工藝參數(shù)優(yōu)化

為了優(yōu)化滲吸采油工藝參數(shù),將通過實驗得到的滲吸參數(shù)與現(xiàn)場施工情況相結(jié)合進行滲吸采油工藝參數(shù)優(yōu)化。通過對勝利油田其他區(qū)塊滲吸采油工藝參數(shù)和滲吸效果進行調(diào)研,得到的工藝參數(shù)和滲吸采油效果見表2。

根據(jù)室內(nèi)模擬實驗結(jié)果,結(jié)合其他區(qū)塊施工經(jīng)驗對現(xiàn)場實驗工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

1)注入壓力。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實驗結(jié)果可以得出,注入壓力越大,增產(chǎn)效果越好。在現(xiàn)場試驗中要盡量提高注入壓力,試驗區(qū)塊的最大注入壓力為30 MPa,所以將現(xiàn)場試驗注入壓力設(shè)為30 MPa。

2)注入量。根據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)果可以得出，注入量越大,滲吸采收率越大,注入量超過1 PV后采收率不會增加。但是,根據(jù)表2可以看出,注入量為1.5 PV時的增產(chǎn)效果大于1 PV時的增產(chǎn)效果。這是由于在施工過程中,注入流體不能全部進入地層,在注入過程中存在一定的液體損失,導(dǎo)致實際注入地層流體的量小于設(shè)計注入量,因此,將現(xiàn)場試驗注入量設(shè)為1.5 PV。

3)注入次數(shù)。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實驗結(jié)果可以得出,注入次數(shù)為4次。

4)燜井時間。根據(jù)以往滲吸采油效果和室內(nèi)實驗結(jié)果可以得出,注入量超過48 h并不會使得增產(chǎn)效果增加,所以將現(xiàn)場試驗燜井時間設(shè)為48 h。

表2 其他區(qū)塊滲吸采油工藝參數(shù)及滲吸效果表

根據(jù)室內(nèi)實驗優(yōu)化出的滲吸采油實驗參數(shù)結(jié)合近幾年勝利油田滲吸采油施工方案,最后優(yōu)化出現(xiàn)場工藝參數(shù)為:注入壓力為30 MPa,注入量為1.5 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時間為48 h,注入0.1%濃度的FH-1表面活性劑溶液400 m3。

6 現(xiàn)場試驗

勝利油田SL-3區(qū)塊為特低滲砂巖油藏儲層,區(qū)塊含油面積為2.9 km2,地質(zhì)儲量為173.9×104t,巖心孔隙度平均為17.1%,滲透率平均為3.276 mD;油藏地層壓力33.05 MPa,地層溫度為80 ℃,儲層埋深2 550～2 800 m。從2017年7月開始,該區(qū)塊注水時水竄、水淹現(xiàn)象嚴(yán)重,油井含水量不斷提升,注水效果越來越差,產(chǎn)能不斷降低。截至2018年7月該區(qū)塊停止生產(chǎn)時,已開油井14口,水井7口,平均單井產(chǎn)液量為3.19 t/d,產(chǎn)油量為0.20 t/d,含水率達到92.1%?？紤]到該區(qū)塊滲透率較低,非均質(zhì)性強,巖心喉道半徑小,同時含水率較高,符合滲吸采油條件,從2019年5月開始對M-1、M-2、M-3井實施滲吸采油,至2019年11月,3口井的平均產(chǎn)液量恢復(fù)到6.17 t/d，產(chǎn)油量上升到4.10 t/d，含水率下降至33.3%,其前后產(chǎn)能對比見表3。

表3 實施滲吸采油前后油井產(chǎn)能對比表

該區(qū)塊進行滲吸采油后,產(chǎn)能明顯提高,日產(chǎn)液量提高了2倍,日產(chǎn)油量提高了19倍,含水率降低了58.8%,增產(chǎn)效果顯著。

7 結(jié)論

1)陰離子表面活性劑FH-1能夠明顯降低油水間界面張力，減少潤濕角,提高動態(tài)滲吸采收率。

2)隨著注入壓力的增大,滲吸采收率增大;隨著注入量的增大,滲吸采收率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;隨著注入次數(shù)的增加,采收率不斷增大,但是增幅不斷減小;燜井時間為48 h時,滲吸采收率最大。

3)利用工程擬合的方法優(yōu)化了滲吸采油工藝參數(shù),注入壓力為30 MPa,注入量為1.5 PV,注入次數(shù)為4次,燜井時間為48 h,注入0.1%濃度的FH-1表面活性劑溶液400 m3。

4)經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用表明,滲吸采油方法在勝利油田SL-3區(qū)塊特低滲砂巖油藏儲層取得了良好的增產(chǎn)效果,日產(chǎn)油量提高了19倍,含水率降低了58.8%,同時發(fā)現(xiàn)表面活性劑濃度對采收率影響較大。