对于注水开发的油田, 长期水驱开采中, 由于油藏平面上和纵向上的非均质性, 势必造成注入水在平面上向生产井方向的舌进和在纵向上向高渗透层的突进现象[1, 2]。特别是在注水开发后期, 油井含水率普遍达到80%以上, 个别油井含水率达到90%以上。由于注入水的长期冲刷, 油藏孔隙结构和物理参数将发生变化, 在地层形成较大的孔道, 造成注入水在注水井和生产井之间的循环流动, 无法波及到闭锁或滞留在岩心中的残余油或剩余油, 使得波及系数降低, 大大降低了水驱油的效率。国内已有利用交替注入阴离子聚合物和阳离子聚合物反应生成凝胶状沉淀进行堵水调剖的研究[3-6]。微线团对地层的选择性封堵机理[7]主要包括:微线团优先进入高含水层的孔隙; 微线团分子中未吸附部分在水中伸展, 减小地层对水的渗透性; 微线团对油的流动虽然也产生阻力, 但它为油提供减少流动阻力的水膜。本文在室内试验研究了阴离子微线团和阳离子微线团的注入顺序及注入轮次, 试验模拟了在地层中交替注入微线团来封堵地层中的大孔道, 证明了阳离子微线团与阴离子微线团交替注入两个轮次后能够在地层中形成有效的封堵能力, 达到提高原油采收率的目的。
(1) 实验仪器。平流泵, 电热恒温水浴锅, 填砂管, 堵剂罐, 精密压力表, 量筒等。
(2) 实验药品。Ⅰ型聚合物(阳离子微线团), 河南郑州正立聚合物科技有限公司生产; YG100(阴离子微线团)东营宇光科技有限公司生产; 模拟水(矿化度5022.64 mg/L); 模拟油(河南南阳油田油与煤油按1:12比例混合), 85℃下原油粘度2.5 mPa·s; 实验砂。
通过岩心驱替实验(实验流程如图 1), 在流量1 mL/min的条件下测定多轮次注入微线团(其中注入的阳离子微线团浓度为1500mg/L, 阴离子微线团浓度为1000 mg/L)前后的封堵率, 研究微线团的封堵能力。在此基础上选出具有最佳封堵能力的微线团, 注入模拟油, 水驱至98%, 注入微线团, 测定原油采收率增值。温度75℃, 微线团静态吸附平衡时间10 h, 高渗层渗透率2 μm2, 低渗层渗透率0.5 μm2, 所有岩心实验的段塞注入量为0.3 PV。
在渗透率为1.94 μm2的岩心中, 注入0.3 PV阴离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 测定封堵后的压力, 并重复进行多个轮次, 结果见表 1。
由于岩心表面带负电性, 而注入阴离子型微线团也带负电, 岩心表面与阴离子型微线团会有排斥, 吸附层薄, 对水的封堵能力较差。但受阴离子型微线团的色散力及界面张力的影响, 在岩心表面仍有一定的吸附量。在进行3个轮次后, 微线团在其表面的吸附量也越来越小, 直至达到一个动态平衡, 同时压力基本趋于稳定, 封堵率也基本不再升高, 3个轮次的最终封堵率也仅为23.3%。
在渗透率为2 μm2的岩心中, 注入0.3 PV阳离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 测定封堵后的压力, 并重复进行多个轮次, 水驱测定微线团积累膜对岩心的封堵能力, 测定结果见表 2。
由表 2可知, 由于岩心带负电, 当注入阳离子微线团之后, 阳离子微线团优先进入大孔道中, 阳离子微线团中和岩心表面的负电[8], 并粘附在其表面, 减小了水流通道, 降低了岩心渗透率, 放置吸附平衡时间后, 岩心达到饱和吸附。注入压力明显上升, 注入压力由0.0034 MPa增加到0.045 MPa。当注入3个轮次时, 封堵率基本不再升高, 说明岩心已达到饱和吸附, 达到动态吸附平衡状态。
在渗透率为2 μm2的岩心中, 首先注入0.3 PV阴离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 水驱测定堵后压力, 再注入0.3 PV阳离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 水驱测定堵后压力, 如此反复交替注入堵剂, 直至岩心的渗透率不再有大的变化, 测定结果如表 3。
由表 3可知, 在注入2个轮次之后, 随着注入轮次的增加, 封堵率在不断的增加, 但是增加的幅度越来越小。由于先注入阴离子微线团, 受阴离子型微线团的色散力及界面张力的影响, 阴离子微线团在岩心表面形成吸附膜, 使岩心表面负电增强, 注入阳离子微线团之后, 由于带异性电荷, 二者之间的作用力增强, 吸附量增加, 但是吸附量增加的幅度越来越小, 封堵率的增加也越来越小, 第4个轮次对岩心的封堵率达到70%。
在渗透率为2.06 μm2的岩心中, 首先注入0.3 PV阳离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 水驱测定堵后压力, 再注入0.3 PV阴离子微线团, 恒温75℃, 放置吸附平衡时间, 水驱测定堵后压力, 如此反复交替注入堵剂, 直至岩心的渗透率不再有大的变化, 测定结果如表 4。
从表 4可以看出, 在进行2轮时封堵率已经达到87.72%。由于岩心表面带负电性, 注入阳离子型微线团堵剂后, 岩心表面的吸附量大幅度增加, 再注入阴离子型微线团, 在已经吸附的微线团表面形成吸附层, 同时阴离子的吸附又加强了岩心表面的负电性, 孔道直径大幅度减小, 从而起到增加高渗层流动阻力的作用。注入1轮次的封堵率增幅最大, 注入轮次增加后, 封堵率增幅变小, 直至微线团在岩心表面达到饱和吸附, 此时吸附层会存在一个如图 2的吸附平衡界面[9]。
为了更直观地了解各个注入方式封堵率的变化情况, 将四种注入方式的封堵能力绘制如图 3, 选取了总注入段塞量1.8 PV进行比较。
从图 3可以看出:阳离子与阴离子微线团交替注入在注入轮次与封堵高渗层方面均优于其他的注入方式, 在注入3个轮次时封堵率已达到88.16%, 而注入2个轮次封堵率达到87.72%, 由于注入2个轮次的封堵率与注入3个轮次的封堵率仅相差0.44%。考虑到整体经济效益, 试验中选取注入2个轮次。
阳离子与阴离子微线团交替注入2个轮次后, 在岩心形成积累膜, 反向水驱, 观察堵后压力随注入孔隙体积的变化趋势(图 4), 研究微线团的耐冲刷性能。
在进行反向水驱10 PV后, 压力变化基本趋向于平稳, 稳定在0.06 MPa左右, 说明阳离子与阴离子微线团交替注入有较好的耐冲刷性能。
在水驱油效果评价试验中, 采用双管模型, 模拟地层的层间非均质性。高渗层渗透率为2 μm2, 低渗层渗透率为0.5 μm2。
实验流程:饱和水, 饱和模拟油(高渗管饱和油26 mL, 低渗管饱和油18mL), 水驱至98%, 交替注入阳离子与阴离子微线团两个轮次, 最后恢复注水直到采出液总含水达到98%, 得到模型的采收率。实验数据如表 5。
由表 5知, 当注入两个轮次后, 高低渗层采收率和总采收率明显增加, 低渗层原油采收率由11.11%上升到48.00%, 总采收率由45%上升到73%, 采出程度最终提高了28%。
(1) 交替注入阳/阴离子微线团可以获得较单独注入阴离子微线团或阳离子微线团时大的阻力系数与封堵率。其中单注阳离子微线团比单注阴离子微线团有更好的封堵效果。
(2) 不同的注入方式及注入顺序对岩心的封堵能力不同, 其中阳离子与阴离子微线团交替注入能够产生非常好的封堵能力。交替注入阳/阴离子微线团比交替注入阴/阳离子微线团有更好的封堵效果。
(3) 交替注入阳/阴离子微线团两个轮次后, 微线团在岩心形成积累膜, 具有较好的耐冲刷性能。
(4) 交替注入阳/阴离子微线团两个轮次后, 采收率最终提高了28%, 采油量明显增加。
2010, Vol. 39 Issue (5): 431-434
2010, Vol. 39 Issue (5): 431-434