海上多層合采油藏乳狀液調剖性能定量表征

吳春新，崔名喆，楊東東，劉 學

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

0 引 言

海上油田多層合采時層間干擾現象明顯，對油田的開發效果和采收率具有很大的影響[1-2]。乳化劑在多孔介質中會發生乳化現象形成乳狀液，乳狀液對不同滲透率級別油藏的封堵效果不同，改善了油田的非均質性，從而提高了油田采收率[3-7]。目前，國內外針對乳狀液提高采收率方面進行了大量的研究，王鳳琴等人[8-10]利用真實砂巖微觀模型研究和分析乳狀液在多孔介質中的滲流特性；閆建文等人[11]研究了高溫高鹽油藏中油包水乳狀液調剖體系的適應性和有效期；趙鳳蘭等人[12-13]研究了三元復合驅驅油體系各組分對原油乳狀液的影響；Guillen等人[14-15]采用室內實驗的方式研究了不同機械剪切應力下乳狀液形成的機理；Clarkpe等人[16-18]針對乳狀液的流變性和滲流機理進行了研究。目前的研究中鮮見針對地層條件下多孔介質中乳狀液調剖性能定量化表征研究，對不同情況下乳狀液調驅能力認識不足。因此，以物理模擬實驗為基礎，建立了適用于多層合采的乳狀液調剖能力定量預測方法，準確評價了乳狀液調剖的效果，對制訂相應技術政策，確保油田的高效開發具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 實驗設計

實驗設備為并聯填砂管合注分采裝置，主要包括平流泵、中間容器、高滲層填砂管、低滲層填砂管、恒溫箱、測壓裝置及收集器。實驗用油根據渤海X油田地層原油的氣油比由現場分離器采集的原油復配，天然氣依照現場分離器氣的組分分析資料在實驗室配制，實驗地層水和實驗注入水依照現場提供的油田地層水和注入水分析資料在實驗室配制。

在設計基礎實驗方案的基礎上，根據滲透率級差、粒徑匹配因子以及乳狀液濃度對調剖效果影響設計了3組對比實驗(表1)。采用滲透率級差來表征縱向非均質性程度[19-20]，篩選滲透率級差分別為1.0～5.0、5.0～8.0、8.0～10.0、10.0～15.0的4組巖心組合；根據填制成的填砂管模型，采用不同液滴粒徑的乳狀液開展乳狀液驅油實驗，在實驗過程中采用粒徑匹配因子來表征乳狀液與多孔介質顆粒的匹配關系，其數學表達式為：

(1)

式中：R為粒徑匹配因子；dm和de分別為多孔介質孔隙和乳狀液液滴的直徑，μm。

篩選粒徑匹配因子分別為0.0～0.5、0.5～1.0、1.0～2.0、2.0～5.0的4組乳狀液體系；通過稀釋將乳狀液濃度變為10%、20%、50%、80%，對比不同濃度乳狀液驅油效果，分析乳狀液濃度對調剖能力的影響。

表1 乳狀液調剖性能實驗方案設計

1.2 實驗流程

在定流量下分別測試初始水驅條件下與乳狀液驅替條件下的壓力，單獨計量填砂管的油量和水量。實驗步驟：①制作填砂管模型，對填砂管進行洗油、烘干處理后測定空氣滲透率，飽和水后用原油驅替，制造束縛水；②根據設計的基礎方案，將2根填砂管并聯，以 3 mL/min 的速度恒速注水驅替，記錄該過程中的每個填砂管的壓力和產量數據；③洗油、洗鹽，重新制造束縛水，采用相同的驅替速度進行乳狀液驅油實驗，記錄該過程中的每個填砂管的壓力和產量數據；④根據設計對比方案重復步驟①—③。

2 實驗結果分析

為研究乳狀液在非均質并聯管的調剖特性，引入分流率和分流率改變系數的概念：

(2)

(3)

式中：ff為低滲管分流率，%；Qlow為低滲管中的流量，mL/min；Qhigh為高滲管中的流量，mL/min；ffF為分流率改變系數；ffe為乳狀液分流率，%；ffw為水驅分流率，%。

分流率改變系數越大，說明該乳狀液體系調剖能力越強。

2.1 乳狀液調剖性能分析

為了開展乳狀液調剖性能分析及后續實驗的對比分析，設計了基礎實驗，分別開展水驅和乳狀液驅油實驗，對比低滲管分流率增加的幅度，實驗結果見圖1。由圖1可知，乳狀液驅的過程中，低滲管的分流率明顯增加。這說明乳狀液會優先進入滲透率較高、阻力較小的層位，當驅替前緣阻力較大時，后續的乳狀液進入含油飽和度高的低滲透層，驅動低滲透層的剩余油及殘余油。根據乳狀液驅時壓力梯度變化分析可知：乳狀液在填砂管運移過程中，時常發生封堵—解堵—封堵的過程。乳狀液的分流率與壓力都呈現出波動變化的過程，且變化趨勢相同，當低滲管中的分流率較大時，滲流阻力也較大；反之，滲流阻力與分流率較小，壓力也較小。這說明乳狀液在運移過程中的暫堵作用是其具有調剖特性的主要原因，且乳狀液的這種封堵—突破的運移特征可使乳狀液隨著復合體系運移到深部地層進行封堵，有利于動用地層深部的剩余油，從而大幅度提高采收率。

圖1 基礎實驗中乳狀液調剖效果

2.2 不同滲透率級差條件下調剖性能對比

圖2為不同滲透率級差下低滲管中分流率改變系數的變化情況。由圖2可知，隨著滲透率級差的增大，乳狀液調剖能力呈增強的趨勢。這是因為乳狀液在高滲層具有很高的封堵強度，乳狀液在高滲層封堵強度高，破乳率低，導致更多的乳狀液進入低滲透層，而低滲層較強的剪切作用使乳狀液發生破乳，從而導致乳狀液在低滲層中的流動阻力較小，致使大量的乳狀液和后續流體可從低滲管排出。

圖2 滲透率級差對乳狀液調剖效果的影響

2.3 不同粒徑匹配關系下調剖性能對比

圖3為不同粒徑匹配因子下低滲管中分流率改變系數的變化情況。由圖3可知，分流率改變系數隨著粒徑匹配因子的增加呈先增加后下降的過程，當粒徑匹配因子約為1時，乳狀液的調剖能力最強。因此，在進行調剖時，選取的乳狀液液滴粒徑與多孔介質粒徑相當，乳狀液的調剖性能最好。

圖3 粒徑匹配因子對乳狀液調剖效果的影響

2.4 不同乳狀液濃度下調剖性能對比

圖4為不同乳狀液濃度下低滲管中分流率改變系數的變化情況。由圖4可知，隨乳狀液濃度的增大，分流率改變系數增大，即乳狀液調剖能力呈增強的趨勢。這是因為乳狀液在多孔介質中運移時，乳狀液液滴封堵孔喉，后續驅替液繼續流動，液滴在巖心中積累，使乳狀液起到調剖作用，乳狀液濃度越高，積累效應越明顯，調剖能力越強。

圖4 乳狀液濃度對調剖效果的影響

3 調剖性能的定量表征

基于物理模擬實驗結果，對滲透率級差、粒徑匹配程度和乳狀液濃度等變量與調剖能力之間關系進行相關性分析，確定了適用于多層合采的乳狀液調剖能力預測公式：

ffF=λF1F2F3

(4)

(5)

F2=exp[-(lnR)2·γ]

(6)

F3=cμ

(7)

式中：F1為滲透率級差影響系數；Kmax為高滲層位滲透率，μm2；Kmin為低滲層位滲透率，F2為粒徑匹配因子影響系數；；F3為乳狀液濃度影響系數；c為乳狀液濃度，%；λ、ω、γ、μ分別為公式中的待定系數，需要根據實驗確定。

通過多元非線性回歸確定干擾系數公式中參數：λ=3.22，ω=2.01，γ=0.46，μ=0.35。

4 實例應用

利用海上A 油田2 口典型乳狀液調剖井驗證調剖能力預測公式。A 油田油藏為典型的多層合采油藏，2005年投注，X-1井縱向共有10個小層，劃分為2套油層組(Ⅰ+Ⅱ)進行分層測試；X-2井縱向共有8個小層，劃分為2套油層組(Ⅰ+Ⅱ)進行分層測試。2 口測試井的具體測試數據見表2，測試過程中電潛泵運行頻率為30 Hz。X-1、X-2井縱向上2個油層組(Ⅰ+Ⅱ)合采，縱向滲透率級差分別為3.1和2.2，進一步細分層系的潛力不大，因此，考慮采用乳狀液調剖對井組的開發效果進行改善。根據表2數據，利用式(3)計算得到實際分流率改變系數，利用式(4)計算得到預測分流率改變系數(表3)。由表3可知，X-1井預測分流率改變系數與實際分流率改變系數相比，誤差約為3.77%；X-2井預測分流率改變系數與實際分流率改變系數相比，誤差為2.59%，該成果應用于2口井，誤差均小于5.00%，預測分流率改變系數與實際分流率改變系數接近，證明了該預測方法的有效性。

表2 X-1、X-2井調剖測試資料

表3 X-1、X-2井實際與預測分流率改變系數對比

5 結論及建議

(1) 利用填砂管模型，模擬了乳狀液在不同滲透率級差下多孔介質中的滲流特征，根據滲透率級差、粒徑匹配程度及乳狀液濃度與調剖能力之間的相關性，確定了適用于多層合采的乳狀液調剖能力預測公式。

(2) 渤海X油田的應用表明，海上多層合采油藏乳狀液調剖性能定量表征預測公式能定量表征乳狀液調剖性能，具有一定的可推廣性。

(3) 乳狀液調剖性能定量表征是一個非常復雜的問題，與乳狀液的特征及儲層的地質特征緊密相關，同時與工藝也存在一定的相關性，下一步應開展全面研究，從而更加真實地反映乳狀液的調剖性能，實現油藏的高效開發。

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