離子水驅(qū)技術(shù)油藏適應(yīng)性分析及驅(qū)油效果評(píng)價(jià)研究

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(中國(guó)石油吉林油田分公司，油氣工程研究院，吉林 松源 138000)

0 引 言

油田開(kāi)發(fā)中對(duì)注水技術(shù)的改進(jìn)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，早在1995年、1996年,Jadhunandan、Yildiz等闡述礦化度構(gòu)成對(duì)原油采收率的影響,提出可通過(guò)簡(jiǎn)單地改變礦化度來(lái)優(yōu)化水驅(qū)[1-3]。BP和Wyoming大學(xué)發(fā)現(xiàn)，向儲(chǔ)層中注入礦化度較低的水可以提高原油采收率7%-15%[4-5]，近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)展了低礦化度水驅(qū)理論與技術(shù)研究， 2015年,KaiHe等提出用含表面活性的低礦化度水注入頁(yè)巖儲(chǔ)層可以觀察到采收率的提高[6-7]。2015年,吳劍等人表明低礦化度水驅(qū)增產(chǎn)的主要原因是黏土微粒遷移儲(chǔ)層微觀改造和潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變，控制好注入水的礦化度便能夠提升5%～20% 的原油產(chǎn)量，同年,李繼山等提出低礦化度水驅(qū)過(guò)程中巖石潤(rùn)濕性隨離子組成及礦化度的增加先增加后降低,且Ca2+和Mg2+對(duì)潤(rùn)濕性的影響大于Na+[8-9]。盡管還沒(méi)有形成一致共識(shí)，但形成了多組分離子交換和雙電層Zeta電位變化導(dǎo)致原油脫附理論以及多組分離子架橋交換理論等兩條主流學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，提出了pH值、注入壓力變化以及礦化度門(mén)限值對(duì)低礦化度水驅(qū)的影響[10-11]，大大推進(jìn)了低礦化度水驅(qū)理論的發(fā)展，而離子性水驅(qū)技術(shù)就是一項(xiàng)建立在注水開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上改善注入水離子含量的提高采收率新技術(shù)。

J油田自1975年投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，目前已進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段，平均含水率已達(dá)93.8%，根據(jù)儲(chǔ)層介質(zhì)情況來(lái)看，原油中具有較高膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等活性組分，有利于原油在儲(chǔ)層介質(zhì)的吸附和鋪展，增加了常規(guī)水驅(qū)油剝離原油的難度，為此同通過(guò)離子水驅(qū)調(diào)整儲(chǔ)層-鹽水-原油間相互作用能夠改善驅(qū)替效果，較大幅度提高水驅(qū)采收率。

1 離子水驅(qū)技術(shù)驅(qū)油機(jī)理

離子水驅(qū)體系的驅(qū)油機(jī)理為能夠促使吸附在巖石及黏土表面的原油有效剝離從而提高采收率。強(qiáng)化原油-水-儲(chǔ)層間的微觀相互作用機(jī)制，通過(guò)注入介質(zhì)與原油極性基團(tuán)、地層水離子、黏土礦物的精確匹配，進(jìn)而增加油/水/巖石之間的界面斥力，使油膜易于剝離而提高驅(qū)油效率(如圖1所示)。

圖1 離子匹配、剝離油膜機(jī)理示意圖

2 試驗(yàn)區(qū)概況

J油田試驗(yàn)區(qū)構(gòu)造埋深800～900 m。中心評(píng)價(jià)區(qū)面積0.24 km2，中心區(qū)儲(chǔ)量13.5×104t，包含20口井，其中注入井5口，生產(chǎn)井15口，行列式井網(wǎng)400×120 m。區(qū)塊受到物性和砂體的雙重控制，屬于巖性油藏。單層有效厚度相對(duì)較小，一般有效厚度在2～3 m，儲(chǔ)層平均孔隙度13.9%，滲透率2.7 mD，屬于低孔低滲儲(chǔ)層。目的層段含油層連片發(fā)育，平均厚度均在3 m以上，連通性較好，且物性相差較小。

表1 試驗(yàn)區(qū)靜態(tài)參數(shù)表

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)區(qū)驅(qū)油效果

區(qū)塊總體動(dòng)態(tài)反映為初期見(jiàn)效明顯，后續(xù)產(chǎn)油能力持續(xù)穩(wěn)定。其中，2016年8～10月效果最好，到9月末區(qū)塊產(chǎn)油由標(biāo)定值的11.68 t升至12 t，產(chǎn)液55.4t與標(biāo)定值54.5 t基本持平，含水由標(biāo)定值78.57%降為78.3%。后續(xù)由于現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)試、作業(yè)、管線漏失以及注入泵故障停注等對(duì)試驗(yàn)區(qū)塊產(chǎn)量產(chǎn)生了較大影響，但2017年6月底區(qū)塊日產(chǎn)液仍然維持到54.7 t，日產(chǎn)油10.0 t，含水81.7%。截至2017年6月30日，累計(jì)增油709 t。

(2)試驗(yàn)區(qū)采出液流體性質(zhì)組分分析

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤取樣過(guò)程中，深入認(rèn)識(shí)離子水驅(qū)驅(qū)油機(jī)理，對(duì)產(chǎn)出液離子組分進(jìn)行分析：

①水組分特征分析

對(duì)產(chǎn)出液中水組分進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，水中鈣離子總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)；氯離子、鈉離子濃度總體呈先上升后降至平穩(wěn)，表明離子水驅(qū)過(guò)程發(fā)生了離子置換作用，該作用有利于原油從粘土表面剝落，并能一定程度上擴(kuò)大波及體積。

圖2 離子水驅(qū)試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量變化

圖3 試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)出液離子濃度變化

②油組分特征分析

對(duì)產(chǎn)出液中油組分進(jìn)行了系統(tǒng)跟蹤測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)區(qū)油井的產(chǎn)出原油組分發(fā)生了規(guī)律性變化，僅以X井為例，從2016年9月到2017年5月，產(chǎn)出原油中的C20+和C36+等均呈明顯增加趨勢(shì)，這也進(jìn)一步說(shuō)明了離子性水驅(qū)體系中的離子交換功能能夠有效剝離原油的活性組分。

表2 X井原油組分分布結(jié)果

5 篩選技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

離子性水驅(qū)技術(shù)對(duì)目標(biāo)油藏必須滿足的三個(gè)基礎(chǔ)條件：地層水類(lèi)型及組成、原油組分及活性組分含量以及儲(chǔ)層礦物和黏土類(lèi)型及含量，根據(jù)離子水驅(qū)技術(shù)在礦場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及礦場(chǎng)試驗(yàn)分析確定離子性水驅(qū)技術(shù)的推薦篩選標(biāo)準(zhǔn)(參數(shù)界限),見(jiàn)表3。

表3 離子匹配水驅(qū)參數(shù)界限表

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)離子水驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理為能夠強(qiáng)化原油-水-儲(chǔ)層間的微觀相互作用機(jī)制，增加油/水/巖石之間的界面斥力，促使吸附在巖石及黏土表面的原油有效剝離從而提高采收率。

(2)離子水驅(qū)特點(diǎn)與水驅(qū)規(guī)律基本一致，但離子水驅(qū)技術(shù)能夠改善水驅(qū)效果。從試驗(yàn)區(qū)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)來(lái)看，總體動(dòng)態(tài)反映為初期見(jiàn)效明顯，后續(xù)產(chǎn)油能力持續(xù)穩(wěn)定，明顯減緩了傳統(tǒng)水驅(qū)的遞減速度。

(3)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)出液組分等系統(tǒng)分析，印證了離子水驅(qū)技術(shù)能夠通過(guò)離子交換實(shí)現(xiàn)原油從粘土表面剝落從而提高采收率。