三次采油不同驅替方式下驅油效率研究

李瑋龍，王喜梅，孫 穎，梁 斌

（1.中國石油大港油田分公司，天津 300280；2.中國石油渤海鉆探工程公司合作開發分公司，天津 300457）

石油資源對國家經濟發展和人民生活水平提高具有重要作用，但是石油為非再生資源，隨著勘探開發程度的加深，老油田儲量采出程度的提高，剩余油難以繼續采出，因此提高油氣采收率成為整個石油工業普遍關心的問題。三次采油技術是近些年來發展起來的高新技術，對提高原油采收率、穩定老油田原油產量起到重要作用。三次采油采用物理-化學方法，改變流體性質、相態和改變氣-液、液-液、液-固相間界面作用，擴大注入物的波及范圍以提高驅油效率，再一次大幅度提高采收率。儲層微觀孔隙結構特征控制和影響著流體的滲流特征、流動分布和驅油效率[1]，對巖心微觀孔隙結構特性、滲流特征的研究，為三次采油技術的合理應用提供理論依據。

目前對三次采油驅油效率的研究，主要基于巖心實驗，應用掃描電鏡、常規壓汞、核磁共振、恒速壓汞等方法研究儲層微觀孔隙結構特征[2-4]，其中掃描電鏡主要分析儲層的礦物類型、形態和孔隙結構[5]，常規壓汞技術[8]可以研究儲層微觀孔隙結構，獲取孔喉分選、大小、滲流能力及連通性的參數，核磁共振技術能夠得到巖心微觀的流體參數[6-8]，恒速壓汞技術[9]可以較為準確地描述和表征微觀孔隙結構，進而獲得巖心內部喉道、孔隙及孔喉半徑比的發育特征。本文基于三次采油實驗區塊鉆井取心資料，通過實驗改變驅替介質分析驅油效率的差異性，應用驅油微觀模擬實驗技術更深入地研究儲層流體運動的微觀機理，揭示不同驅替介質的驅油效果。

圖1 取心井明II-9 油組砂巖分類圖

港西油田明化鎮組為曲流河沉積，主力砂巖儲層為點壩沉積，因埋藏較淺，巖心為膠結疏松、高孔高滲砂巖。取心井A 井位于港西油田中心腹地，通過對該井取心，深入開展儲層各項屬性及驅油實驗性分析，指導整個區塊三次采油開發方案的設計、實施。下面研究主要針對明II-9 小層進行實驗研究分析。

1 巖石礦物學及常規物性特征

應用X 射線衍射儀，對巖石粉末狀晶體進行檢測，根據各種礦物對X 射線的不同衍射角度和強度，判斷和計算所含礦物的種類以及含量。明Ⅱ-9 小層巖性主要為巖屑長石砂巖和少量長石巖屑砂巖（見圖1）。通過鑄體薄片顯微鏡下觀察碎屑粒級主要為細砂，中砂、極細砂次之，巖石碎屑顆粒整體分選性較好，碎屑粒級以細砂為主，碎屑顆粒分布均勻，顆粒磨圓多呈次圓狀-次棱角狀，顆粒間接觸關系為點接觸。孔隙發育較好，分布均勻，連通性較好。膠結作用主要表現均為泥質膠結及黃鐵礦膠結，泥質膠結作用主要表現為自生黏土礦物膠結作用（見圖2）。由于壓實作用，降低了巖石的孔隙度，從而孔隙喉道變得狹小，從而導致孔隙連通較差，對儲層孔隙度、滲透率有一定的影響。

常規物性分析使用美國巖心公司生產的孔隙度、滲透率自動測定儀、蒸餾抽提法對巖心進行測定。平均孔隙度分布范圍為32.0 %～35.0 %；平均滲透率分布范圍為389.2×10-3μm2～865.3×10-3μm2，為高孔高滲儲層，油層以中水洗為主，局部弱水洗，含油飽和度為18.4 %～23.7 %。

圖2 明II-9 小層鑄體薄片圖版

表1 聚合物溶液驅油實驗結果

圖3 聚合物溶液驅油效率圖

2 不同驅替介質驅油效率實驗

2.1 基于巖心的驅油實驗

編號為5-017D、5-017E、5-017F 的巖心樣品，分別采用聚合物溶液、聚合物+表面活性劑溶液（二元體系）、聚合物+表面活性劑+堿溶液（三元體系）進行提高驅油效率實驗（見表1）。首先飽和巖心、造束縛水，接著水驅2 PV，再換聚合物驅1 PV，后續水驅階段記錄1 PV、2 PV、5 PV、10 PV、20 PV、30 PV、40 PV 及50 PV 的數據，注入速度保持在0.5 mL/min，觀察含水率是否達到98 %，變化是否穩定。

通過公式：ηpv=×100%計算驅油效率，式中：ηpv-某一注入倍數下的驅油效率；Vpv-某一注入倍數下驅出的油量，cm3；V-巖心中的總飽和油量，cm3。

配制聚合物溶液，對巖心進行驅油實驗，從實驗結果分析（見表1、圖3），對于聚合物溶液來說，水驅2 PV時，巖心的水驅程度是47.1 %，注入1 PV 聚合物溶液之后，提高驅油效率是26.3 %，表明聚合物溶液有較好的提高采收率的能力。對于聚表二元介質來說，水驅2 PV 時，巖心的水驅程度是44.9 %，注入1 PV 聚表二元介質溶液之后，提高驅油效率為31.3 %，表明聚合物溶液有較好的提高采收率的能力。對于三元體系驅替介質來說，三元體系提高驅油效率為32.5 %左右，三元體系提高驅油效果的能力明顯強于單一的聚合物溶液。從驅油效率對比，三元體系最優，二元體系次之，單一聚合物介質最低。

圖4 5-017E 巖心二元驅面孔率切片對比圖

圖5 5-017E 巖心二元驅前后面孔率變化圖

實驗證實聚合物驅油的主要機理為擴大波及面積，同時也提高了吸油效率。聚表二元驅介質中加入表面活性劑，提高了聚合物擴大波及面積和吸油效率的協同作用，聚表堿三元驅替介質中加入了堿，進一步強化了聚合物和表面活性劑的作用，使得驅油效果由聚合物驅-二元驅體系-三元驅體系逐漸變優。

二元試劑驅油值含水98 %后，二元試劑進入巖心孔喉，具有一定的堵塞作用。從驅替前后巖心CT 掃描切片（見圖4）上看[10-12]，驅替后巖心微觀孔隙明顯減少，尤其中小孔被堵塞明顯。從驅替方向上看（見圖5），巖心面孔率趨于降低，巖心前段較后段降低效果更明顯，整體平均面孔率從25.3 %減小至7.2 %。即：化學試劑進入巖心對優勢滲流通道具有一定的堵塞作用，從而改變驅替介質改變流動路徑，擴大波及范圍，驅油效果得到顯著改善。

2.2 基于微觀刻蝕仿真玻璃模型驅油實驗

為了避免不同巖心物性的差異給驅油實驗造成的誤差，通過應用微觀刻蝕仿真技術，對天然巖心切片進行鑄體薄片和電鏡掃描分析，依據孔隙結構特征制作微觀仿真玻璃模型，使其具有和巖心切片相似的孔隙特征，如此仿制多塊孔隙、物性相同的模型，從而實現不同驅油介質在完全相同的巖心特征下的驅油實驗效果對比。

基于微觀刻蝕仿真玻璃模型建立了三套驅油實驗方案，方案一、方案二和方案三在水驅1 PV 后，分別進行1 PV 的聚合物驅、二元（聚合物+表面活性劑）驅和三元（聚合物+表面活性劑+堿）驅，然后再進行8 PV 的水驅，對驅油效果進行對比分析。

化學驅油較大程度的提高了攜帶出孔喉中殘余油的能力，對黏附在孔隙邊上的油膜、油滴具有清洗作用。從三套實驗方案驅油效果（見圖6）對比看，方案三對巖心剩余油的驅替效率最好，驅油效率為38.8 %，驅替范圍最大，方案二次之，驅油效率為30.3 %，方案一驅油效率僅21.4 %。因此，化學驅替介質的改變對驅油效率具有明顯的影響，從聚合物驅向二元（聚合物+表面活性劑）驅，再向三元（聚合物+表面活性劑+堿）驅，驅油效果是逐漸變優的。

3 結論與認識

（1）從驅替前后對比來看，聚合物試劑進入孔隙，對優勢滲流路徑具有一定的堵塞作用，從而擴大驅替介質的波及范圍，盤活儲層中受非均質性影響形成的殘余油區，從而更大程度提高油氣的采收率。

（2）應用多種技術及實驗方法，分別對聚合物、聚表二元體系及聚表堿三元體系的驅油效果進行對比分析，證實聚合物、二元體系、三元體系的驅油效果依次變優，驅油波及面積也逐漸增大。

圖6 微觀刻蝕仿真驅油實驗方案效果圖