可視化平板模型評(píng)價(jià)注入方式對(duì)驅(qū)油的影響

孫翔宇， 任 熵， 葛際江

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580）

0 引 言

注降黏劑驅(qū)油是三次采油的重要技術(shù)之一，在國(guó)內(nèi)油田的使用也最為普遍，且具有優(yōu)異的效果［1-4］。評(píng)價(jià)驅(qū)油劑效果最常用的方法是數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)［5-9］，后者只能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示驅(qū)油效果，無(wú)法知曉驅(qū)替中降黏劑對(duì)油藏的作用過(guò)程，無(wú)法針對(duì)驅(qū)替過(guò)程的一些不足對(duì)降黏體系加以改良。對(duì)不同注入方式的驅(qū)油效果也只體現(xiàn)在最后的采收率上，體現(xiàn)不出不同方式驅(qū)油對(duì)油藏內(nèi)部的影響，不夠直觀。數(shù)模評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程雖然可觀測(cè)，但都為圖形模擬數(shù)據(jù)，不夠真實(shí)，另外，得出的評(píng)價(jià)結(jié)果也難以驗(yàn)證。針對(duì)上述問(wèn)題，本文將物模與數(shù)模相結(jié)合，提出可視化平板模型評(píng)價(jià)方法。

任熵研制的可視化玻璃平板模型可模擬地層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，同時(shí)透明的玻璃板可供觀測(cè)驅(qū)油過(guò)程，并通過(guò)視頻記錄［14-17］。在此基礎(chǔ)上采用圖像灰度對(duì)比法和MATLAB 編程圖像學(xué)對(duì)驅(qū)油狀態(tài)進(jìn)行分析，計(jì)算驅(qū)油效率。對(duì)實(shí)驗(yàn)而言，此方法在過(guò)程中可以更為直觀地觀測(cè)原油降黏和油滴被捕集、攜帶出模擬地層的狀態(tài)，還可以對(duì)比出二元驅(qū)對(duì)水驅(qū)后油層的增產(chǎn)作用，以及觀測(cè)出二元體系對(duì)地層后續(xù)開(kāi)發(fā)造成的一些影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)圖像分析得出具體增產(chǎn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確真實(shí)，得出的驅(qū)油效率更具說(shuō)服力。在理解方面，可視化平板模型實(shí)驗(yàn)通過(guò)將過(guò)程與結(jié)果全程記錄的方式把油田產(chǎn)油及增產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，更容易讓油田現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員理解。驅(qū)替過(guò)程中顯示出的現(xiàn)象也可以對(duì)流體力學(xué)、油層物理等課程中的現(xiàn)象進(jìn)行闡釋，對(duì)學(xué)生理解地下驅(qū)油動(dòng)態(tài)有一定促進(jìn)作用，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和檢驗(yàn)。

玻璃平板模型相比于其他可視化模型的優(yōu)勢(shì)在于，模擬地層樣板的滲透率與地層均質(zhì)性都可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)控［18］。沙礫種類和目數(shù)范圍用于模擬油藏巖石類型和滲透率大小，地層均質(zhì)性可根據(jù)油田地層結(jié)構(gòu)在可視化地層樣板上進(jìn)行紅外刻蝕設(shè)計(jì)。另外，模擬地層樣板與玻璃之間是通過(guò)塑料硬薄膜粘合在一起的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將樣板薄膜用刀輕輕刮掉即可在玻璃板上進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。同時(shí)，將可視化模型與MATLAB分析程序相結(jié)合，對(duì)驅(qū)油劑評(píng)價(jià)技術(shù)起到推動(dòng)作用。

本文以陳莊油和永8 油為例，利用可視化玻璃平板模型方法，評(píng)價(jià)不同注入方式對(duì)驅(qū)油效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

可視化玻璃平板模型驅(qū)替實(shí)驗(yàn)是利用自制的玻璃填砂模型進(jìn)行（見(jiàn)圖1）。樣板根據(jù)油藏地層要求制作，被夾在兩塊0.5 cm 的玻璃板中間，周圍用橡膠圈密封、壓實(shí)。實(shí)驗(yàn)用到的主要儀器包括高科GK-8000A投影儀展臺(tái)、美國(guó)Teledyne Isco 微量注入泵100DX和精密壓力采集系統(tǒng)等，實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖2。

圖1 可視化物理模型層內(nèi)非均質(zhì)樣板

圖2 可視化物理模型實(shí)驗(yàn)流程圖

實(shí)驗(yàn)用原油為國(guó)內(nèi)某油田陳莊和永8 兩區(qū)塊的原油，黏度分別為460 和670 mPa·s；實(shí)驗(yàn)用聚合物為普通聚合物P5；陳莊地層水與1%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）聚合物配置的溶液黏度為226.2 mPa·s，永8 地層水與1%聚合物配置的溶液的黏度為232.5 mPa·s；兩種來(lái)自油田現(xiàn)場(chǎng)使用的降黏劑A2 和A3 體系，A2 降黏劑體系（0.3%A2 ＋0.3%聚合物溶液）黏度為95 mPa·s（26 ℃），A3 降黏劑體系（0.3%A3 ＋0.3%聚合物溶液）黏度為120 mPa·s（26 ℃）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了宏觀均質(zhì)模型和宏觀非均質(zhì)模型兩種可視化玻璃平板模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 可視化玻璃平板模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)方案

玻璃平板模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)MATLAB 圖像學(xué)和顏色對(duì)比處理軟件分析分別得出結(jié)果，根據(jù)采油效率等于波及系數(shù)與洗油效率的乘積而得出。用MATLAB根據(jù)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)平板的圖像，對(duì)其進(jìn)行邊緣檢測(cè)和輪廓提取，進(jìn)而計(jì)算圖形內(nèi)有色的范圍，即波及系數(shù)，見(jiàn)圖3。顏色對(duì)比處理軟件用于在圖3（b）中有色的輪廓范圍內(nèi)取灰度相同的點(diǎn)，并根據(jù)軟件內(nèi)灰度與油量百分比的換算公式算出波及系數(shù)內(nèi)的洗油效率。兩數(shù)的乘積便是油相的采收率。

圖3 可視化圖片輪廓提取

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 宏觀均質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)

利用均質(zhì)可視化填砂模型觀察并測(cè)定了降黏劑提高采收率的效果和不同時(shí)刻剩余油分布情況，見(jiàn)圖4。

實(shí)驗(yàn)在穩(wěn)定水驅(qū)時(shí)可以看到，均質(zhì)的地層經(jīng)過(guò)水驅(qū)穩(wěn)定后，黏度較大的永8 油的水流通道為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)角線型。驅(qū)替初始會(huì)產(chǎn)生支流，但隨著水驅(qū)時(shí)間增加，支流的油不再流動(dòng)，這是由于主流注進(jìn)，分流壓力減小造成的，見(jiàn)圖4（c）、（d）。然而低黏度的陳莊油則是大量順著支流流出井口，對(duì)角線流道變狹窄，還留有大量的殘余原油未被驅(qū)出，見(jiàn)圖4（a）、（b）。實(shí)驗(yàn)在注入原油降黏劑體系0.3PV 的過(guò)程，可以明顯觀測(cè)到，高黏A3 降黏劑體系效果要優(yōu)于A2 體系，且對(duì)永8 油的作用效果要好于陳莊油，見(jiàn)圖4。將圖4 每組實(shí)驗(yàn)的最后兩張圖進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，注劑后繼續(xù)水驅(qū)會(huì)驅(qū)動(dòng)降黏劑向前流動(dòng)，將沿路原油降黏后排出井口，因此平板在出口端變化明顯。但入口端與注降黏劑后的效果差別不大，對(duì)此處殘余油開(kāi)采的提升作用較小，若想進(jìn)一步開(kāi)采殘余油需要采取其他措施。

采用雙段塞注入過(guò)程重復(fù)A3 降黏劑體系，這種注入方式的特點(diǎn)是二次段塞對(duì)波及系數(shù)的再提升，見(jiàn)圖5 后3 幅圖。降黏劑和水從外邊沿一步一步拓寬波及范圍，并能達(dá)到較高的洗油效率。

圖4 可視化平板宏觀均質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分析兩種注入方式的驅(qū)替結(jié)果，見(jiàn)表2。兩種油的A3 體系效果都要好于A2。對(duì)于宏觀均質(zhì)地層，雙段塞對(duì)采油的提升作用不明顯。由實(shí)驗(yàn)過(guò)程和圖6 還可以發(fā)現(xiàn)，注劑后繼續(xù)水驅(qū)對(duì)提升采油率的作用也很有限，主要是起排出殘余降黏劑的作用。

圖5 可視化平板模型宏觀均質(zhì)實(shí)驗(yàn)

表2 不同注入方式降黏劑各階段采收率

3.2 宏觀非均質(zhì)模型實(shí)驗(yàn)

非均質(zhì)實(shí)驗(yàn)以永8 油測(cè)試A2 和A3 體系的效果，首先用對(duì)角線無(wú)致密區(qū)塊的模型比較單段塞驅(qū)油效果，見(jiàn)圖7。圖7 中，A2 體系無(wú)法深入致密區(qū)塊驅(qū)油，沿致密區(qū)塊的邊緣流出生產(chǎn)井。A3 體系則可以使致密區(qū)塊邊緣降粘，逐漸剝離和攜帶致密巖層邊緣的原油，并慢慢滲入其中，驅(qū)替出致密團(tuán)塊內(nèi)的剩余油。

圖6 不同注入方式采收率階段對(duì)比

圖7 永8油可視化平板模型宏觀非均質(zhì)模型驅(qū)油效果

將致密團(tuán)塊油設(shè)計(jì)在對(duì)角線上（兩種模型平均滲透率相同），測(cè)試A3 體系不同注入方式的驅(qū)油效果，見(jiàn)圖8。水驅(qū)時(shí)，地層水都是將致密區(qū)塊避開(kāi)，高滲區(qū)域的油被采出，低滲區(qū)域油則被保留。A3 降黏劑體系被注入后能降低低滲區(qū)塊油的黏度，在剪切作用下將其剝離并攜帶流動(dòng)，并由后續(xù)降黏劑逐漸增大洗油效率。由圖8（b）的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可見(jiàn)，兩次注A3 段塞之間的注水也充當(dāng)了降黏劑的作用，剝離作用明顯。最后水驅(qū)卻沒(méi)有對(duì)致密區(qū)塊起到明顯的作用。說(shuō)明段塞間的水不僅有隔離作用，還具有調(diào)節(jié)A3濃度的功能，能使降黏劑的作用充分發(fā)揮。

圖8 永8油不同注入方式的驅(qū)替效果

分析不同模型及不同注入方式的驅(qū)替結(jié)果，見(jiàn)表3。對(duì)于不同模型，A3 體系效果基本相同，采收率增加約為26.5%，說(shuō)明降黏劑只針對(duì)致密區(qū)塊起作用，致密區(qū)塊的位置對(duì)采收率影響不大。相比于圖6 的均質(zhì)地層雙段塞，非均質(zhì)地層雙段塞驅(qū)油效果有了極大提升，見(jiàn)圖9。這是由于段塞中間水延長(zhǎng)了驅(qū)油時(shí)間，使致密區(qū)塊油完全被降粘。

表3 A3 降黏劑不同注入方式各階段采收率

圖9 永8油A3體系不同注入方式下采收率階段對(duì)比

4 結(jié) 論

通過(guò)可視化玻璃平板模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)A2，A3 降黏劑采油率及不同注入方式對(duì)采油率的提升進(jìn)行過(guò)程觀測(cè)和結(jié)果分析，得出以下結(jié)論。

（1）陳莊油和永8 油，降黏劑體系A(chǔ)3 的效果要優(yōu)于A2，選用A3 體系進(jìn)行降黏。

（2）注入方式對(duì)均質(zhì)模型采油率的提升影響較小，陳莊油采收率增加約10.5%，永8 油采收率增加約12.9%。

（3）對(duì)于滲透率相同的不同非均質(zhì)模型，致密區(qū)位置對(duì)采收率影響不大。注入方式對(duì)采收率有較大的提升作用，采收率由25%提升至34.4%。

（4）均質(zhì)模型中，黏度高的油沿對(duì)角線以單一流道被驅(qū)替出生產(chǎn)井；黏度低的油則以多條通路的形式流出。

（5）降黏劑的降黏作用過(guò)程是通過(guò)將致密油從外層向內(nèi)層逐漸降黏—?jiǎng)冸x—攜帶，循環(huán)往復(fù)的來(lái)提高洗油效率，因此延長(zhǎng)降黏時(shí)長(zhǎng)是提升采收率的關(guān)鍵。

（6）雙段塞間隔注入的地層水不僅具有隔離作用，還具有調(diào)節(jié)體系濃度功能，能延長(zhǎng)降黏劑作用時(shí)間，使致密油充分降黏。