基于聚合物驅的多級非均相調驅研究

張小靜，盧軍，張卓，梁麗梅，郭琳琳

（1.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽473132；2.中國石化河南油田分公司油氣開發管理部，河南南陽473132；3.中國石化河南油田分公司采油二廠，河南南陽473400）

非均相化學驅技術可以顯著提高水驅區塊的采收率，目前已在勝利油田孤島中一區Ng3及勝一區沙二1-3 等區塊開展應用，取得了顯著的增油降水效果，其中孤島中一區Ng3提高采收率8.5個百分點，實現采收率突破60%[1-5]。但其注入驅劑中黏彈顆粒驅油劑（PPG）質量濃度高，連續注入周期長，成本增大，經濟效益下降。為此，開展以聚合物驅為主輔助多級非均相調驅技術研究，以降低成本，提高經濟效益。本文采用物模、數模技術相結合，在確保聚合物驅擴大波及體積的基礎上發揮非均相調驅功能，實現加合增效，最終確定非均相調驅段塞級數、尺寸大小。

1 多級非均相段塞聚合物驅物模研究

1.1 實驗材料與方法

1.1.1 材料與設備

高溫高壓微觀驅替實驗系統[6-7]由變焦體視顯微鏡、圖像采集分析系統、微觀模型、高壓倉、高精度驅替泵、壓力傳感器系統、驅替控制系統、加熱保溫系統等組成（圖1），采用蔡司變焦體視顯微鏡物鏡0.3×，1.0×，1.5×；熒光激發模塊；原裝日本攝像頭，幀率25幀/s；ISCO泵流速范圍0.000 01 ～22 mL/min；尼康D800數碼單反相機；西圖微觀模擬驅替動態圖像分析系統軟件CIAS-SCU-Q。

1.1.2 室內實驗條件及步驟

1）聚合物：選用篩選聚合物（P）為HNI-1，黏彈顆粒驅油劑（PPG）為HNPPG-1。

2）實驗用水：王集油田現場凈化陳化注入污水，經0.45 μm微孔濾膜過濾后使用。

3）模擬原油：王集油田采油井井口原油，脫水后，加入煤油配制模擬原油，模擬油黏度為11 mPa·s。

4）驅油體系配方：聚合物濃度1 500 mg/L，非均相體系配方濃度為聚合物1 200 mg/L+PPG800 mg/L。

5）巖心：人造長條方巖心（2.5 cm×2.5 cm×30 cm），滲透率分別為200×10-3μm2左右和600×10-3μm2左右，滲透率級差分別為2.8和3.1的2組雙管并聯巖心。

6）驅替流速：驅替流速為50 mL/h，線性速度為1 m/d。

7）實驗溫度：模擬王集油田油藏溫度67 ℃。

8）實驗步驟：

巖心飽和模擬油老化后水驅至含水99%，水驅后分別注入3種化學驅油體系組合配方，轉注后續水驅至含水99%，評價聚合物驅、非均相驅及多級段塞非均相復合驅油體系在雙管并聯巖心中的驅油效率和分流率[8-11]。

配方1：0.6PV（P）；配方2：0.1PV（PPG/P）+0.4PV（P）+0.1PV（PPG/P）；配方3：0.1PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）。

1.2 實驗結果

1.2.1 驅油效率

配方1實驗：雙管巖心水驅至綜合含水99%，水驅采收率為49.1%，注入0.6PV聚合物溶液，轉后續水驅至含水99%，最終采收率達到67%，提高采收率17.9個百分點。其中，高滲巖心提高采收率9.47個百分點，低滲巖心提高采收率30.28個百分點（表1）。

配方2實驗：雙管巖心水驅至綜合含水99%，水驅采收率為36.96 %，注入0.6PV非均相體系，段塞結構為0.1PV（PPG/P）+0.4PV（P）+0.1PV（PPG/P），轉后續水驅至含水99%，最終采收率達到59.77%，提高采收率22.81個百分點。其中，高滲巖心提高采收率21.71 個百分點，低滲巖心提高采收率24.10 個百分點。

圖1 高溫高壓微觀驅油實驗系統Fig.1 Micro oil displacement experimental system with high temperature and high pressure

配方3實驗：雙管巖心水驅至綜合含水99%，水驅采收率為32.04%，注入0.6PV非均相復合驅油體系，段塞結構為0.1PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P）+0.2PV（P）+0.05PV（PPG/P），轉后續水驅至含水99 %，最終采收率高達61.96 %，提高采收率29.92 個百分點。其中，高滲巖心提高采收率23.57個百分點，低滲巖心提高采收率42.56個百分點。

表1 非均相復合驅驅油效率及分流率Table 1 Oil displacement efficiency and diversion rate of heterogeneous composite flooding

1.2.2 分流率實驗

注入非均相復合驅油體系后，配方2實驗中低滲巖心分流率從3%增加到30%，高滲巖心分流率從97%下降到70%，配方3實驗低滲巖心分流率從2%增加到35%～40%，高滲巖心分流率從98%降低到60 % ～65 %，高、低滲巖心出口產液量均發生了改變，高滲產液量降低、低滲產液量得到一定程度的提高[12-14]，說明非均相復合驅油體系具有一定的改善剖面能力，從段塞結構看，非均相復合驅油體系段塞交替次數越多剖面改善效果越好[13-15]。但轉后續水驅后，分流率又發生反轉，反映出非均相體系中PPG因變形和水解而使其封堵能力和耐沖刷性減弱，為此現場應用要注重后續水驅調整。

實驗結果表明：

1）非均相驅油體系有較好的提高采收率能力，提高采收率幅度大于聚合物驅；

2）隨著段塞交替次數增多，化學驅分流率增加、提高采收率增加；主要是水驅主要動用的是高滲巖心，注入非均相復合驅油體系后，提高采收率主要貢獻在低滲巖心，非均相復合驅油體系具有一定的調剖能力。

2 多級非均相段塞聚合物驅數模研究

采用SLCHEM數值模擬軟件對多級非均相段塞聚合物驅參數進行優化。SLCHEM 是勝利油田自主研發的包含非均相驅的化學驅數值模擬軟件，具有常規水驅開發數值模擬，聚合物驅、表面活性劑驅、泡沫復合驅、二元復合驅及三元復合驅等化學驅數值模擬功能，前后處理系統完整[15-18]。

數模應用目標區王集油田王17井區實際油藏模型，采用單因素分析法，類比同類油藏注聚參數和室內實驗評價研究結果，設計前置段塞和后置段塞為非均相驅段塞，經過數值模擬優化，主要參數為注入濃度1 500 mg/L，注入速度0.11PV/a，注采比1.0，在此基礎上優化了總段塞量、前置段塞，重點進行了主段塞多級非均相段塞聚合物驅優化。

2.1 段塞尺寸優化

在室內實驗及數模確定注入濃度1 500 mg/L 的基礎上，設計總注入段塞分別為0.3，0.4，0.5，0.6，0.7PV的5套方案進行數模預測（表2）。

優化結果看出，隨著注入段塞尺寸增大，提高采收率的值呈上升趨勢，當注入段塞從0.3PV增加至0.4PV時噸聚增油從45.2 t/t上升至46.3 t/t，之后隨著注入段塞尺寸增大，噸聚增油呈下降趨勢；隨著注入段塞尺寸增大，綜合指標在0.5PV時出現拐點，值最大，確定總注入段塞尺寸為0.5PV。

表2 注入段塞優化方案Table 2 Injection slug optimization scheme

2.2 前置段塞優化

在注入濃度1 500 mg/L、總注入段塞0.5PV、注入速度0.11PV/a 參數優化的基礎上，設計非均相調驅體系的前置段塞尺寸分別為0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08PV的6套方案進行數模優化（表3），隨著非均相調驅體系前置段塞的增大，提高采收率值也相應增大，在注入段塞大于0.05PV之后，提高采收率增幅減緩，確定PPG非均相調驅體系前置段塞為0.05PV。

表3 前置段塞優化方案Table 3 Pre-slug optimization scheme

2.3 主體段塞結構優化

在確定總段塞、前置段塞、后置段塞、注入速度及注采比1.0的基礎上，重點是對主體段塞中的非均相調驅段塞的級數和段塞尺寸進行優化，研究設計三種段塞組合12種方式進行數模優化（表4）。

第一種方式：主體段塞為全過程聚合物驅和非均相驅；

第二種方式：設計以聚合物驅為主，在聚驅過程中加入一級不同尺寸段塞量的非均相驅；

第三種方式：設計以聚合物驅為主，在聚驅過程中加入二級不同尺寸段塞量的非均相驅。

數模優化結果顯示（表5），一次組合驅加入非均相調驅段塞優于聚合物驅，二次組合驅提高采收率高于一次組合驅段塞和聚合驅，全過程非均相驅采收率增幅最高。

全過程非均相驅噸聚增油最低、綜合指標偏低，聚合物驅采收率增幅、綜合指標最低；隨著段塞組合驅中非均相驅段塞量的增加采收率增幅增加，噸聚增油先增加后減小，綜合指標對非均相驅段塞量的變化不敏感。

總體上當二級非均相段塞量增加到0.04PV時，采收率幅度減緩，噸聚增油、綜合指標最高。

根據以上數值模擬研究結果，借鑒室內實驗、已實施聚合物驅及非均相驅礦場試驗研究，優選確定最終段塞結構為二級非均相段塞，段塞尺寸0.4PV，段塞結構：0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

2.4 總體段塞優化結果

多級非均相段塞聚合物驅配方及段塞用量：

1）總段塞：0.5PV。

2）前置段塞：0.05PV非均相。

3）主體段塞：0.4PV二次組合段塞，段塞結構為0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）＋0.12PV（P）+0.02PV（PPG/P）+0.12PV（P）。

表4 非均相多段塞組合Table 4 Heterogeneous slug combination

表5 非均相多段塞組合提高采收率預測Table 5 Prediction of enhanced oil recovery by heterogeneous multi-slug combination

4）后置段塞：0.05PV非均相。

5）注入速度：0.11PV/a。

6）注采比：1.0。

7）配方體系：聚合物配方1 500 mg/L，非均相調驅體系配方1 200 mg/L聚合物+800 mg/LPPG。

8）指標預測：控制地質儲量76.9×104t，提高采收率8.25個百分點，增加可采儲量6.34×104t。

3 現場應用

該研究成果已在王集油田王17 塊應用，設計注聚井12口，對應采油井26口，于2019年12月開始注入前緣非均相體系段塞，截至2020年7月底地層壓力緩慢上升，由8.75 MPa 增加到12.57 MPa，上升了3.82 MPa，注采比1.02；已有4口井見效，產量由35.5 t/d增加到51.4 t/d，采油速度由1.07%提高到2.23%，礦場效果達到預期，相對于連續注入，節約了黏彈顆粒驅油劑用量，提高了經濟效益[18-20]，目前該成果已推廣至下二門油田B238塊聚合物驅提高采收率項目。

4 結論

1）物模證實非均相驅油體系有較好的提高采收率能力，提高采收率幅度大于聚合物驅，提高采收率主要貢獻在低滲巖心，從結構上看，分級數越多，提高采收率赿高。

2）數模表明多級非均相段塞聚合物驅好于單純的聚合物驅，隨著段塞組合驅中非均相驅段塞量的增加采收率增幅增加，噸聚增油指標隨著非均相驅段塞量的增加先增大后減小，綜合指標對非均相驅段塞量的變化不敏感。

3）現場非均相前緣段塞注入0.04PV，地層壓力緩慢上升，采油速度由1.07%提高到2.23%，已有4口采油井見效，階段累增油1 300 t，礦場效果達到預期，實現了加合增效。