化学驱微观机理及体系优选实验研究*

通过微观仿真刻蚀模型,结合河南油田某区块的孔隙结构,在水驱基础上进行表活剂驱、聚合物驱、聚合物/表活剂二元驱。分析研究了每种驱替体系对水驱产生的盲端、膜状、吸附、簇(柱)状、孤岛状的启动机理,同时量化三种化学体系对各类剩余油在模型中的驱替效率。实验结果表明,盲端剩余油适合高黏聚合物体系,针对不同形状盲端不同界面张力的体系作用效果不同;孤岛状剩余油适合高黏体系,界面张力对其影响不大;吸附状剩余油适合聚合物体系的黏度为(10~20)m Pa·s,且降低体系界面张力有利于启动此类型残余油,但在模型中多会形成此类残余油;膜状剩余油在低黏度聚合物体系下即可以很好启动,适宜体系界面张力数量级在10-1~10-2之间;化学驱启动剩余油,后续油启动运移过程中易形成小径簇状油,其含量在剩余油中占的饱和度较大。     

化学驱中黏弹性驱替液的微观力对残余油的作用

在相同黏度情况下,黏弹性聚合物溶液和无弹性甘油溶液的驱油效率不同,用宏观力不能解释驱油效率产生差别的原因,冈此应分析弹性驱替液和无弹性驱替液作用在残余油上的微观力的变化以及对驱油效率的影响.通过理论分析和可视化驱油试验,计算了弹性驱替液和无弹性驱替液在简化孔模型中的流线和速度,分析了由速度和流线变化引起的微观力的变化及其对残余油的作用,用可视化岩心模制给出了不同黏弹性流体的驱油效果.结果表明,微观力不改变宏观压力梯度,且微观力主要作用在不同类型残余油的突出部分,引起了突出部分的形状变化和运移.     

聚合物黏弹性提高驱油效率研究

通过室内物理模拟实验,在弱亲油人造物理模型上研究第一法向应力差N1(弹性)、第一法向应力差斜率SN1(弹性)和威森博格数We(弹性)对驱油效率和残余油饱和度的影响。在弱亲油的人造物理模型上研究相同黏度条件下甘油与聚丙烯酰胺(HPAM)的驱油效率,在此基础上,在大庆油田开展两个高浓度聚合物矿场试验。结果表明:随着第一法向应力差、第一法向应力差斜率和威森博格数的增加,驱油效率增加,残余油饱和度降低;具有弹性的聚合物溶液,驱油效率明显高于相同黏度下的甘油;高浓度聚合物所具有的高黏弹性使采收率有较大幅度提高。     

聚合物/表面活性剂二元驱扩大波及体积性能

利用微观刻蚀、层间非均质平板、层内非均质平板模型驱油实验研究聚合物/表面活性剂二元驱扩大波及体积性能。结果表明,残余油多以膜状、岛状、喉道、盲端、柱状、簇状等6种形式存在。微观上,二元驱转向水驱无法波及的含油孔隙区域内驱替残余油;宏观上,其对高渗透区域产生封堵,迫使其进入渗流阻力较小的低渗透区域内驱替残余油,扩大波及体积效果显著,提高采收率13.4%~14.3%。二元驱通过聚合物增加驱替液黏度,使其吸附及滞留在孔隙中,降低驱替相渗透率,驱替相流度减小;二元驱对油黏度影响很小,油聚集在驱替液前缘,增加油相渗透率,油相流度变大。由此,两相流度比减小,克服注水指进,增加吸水厚度,提高波及系数,进而提高采收率。     

等粘度聚合物溶液对驱油效果影响研究

通过室内物理模拟实验,设计等黏度驱替实验中两种不同相对分子质量(1.9×107和2.5×107)聚合物溶液的黏度为78.9mPa·s(45℃下),对比了两者的黏弹性及其在等速注入和恒压注入下的驱油效果。实验结果表明,在等速注入和恒压注入,通过降低聚合物相对分子质量提高聚合物溶液浓度保持聚合物溶液黏度不变,低分子量高浓度方案化学驱采收率比高分子量低浓度方案提高近一个百分点;以等速方案最高压力恒定注入方案的化学驱采收率最高;在注入PV数相等时,相同黏度的两种不同聚合物交替注入驱方案驱油效果要优于这两种聚合物整体段塞驱方案。     

黏弹性驱替液所产生的微观力对驱油效率的影响

多孔介质中的驱油效率一般是由宏观驱替压力梯度与油水间界面张力的比值来确定的.但是,当宏观驱替压力梯度恒定时,无法用宏观力去解释黏弹性对驱油效率的影响.为此,分析了弹性和非弹性驱替液作用在残余油上的微观力,以及作用在流动的弹性和非弹性流体中各"点"上应力的异同,用数学方法计算了流体支点受到不同大小应力对微观流线的影响,研究了微观流线的改变对作用在微观残余油上的作用力的影响;通过实验证明了在宏观压力梯度不变的条件下,增大的微观力主要作用在孔隙中各种残余油团的突出部位,使突出部位变形并移动.可视岩心模型实验结果证实了上述计算和分析的结论,给出了不同黏弹性流体对岩心驱油效率的影响,以及考虑黏弹性对驱油效率的影响因素后的数模计算结果,并且与现场大规模聚合物驱的效果以及现场密闭取心结果进行了对比.上述数学模拟计算、分析、实验室和现场试验结果都表明,当驱替液的弹性增加时,作用在残余油的微观力也会改变.结果是,在驱替压力梯度恒定的条件下,黏弹性驱替液比非弹性驱替液的驱油效率高.这种用微观流线和微观作用力的分析方法以及所得到的结论应有助于进一步了解多孔介质中驱油效率的机理,有助于优化驱油方案设计,有助于筛选和研制更好的化学驱油剂和分析注入非牛顿流体和凝胶时出现的现象.     

高矿化度下特殊黏弹性流体的性能评价及驱油机制研究

采用黏度计、流变仪、动态光散射仪和扫描电镜,对交联聚合物凝胶和聚合物溶液的黏度、分子聚集体、分子线团尺寸(Dh)和黏弹性及其影响因素进行研究。采用岩心流动实验和调驱实验装置,评价交联聚合物凝胶的流动性和调剖能力。结果表明:调整溶剂水矿化度、聚合物和交联剂质量浓度可以使聚合物溶液中生成以分子内交联为主的凝胶或以分子间交联为主的凝胶,分子内交联会使交联聚合物凝胶黏弹性大幅度增加,分子间交联对黏弹性影响较小,交联反应先发生分子内交联,然后演变为分子间交联;黏弹性不仅能够提高洗油效率,而且能够提高微观波及系数;与相同质量浓度聚合物溶液相比,分子内交联聚合物凝胶的黏度接近,Dh略大,黏弹性、阻力系数和残余阻力系数明显增大,具有较高的驱油效率。     

双河油田聚合物驱后微观剩余油分布特征

为进一步认识聚合物驱后油藏微观剩余油分布特征,以河南双河油田天然岩心铸体薄片真实孔喉为基础制作微观仿真模型,采用微观模型驱油实验以及图片分析方法研究了不同渗透率模型水驱后、聚合物驱后微观剩余油分布特征。结果表明,水驱后剩余油以簇状、柱状分布为主,少部分以膜状、孤岛状和盲端/角隅状分布;聚合物驱对各个形态剩余油均有不同程度的驱替效果,对簇状、盲端/角隅状剩余油驱替效果尤为明显;聚合物驱后微观剩余油形态仍以簇状、柱状剩余油为主,膜状、孤岛状剩余油比例上升明显。     

超低界面张力的二元驱油体系对水驱残余油启动和运移机理

针对三元复合驱含碱驱油体系引起地层黏土分散和运移、形成碱垢、导致地层渗透率下降,碱还会大幅度降低聚合物溶液的黏弹性,从而降低波及效率等问题,利用新研制的不加碱可形成超低界面张力两性表面活性剂,通过微观模型驱油实验,分析了聚丙烯酰胺/两性表面活性剂二元复合体系对残余油启动、运移的过程,研究了该二元复合体系对水驱后残余油的作用机理.研究表明:具有超低界面张力的聚表二元复合体系利用了聚合物溶液的黏弹特性和表面活性剂体系的超低界面张力特性,使采收率大幅度提高.残余油的启动主要以拉成油滴和油丝两种形式,在运移过程中,较大的油滴又形成更容易被驱替液携带的小油滴,从而使驱油效率提高.     

三元体系的界面特性对驱油效率的影响机制

大量实验表明,不同碱浓度、相同界面张力的三元驱油体系的驱油效果不同。除了体系黏弹性差异之外,影响驱油效果的因素还可能与界面黏弹性有关。针对这一现象,分别使用相同界面张力、不同界面黏弹性的三元复合体系和相同界面黏弹性、不同界面张力的三元复合体系进行微观驱油实验,通过实验分析油水界面黏弹性、界面张力对驱油效率的影响机制。结果表明:三元体系的界面张力、界面黏弹性均对驱油效率有影响,降低界面张力和界面黏弹性均有利于残余油乳化及驱油效率的提高;三元体系的界面张力低、界面黏弹性低,驱油效率高;随着界面张力和界面黏弹性的降低,三元复合体系对残余油的乳化作用由乳化油滴向乳化油丝转变。上述规律与贝雷岩心实验结果一致。     

粘弹性聚合物驱油的数学模型

为了研究粘弹性聚合物驱油规律,建立了粘弹性聚合物驱油数学模型。从弹性效应和粘性效应两个方面描述聚合物驱油机理。聚合物弹性能够降低残余油饱和度,聚合物粘性改善油水流度比,扩大波及体积。该模型能够模拟聚合物驱油具有的提高微观驱油效率和流度控制驱油机理以及所发生的对流、弥散、扩散、吸附等一系列物化现象。利用该模型拟合了实验室聚合物岩心驱油过程。数值模拟结果与实际岩心驱油过程基本一致,表明该模型可以进行聚合物驱油的机理研究、实际应用可行性研究、矿场方案优选和开发效果预测。     

聚驱后聚表二元复合体系提高残余油采收率研究

利用不加碱可形成超低界面张力的聚丙烯酰胺/甜菜碱表面活性剂二元复合体系,通过流变性实验,分析了活性剂质量浓度对聚表二元复合体系黏弹性的影响;通过在仿真岩心模型上的驱油实验,分析了不同黏弹性的聚表二元复合体系对聚驱后采收率的影响.研究表明:实验用的两性表面活性剂体系对无碱二元体系的黏弹性影响很小,二元驱油体系的黏弹性越大,聚驱后二元驱的采收率增加幅度也越大.在注入压力允许的条件下,界面张力不一定要达到超低,适当增加聚合物溶液的黏弹性,也可以达到超低界面张力时的驱油效果.     

低分功能型聚合物相渗曲线特征研究及现场应用

采用低分功能型、增黏性能更好地低分功能型聚合物是聚合物驱提高原油采收率的重要攻关方向之一。通过大量的岩心实验,测定了低分功能型聚合物驱在各种不同条件下的相渗曲线,并与普通聚合物驱进行了对比。结果表明,低分功能型聚合物驱与普通聚合物驱的相渗曲线具有相似的变化规律,随聚合物溶液浓度、岩心渗透率的增加,残余油饱和度明显减少;但等渗点下含水饱和度有所增大(向右移动),油水两相跨度增大。由于低分功能型聚合物在分子链上引入了功能性单体,在低渗透岩心上的驱油效果要好于普通聚合物,并不是聚合物的分子量越大驱油效果越好,还与聚合物的分子构型相关。     

低碱ASP三元复合驱技术的适用界限分析

针对大庆油田三元复合驱的油层条件 ,利用渗透率变异系数为 0 .72的三层非均质模型进行了驱油物理模拟实验 ,系统地研究了碱及聚合物浓度对ASP驱采收率的影响 ,并利用加隔层模型和合注分采方式 ,研究了碱浓度对启动中、低渗透层的影响。结果表明 ,低碱ASP驱在提高体系粘度的同时也造成界面张力升高 ,因而有其适用界限。在给定的非均质油层条件下 ,ASP驱存在一个临界粘度 ,只有达到临界粘度后 ,采收率才随界面张力的降低而升高 ,即界面张力发挥作用的前提是充分扩大波及体积。若为追求高粘度而过于降低碱量或取消碱 ,也会因洗油效率下降而影响采收率。低碱ASP驱可以保证体系足够的粘度 ,更有效地启动中、低渗透层 ,即使界面张力仅达到1 0 - 2 mN/m ,也可获得满意的驱油效果     

聚合物驱后提高采收率技术研究

根据聚合物驱和聚合物驱后存在的问题，提出了聚合物驱后地层残留聚合物的再利用、深部调剖、高效洗油3项提高采收率技术。地层残留聚合物的再利用技术由絮凝技术和固定技术组成，利用地层残留聚合物封堵高渗透层，提高水驱的波及系数；深部调剖技术对残留聚合物再利用后的地层进行补充调剖，进一步提高水驱的波及系数；高效洗油技术既弥补了聚合物驱机理的不足，也弥补了聚合物不可人孔隙体积所损失的那部分波及系数。地层残留聚合物再利用的矿场试验效果证实了该技术对注聚油田的适应性和可行性。     

高含水期油藏三次采油物理模拟评价

针对高含水期油藏三次采油评价困难的问题,在室内岩心驱替实验物理模拟高含水期油藏后期聚驱和复合驱驱油过程基础上,对聚合物驱不同段塞大小、不同段塞浓度的聚驱效果进行了模拟评价,得出：随聚合物注入PV数的增加,聚合物驱油效率增大,但增大幅度逐渐变小;随注入聚合物浓度的增加,聚合物驱油效率逐渐增大,其增大幅度逐渐变小。在此基础上,对辽河油田SH高含水油藏进行了聚合物驱和复合驱可行性评价,对比和分析了聚合物驱、聚合物-表活剂驱、聚合物-碱驱以及聚合物-表活剂-碱驱驱油效果,认为聚合物驱为该油藏最优的开发调整方式。     

聚驱后残留聚合物分布及对二元驱的增效作用

针对如何将聚驱后残留在油藏中的有限聚合物发挥出最大限度效益的问题,开展了聚驱后残留聚合物分布及 对二元复合驱增效作用的研究。研究中调研并系统总结了目前国内外聚合物驱后的提高采收率方法,进行了符合海 上油田S 区块油藏地质特征的大型三维平面物理模型实验研究,通过对水驱、聚驱、聚驱+ 表面活性剂的二元复合驱 及后续水驱等不同阶段的聚合物溶液的黏度场、浓度场和压力场等值线图的取样监测,认识了残留聚合物的分布规律 及对聚驱后二元复合驱的影响。结果表明：注聚结束时,主流线浓度最高,两翼部分最小;后续水驱结束,主流线浓度 最小,聚合物大部分被驱出。岩芯中残留的聚合物越多,对二元复合驱的辅助作用越强,注聚结束后越早实施接替技 术越好。研究成果对聚驱后如何利用接替技术继续提高产量具有重要的指导意义。