西南石油大学学报(自然版)  2015, Vol. 37 Issue (4): 135-140
引用本文
谢晓庆, 冯国智, 刘立伟, 等 .聚驱后残留聚合物分布及对二元驱的增效作用[J]. 西南石油大学学报(自然版), 2015, 37(4): 135-140.
Xie Xiaoqing, Feng Guozhi, Liu Liwei, et al . The Distribution of Residual Polymer and the Synergistic Action of Binary Combination Flooding After Polymer Flooding[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2015, 37(4): 135-140.
聚驱后残留聚合物分布及对二元驱的增效作用    [PDF全文]
谢晓庆1,2 , 冯国智1,2, 刘立伟1,2, 石爻1,2, 曾杨1,2    
1. 海洋石油高效开发国家重点实验室, 北京 朝阳 100028;
2. 中海油研究总院, 北京 朝阳 100028
收稿日期: 2013-04-02 ; 网络出版时间: 2015-07-07
基金项目: 中国海洋石油总公司科技项目(2009KJB-04);国家重点基础研究发展计划(2012CB724205);国家科技重大专项(2011ZX05024-004)。
作者简介: 冯国智, 1972年生, 女, 汉族, 黑龙江巴彦人, 高级工程师, 硕士, 主要从事油气田开发工程和提高采收率技术研究工作。E-mail:fenggzh@cnooc.com.cn;
刘立伟, 1978年生, 男, 汉族, 黑龙江安达人, 高级工程师, 博士, 主要从事采油工艺方面的研究。E-mail:liulw@aliyun.com;
石爻, 1989年生, 女, 汉族, 湖北荆州人, 工程师, 硕士, 主要从事油田开发方面的研究。E-mail:shiyao4@cnooc.com.cn;
曾杨, 1987年生, 女, 汉族, 四川广安人, 工程师, 硕士, 主要从事油田开发方面的研究。E-mail:zengyang@cnooc.com.cn。
通信作者: 谢晓庆, 1982年生, 男, 汉族, 河南南阳人, 高级工程师, 博士, 主要从事油气田开发工程和提高采收率技术方面的研究。E-mail:xiexiaoqing1205@163.com
摘要: 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。
关键词: 聚合物驱     提高采收率     残留聚合物     二元复合驱     聚合物再利用    
The Distribution of Residual Polymer and the Synergistic Action of Binary Combination Flooding After Polymer Flooding
Xie Xiaoqing1,2 , Feng Guozhi1,2, Liu Liwei1,2, Shi Yao1,2, Zeng Yang1,2    
1. State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation, Chaoyang, Beijing 100028, China;
2. CNOOC Research Institute, Chaoyang, Beijing 100028, China
Abstract: To maximize the benefit of residual limited polymer in the reservoir, we carried out a study on the distribution of residual polymer and the synergistic action of binary combination flooding after polymer flooding. On the basis of the survey and summary of the improved oil recovery methods after polymer flooding at home and abroad, the 3D plane large physical model experiments were carried out which accorded with the geological characteristics in offshore oil field S block. By sampling and monitoring the contour diagram of polymer solution viscosity field, concentration field and stress field during the different stages of water flooding, polymer flooding, binary combination flooding and subsequent water flooding, the distribution law of residual polymer and the influence of binary combination flooding after polymer flooding were obtained. The results show that, at the end of the polymer flooding, the concentration of mainstream line was the highest, and the concentration of two wings was the smallest. At the end of subsequent water flooding, the concentration of mainstream line was the smallest, and most of the polymer was driven out. The more residual polymer in core, the stronger the auxiliary function of binary combination flooding. After the polymer injection, the earlier implement of replacement technology, the better development effect. The study has important guiding significance for research on how to use the replacement technology after polymer flooding.
Key words: polymer flooding     enhanced oil recovery     residual polymer     binary combination flooding     polymer recycling technology    
引言

前期调研结果表明，在聚合物驱结束后，因为吸附滞留等因素会造成部分聚合物仍残留在油藏中[1-4]，残留的聚合物虽在一定程度上仍可以起到改善流度比，扩大波及体积的作用，但由于大量后续水的冲刷，如果不采取办法将残余聚合物利用，这些聚合物将被后续水带出地层，难以发挥其作用[5-8]。聚合物驱后恢复水驱，滞留在地层中的聚合物封堵大孔道的能力大幅度降低，使得地层的非均质性不断加剧，产出液中聚合物的质量浓度不断升高[9-12]；同时，在聚合物注入过程中，由于吸附和捕集作用，部分聚合物滞留在地层多孔介质中，因此，提出了残留聚合物再利用技术[13-16]。

聚合物驱后油藏中的残留聚合物对于聚驱后进一步提高采收率是一个重要影响因素[17-20]。中海油已经在多个油田采用了聚合物驱的提高采收率技术开发，如何将残留在油藏中的有限的聚合物发挥出最大限度的效益，将是需要开展研究的。对残留聚合物的利用，首先需要对残留聚合物在油藏中的分布进行研究，然后根据分布规律结合残留的聚合物量有针对性地开展利用技术研究。

实验研究的基础实验条件：(1)实验用水：现场水；(2)实验用油：原油和航空煤油按一定比例配成模拟油，在65 ℃下黏度为70.37 mPa·s；(3)实验温度：实际油藏温度65 ℃。

1 聚驱后残留聚合物的分布规律

聚合物驱后残留聚合物的分布规律是开展聚合物驱后残留聚合物利用技术的前提。将采用平面均质模型模拟聚合物驱过程，结合平板模型在聚合物驱与后续水驱过程中不同取样点处获得样品的浓度分析结果，对聚合物驱后及后续水驱结束后聚合物在多孔介质中的分布进行研究。

1.1 残留聚合物分布规律实验条件

(1)实验模型设计：平面均质模型，尺寸：60.0 cm×60.0 cm×4.5 cm，渗透率为2 500 mD，测定采出液黏度、浓度及压力分布。(2)实验用聚合物：油田实际使用PA聚合物，浓度为1 750 mg/L，黏度为31.5 mPa·s。(3)实验模型的布井方式如图 1所示。

图1 布井方式 Fig. 1 Well spacing pattern
1.2 残留聚合物分布规律实验方案

(1)方案1：水驱95%+一次注聚0.57 PV结束时，取样测黏度和浓度；(2)方案2：水驱95%+一次注聚0.57 PV+后续水驱98%结束时，取样测黏度和浓度。

1.3 残留聚合物分布规律实验结果及分析 1.3.1 采出程度对比分析

聚合物驱油实验结果如表 1所示，方案1的总采收率为45.04%，方案2的总采收率为52.77%。

表1 聚合物驱油实验结果 Table 1 Experimental results of polymer flooding
1.3.2 黏度对比

方案1注聚结束时黏度分布等值线如图 2所示。方案2后续水驱结束黏度分布等值线如图 3所示。

图2 注聚结束黏度分布等值线图(方案1) Fig. 2 Viscosity distribution contour map after polymer flooding(scheme 1)
图3 后续水驱结束黏度分布等值线图(方案2) Fig. 3 Viscosity distribution contour map after subsequent water flooding(scheme 2)

注聚结束时，主流线方向聚合物黏度最大值为20 mPa·s左右，两翼部分黏度最小；在主流线两翼部分的聚合物黏度较主流线低得多，说明此区域波及到的聚合物很少。

后续水驱结束时，主流线上聚合物黏度仅为2 mPa·s左右，聚合物主要聚集在主流线两翼的中间地带，黏度为10 mPa·s左右。说明在后续水驱过程中聚合物被逐渐冲向分流线处，扩大了聚合物波及体积，这也使后续水驱采收率提高5.69%。

1.3.3 浓度对比

方案1注聚结束时浓度分布等值线如图 4所示。方案2后续水驱结束浓度分布等值线如图 5所示。

图4 注聚结束浓度分布等值线图(方案1) Fig. 4 Concentration distribution contour map after polymer flooding(scheme 1)
图5 后续水驱结束浓度等值线图(方案2) Fig. 5 Concentration distribution contour map after subsequent water flooding(scheme 2)

注聚合物结束时，在主流线上聚合物溶液浓度最高，大于1 000 mg/L，聚驱结束时，剩余聚合物溶液主要分布在主流线上并靠近注入端，死油区几乎无聚合物。

后续水驱结束时，主流线上聚合物溶液的浓度最低，仅为100 mg/L左右，聚合物大部分被驱出，而分流线上聚合物浓度最大，说明在后续水驱过程中，聚合物溶液已逐渐被驱出。后续水驱结束时，剩余聚合物主要分布在分流线处，主流线上剩余很少。

1.3.4 压力对比

方案1无论在水驱、聚驱或者是后续水驱阶段，压力均从注入端向采出端呈梯度递减，且分流线压力低于主流线压力，非注、采端两角压力低于分流线压力。

方案2注聚阶段，对比水驱结束和聚驱、后续水驱时压力可以看出，随注聚PV数的增加，平面上各点压力逐渐增大，在注聚结束时达到最大；后续水驱阶段，平面上压力随注聚PV数的增加逐渐减小。

2 残留聚合物对二元复合驱的增效作用

通过对聚合物驱后残留聚合物在平面上的分布规律研究发现，随着后续水驱的进行，残留聚合物的浓度逐渐降低。为了最大限度地发挥残留聚合物的效果，对聚合物驱后进行聚合物和表面活性剂的二元复合驱提高采收率的方法进行了研究。

2.1 二元复合驱实验条件

(1)物理模型设计

二维非均质模型尺寸为30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm，低渗层渗透率为300 mD，高渗层渗透率为900 mD。

(2)二元复合驱体系：聚合物分子量为2 500万，浓度为1 400 mg/L，表面活性剂的浓度为3 000 mg/L，体系黏度为64 mPa·s，界面张力为3.24×10-2 mN/m。

(3)实验用表面活性剂：重烷基苯磺酸盐。其他条件同上。

2.2 二元复合驱实验方案

采用二元复合驱作为聚合物驱后进一步提高采收率方法，进行如下实验方案：水驱至含水率为98%，一次聚驱0.57 PV，然后设计后续水驱分别为0，0.2，0.4，0.6，1.0 PV等5个方案，接着进行0.3 PV二元驱+0.2 PV聚合物保护段塞+后续水驱至含水率为98%。

实验过程中时刻监测聚合物浓度变化，进而计算聚合物在模型中的残留量。

2.3 二元复合驱实验结果及分析

实验结果如表 2所示。可以看出，后续水驱注入段塞越小，聚合物的残留量越大。注聚结束时直接进行二元复合驱比后续水驱0.2，0.4，0.6，1.0 PV后再进行的最终采收率高出将近2%。

表2 二元复合驱油实验数据表 Table 2 Experimental data of binary combination drive

由图 6可知，岩芯中残留的聚合物越多，对二元复合驱进一步提高采收率的辅助作用越强。表明聚合物与二元体系的协同作用更好地封堵了高渗层，由此扩大了波及体积。由于受到后续水不同程度的冲刷，滞留到岩芯的聚合物将不同程度地从岩石表面脱附下来而被采出，因此，后续注水段塞越大，聚合物残留在岩芯中的量越少，辅助二元复合调剖的驱强度越低，越不利于采收率的进一步提高，因此，注聚结束后越早实施进一步提高采收率方法越好。

图6 聚合物残留量与二元驱提高采收率幅度关系 Fig. 6 The relationship between polymer residues and increment recovery by binary combination drive

注水段塞与二元驱提高采收率幅度的关系如图 7所示，可以看出，后续水驱注入段塞超过0.4 PV后，二元复合驱提高采收率幅度变化趋势趋于平缓，说明后续注水冲刷一定程度后，聚合物在岩石表面的脱附与吸附重新达到平衡，残留量最少。

图7 注水段塞与二元驱提高采收率幅度的关系 Fig. 7 The relationship between water flood slug and increment recovery by binary combination drive
3 结论

(1)注聚结束时，主流线方向聚合物黏度最大为20 mPa·s左右，两翼部分最小，后续水驱结束，主流线上聚合物黏度仅为2 mPa·s左右，聚合物主要聚集在主流线两翼的中间地带，黏度为10 mPa·s左右。

(2)注聚结束时，在主流线上聚合物溶液浓度最高，大于1 000 mg/L，后续水驱结束时，主流线上仅为100 mg/L左右，聚合物大部分被驱出， 建议提早实施聚合物再利用技术。

(3)各方案中压力梯度均从注入端向采出端递减，且分流线压力低于主流线压力，注聚结束时达到最大，后续水驱逐渐减小；注聚结束时主流线平均压力约是水驱结束时的2.0倍，后续水驱结束的约是水驱结束时的1.3倍。

(4)岩芯中残留的聚合物越多，对二元复合驱进一步提高采收率的辅助作用越强，因此，注聚结束后越早实施聚驱后进一步提高采收率方法越好。

(5)注聚段塞结束后，后续水驱超过0.4 PV后，二元复合驱提高采收率幅度变化趋势趋于平缓，表明后续注水冲刷一定程度后，聚合物在岩石表面的脱附与吸附重新达到平衡，因而残留量降低至最少。

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