地球物理学进展  2017, Vol. 32 Issue (2): 775-780   PDF    
引用本文
许文波, 王震亮, 宋茹娥. 2017. 多油层强碱三元复合驱后驱油效率评价. 地球物理学进展, 2017, 32(2): 775-780, doi: 10.6038/pg20170243  
XU Wen-bo, WANG Zhen-liang, SONG Ru-e. 2017. Evaluation of the displacement efficiency based multi-layer after ASP. Progress in Geophysics (in Chinese), 32(2): 775-780, doi: 10.6038/pg20170243   
多油层强碱三元复合驱后驱油效率评价
许文波1, 王震亮1, 宋茹娥2     
1. 西北大学地质学系, 西安 710069
2. 大庆油田第四采油厂, 大庆 230605
收稿日期：2017-02-16; 修回日期：2017-04-06.
作者简介：许文波, 男, 1973年生, 黑龙江省大庆人, 现为西北大学地质学系在读博士生, 主要从事油田开发工作.(E-mail:xwbdc@126.com)
摘要：强碱三元复合驱油技术能够提高驱油效率和扩大波及体积，大幅度提高采收率，展现出了老油田稳产接替的广阔前景.本文借助三元复合驱后取心井和新钻井资料，深化储层认识，评价驱油效率.通过室内岩心驱替、微观驱替等实验的分析，以及应用数值模拟、核磁共振、电镜检测、新钻井的电测曲线等技术手段，研究、评价强碱三元复合驱后储层不同部位的驱油效率，分析了驱油效率产生差异的影响因素.研究结果表明：层间和平面非均质性是影响三元复合驱驱油效率的主要因素，强碱三元复合驱后驱油效果与三元前对比增加了14.7个百分点，高水淹层厚度增加26.0%，岩石润湿性向亲水性转变.开展三元复合驱后驱油效率因素评价，为工业性推广过程中挖潜调整提供参考依据，进一步完善三元复合驱技术，提高采收率.
关键词：三元复合驱    驱油效率    影响因素    
Evaluation of the displacement efficiency based multi-layer after ASP
XU Wen-bo1 , WANG Zhen-liang1 , SONG Ru-e2     
1. Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, China
2. The Fourth Oil Production Plant of Daqing Oilfield, Daqing 230605, China
Abstract: The technology of ASP (alkali-surfactant-polymer) flooding can improve the oil displacement efficiency and expanding swept volume and enhance oil recovery greatly, it has a broad prospect to support the stable production for the old oil field. This article according to the data of coring wells and new drilling while after ASP flooding, deepen understanding of reservoir characteristic, evaluation of oil displacement efficiency. applied laboratory core displacement experiment, microscopic displacement experiment, nuclear magnetic resonance, electron microscopy scanning technology, etc. study and evaluating the displacement efficiency between different parts among reservoir after ASP flooding, the influence factors of oil displacement efficiency are analyzed systematically. The results show:interlayer and plane heterogeneity are the main factors affecting the oil displacement efficiency to the ASP flooding, the oil displacement effect is increased by 14.7 percentage and the thickness of high water flooded layers is increased by 26 percentage and the rock wettability has been changed to hydrophilic after ASP flooding. evaluation the factor of effecting the oil displacement efficiency to ASP flooding, in order to provide the scientific evidence in industrial promotion and adjustive measures, further improving ASP flooding technology and enhance oil recovery.
Key words: ASP combinational flooding     oil displacement efficiency     influence factor    
0 引言

随着人类对能源需求的加大，为了获得更多的石油，人们不断加大勘探力度，同时采用新技术来提高原油采收率.20世纪70年代，国外发展了联合使用碱、表面活性剂、聚合物的三元复合驱 (Alkali-Surfactant-Polymer，ASP) 的三次采油新技术 (Martin et al., 1985；Nasr-EL-Din et al., 1991).20世纪90年代大庆油田在前期先导性矿场试验的基础上，攻克了低酸值原油不能与碱水或表面活性剂形成超低界面张力的难题 (Gao et al., 1995；Wang et al., 1997, 1999)，研制了具有独立知识产权的表面活性剂 (康万利等，1994；吴文祥等，1994)，并开展了工业性现场试验，中心井区提高采收率16.0个百分点.举升工艺方面推广应用了智能抽油机、地面点滴加药装置等，在井下配套工具方面做了长柱塞防垢泵、3：4型线单螺杆泵等的应用研究 (Jia et al., 2002；Wang et al., 2004；刘东升等，2007).地面处理工艺方面系统分析了采出液离子特性及其影响因素，开发出匹配性较强的化学处理剂等处理工艺 (贾庆等，2006；吴迪等，2006).三元复合驱工业化推广均是多层开采，有必要借助取心井和新钻井资料，深化储层认识，评价驱油效率，为工业性推广过程中挖潜调整指明方向.

1 三元复合驱后油层动用情况

对比三元复合驱后新钻井曲线、取心井资料等，可以得出三元复合驱既能扩大波及体积又能提高驱油效率，尤其对于高渗层、河道砂、主流线等部位驱油效率较高.

1.1 测井资料水淹解释对比 1.1.1 三元复合驱后水淹程度显著增强

从新井水淹数据看出，三元复合驱后与水驱后对比，高水淹厚度比例上升幅度增加，未水淹、低水淹、中水淹程度减小，表明水淹程度增强 (表 1).

表 1 三元复合驱前后地层水淹厚度 Table 1 Watered out thickness before and after ASP flooding
1.1.2 三元复合驱后砂体底部动用最好

各单元顶部中低水淹厚度比例最高，自上而下的各单元高水淹厚度比例和含水饱和度均逐步增大 (表 2).

表 2 三元复合驱后不同部位水淹情况 Table 2 Watered out degree in different locationsafter ASP flooding
1.1.3 河道及废弃河道动用较好

三元复合驱后河道砂高水淹厚度比例提高了30个百分点；河间砂高水淹厚度比例提高了9.2个百分点 (表 3)，表明波及体积扩大.

表 3 不同砂体三元复合驱前后水淹厚度比例 Table 3 Ratio of watered out thickness before and after ASP flooding between differentsandbody
1.2 取心井水洗状况及驱油效果

在三元复合驱前后分别钻取2口取心井.其中1井位于注采主流线上，钻井取心时机为三元剂注入前，与2井相距27 m；2井位于1井西南侧，钻井取心时机为三元剂注入段塞完成后，在后续聚合物保护段塞末期.对比两口井的取心数据 (葡I212单元位于不同的成因砂体，对比性较差)，得出了三元复合驱前后油层水洗的变化状况，三元复合驱后驱油效果大幅提高 (表 4).三元复合驱后钻取心井时，含水只有92%左右，平均驱油效率已高达65.9%，与三元复合驱前相比，提高了14.7个百分点.

表 4 三元复合驱前后驱油效率 Table 4 Oil displacement efficiency before and after ASP flooding
2 三元复合驱驱油效率影响因素 2.1 储层物性差异影响

对于有三十多年注水开发历史而后进行三元复合驱的区块来说，影响其驱油效率因素有多方面，既有面积井网本身的影响，也有构造特征和储层物性对剩余油分布的影响.主要表现为，沉积相带、夹层及微构造引起了注入水运动规律的改变.此外，综合聚合物增黏能力、黏弹性、对储层的适应性及提高采收率的能力等，以确定所选用合理的聚合物的分子量也很重要.要求在储层物性允许的情况下，尽量使用分子量较高的聚合物，同时化学驱控制程度要求达到70%~80%以上.

2.1.1 层间差异影响

统计了258口新井目的层，结果显示三元复合驱后砂体顶部仍然是剩余油较富集部位.各单元自上而下含水饱和度和高水淹厚度比例逐步增高，表明动用状况逐渐变好，剩余油逐渐减少 (图 1).

图 1 新井水淹情况统计 Figure 1 Ratio of watered out in new wells
2.1.2 砂体连通影响

使用新钻井的测井曲线普查试验区各单元剩余油富集部位，试验目的层注采范围内剩余油较少，原因为受到了三元液的波及，呈现出高度零散的点状分布特征；试验区以外的区域剩余油较为富集，油层仍然保持水驱后状态，是由于未受到三元液的波及，呈现出片状分布特征.分析认为，三元液的驱替效果明显优于水驱的驱替效果.

油藏数值模拟的结果显示出相同的特征.油井周围、砂体尖灭处与井间滞留带剩余油富集，特点一：砂体边部及油藏有注无采区域广泛分布，具有成片性特征，其主要原因是井网控制不住或不完善，导致剩余油的相对富集.特点二：多口油水井之间的滞留区，其主要原因是多井相互干扰产生了压力均衡区，剩余油饱和度较高，多呈零散分布特征，呈条带状分布.

2.1.3 河道类型影响

三元复合驱后区块内，统计10口主流线上新井葡I33单元碳/氧 (C/O) 能谱测井的含油饱和度情况，根据河道砂体类型，分为四类，具有二方面特点：一是在河道砂顶部含油饱和度超过40%，剩余油仍然最多，下部剩余油相对较少；二是反渐变河道砂中部含油饱和度达到了40%，相对较高 (表 5).

表 5 葡I33单元碳/氧 (C/O) 能谱测井含油饱和度 (%) Table 5 Oil saturation by carbon/oxygen (C/O) spectroscopy log in PI33unit
2.1.4 储层韵律影响

新钻井井壁取心资料显示，除反渐变河道砂外，其余类型河道砂下部与上部驱油效率相差最小在13.9个百分点，驱油效率均超过50%，水淹级别多为特高水淹或高水淹 (表 6).驱油效果最好的是块状类型河道砂，纵向上相对比较均匀.

表 6 井壁取心分析 Table 6 Analysis of sidewall coring
2.2 微观驱替特征实验 2.2.1 三元复合驱驱油效率与三元液波及量有关

应用微观物理模型 (光化学刻蚀的仿真玻璃模型和真实砂岩微观模型) 开展微观驱油实验，结果表明水驱主要沿主流区域突破指进现象明显 (图 2).主流线上洗油效果明显，尤其是靠近注入端，基本被驱替干净.驱替面积大大增加，三元复合驱在水驱的基础上能够进一步扩大波及范围，并且增加了波及范围内的洗油效率 (图 3)，说明驱油效率与三元液波及量有关.

图 2 水驱后微观驱替图像 Figure 2 Microscopic image after water flooding

图 3 三元驱后微观驱替图像 Figure 3 Microscopic image after ASP flooding
2.2.2 三元复合驱对于孔表薄膜状剩余油驱替效果明显

利用取心井岩心进行驱油实验，用激光共聚焦技术检测微观剩余油类型，观察驱油情况，三元复合驱后存在七种微观剩余油类型，以孔表薄膜状为主，比例为46.19%，其次是簇状，比例为23.0%.与水驱对比，三元复合驱后孔表薄膜状剩余油含量平均降低幅度达11.1%，颗粒吸附状剩余油有少许增加 (表 7).此外，新增了粒间吸附状剩余油型，其原因是碱对于地层的溶蚀作用，使得三元复合驱后地层中泥质颗粒含量增加.

表 7 剩余油分布情况 (%) Table 7 Figure of remaining oil distribution
2.2.3 三元复合驱对中等孔隙中的剩余油驱替效果较好

三元复合驱后天然岩心核磁共振实验结果，弛豫时间为10~100ms时，中等孔隙中的剩余油的驱替效果较好，含油饱和度从19.52%下降至2.67%(图 4) 时，除聚合物波及体积扩大、驱油效率提高等因素外，还有碱的乳化启动作用等因素.

图 4 岩心驱油实验核磁共振T2谱 Figure 4 Nuclear magnetic resonance T2 spectra of core flooding
2.2.4 三元液使油层润湿性由油湿转变为水湿

利用自动吸入法对天然岩心润湿性变化进行了测定 (表 8).三元复合驱后岩心的润湿性向亲水转换.其原因为：一是部分表活剂分子进入到固/液接触面，破坏了原有的边界层，将原油从束缚岩石壁面剥离成可动油，同时，在亲油岩石表面吸附形成了亲水基向外的吸附层.二是碱与油层中的岩石和粘土矿物等发生化学反应，通过离子间相互交换，使粘土矿物迅速转化为更易水化的钠型粘土，将油层润湿性由油湿变为水湿.

表 8 岩石润湿性测定 Table 8 Rock wettability
3 结论 3.1

三元复合后驱采出井含水92%时钻取心井，平均驱油效率已高达65.9%，与三元复合驱前对比提高14.7个百分点，河道砂高水淹厚度比例提高了30个百分点，表明三元复合驱能够提高驱油效率、扩大波及体积.

3.2

三元复合驱后取心井和新钻井资料显示，多井组多油层的层间和平面非均质性是影响三元复合驱驱油效率的主要因素，因此在三元复合驱过程中需加大相对较差油层的动用.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！
参考文献
[] Gao S T, Li H B, Li H F. 1995. Laboratory investigation of combination of alkaline-surfactant-polymer for Daqing EOR[J]. SPE Reservoir Engineering, 10(3): 194–197. DOI:10.2118/27631-PA
[] Jia Q, Wu D, Jiao D G, et al. 2006. Study on scaling and control of the produced material of ASP flooding in Xingerzhong area[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering (in Chinese), 25(11): 18.
[] Jia Q, Zhou B, Zhang R L, et al. 2002. Development and application of a silicate scale inhibitor for ASP flooding production scale[C].//International Symposium on Oilfield Scale. Aberdeen, United Kingdom:Society of Petroleum Engineers, doi:10.2118/74675-MS.
[] Kang W L, Hou J R, Song W L, et al. 1994. Study on the interfacial tension of the system between petroleum carboxylate as flooding agent and Daqing crude oil[J]. Chemical Engineer (in Chinese)(5): 13–14.
[] Liu D S, Li J L, Li T D, et al. 2007. Scaling characteristics of silicon and anti-scaling measures in ASP flooding with alkali[J]. Acta Petrolei Sinica (in Chinese), 28(5): 139–141, 145. DOI:10.7623/syxb200705026
[] Martin F D, Oxley J C, Lim H. 1985. Enhanced recovery of a "J" sand crude oil with a combination of surfactant and alkaline chemicals[C].//SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Las Vegas, Nevada:Society of Petroleum Engineers, doi:10.2118/14293-MS.
[] Nasr-EL-Din H A, Hawkins B F, Green K A. 1991. Viscosity behavior of alkaline, surfactant, polyacrylamide solutions used for enhanced oil recovery[C].//SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. Anaheim, California:Society of Petroleum Engineers, doi:10.2118/21028-MS.
[] Wang D M, Cheng J C, Li Q, et al. 1999. An alkaline bio-surfactant polymer flooding pilots in Daqing Oil Field[C].//SPE Asia Pacific Improved Oil Recovery Conference. Kuala Lumpur, Malaysia:Society of Petroleum Engineers, doi:10.2118/57304-MS.
[] Wang D M, Zhang Z H, Cheng J C, et al. 1997. Pilot test of alkaline surfactant polymer flooding in Daqing Oil Field[J]. SPE Reservoir Engineering, 12(4): 229–233. DOI:10.2118/36748-PA
[] Wang Y P, Liu J D, Liu B, et al. 2004. Why does scale form in ASP flood? How to prevent from it?-a case study of the technology and application of scaling mechanism and inhibition in ASP flood pilot area of N-1DX block in Daqing[C].//SPE International Symposium on Oilfield Scale. Aberdeen, United Kingdom:Society of Petroleum Engineers, doi:10.2118/87469-MS.
[] Wu D, Zhao F L, Sun F X, et al. 2006. Application of oil/water separation agent for alkaline/surfactant/polymer flooding production liquid with lower oil displacement agents content[J]. Fine and Specialty Chemicals (in Chinese), 14(12): 4–7.
[] Wu W X, Zhang H L, Hu J B, et al. 1994. The study of rheological properties of alkali-surfactant-polymer three-components combined system[J]. Journal of Daqing Petroleum Institute (in Chinese), 18(4): 31–34.
[] 贾庆, 吴迪, 焦大刚, 等. 2006. 杏二中三元复合驱采出系统结垢与控制研究[J]. 油气田地面工程, 25(11): 18. DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2006.11.013
[] 康万利, 候吉瑞, 宋文玲, 等. 1994. 驱油剂石油羧酸盐/大庆原油体系的界面张力研究[J]. 化学工程师(5): 13–14.
[] 刘东升, 李金玲, 李天德, 等. 2007. 强碱三元复合驱硅结垢特点及防垢措施研究[J]. 石油学报, 28(5): 139–141. DOI:10.7623/syxb200705026
[] 吴迪, 赵凤玲, 孙福祥, 等. 2006. 油水分离剂在低驱油剂含量三元复合驱采出液处理中的应用[J]. 精细与专用化学品, 14(12): 4–7. DOI:10.3969/j.issn.1008-1100.2006.12.002
[] 吴文祥, 张洪亮, 胡靖邦, 等. 1994. 碱-表面活性剂-聚合物三元复合体系流变性研究[J]. 大庆石油学院学报, 18(4): 31–34.