三元復(fù)合驅(qū)動態(tài)開采規(guī)律研究

1、摘 要三元(聚合物/表明活性劑/堿)作為三次采油中一種比較成熟的技術(shù)，其機(jī)理是利用聚合物、表面活性劑、堿三者的協(xié)同效應(yīng)驅(qū)油。本文利用縱向非均質(zhì)人造物理模型進(jìn)行了三元復(fù)合驅(qū)與聚合物驅(qū)在不同井網(wǎng)下的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，利用電極監(jiān)測系統(tǒng)給出了不同注入時刻的油水前緣位置，以及含油飽和度變化情況結(jié)果表明，對于低滲層，井網(wǎng)加密的辦法可大幅度擴(kuò)大低滲層的波及體積，提高低滲層的采收率對于中滲層，與聚合物驅(qū)相比，三元中表面活性劑降低了分流線上的毛管壓力，改善了中滲層的驅(qū)替效果，提高了微觀洗油效率而縮小井距后對中滲層的波及體積增加不明顯。四注九采井網(wǎng)下，進(jìn)一步縮小的井距所對應(yīng)的單位厚度產(chǎn)液指數(shù)下降幅度也小，使其低滲層的剩余

2、油驅(qū)替效果更佳在微觀上的洗油效率三元復(fù)合驅(qū)要明顯優(yōu)于聚驅(qū)，主要表現(xiàn)在注入井的近井地帶，但是由于在驅(qū)替的過程中不斷吸附、滯留，使得采出井的近井地帶微觀洗油效率不明顯四注九采井網(wǎng)平面內(nèi)非均質(zhì)內(nèi)滲透率級差小的部位，利于聚合物發(fā)揮調(diào)剖作用。從而更好的動用低滲層內(nèi)的剩余油。利用化學(xué)發(fā)光定氮法、混合劑指示法以及PH值測定法檢測了三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度變化情況結(jié)果表明，在化學(xué)驅(qū)階段，產(chǎn)出井先見效，而后產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度呈明顯上升趨勢;三元復(fù)合驅(qū)在井網(wǎng)加密后產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度曲線的拐點(diǎn)位置提前;三元復(fù)合驅(qū)有較為明顯的油墻產(chǎn)生，在油墻到達(dá)采出井之前，三元復(fù)合驅(qū)的采收率明顯高于聚合物驅(qū)的采收率，在濃度曲線達(dá)到拐點(diǎn)

3、以后，三元復(fù)合驅(qū)與聚合物驅(qū)在提高采收率方面差別不大。關(guān)鍵詞:油水飽和度前緣:化學(xué)發(fā)光定氮法:非均質(zhì)性:三元復(fù)合驅(qū):濃度變化目 錄目 錄1第1章 三元復(fù)合驅(qū)機(jī)理簡介與發(fā)展概況31.1三元復(fù)合體系驅(qū)油機(jī)理31.1.1降低界面張力31.1.2流度控制41.1.3降低化學(xué)劑的損失41.2三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)及存在問題51.2.1礦場試驗(yàn)51.2.2三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)存在的幾個難題7第2章 三元復(fù)合驅(qū)前緣運(yùn)移規(guī)律及波及狀況研究102.1實(shí)驗(yàn)條件102.2體系組成及粘度、界面張力122.3實(shí)驗(yàn)方案122.4實(shí)驗(yàn)步驟122.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析132.5.1動態(tài)開采規(guī)律結(jié)果分析132.5.2三元復(fù)合驅(qū)前緣運(yùn)移規(guī)律及波

4、及狀況研究152.6本章小結(jié)21第3章 三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度變化規(guī)律研究223.1實(shí)驗(yàn)原理223.2實(shí)驗(yàn)條件223.2.1實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備223.2.2實(shí)驗(yàn)介質(zhì)223.2.3物理模型233.3實(shí)驗(yàn)方案與步驟233.3.1實(shí)驗(yàn)方案233.3.2實(shí)驗(yàn)步驟233.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析243.4.1開采效果243.4.2產(chǎn)出液濃度檢測結(jié)果及分析243.5本章小結(jié)26結(jié) 論27致 謝30第1章 三元復(fù)合驅(qū)機(jī)理簡介與發(fā)展概況三元復(fù)合體系(堿、表面活性劑、聚合物)驅(qū)油是上個世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的新技術(shù)，三元復(fù)合體系是從二元復(fù)合體系發(fā)展而來的人們雖然在之前已經(jīng)對膠束/聚合物驅(qū)的特殊效果有了一定的認(rèn)識，但是，由于

5、其昂貴的價格限制了這一技術(shù)的商業(yè)化推廣而三元復(fù)合體系主要是用價格低廉的堿劑來代替價格高昂的表面活性劑，從而以降有效化學(xué)劑的成本，這為復(fù)合驅(qū)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。從化學(xué)劑效率(總化學(xué)劑成本/采油量)方面來看，復(fù)合體系所需要的表面活性劑和助劑的總量，僅為膠束/聚合物驅(qū)的三分之一，復(fù)合體系的化學(xué)劑效率比膠束/聚合物驅(qū)要高。從提高采收率方面來看，水驅(qū)結(jié)束后，三元復(fù)合驅(qū)體系能夠?qū)⑹Ｓ嘤偷?0%以上驅(qū)替出，可以與最好的膠束/聚合物驅(qū)相比，并高于二元復(fù)合驅(qū)的采收率。從驅(qū)油機(jī)理來看，三元復(fù)合驅(qū)有著比二元復(fù)合驅(qū)更加廣闊的適應(yīng)范圍，并能有效地降低活性劑的吸附滯留量。此外，三元復(fù)合驅(qū)比二元復(fù)合驅(qū)有更好的資金回收率。

6、1.1三元復(fù)合體系驅(qū)油機(jī)理三元復(fù)合驅(qū)提高采收率的機(jī)理是三種效應(yīng)的綜合結(jié)果:降低界面張力;流度控制;減少化學(xué)劑損失。1.1.1降低界面張力與其它驅(qū)替體系相比，三元復(fù)合體系與原油接觸后，界面張力很快便降到10-2mN/m以下的數(shù)量級，而表面活性劑或堿單獨(dú)與原油之間的界面張力下降的速度要慢得多。聚合物的濃度適中時，ASP三元復(fù)合體系比二元體系能產(chǎn)生更低的界面張力這很可能是由于聚合物尤其是聚丙烯酞胺能夠有效的保護(hù)表面活性劑，使其不與Ca2+、Mg2+等高價陽離子反應(yīng)而使活性劑失去表面活性同時，表面活性劑和聚丙烯酞胺在油水界面上均有一定程度的吸附，形成混合吸附層部分水解聚丙烯酞胺分子鏈上的多個陰離子基可

7、使混合膜具有更高的界面電荷，使界面張力降得更低另外，堿劑助推活性劑前進(jìn)，使其趨向于向最小界面張力迅速傳播，這樣就減少了堿驅(qū)替原油的滯后過程，且可保持長時間的低張力驅(qū)過程。1.1.2流度控制在堿/活性劑/聚合物復(fù)合驅(qū)過程中，由于被驅(qū)替的原油流度高，在油墻的前面形成了低流度帶，從而保證了較高的掃及效率由于較高的表觀粘度，也增加了局部的毛管數(shù)，提高了驅(qū)油效率,而且，ASP體系中，表面活性劑和堿有效地保護(hù)了聚合物不受高價陽離子的影響有的研究認(rèn)為，加入活性劑可使聚丙烯酞胺的粘度增加10%-25%，加入堿可使聚丙烯酞胺的粘度增加22%-42%在各種堿劑中，硅酸鈉(Na3SiO4)保護(hù)聚合物粘度的性能最好，

8、碳酸鈉(Na2CO3)次之，氫氧化鈉(NaOH)最差也有研究報(bào)導(dǎo)，堿和活性劑的存在，可使部分水解聚丙烯酞胺的增稠能力變差，體系視粘度損失很大(NaOH一活性劑一部分水解聚丙烯酞胺體系)。1.1.3降低化學(xué)劑的損失與其它的二元驅(qū)替相比，三元復(fù)合驅(qū)能有效地降低化學(xué)劑的吸附滯留損失，從而使復(fù)配體系發(fā)揮出更加充分的驅(qū)替作用。(1)三元復(fù)合體系的堿耗堿驅(qū)在礦場實(shí)踐中失敗的一個主要的原因是堿耗引起堿耗的主要因素是堿劑與地層礦物反應(yīng)，堿劑與地層鹽水反應(yīng)，堿劑與原油的酸性組分反應(yīng)。但是，三元復(fù)合體系中，由于表面活性劑的加入，避免了原硅酸鈉(Na4SiO4),氫氧化鈉(NaOH)等一類強(qiáng)堿的應(yīng)用，使堿耗不再成為

9、棘手的問題若使用中等PH值的緩沖堿體系，可有效地降低硬離子濃度，并可減少化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動力，因而堿耗、結(jié)垢都會逐步降低。(2)聚合物、活性劑的吸附滯留損失在三元復(fù)合體系中，價格較低的堿劑的主要作用是改變巖石表面的電荷性質(zhì)，以減少價格較高的表面活性劑和聚合物的吸附、滯留損失，保證這類三元體系在經(jīng)濟(jì)上可行因?yàn)橛袎A存在時，溶液PH值較高，巖石表面的負(fù)電荷量較多，可減少帶負(fù)電荷的表面活性劑、石油酸皂的吸附，并能有效地排斥帶負(fù)電荷的聚合物，減少其吸附。實(shí)際上，許多研究已經(jīng)證明，在沒有堿存在的條件下，大部分活性劑都滯留在巖心中有時，為了使活性劑或聚合物的損失降到最低，還在三元復(fù)合體系注入前，進(jìn)行預(yù)沖洗處理如

10、聚丙烯酞胺在多孔介質(zhì)中的吸附量，經(jīng)NaCl預(yù)沖洗后為0.019mg/100g巖石;而經(jīng)NaHCO3預(yù)沖洗后的吸附量為0.005m/100g巖石，減少了74%;生物聚合物在有NaCl存在時，1.5小時后有92%被吸附，120小時后，有95%被吸附但是，在有NaHCO3:存在時，120小時后的吸附量僅為3%，而16天后最終到達(dá)0%。一般作為預(yù)沖洗的犧牲劑是一些易于發(fā)生吸附的廉價無機(jī)鹽或有機(jī)物質(zhì)，如一般的堿劑(Na2CO3, NaHCO3, NaOH),多聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉、石油梭酸鹽，以及小分子的聚丙烯酞胺等，都可使活性劑在油巖上的吸附量大幅度降低如對于大慶油田三元復(fù)合驅(qū)的B-10

11、0體系或ORS體系(活性劑:0.3%;聚合物:1200mg/L;堿一1.2%)，活性劑的損失量降低50%以上而且，加入犧牲劑后，降低了吸附損失對體系界面張力造成的破壞。三元復(fù)合驅(qū)的最大優(yōu)點(diǎn)就是三組分之間協(xié)同作用的存在但是，吸附損失可以破壞這種協(xié)同作用，“色譜分理”也可破壞協(xié)同作用。由于復(fù)合體系中的各種組分與巖石間的作用不同，諸如競爭吸附、離子交換、分配系數(shù)、分散作用、滲透能力等的差異，使得三組分間產(chǎn)生差速運(yùn)移，這種現(xiàn)象叫做驅(qū)油體系的色譜分離有關(guān)的研究始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時美國出現(xiàn)了膠束驅(qū)油體系，活性劑的色譜分離影響著膠束體系的穩(wěn)定性，為此，人們進(jìn)行了大量的研究工作。同樣，對于三元復(fù)合驅(qū)而言

12、，由于堿、聚合物、活性劑的運(yùn)移速度不同，勢必造成一定程度的色譜分離現(xiàn)象當(dāng)然，這與地層物性、原油物性、驅(qū)油體系的配方以及注入方式等，都有著密切的關(guān)系實(shí)際上，最為重要的是避免堿與活性劑的分理，因?yàn)槎叩膹?fù)配是形成超低界面張力的保證。1.2三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)及存在問題1.2.1礦場試驗(yàn)一、大慶油田中區(qū)西部試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)區(qū)平均有效厚度為8.6m，孔隙體積203300m3，地質(zhì)儲量117300t，中心井地質(zhì)儲量20065t試驗(yàn)?zāi)康膶游粸樗_II1-3層，試驗(yàn)區(qū)共有油水井15口，其中注入井4口，生產(chǎn)井9口，以及1口取樣井和1口觀察井注采井距106m，生產(chǎn)井距150m注入體系為0.3%B-100+1.25% Na

13、2C03+1200m目L的聚合物1275A。三元復(fù)合體系于1994年9月24日正式開始注入，到1995年6月30日結(jié)束，累計(jì)注活性劑180t、堿劑653t,聚合物103.8t. 7月1日轉(zhuǎn)入注后續(xù)保護(hù)段塞。在注入的274天中，體系粘度達(dá)到16的有234天，占注入時間的85.4%;注入壓力由注水時的3.63MPa上升到5.92MPa，上升了63%;注入強(qiáng)度平均6.3m3/(md);吸水指數(shù)由注入前的1.75m3/(mMpad)下降到三元體系結(jié)束時的1.12 m3/(mMpad)，下降幅度36.0%。到1995年6月30日，試驗(yàn)區(qū)各井已開始見效全區(qū)綜合含水由見效前的88.5%.降到了73.3%;日

14、產(chǎn)液由見效前的371t降到了的280t，日產(chǎn)油由見效前的37t上升到了73t，日增油36t其中，中心井的含水由見效前的87.9%降到了目前的48.6%，日產(chǎn)油由3t上升到21t，增加6倍。到1996年11月底，全區(qū)累計(jì)生產(chǎn)原油62009t,累計(jì)增產(chǎn)原油19471t，其中心井增產(chǎn)原油4207t根據(jù)動態(tài)資料分析，全區(qū)提高采收率16.6%.中心區(qū)提高采收率21.0%，與數(shù)值模擬預(yù)測的結(jié)果相符。二、大慶油田杏五區(qū)試驗(yàn)區(qū)杏五區(qū)試驗(yàn)區(qū)位于杏樹崗油田五區(qū)二排中部，利用原表外儲層試驗(yàn)井，封堵原試驗(yàn)層,補(bǔ)開新的目的層共有油水井5口，其中注入井1口(杏5-試2-更2)，采油井4口(杏5-試1-1, 1-2, 3-

15、2, 3-3井)，采用一注四采不均勻注采井距的五點(diǎn)法面積井網(wǎng)試驗(yàn)區(qū)面積約為0.04km2，孔隙體積68000m3，原始地質(zhì)儲量37000t試驗(yàn)?zāi)康膶訛镮22，單井平均砂巖厚度8.4m，有效厚度6.8m，有效滲透率0.589m，滲透率變異系數(shù)0.63。杏五井試驗(yàn)區(qū)于1994年8月開始水驅(qū)，1995年1月29日開始注入三元復(fù)合體系，注入體系為0.3%ORS-41+1.2%NaOH十1200mg/L聚合物(1275A)。到3月末(此時已經(jīng)注入約0.08P V )，四口采油井陸續(xù)開始見效;9月20日結(jié)束，累計(jì)注入三元復(fù)合體系溶液2571 (0.378PV)。 9月21日轉(zhuǎn)注后續(xù)聚合物保護(hù)段塞，到199

16、6年2月21日結(jié)束，2月22日開始后續(xù)水驅(qū)150天里累計(jì)注入聚合物溶液20899 (0.307PV)，此時全區(qū)綜合含水降為85.0%四口井見效前與各井含水最低時相比，日產(chǎn)油由12t上升到67t，日增油55t;綜合含水由96.9%下降到80.7%，下降了16.2個百分點(diǎn)各井含水下降最大幅度在10.1%36.4%之間，累計(jì)增油13102t根據(jù)動態(tài)反應(yīng)特性，三元復(fù)合驅(qū)比水驅(qū)提高采收率23.1%。1996年9月，大慶油田采油四廠于杏二區(qū)開始了第二次礦場試驗(yàn)中心井的含水已從100%降到50%左右，日產(chǎn)油從。噸上升到26噸，并且經(jīng)維持了4個多月;其它邊井的含水率也有不同程度的下降。通過采出液化學(xué)分析和見效

17、時間對比，所有生產(chǎn)井都是先見效后見化學(xué)劑，為發(fā)現(xiàn)段塞被突破的現(xiàn)象，而且生產(chǎn)井含水大幅度下降，說明卻有油墻形成大慶油田的礦場試驗(yàn)結(jié)果，消除了過去對復(fù)合驅(qū)及堿驅(qū)的擔(dān)心，并未發(fā)生結(jié)構(gòu)沉淀和堵塞油層的現(xiàn)象。三、國外礦場試驗(yàn)國外三元復(fù)合驅(qū)的礦場試驗(yàn)不多，比較完整的是美國懷俄明州Crook地區(qū)西Kiehl油田三元復(fù)合驅(qū)項(xiàng)目注入體系為Na2C03十Petrostep B-100十聚合物(Pusher 700)他們對比了四種開采方式的結(jié)果是:一次采收率11% (OOIP)，水驅(qū)增加29%，一、二次合計(jì)為40%;聚合物驅(qū)的結(jié)果亦是40%，但驅(qū)替時間要短，注入流體的量(PV數(shù))要小。以上兩種方式在驅(qū)替結(jié)束時，波及

18、區(qū)內(nèi)平均殘余油飽和度為41%而用堿/活性劑/聚合物驅(qū)，一次、二次、三次采收率合計(jì)為56%，此時，波及區(qū)內(nèi)殘余油飽和度降為26%。在三元復(fù)合體系中，堿作為主劑不僅可使酸性原油產(chǎn)生表面活性物質(zhì)，而且，還可起到鹽的作用在堿溶液中，只需加入少量的(千分之幾)表面活性劑，就能獲得超低界面張力并提高復(fù)合驅(qū)的適宜礦化度范圍，驅(qū)油效率很高加入聚合物可增大體系的粘度并選擇性地堵塞滲透率高的通道，使波及范圍增大，掃及效率提高，總采收率達(dá)到較高值，剩余油飽和度可降至極低，甚至完全被采出。在三元復(fù)合體系中作主劑的堿價格較低，作助劑的表面活性劑用量較少，復(fù)配后的表面活性劑和聚合物在地層中損失減少，注入、產(chǎn)出操作費(fèi)用降低

19、，因而，三元復(fù)合驅(qū)在經(jīng)濟(jì)上是可行的。以每磅化學(xué)劑的費(fèi)用乘以注入地層的孔隙體積，對三元復(fù)合驅(qū)的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了合理估算，結(jié)果表明，聚合物驅(qū)多采一桶油花費(fèi)4.88美元，堿/聚合物驅(qū)要花費(fèi)2.78美元，而三元復(fù)合驅(qū)僅花費(fèi)2.13美元，最為經(jīng)濟(jì)增加同樣的投資，三元復(fù)合驅(qū)要比聚合物驅(qū)能多采4.5倍的原油。1.2.2三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)存在的幾個難題從機(jī)理上看，三元復(fù)合驅(qū)應(yīng)該兼具堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、聚合物驅(qū)之長，并且具有三種組分之間的協(xié)同效應(yīng)目前我國在三元復(fù)合驅(qū)研究中取得的成果和大量礦場試驗(yàn)結(jié)果均表明，三元復(fù)合驅(qū)的確具有很高的驅(qū)油效率，總采收率可在水驅(qū)基礎(chǔ)上提高20%左右就提高采收率而言，這的確是一項(xiàng)很具吸引力的

20、技術(shù)但是在礦場試驗(yàn)中也暴露出一些經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上的問題這些問題如果不解決，將制約三元復(fù)合驅(qū)的工業(yè)化應(yīng)用這也是對我們研究人員提出的挑戰(zhàn)，提供的機(jī)遇。一、表面活性劑的篩選與研制三元復(fù)合驅(qū)在經(jīng)濟(jì)上能否過關(guān)，關(guān)鍵之一是表面活性劑三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)工業(yè)應(yīng)用對表面活性劑的要求是即要高效又要廉價，這的確是一個世界級的難題化學(xué)劑費(fèi)用是影響化學(xué)驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，也是當(dāng)今世界EOR技術(shù)不能工業(yè)化推廣的重要原因我國在“八五”、“九五”期間始終將國產(chǎn)化高校、廉價表面活性劑的研究作為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目常用的驅(qū)油表面活性劑可分為三類:1.石油磺酸鹽大多數(shù)用于EOR的表面活性劑配方中都含有石油磺酸鹽生產(chǎn)石油磺酸鹽是原料潤滑油經(jīng)磺化除去芳

21、香成分生產(chǎn)白油的副產(chǎn)品。由于對潤滑油的需求有限，石油磺酸鹽的供應(yīng)短缺、貨源不足。2.合成磺酸鹽這些磺酸鹽價格比較高，但驅(qū)油效果更好。3.氧乙烯基磺酸鹽這類活性劑具有較強(qiáng)的抗鹽能力。雖然歷經(jīng)十余年的攻關(guān)，也取得了不少成果驅(qū)油用表面活性劑距高效廉價、國產(chǎn)化還有相當(dāng)一段距離，還有許多問題需要研究。二.如何減少化學(xué)劑的損失在驅(qū)油過程中，化學(xué)劑在油藏孔隙中的吸附、滯留，使其中相當(dāng)一部分損失在注入井附近的無效驅(qū)油區(qū)內(nèi)尤其是表面活性劑的損失更為嚴(yán)重，知致使驅(qū)油體系到達(dá)有效驅(qū)油區(qū)后的性能大幅度降低在“九五”期間，我們針對大慶油田做了大量的研究工作減少表面活性劑損失的基本思路是:篩選一種廉價的化學(xué)劑(無機(jī)物或有

22、機(jī)物鈣皂分散劑有機(jī)磷酸鹽，木質(zhì)素，磺酸鹽)作為犧牲劑，預(yù)吸附;過對注入方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高驅(qū)油體系中表面活性劑的有效利用率很有效，但還有很大的改善潛力。這個問題的進(jìn)一步改善，有待于理論(化學(xué)劑與巖石表面相互作用機(jī)理)和技術(shù)思路的突破。三、如何抑制復(fù)合體系的組分分理(色譜分離)在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場試驗(yàn)中，都發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系在孔隙介質(zhì)中運(yùn)移和驅(qū)油過程中發(fā)生明顯的組分分離。造成組分分離的原因是復(fù)合體系中各組分的分子量不同，與孔隙表面的相互作用特性不同由于組分分離，復(fù)合體系的協(xié)同效應(yīng)(起加和效應(yīng))肯定會被弱化目前，對于復(fù)合體系在油藏中的組分分離現(xiàn)象已得到了公認(rèn)，但是，對于它對驅(qū)油效果的影響卻仍存在很激烈的爭論

23、。四、結(jié)垢在三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)中，一個最為突出的問題是采油井井筒結(jié)垢，非常嚴(yán)重，檢泵周期為一個月左右如果這個問題不解決，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)就不能進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用通過對垢的分析檢測，主要成分是SiO2這說明，體系中的堿將油藏骨架溶解了，對油藏的傷害不容忽視。目前，在礦場試驗(yàn)中，除垢問題還沒有很好的辦法。五、如何處理采出液三元復(fù)合驅(qū)采出液乳化嚴(yán)重，而且其乳狀液的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，硬化困難，采出液處理的成本高。經(jīng)過“九五”的科研，現(xiàn)在我國已經(jīng)開發(fā)出了一些高效破乳劑。27第2章三元復(fù)合驅(qū)前緣運(yùn)移規(guī)律及波及狀況研究我國次量礦場實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)研究結(jié)果表明三元復(fù)合體系比般的一元化學(xué)驅(qū)與二元復(fù)合驅(qū)的職油效果好得多，其主要原

24、因不僅僅是各種化學(xué)劑蜘油特勝的綜合結(jié)果，夏重要的是各種化學(xué)劑之間的“協(xié)同效應(yīng)本文利用非均質(zhì)人造物理模型模擬驅(qū)替過程r用電極檢測系統(tǒng)給出不同沖入時刻的油水前緣波及位置通過聚合物驅(qū)以及二元復(fù)合驅(qū)，一注一采以及兩住兩采井網(wǎng)之間的對比分析，在宏觀上研究三元復(fù)合體系的驅(qū)油機(jī)理。2.1實(shí)驗(yàn)條件一.非均質(zhì)人浩物理悼型摸的設(shè)計(jì)縱向非均質(zhì)模型設(shè)計(jì)1)模型尺寸:30cm30cm4.5cm。2)模型滲透率布置:高、中、低礴透率分另偽2000、1000、400100-3m2三層，非均質(zhì)變異系數(shù)為0.07。3)模型示意圖如下 圖2上縱向非均質(zhì)模型示意圖4)布井示意圖如下圖2.2布井示意圖5）井網(wǎng)加密設(shè)計(jì)圖2.3水驅(qū)后井

25、網(wǎng)加密大型平面非均質(zhì)物理模型示意圖水驅(qū)過程中，打開注入井1和采出井2進(jìn)行一注一采驅(qū)油實(shí)驗(yàn);水驅(qū)結(jié)束后開展井網(wǎng)加密三元復(fù)合驅(qū)進(jìn)一步提高采收率驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時，打開采出井3、4，原采出井2轉(zhuǎn)注，原注入井1不變，變?yōu)槎⒍?。二、?shí)驗(yàn)溫度:45;三、實(shí)驗(yàn)用油:利用井口原油與航空煤油配制成的在45條件下粘度為9.8mPas的模擬油;四、實(shí)驗(yàn)用化學(xué)劑聚合物:煉化分子量1500萬、煉化分子量2500萬，固含量均為90%;表面活性劑:烷基苯磺酸鹽;堿:NaOH。2.2體系組成及粘度、界面張力如表2-1所示，本文在對比驅(qū)替實(shí)驗(yàn)之前利用粘度儀與界面張力儀測定化學(xué)劑溶液的粘度以及界面張力。表2-1聚驅(qū)及三元復(fù)合驅(qū)各段塞

26、粘度與界面張力2.3實(shí)驗(yàn)方案如表2-2所示，本文擬定如下三個方案進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)表2-a方案一至方案三設(shè)計(jì)方案一至方案三模型尺寸均為30cm30cm4.5cm。通過在實(shí)驗(yàn)過程中利用電極時刻監(jiān)測前緣推進(jìn)情況，以及各個注入階段的含油飽和度分布情況。2.4實(shí)驗(yàn)步驟1、巖心抽空、飽和水，測定孔隙體積(PV)，計(jì)算孔隙度;2、飽和油，建立原始狀態(tài)，測定原始含油量，計(jì)算原始含油飽和度Soi，束縛水飽和度;3、老化數(shù)小時后，水驅(qū)至綜合含水98%;4、對方案一注入前置段塞0.075PV+主段塞0.3PV+副段塞O.15PV+后續(xù)保護(hù)段塞0.2PV;對方案二注入前置段塞0.075PV+主段塞0.65PV;對方案三在

27、井網(wǎng)加密后注入前置段塞0.075PV+主段塞0.3PV+副段塞O.15PV+后續(xù)保護(hù)段塞0.2PV;5、后續(xù)水驅(qū)至綜合含水98%;實(shí)驗(yàn)過程中每隔1小時測電極電阻一次。方案一、方案二、方案三在化學(xué)驅(qū)過程中進(jìn)行采樣。2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.5.1動態(tài)開采規(guī)律結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)方案一至方案三的動態(tài)開采規(guī)律如表2-3表2-3聚驅(qū)及三元驅(qū)在各個驅(qū)替階段結(jié)束時的采收率(%)圖2.4,圖2.5為方案一至方案三的采收率、含水率曲線圖2.4方案一至方案三含水率對比圖2. 5方案一至方案三采收率對比由上述圖2.4、圖2.5及表2-3可以看出:三元復(fù)合驅(qū)含水率下降明顯，但上升也快，聚合物驅(qū)含水率下降時間較長。井網(wǎng)加密條件

28、下三元復(fù)合驅(qū)采收率提高幅度明顯為22.53%。一注一采井網(wǎng)條件下三元復(fù)合驅(qū)次之，其采收率為18.37%。一注一采井網(wǎng)條件下聚合物驅(qū)的其采收率最低，為14.38%。2.5.2三元復(fù)合驅(qū)前緣運(yùn)移規(guī)律及波及狀況研究一、油水前緣判定原理通過實(shí)驗(yàn)室以往有關(guān)大量電極監(jiān)測油水前緣運(yùn)移的實(shí)驗(yàn)表明，仿真物理模型在驅(qū)替過程中，模型不同部位的電阻率值隨時間變化是不同的。但是大體可歸納為以下四種曲線形態(tài)圖2.6 PV-R曲線形態(tài)一出現(xiàn)上面曲線形態(tài)的電極監(jiān)測點(diǎn)一般位于分流線附近，由圖2.6可見，曲線表示，隨著化學(xué)劑的注入，初期電阻率基本上保持不變，它表示油水以一定的比例向前流動，當(dāng)注入一定P后，電阻率突然上升，這表示含

29、油飽和度突增，即油墻形成，然后電阻率很快下降，表示化學(xué)劑溶液己經(jīng)到達(dá)。油墻到達(dá)之前電阻率的趨勢線與油墻到達(dá)后電阻率曲線的交點(diǎn)（A點(diǎn)）即為化學(xué)劑前緣的位置。圖2.7 PV-R曲線形態(tài)二出現(xiàn)上面曲線形態(tài)的電極監(jiān)測點(diǎn)一般位于主流線區(qū)域，由圖2.7可見，隨著化學(xué)劑的注入，電阻率先下降至某一數(shù)值后，曲線趨于平緩，這表示此電極監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域附近位于主流線區(qū)域。實(shí)驗(yàn)表明主流線區(qū)域在水驅(qū)采出井見水時就己經(jīng)全部波及。A點(diǎn)即可認(rèn)作是前緣波及時刻。圖2.8 PV-R曲線形態(tài)三出現(xiàn)上面曲線形態(tài)的電極監(jiān)測點(diǎn)一般位于采出井的近井區(qū)域，由圖2. 8可見，隨著化學(xué)劑的注入，電阻率先下降至某一數(shù)值后，開始隨化學(xué)劑的注入明顯的波動。

30、這說明每當(dāng)化學(xué)劑見效時，就不斷有油墻形成，因此電阻率也隨之波動。A點(diǎn)即可認(rèn)作是前緣波及時刻。圖2.9 PV-Ft曲線形態(tài)四出現(xiàn)上面曲線形態(tài)的電極監(jiān)測點(diǎn)一般位于死油區(qū)附近，由圖2. 9可見，隨著化學(xué)劑的注入，電阻率先上升至某一數(shù)值，后曲線趨于平緩，這表示此電極監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域附近位于死油區(qū)內(nèi)，由于油墻不斷富集于此，因此出現(xiàn)了電阻率升高的現(xiàn)象。二、前緣運(yùn)移狀況及波及系數(shù)結(jié)果對比分析方案一、方案二與方案三中，首先在30cm30cm二的模型平面上布66對電極監(jiān)測點(diǎn)，這樣便將不同滲透率層位在平面上劃分成了36個網(wǎng)格，通過監(jiān)測每個電極監(jiān)測點(diǎn)的電阻率變化，判斷前緣運(yùn)移情況。用波及到的網(wǎng)格數(shù)除以總網(wǎng)格數(shù)即得到波及系

31、數(shù)以下圖2.10至圖2.15為方案一至方案三在驅(qū)替各個階段中滲層與低滲層的前緣波及情況(著色部分為波及)表2-4聚驅(qū)及三元驅(qū)在各個驅(qū)替階段結(jié)束時的波及系數(shù) 水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 聚驅(qū)主段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束圖2.10一注一采井網(wǎng)下聚驅(qū)低滲層前緣波及狀況水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 主段塞結(jié)束副段塞結(jié)束 后續(xù)保護(hù)段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束圖2.11一注一采井網(wǎng)下三元驅(qū)低滲層前緣波及狀況水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 主段塞結(jié)束副段塞結(jié)束 后續(xù)保護(hù)段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束圖2.12井網(wǎng)加密條件下三元驅(qū)低滲層前緣波及狀況由表2-4可以看出，井網(wǎng)加密條件下，三元復(fù)合驅(qū)對于低滲層的波及系數(shù)提高影響明顯，最終提高為0.56

32、。一注一采井網(wǎng)下，聚合物驅(qū)與三元驅(qū)對于低滲層的波及系數(shù)提高影響差異不大。表2-5聚驅(qū)及三元驅(qū)在各個驅(qū)替階段結(jié)束時的波及系數(shù) 水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 聚驅(qū)主段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束 圖2.13一注一采井網(wǎng)下聚驅(qū)中滲層前緣波及狀況 水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 主段塞結(jié)束 副段塞結(jié)束 后續(xù)保護(hù)段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束圖2.14一注一采井網(wǎng)下三元驅(qū)中滲層前緣波及狀況 水驅(qū)結(jié)束 前置段塞結(jié)束 主段塞結(jié)束 副段塞結(jié)束 后續(xù)保護(hù)段塞結(jié)束 后續(xù)水驅(qū)結(jié)束圖2.15井網(wǎng)加密條件下三元驅(qū)中滲層前緣波及狀況由上述表2-5可以看出，方案一至方案三對于中滲層的波及系數(shù)提高影響差異不大。由此可以看出，對于中滲層采收率的提高，主要還

33、是通過提高微觀驅(qū)油效率為主。2.6本章小結(jié)對于層內(nèi)非均質(zhì)模型的低滲層，井網(wǎng)加密的辦法可大幅度擴(kuò)大低滲層的波及體積，進(jìn)而提高低滲層的采收率。對于層內(nèi)非均質(zhì)模型的中滲層，與聚合物驅(qū)相比，三元復(fù)合驅(qū)可大幅度降低中滲層的含油飽和度。第3章三元復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度變化規(guī)律研究目前大慶油田主力油層已進(jìn)入高含水期，水驅(qū)結(jié)束后采用三元復(fù)合驅(qū)與井網(wǎng)加密的辦法均可大幅度提高原油采收率，但是過去對三元復(fù)合驅(qū)的研究主要集中在微觀滲流機(jī)理方面，而對于宏觀上的波及狀況研究較少。本文通過建立縱向非均質(zhì)物理模型，采用化學(xué)發(fā)光定氮法測定產(chǎn)出液中聚合物溶液濃度，混合劑指示法測定產(chǎn)出液中表面活性劑濃度以及PH值測定法測定產(chǎn)出液堿

34、的濃度。研究了三元復(fù)合驅(qū)在不同井網(wǎng)下驅(qū)替過程中產(chǎn)出液中各個化學(xué)劑濃度的變化規(guī)律。3.1實(shí)驗(yàn)原理利用化學(xué)發(fā)光定氮法檢測產(chǎn)出液中聚合物濃度。在高溫1050的條件下，產(chǎn)出液樣品中的氮化物在富氧的條件下轉(zhuǎn)化為一氧化氮，一氧化氮與臭氧接觸后轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)的二氧化氮，激發(fā)態(tài)的二氧化氮回到基態(tài)時釋放出特定波長的光，該發(fā)射光被光電倍增管接收，其發(fā)光強(qiáng)度(以氮積分值表征)與氮含量成正比。其反應(yīng)為:R-N+O2NO NO+O3NO2+O2NO2+O2+h聚丙烯酞胺濃度與其氮含量成正比，氮含量與發(fā)光強(qiáng)度(氮積分值)成正比，因此聚丙烯酞胺含量與發(fā)光強(qiáng)度(氮積分值)成正比，二者呈線性關(guān)系。3.2實(shí)驗(yàn)條件3.2.1實(shí)驗(yàn)儀器

35、與設(shè)備主要儀器與設(shè)備有平流泵、壓力傳感器、真空泵、恒溫箱、電子天平、磁力攪拌器、粘度儀等常規(guī)物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及ANTEK7000氮含量測定儀。3.2.2實(shí)驗(yàn)介質(zhì)（1）聚合物:煉化分子量2500萬，固含量為90%，配置濃度為1800 mg/L的聚合物溶液，其粘度為33. 5mPas ;（2）三元：主段塞：聚合物為煉化分子量2500萬，固含量為90%；表面活性劑為烷基苯磺酸鹽；堿為NaOH。配置濃度為P-1800 mg/L、A-1.0%、S-0.3%的三元復(fù)合驅(qū)溶液。其粘度為34.0mPa·s，界面張力為1. 510-3mN/m。副段塞：聚合物為煉化分子量2500萬，固含量為90%；表

36、面活性劑為烷基苯磺酸鹽；堿為NaOH。配置濃度為P-1800mg/L、A-1.0、S-0.1%的三元復(fù)合驅(qū)溶液。其粘度為32.5mPa·s，界面張力為2.510-3mN/m。(2)實(shí)驗(yàn)用油：利用井口原油與航空煤油配制成在45條件下粘度為9.8mPa·s的模擬油；(3)實(shí)驗(yàn)用水：現(xiàn)場污水。3.2.3物理模型實(shí)驗(yàn)用正韻律縱向非均質(zhì)填砂物理模型，并經(jīng)環(huán)氧樹脂膠結(jié)而成。模型尺寸:長度30cm、寬度30cm、厚度4.5cm。3個等厚度滲層的滲透率自上而下為40010-3，m2100010-3m2， 200010-3m2，變異系數(shù)為0.70。分別模擬一注一采與兩注兩采井網(wǎng)。3.3實(shí)驗(yàn)方

37、案與步驟3.3.1實(shí)驗(yàn)方案方案一：一注一采井網(wǎng)下水驅(qū)至含水98%；一注一采井網(wǎng)下注入三元復(fù)合驅(qū)組合段塞0.725PV ；后續(xù)水驅(qū)至含水98%。方案二：一注一采井網(wǎng)下水驅(qū)至含水98%；一注一采井網(wǎng)下注入聚合物段塞0.725PV；后續(xù)水驅(qū)至含水98%。方案三：一注一采井網(wǎng)下水驅(qū)至含水98%；兩注兩采井網(wǎng)下注入三元復(fù)合驅(qū)組合段塞0.725PV ；后續(xù)水驅(qū)至含水98%。3.3.2實(shí)驗(yàn)步驟1、巖心抽空、飽和水，測定孔隙體積(PV)，計(jì)算孔隙度。2、飽和油，建立原始狀態(tài)，測定原始含油量，計(jì)算原始含油飽和度Soi，束縛水飽和度;3、老化數(shù)小時后，水驅(qū)至綜合含水98%。4、對方案一注入聚合物前置段塞0.075

38、PV+三元主段塞0.3PV+三元副段塞0.15PV+聚合物后續(xù)保護(hù)段塞0.2PV；對方案二注入聚合物段塞0.725PV；對方案三在井網(wǎng)加密后注入聚合物前置段塞0.075PV+三元主段塞0.3PV十三元副段塞0.15PV+聚合物后續(xù)保護(hù)段塞0.2PV。5、后續(xù)水驅(qū)至綜合含水98%。3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.4.1開采效果由圖3.1可以看出，三元復(fù)合驅(qū)含水率下降明顯，但上升也快，聚合物驅(qū)含水率下降時間較長。井網(wǎng)加密條件下三元復(fù)合驅(qū)采收率提高幅度明顯為22.53%。一注一采井網(wǎng)條件下三元復(fù)合驅(qū)次之，其采收率為18.37%。一注一采井網(wǎng)條件下聚合物驅(qū)的其采收率最低，為14.38%。圖3.1開采效果曲線3

39、.4.2產(chǎn)出液濃度檢測結(jié)果及分析一、聚合物的濃度檢測結(jié)果及分析方案一至方案三產(chǎn)出液聚合物濃度變化隨注入PV數(shù)的變化情況如圖3.2所示。水驅(qū)結(jié)束后注入化學(xué)劑開始階段，模型內(nèi)部由于有大量的注入水，產(chǎn)出液聚合物濃度變化呈緩慢上升的趨勢。隨著注入化學(xué)劑的不斷注入，產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度變化曲線達(dá)到一個明顯的拐點(diǎn)后呈明顯上升趨勢。一注一采井網(wǎng)下，聚驅(qū)產(chǎn)出液聚合物濃度變化曲線拐點(diǎn)發(fā)生在1.96PV處9.2%；三元驅(qū)產(chǎn)出液聚合物濃度變化曲線拐點(diǎn)發(fā)生在2.06PV處為9.9%；兩注兩采井網(wǎng)下，三元驅(qū)產(chǎn)出液聚合物濃度變化曲線拐點(diǎn)發(fā)生在1.97PV處為10.7%。由方案一至方案三中產(chǎn)出液聚合物濃度變化曲線與采收率曲線對

40、比可知，在采收率曲線升高不明顯后，產(chǎn)出液聚合物濃度變化曲線也隨之達(dá)到拐點(diǎn)?？梢姡子谌械木酆衔锶芤涸黾恿蓑?qū)替液的粘度，改善了流度比，使得化學(xué)驅(qū)初期化學(xué)劑段塞被突破之前，存在著明顯的油墻，因此采收率提高明顯。但是當(dāng)聚合物溶液突破了一定數(shù)量的出油通道后，即產(chǎn)出液聚合物濃度達(dá)到拐點(diǎn)值后，化學(xué)劑溶液接近于無效循環(huán)。從三元復(fù)合驅(qū)不同井網(wǎng)下產(chǎn)出液中聚合物濃度變化曲線的對比可知：井網(wǎng)加密后有效的擴(kuò)大了波及體積，提高了采收率；但是，同時也使得濃度變化曲線的拐點(diǎn)位置比較靠前，聚合物溶液較早的進(jìn)入到無效循環(huán)之中。圖3.2采收率/產(chǎn)出液聚合物濃度曲線二、堿與表面活性劑的濃度檢測結(jié)果及分析圖3.3為不同井網(wǎng)下三元

41、復(fù)合驅(qū)產(chǎn)出液的不同組分化學(xué)劑濃度變化情況對比。由圖3.3中可以看到，聚合物、堿、表面活性劑三者的拐點(diǎn)基本發(fā)生在同一注入時刻，這表明了三組分之間差速運(yùn)移不明顯，沒有嚴(yán)重的產(chǎn)生驅(qū)油體系色譜分離，更為重要的是堿與表面活性劑的復(fù)配形成了超低界面張力，因此在油墻突破采出井之前，三元復(fù)合驅(qū)的采收率要明顯高于聚驅(qū)的采收率。但是在三組分達(dá)到拐點(diǎn)以后，由于堿與表面活性劑大部分進(jìn)入到一個無效循環(huán)的過程，兩者在微觀洗油效率上未能充分發(fā)揮作用，所以三元復(fù)合驅(qū)與聚合物驅(qū)在達(dá)到拐點(diǎn)之后所能提高的采收率差別不大。圖3.3產(chǎn)出液中各驅(qū)油劑濃度曲線3.5本章小結(jié)利用化學(xué)發(fā)光定氮法等相關(guān)技術(shù)，在物理模型上研究了產(chǎn)出液中不同化學(xué)劑

42、組分的濃度變化規(guī)律?；瘜W(xué)驅(qū)階段，在油墻突破采出井后，產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度變化曲線也隨之達(dá)到拐點(diǎn)，其后產(chǎn)出液化學(xué)劑濃度呈明顯上升趨勢。而井網(wǎng)加密雖然擴(kuò)大了波及體積；但也使得產(chǎn)出液濃度變化曲線的拐點(diǎn)位置比較靠前，化學(xué)劑較早的進(jìn)入到無效循環(huán)之中。堿與表面活性劑的復(fù)配形成了超低界面張力，在油墻突破采出井之前，三元復(fù)合驅(qū)的采收率要明顯高于聚驅(qū)的采收率。但在三種組分濃度曲線達(dá)到拐點(diǎn)以后，三元復(fù)合驅(qū)與聚合物驅(qū)在提高采收率方面差別不大。結(jié) 論1、對于層內(nèi)非均質(zhì)模型的低滲層，井網(wǎng)加密的辦法可大幅度擴(kuò)大低滲層的波及體積，進(jìn)而提高低滲層的采收率對于層內(nèi)非均質(zhì)模型的中滲層，與聚合物驅(qū)相比，三元復(fù)合驅(qū)可大幅度降低中滲層的含

43、油飽和度2、低滲層平面剩余油分布特征分析在聚合物段塞與三元段塞粘度相同時，兩者在微觀上的驅(qū)油效率無明顯差別，一注一采井網(wǎng)下波及體積三元驅(qū)方案略大于聚驅(qū)方案，兩者最終的剩余油飽和度分別為37.85%，37.48%；縮小井距后，低滲層的驅(qū)掃面積增加，在一注一采井網(wǎng)下難以動用的死油區(qū)，在兩注兩采井網(wǎng)下被部分動用出來兩者最終剩余油飽和度差別明顯，分別為37.49%，29.97%；因此，對于低滲層，提高采收率主要是通過縮小井距，擴(kuò)大波及體積，動用出更多的剩余油。3、中滲層平面剩余油分布特征分析在聚合物段塞與三元段塞粘度相同時，由于三元中表面活性劑降低了分流線上的毛管壓力，改善了中滲層的驅(qū)替效果，提高了微觀洗油效率剩余油飽和度分別為22.22%，20.08%；縮小井距后對中滲層的波及體積增加不明顯，兩者在中低滲層的最終剩余油飽和度分別為20.34%，19.04%；因此，對于中滲層，提高采收率主要是通過提高微觀的洗油效率，而通過縮小井距，擴(kuò)