三元复合体系黏度场分布模拟研究

2014-08-04郭春萍中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院采收率二室黑龙江大庆163712

石油天然气学报 2014年12期

郭春萍 (中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院采收率二室,黑龙江大庆163712)

三元复合体系黏度场分布模拟研究

郭春萍 (中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院采收率二室,黑龙江大庆163712)

准确预测地层黏度分布情况,将为油田中后期的开发注入方式优化提供科学依据。开展长管岩心物理模拟试验,检测不同PV数 (时间)、不同采样点 (井距)采出微小液滴的黏度,滴定采出液化学剂质量浓度,得到不同时机化学剂质量浓度变化规律,给出化学剂运移速度关系,计算出色谱分离引起的黏度场分布;实际黏度与色谱分离黏度差值为油水乳化对黏度贡献,通过不同乳化程度、不同含水条件下乳化引起的黏度,模拟给出地下乳化程度分布场。

三元复合体系;长管模型;色谱分离;乳化程度;黏度场;分布规律

随着油田开发的深入,大庆油田已进入定量开发阶段。迄今为止,对于开发后期注入体系与原油作用后混相黏度的计算仍没有成熟的模型和关联式。如果能够准确预测不同时机、不同注入点的复合体系色谱分离程度及乳化程度,将为油田中后期的开发以及复合体系驱油的流动计算提供科学依据。通过长管模型驱替试验,可系统研究色谱分离规律及乳化作用引发黏度分布情况,为改善三元复合驱技术效果提供依据[1～3]。

基于以上的研究背景,笔者通过长管岩心物理模拟试验测得的小液滴物性数据,推算色谱分离引发黏度及乳状液黏度,得到色谱分离程度及乳化程度分布场,进而得到复合驱黏度场。

1 试验材料和试验仪器

1.1 试验材料

所用表面活性剂是美国SCI公司生产的烷基苯磺酸钠ORS-41和Stepan公司的石油磺酸钠B100;碱剂采用NaOH;采用的部分水解聚丙烯酰胺平均分子量为2500× 104,固含量89%;原油为油井脱水原油,物性见表1;水为油井采出污水。石油磺酸盐表面活性剂,有效含量50%;Na OH,分析纯;试验用水为大庆油田采出污水,矿化度为6379.6mg/L,离子组成见表2;试验用油为大庆采油厂脱水原油与煤油按体积比配制的模拟油,45℃时黏度约10.0mPa·s。

表1 原油物性(45℃)

表2 注入水中各离子的质量浓度

1.2 试验仪器

所用试验仪器包括:POLYTON均化器;TEXAS500-C旋滴界面张力仪;HARKE 150L流变仪;岩心驱替装置;恒流泵(美国TELEDYNE ISCO公司);XSP-1C生物显微镜(上海团结仪器制造公司);中间容器,真空泵,压力表,恒温箱,电子天平,搅拌器等。岩心为人造均质浇筑长岩心模型,尺寸约为4.5cm×4.5cm×720cm,中间带有测压点和取样口,测压点、取样口均匀分布于长管岩心上。

2 试验方法

在室温下将岩心抽空、饱和地层矿化水,计算孔隙体积和孔隙度;岩心在45℃下恒温加热,用大庆采油厂模拟油驱替水、饱和油,建立束缚水,计算原始含油饱和度。用污水驱油 (连续注水3.5PV,水驱采出程度52.58%),直到出口端产出液含水率达到98.0%(实际长管模型含水率达到99.5%),计算水驱采收率;注入化学剂段塞(0.3PV三元主段塞:1.2%碱+0.3%活性剂+1600mg/L聚合物;三元复合体系初始黏度:49.7mPa·s),记录驱替过程中的压力动态和采油量,并沿程取样、照相。

3 结果与讨论

假定运移速率基本恒定(由于注入速率恒定为0.60m L/s,采出速率也基本不变),随着运移距离的增加,活性剂、碱、聚合物的质量浓度不断损失,聚合物质量浓度的下降导致整个三元段塞黏度总体上呈降低趋势;在低碱条件下,聚合物溶液水解性较好,碱的质量浓度降低相对可使三元溶液恢复一定黏度,即为三元段塞的色谱分离作用。起初由于运移的距离短,色谱分离引起的黏度上升程度较小,随注入距离的增大,色谱分离程度逐渐增大;乳化作用同样引发黏度上升,初始注入时,油水比大,形成黏度大的油包水型乳状液;随含水率增加逐渐达到黏度峰值,又转型为黏度较低的水包油型乳状液,黏度降低[4,5]。

质量浓度损耗导致段塞黏度下降,色谱分离作用使三元段塞黏度逐渐上升,而乳化使得三元段塞黏度先升后降。以上3种作用相互叠加后黏度为三元复合体系地下运移实际黏度。

3.1 化学剂运移速率及质量浓度损失规律

由于聚合物(P)、碱(A)、活性剂(S)运移速率(v)不相同,vP＞vA＞vS(由于活性剂质量浓度变化对复合体系黏度影响程度不大,这里仅讨论聚合物及碱),三元段塞从注入一开始便存在不同程度色谱分离。

图1中聚合物、碱的采出质量浓度逐渐增大,后续又由于吸附损耗减小,整个过程存在峰值,将质量浓度峰近似为质量浓度段塞,以质量浓度峰顶点运移速率为基准点,计算得到vA≈0.74vP。

在运移过程中化学剂发生吸附损耗,化学剂质量浓度不断降低,聚合物和碱逐渐分离,可推知地下不同距离处聚合物及碱的质量浓度分布如图2,查反配质量浓度黏度曲线如图3,得到小段塞色谱分离后地下黏度分布情况。

图1 化学剂质量浓度峰运移曲线

图2 化学剂质量浓度实测及拟合曲线

图3 三元复合体系黏浓曲线

3.2 色谱分离引发黏度场分布

三元段塞运移过程中不断发生色谱分离,引起黏度大幅上升。长管试验中黏度受效约0.9PV结束,聚合物段塞前缘已于0.77PV时刻经过采出端(150m),质量浓度基本呈指数规律损失至800mg/L,此时碱段塞质量浓度呈指数规律损失至0.48%,段塞运移至129m处。

聚合物质量浓度峰、碱质量浓度峰在运移过程中,在不同地点、不同注入PV数时刻,质量浓度峰重叠程度均有所差异。由图2中聚合物及碱质量浓度运移损耗拟合曲线,结合三元复合体系黏度质量浓度曲线 (见图3)给出三元复合体系注入过程中色谱分离场分布 (图4)。

图4 三元复合驱注入过程中色谱分离黏度场分布

注入过程中三元段塞化学剂质量浓度在油层中不断损耗降低,黏度随运移距离不断降低;色谱分离引发黏度先增加后减小,注入0.5PV时刻、3/5井距(3#采样口处)前,色谱分离引发黏度增长大,色谱分离作用强;注入0.5PV时刻、3/5井距后,色谱分离引发黏度倍数明显减弱。

3.3 乳化引发黏度场分布

图5中总体趋势为黏度峰随注入PV数增加随运移距离向右移动,且峰值、峰宽逐渐减小。

段塞黏度峰值及峰宽值随运移距离均不断降低,0.3PV时刻1#、2#采样点受效,0.5PV时刻1#、2#、3#采样点受效,0.7PV时刻3#、4#、5#采样点受效,0.8PV时刻4#、5#采样点受效,0.9PV时刻高黏度段塞(黏度大于50.0mPa·s,即高于三元配制质量浓度)受效基本结束。

图6可见三元段塞在运移过程中,实际检测值与模拟色谱分离恢复引起的黏度峰值存在差值,即为不同乳化程度贡献的黏度增幅。

图5 不同运移距离采出液黏度分布

图6 不同含水率时乳化程度与黏度相关性

假定含水率从0～100%随运移距离呈线性变化,以0.31PV为例,段塞运移至2#采样点时刻,检出黏度为97.0mPa·s,此时色谱分离恢复的黏度为70.0mPa·s,乳化贡献的黏度增幅为27.0mPa· s,含水率约为20.0%,乳化程度达到Ⅲ级,未色谱分离部分体系反配黏度为46.0m Pa·s,乳化贡献黏度增幅为51.0mPa·s,乳化程度等级为Ⅴ级;0.46PV时,极小段塞体系运移至3/5井距处,检出黏度为83.0m Pa·s,此时色谱分离恢复的黏度约为54.0m Pa·s,乳化贡献的黏度增幅为26.0m Pa· s,含水率约为90%,乳化程度达到Ⅱ级,未色谱分离部分体系反配黏度为33.0m Pa·s,乳化贡献黏度增幅为50.0mPa·s,乳化程度等级为Ⅲ级;0.8PV时,极小段塞体系运移至出口处,检出黏度为59.0mPa·s,此时色谱分离恢复的黏度约为32.0mPa·s,乳化贡献的黏度增幅为27.0m Pa·s,含水率约为90%,乳化程度达到Ⅱ级,未色谱分离部分体系反配黏度为31.0mPa·s,乳化贡献黏度增幅为26.0mPa·s,乳化程度等级为Ⅱ级。

图7 三元复合驱注入过程乳化引发黏度分布场

初始注入时,三元复合体系段塞初遇油墙,油水比大,形成黏度大的油包水型乳状液,注入0.31PV时刻、2/5井距处,乳化引发黏度大,乳化作用强,乳化程度Ⅲ级;随含水增加,逐渐转型为黏度较小的水包油型乳状液,黏度降低,注入0.46PV时刻、3/5井距处,乳化引发黏度减弱至Ⅰ～Ⅱ级;注入0.62PV时刻、4/5井距处,乳化程度减弱至Ⅰ级(图7)。