（油气田开发工程专业论文）聚合物驱窜聚机理及防窜技术研究.pdf

r e s e a r c ho np o l y m e rf l o o d i n gc r o s s f l o w m e c h a n i s ma n d p r e v e n t i n gt e c h n o l o g y c u ij i e ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yl iz h a o m i n a b s t r a c t w a t e r f l o o d i n gi st h em a j o rw a yi no i lf i e l do f c h i n a ，a tp r e s e n t ，s o m e i m p o r t a n tf i e l dh a sb e e ni n l i 曲w a t e rh o l d ，w a t e rc u th a sr a i s e dr a p i d l y , t h i s r e q u k en e wt e c h n o l o g yt oe n h a n c er e c o v e r y a m o n gw h i c hm e t h o d s ， p o l y m e rf l o o d i n gi s 谢a e l ya p p l i e di nc h i n a , i th a sb e e na c c o m p l i s h e d t h r o u g hp l u te x p e r i m e n tt os p r e a dp e r i o d ，d a q i n g ，d a g a n g ，h e n a n ，s h e n g l i o i lf i e l dh a v ec a r r i e do u tp o l y m e rf l o o d i n ga n do b t a i ng o o d e f f e c t ，h o w e v e r a f t e rl o n gp e r i o dw a t e rf l o o d i n g ，r e s e r v o i rp a r a m e t e r sa n df l u i dc h a r a e t o ra l l h a v ec h a n g e d ，a l t h o u g hw a t e rp l u g g i n gh a sb e e nd o n e ，v i s c o u sf i n g e ra l s o o e d 2 u l st op o l y m e rf l o o d i n gd u r i n gd i s p l a c ep r o c e s s ，t h i sl e a dt op o l y m e r c r o s sf l o wa n da f f e c to i ld i s p l a c e m e n te f f i c i e n c y o i lw e l lp o l y m e ra d v a n c e o u t p u t ，a n dt h e nw a t e rc u tr a p i da s c e n d ，p o l y m e rc o n c e n t r a t i o ni sh i 曲 f i - o mo i lw e l l ，s oi ti ss i g n i f i c a n tt or e s e a r c ht h ep o l y m e rc r o s sf l o w , t h r o u g h e x p e r i m e n ta n da n a l y z e ，f a c t o r sa l ea n a l y z e db yg e o g r a p h ya n dt e c h n i q u e s ， s e n s i t i v i t ya n a l y s ma l s oa r es t u d i e d ，m a i nf a c t o r sa r ec o n f i r m e d ，a c c o r d i n gt o e x p e r i m e n t s ，m i c r o c o s m i cv i s u a la n dl o n g - - c o r et e s ta n df l a tm o d e l a r e c o m b i n e dt os t u d yc r o s sf l o wm e c h a n i s m ，a tl a s t ，e x p e r i m e n t sr e s u l t sa n d o i if i e l dc o n d i t i o na r eo p t i m i z e d a n dt h i sp r o v i d eb a s ef o re n h a n c er e c o v e r y k e yw o r d s ：p o l y m e rf l o o d i n g ，e r o s s f i o wm e c h a n i s m ，p r e v e n t i n gt e c h n o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：篮三l 彩年，d 冠 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅：学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：盟文时b 辱j 3 只 b 导师签名：二垒耋坠盏l 一劭坤占年 i v 月 l e l 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 论文研究的目的和意义 1 1 1 胜坨油田开发现状及存在问题 胜坨油田已进入特高含水开发后期，目前日产液量已高达1 3 8 万吨， 综合含水9 4 5 ，采出程度3 5 ，剩余可采储量采油速度已达1 0 6 。 油藏高含水井多，水淹程度高，大量注入水无功窜流，为确保稳产进行 大幅度提液所带来的污水处理、回注等成本费用高的负面影响，决定了 胜坨油田必须要进行产液结构调整，以控本增效。例如坨七沙二8 单元， 含水级别大于9 5 的油井已占5 7 ，含水级别9 0 一9 5 的油井占2 7 ， 而含水级n 4 , 于9 0 的油井仅占1 6 , ，说明开发形势相当严峻，因而探 索积极有效的控液手段势在必行。 胜坨油田进入特高含水开发期后，由于油田具有多层非均质严重的 特点，地下油水关系更加复杂，造成剩余油的分布具有以下特点： ( 1 ) 平面上高度水淹，剩余油分布更加零散。 ( 2 ) 纵向上剩余油多集中于低渗、低压的薄差层，以及大厚油层的 上部。 层内剩余油分布特点 正韵律油层：河流相沉积为主的高渗透偏亲油正韵律油藏，注入水 主要沿底部大孔道窜流，而且受毛细管力、重力的影响，致使油层下部 水淹程度高。河流相沉积的正韵律油层剩余油主要分布在油层中上部。 反韵律油层：三角洲前缘相沉积的中高渗透偏亲水反韵律油藏，砂 体上部虽然渗透率高，但由于重力使注入水下沉，减缓了上部的水线推 进速度和水淹程度，层内如果不存在大面积分布的有效隔层，注入水在 重力作用下主要沿底部流动，剩余油也主要集中在油层顶部。而对于坝 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 侧缘沉积为主的韵律层，层内隔夹层发育，岩心观察为明显的砂泥互层 产物，隔夹层对水质点下沉起到了阻挡作用，注入水容易在其中的高渗 透带指进形成强水洗带，剩余油主要分布在渗透性较差的条带中。 层间剩余油分布差异越来越大，剩余油多集中于低渗、低压的薄 差层。 从以上分析可以表明，胜坨油田进入特高含水期后，纵向上剩余油 状况说明常规的注水开发对进一步挖掘潜力确实存在较大的困难，而聚 合物驱是进一步提高采收率的有效手段之一。 1 1 2 胜坨油田聚合物驱存在问题 胜坨油田于1 9 9 8 年4 月在胜一区沙二1 3 砂层组东南部进行了聚合 物驱先导试验，2 0 0 1 年9 月转后续水驱。2 0 0 2 年4 月在胜一区沙二l - 3 北部进行了聚驱扩大试验。聚驱试验取得了明显的降水增油效果，但也 暴露出严重窜聚和水窜的问题。 ( 1 ) 部分井区注聚油压偏低，注聚量大，注聚不均衡。 扩大区全区3 3 个井区，注入总量大于1 7 0 m g l p v 的井区1 4 个， 比率4 2 4 ；注入总量低于1 7 0 m g l p v 的井区1 9 个，比率5 7 6 。而 且扩大区部分井区注聚油压偏低，注入量大，对应油井见聚时闯早，详 见表1 1 。 从以上四个井区的注入情况调查表中可以看出明显的窜聚特征： a 、油压低：四口窜聚井平均油压比扩大区油压低1 m p a 左右； b 、注入量大：四口窜聚井占总注聚井数的8 1 6 。累计注入量占了 总注入量的1 1 6 7 ，平均注入量为8 5 5 9 4 m 3 ； c 、见聚早：窜聚井区的受效井的见聚时间平均在8 个月左右，其中 受效井最早见聚时间仅为4 个半月。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 表1 1 部分井区注入情况调查表 注聚前 注聚初期注聚中期 2 0 0 3 1 0 对应油 井号 ( 2 0 0 2 1 0 )( 2 0 0 4 4 ) 注入量 井最早 油压水量油压水量油压水量 ( m 0 见聚时 ( m p a )( m 3 d )( m p a )( m v d )( m p a )( m 3 d )间( d ) i 0 9 47 71 1 88 6 71 5 7 ，39 41 2 3 48 6 8 4 3 1 4 0 1 1 7 2 7 1 1 2 5 9 61 7 6 88 61 0 2 68 8 1 4 92 6 1 1 0 n 8 4 8 4 1 2 01 0 11 6 2 31 1 41 2 2 8 8 7 9 0 62 8 2 1 2 6 261 2 19 71 6 0 i1 0 31 4 2 47 9 4 7 6 2 3 3 四井平均值 7 31 2 19 51 6 4 19 91 2 2 88 5 5 9 42 2 9 区平均值 8 。l 9 2 1 0 51 8 2 。41 1 ，11 6 2 15 9 8 5 8 ( 2 ) 聚合物推进速度快，油井见聚早。 从见效井的见聚调查表( 表i - 2 ) 中可以看出，与先导区相比，扩 大区聚合物推进速度快，见聚时间早，见聚浓度高。 统计扩大区油井的见聚时间( 图1 1 ) ，受效井中有1 1 口井在半年内 见聚，有4 3 口井在一年之内见聚，一年之内见聚井占了总井数的4 6 。 表l - 2 分区第一批见效井聚合物推进速度对比 注聚日期见效日期见聚日期 见聚聚合物推 分区井号天数进速度 见聚浓度 ( 年月日)( 年月日)( 年月日) ( m l ) ( d )( m d ) 1 0 9 32 0 0 2 3 1 02 0 0 2 0 8 1 42 0 0 2 8 1 41 5 6 1 7 2 4 0 1 2 n 82 0 0 2 3 1 02 0 0 2 0 7 1 32 0 0 2 0 9 1 91 9 2o 93 0 8 1 1 x 8 2 22 0 0 2 3 1 02 0 0 2 “1 02 0 0 2 1 1 2 92 6 3 1 o6 3 扩大 1 1 6 42 0 0 2 3 1 02 0 0 2 1 1 1 52 0 0 3 0 1 ，0 22 9 70 91 8 0 1 3 n 6 12 0 0 2 4 2 02 0 0 2 6 2 62 0 0 2 0 9 0 51 3 22 11 3 0 区 1 2 6 72 0 0 2 4 2 02 0 0 2 1 1 1 02 0 0 2 1 1 2 91 9 3 1 28 7 1 2 6 32 0 0 2 4 2 02 0 0 2 1 1 1 02 0 0 2 1 2 0 92 0 31 o6 7 1 2 7 32 0 0 2 4 2 02 0 0 2 1 0 1 42 0 0 2 1 2 1 02 0 41 o2 7 0 合计( 8 )2 0 51 21 6 8 先导主流线井( 1 4 ) 4 2 00 76 5 区全部( 4 8 ) 5 4 0o 5 59 8 ( 3 ) 整体见效早，含水降低幅度低。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 从图1 - 2 中可以看出胜一区注聚先导区的见效时间与含水谷底的出 现均比设计方案提前了近两年，含水降低幅度比设计方案低了1 4 个百分 点；而从图1 - 3 中可以看出，与先导区同期相比扩大区的见效时间与含 水谷底出现更早。 图1 - i 扩大区见聚时间统计 图l - 2 先导区含水曲线 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 图1 - 3 扩大区与先导区同期含水对比曲线 从表2 中可以看出，与先导区相比，扩大区聚合物的推进速度快， 见效时间早，见聚浓度高。 ( 4 ) 注聚初期增油明显，随着注聚的深入，增油量递减过快，油井 见效后有效期短，含水返弹快 从扩大区的见效率曲线( 图1 - 4 ) 来看，注聚初期见效率较高，见效 井多，随着注聚的深入，见效率逐渐降低。从扩大区的增油曲线( 图1 5 ) 来看，第一年扩大区增油量超过了设计方案；第二年增油量开始低于方 案，增效变缓；到了第三年增油量远远低于设计方案。 图l _ 4 扩大区与先导区同期见效率曲线 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 图1 - 5 扩大区注聚后年累增油曲线 扩大区油井的见效类型可分为三种：快速下降稳定型( 图1 6 ) 、 快速下降回弹型( 图1 7 ) 、下降一回弹再下降型( 图1 - 8 ) 。在扩大区5 8 口见效井中，快速下降回弹类型的井有2 0 口，占了总见效井数的3 5 。 含水的快速回弹造成扩大区含水上升，严重影响注聚效果。 图l - 6 快速下降一稳定型 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 图l - 7 快速下降一回弹型 图1 - 8 下降一回弹再下降型 ( 5 ) 注聚后转后续水驱后，油井含水上升速度过快。 注聚后转后续水驱后，注水井的油压下降，吸水能力增强，层间吸 水差异增大，油井含水上升速度加快，高含水井增加。注聚先导区转后 续水驱后，油井含水上升速度加快，由转后续水驱前的8 3 上升到9 0 3 ， 部分井出现了严重的水窜，含水甚至达到9 8 以上。后续水驱半年后， 含水在9 0 一9 5 的井由1 0 口增加到2 7 口，所占比例由1 9 增加到5 1 ， 高含水井迅速增加。而且由于窜聚出胶，使得电泵井频繁欠载或过载停 7 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 机，甚至因胶堵电泵吸入口或卡死叶轮导致停产。注入压力也发生了明 显的变化，注入压力和启动压力明显降低，每米吸水指数升高( 见表1 3 ) 。 表1 - 3注聚先导区注入状况对比表 项目 注聚初期注聚末期后续水驱 注入压力( m p a ) 6 51 29 4 启动压力( m p a ) 5 39 8 7 8 每米吸水指数( m 3 m p a m ) 1 0 95 76 9 1 1 3 开展本课题研究意义 目前我国大部分油田己进入中高含水阶段。注聚合物是改善流度比、 提高注入水的波及体积，改善非均质油田的开发效果，提高油田采收率 一种有效方法。聚合物驱己在我国大庆、胜利、大港、河南等油田广泛 应用f l - 6 j 。但随着聚合物驱油规模的不断扩大，由于注聚区注聚前经过多 年注水开发，地层性质及岩石结构发生重大改变，油水井距较近，局部 存在高渗带和地层大孔道。从而造成注聚工程中，注入聚合物在油井中 过早突破，含水谷底提前出现。胜坨油田注聚先导区及扩大区在注聚半年 至一年后即出现窜聚，窜聚甚至井数达到了4 0 以上。造成注入聚合物 溶液控制水油流度比作用降低，驱油效率下降及聚合物质量损失，严重 影响聚合物经济效益评价及提高油田最终采收率。 鉴于上述胜坨油田注聚区的窜聚特点，选择该题研究窜聚机理，制 定防窜对策，防止窜聚，是非常必要且亟需的，对提高聚合物驱采收率 有重要意义： ( 1 ) 可以抑制注聚区含水过快上升的问题，延长注聚有效期，最大 限度地提高油田采收率。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第1 章前言 ( 2 ) 可以提升胜坨油田注聚工艺技术水平，为其他注聚区防窜治窜 提高注聚效果提供有力的指导与借鉴。 1 2 国内外研究现状 聚合物驱油作为三次采油的一项重要技术随着油田稳产形势的需要， 加快了其研究和应用的步伐 3 - 8 】。特别是进入到9 0 年代，从室内研究到 现场的先导性实验、工业性试验，注聚工艺不断完善，聚合物驱油步入 到了大规模的应用阶段。国外一般是否定聚合物驱油的，主要原因是认 为聚合物驱只能扩大波及体积，不能提高驱油效率，因此总的采收率提 高值较低。美国2 0 世纪7 0 _ 8 0 年代在现场实施了很多聚合物驱油区块， 但平均采收率只提高4 9 ，经济效益差。大庆油田研究认为粘弹性性流 体可以提高波及体积和驱油效率，并通过室内岩心和现场取心实验表明， 采收率可提高1 2 左右，驱油效率可提高5 6 左右。大庆油田的地质 状况较好，聚合物窜流现象较少，在注聚工艺上主要是提高聚合物溶液 的粘度。自1 9 7 2 年以来，已先后开展了小井距南井组萨1 1 7 + 8 层特高含水 期注聚合物试验、厚层试验区特高含水期( 中心井含水9 9 ) 聚合物驱 油试验、中区西部单层和双层聚合物驱油试验，以及北一去断西和喇嘛 甸油田南块的工业性聚合物实验。都取得了比较好的效果。胜利油田针 对实际状况为注聚实施主要考虑了以下几个方面：一是对存在“高渗”条 带和大孔道的部分井堵水调剖，防止窜流；二是完善注采井网；三是对 水驱条件下形成的平面、层间压力不均衡及注聚区内外压力不均衡等及 时进行配注配产调整，尽可能傲到压力场均衡。通过室内试验等技术准 备，胜利油田于1 9 9 2 年1 0 月在孤岛油田中一区馆陶组第三砂层组( n 9 3 ) 开展了聚合物先导试验。先导试验取得成功后，1 9 9 4 年1 9 9 5 年开展了 孤岛、孤东两个聚合物驱扩大试验，均取得了显著的效果。从1 9 9 7 年开 9 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第1 章前言 始，聚合物驱油技术进入到工业化推广应用阶段，到2 0 0 1 年底，有1 4 个区块先后投入注聚开发。在注聚过程中暴露了许多问题，部分井仍严 重窜聚，注聚区内仍有三分之一的井未见效或见效不好，聚合物耐温耐 盐性差，污水注聚影响大。面临这些问题，胜利油田的注聚工艺需进一 步完善。聚合物驱油已形成了一定规模，见到了明显的效果，但不同的 油田有着不同的注聚工艺，胜利油田普遍存在着窜聚的现象，因此聚合 物驱油及防窜工艺需进一步优化完善，为胜利油区的稳产发挥更大的在 作用。 1 3 主要研究方法、技术路线 以注聚区窜聚问题为研究对象，以提高油藏采收率为目的，以动静 态综合开发数据分析、物模实验技术研究和现场试验应用为手段，研究 注聚区窜聚机理及防窜技术对策，以最大程度地挖掘剩余潜力，进一步 提高油田的聚驱开发效果。 1 4 主要研究内容 ( 1 ) 研究分析胜坨油田注聚区方案的实施及效果，研究注聚工艺存 在的问题及窜聚因素，并对重点窜聚井区的地质资料和动态资料进行细 致调研，对引起窜聚的各个因素进行量化，制定出聚合物驱油工艺优化 实验方案。 ( 2 ) 开展单管长管岩心物摸实验研究，研究不同注聚粘度、不同段 塞设计在不同渗透率岩心中的提压幅度，建立大量的基础数据；同时开展 长管岩心并联实验，研究注聚速度、段塞组合对窜聚的影响，优化注聚 参数。 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第1 章前言 ( 3 ) 开展玻璃平板可视化物模实验，研究在非均质油藏中聚合物的 注入粘度、注入速度、注入段塞设计对窜聚的影响，确定非均质油藏窜 聚机理。 ( 4 ) 研制合适的防窜堵剂，用于窜聚井的堵水调剖。 ( 5 ) 根据实验结果，结合注聚区的注聚效果与地质状况，综合制定 出胜坨油田合理的聚合物注入工艺对策，并进行矿场应用。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 第2 章聚合物驱窜聚机理研究 胜坨油田注聚扩大区2 0 口含水回弹井主要集中在5 个井区：1 0 9 4 、1 1 7 2 、 1 0 n 8 4 、1 2 6 2 、1 1 7 4 1 井区，窜聚现象明显，本文重点针对这些井区，从地质 和工艺两方面入手分析注聚区引发窜聚的内因和外因，运用现场分析和室内实 验研究了聚合物窜流的机理。 2 1 油层非均质性对窜聚的影响 2 1 1 窜聚井区储层非均质性对窜聚的影响 胜坨油田一区沙二段1 砂层组为浊流相沉积；2 3 砂层组为河流相沉积。 浊流相沉积1 砂层组的层内纵向渗透率变化特征是：沙二1 1 小层渗透率较高， 平均渗透率为( 7 9 0 6 1 0 8 1 0 ) x l o 。岬2 ，突进系数较小( 1 3 8 1 6 3 ) ，变异 系数较低( o 5 8 o 6 6 ) ，但渗透率级差变化范围较大，为2 2 2 1 1 8 4 4 。其次 是沙二1 2 、1 3 、1 4 小层，级差、变异系数都有所增大，为2 4 2 8 5 ，0 7 7 1 8 1 。 总之，浊流砂体储层内均质程度相对较差。 河流相沉积的沙二2 、3 砂层组的层内纵向渗透率变化特征：沙二3 4 + 5 层 平均渗透率为6 6 3 0 1 0 5 2 0 1 0 - 3 r t m 2 ，突进系数为2 5 4 3 1 9 ，变异系数为 o 8 9 o 9 5 ，级差范围变化较大为2 2 7 9 1 8 4 8 5 ，因此辫状河砂体储层的均质 程度较差。往上逐渐向曲流河过渡，沙二2 3 层突进系数、变异系数均有降低， 分别为1 5 2 、o 4 6 ，级差明显的缩小为3 3 5 ，说明向曲流河发展，储层内均质 程度逐渐好转( 表2 - 1 ) 。 从注聚区储层的非均质特征来看，储层在平面上和纵向上都存在严重的非 均质性，渗透率差异高达倍，这就很容易造成聚合物驱发生窜流现象。例如 1 0 9 4 井区，该井区主力层1 1 层，从1 1 层的层内渗透率分布图来看，1 1 层呈正 韵律沉积，渗透率级差为2 2 2 倍，而且从注聚井1 0 9 4 井的吸水剖面可以看 出1 1 层是主要的吸水层，吸水比例高达9 5 6 ，1 1 层的层内非均质性严重， 层内存在着大孔道或高渗透带，很容易发生窜聚。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 表2 - l 胜坨油田沙二l 3 砂层组渗透率数据表 平均渗透率 项目级差突进系数变异系数 ( 1 0 - 3 $ t m 2 ) l 7 9 0 6 2 1 0 8 0 9 2 2 2 1 1 81 3 8 1 6 3 0 5 8 0 6 6 沙二124 7 9 1 6l o o 9 82 8 51 3 6 砂层组 33 6 2 1 6 7 3 8 8 42 0 5 2 6 62 4 2 60 9 6 1 8 1 41 1 3 8 4 1 41 4 7 0 52 5 60 7 7 沙二238 5 4 1 4 43 3 5 1 5 2 0 4 6 砂层组4 + 56 0 8 8 0 33 1 3 42 4 20 7 2 沙二3 3 1 9 0 2 1 7 2 2 1 96 6 7 4 7 51 9 7 3 9 7o 8 1 1 1 5 3 + 46 6 3 0 2 1 0 5 1 92 2 8 1 8 52 5 4 3 1 90 8 9 o 9 5 砂层组 55 3 1 9 8 91 7 5 43 3 60 7 3 1 0 9 4 井自2 0 0 2 4 开始注聚，对应油井1 0 9 3 、1 1 x 8 2 2 、1 1 8 1 、1 1 8 9 井， 其中1 0 9 3 、1 1 x 8 2 2 井分别于2 0 0 2 8 1 4 和2 0 0 2 1 1 2 9 见聚，见聚时间比较早， 且初始见聚浓度较高。1 0 9 3 井见效后，半年内含水由6 2 上升至9 5 ，返弹 较快。 针对1 0 9 4 井区聚合物窜流引起的含水返弹，采取了以下几方面措施： a 、主流线方向控制采液量( 1 0 9 3 、1 1 x 8 2 2 ) ： b 、非主流线方向提液( 1 1 8 1 补孔1 1 单采) ； c 、调整注聚井1 0 9 4 ，注聚浓度由1 8 0 0 m g l 提到2 2 0 0 m g l ，配注由1 5 0 m 3 c t 降到1 2 0 m 3 d 。 经过以上常规措施后，1 0 9 4 井区的调整效果并不理想，1 0 9 3 井的见聚浓 度仍然居高不下，含水也只是趋于稳定。 2 1 2 非均质性对窜聚影响的物模实验研究 ( 1 ) 实验用剂 聚合物、地层水( 矿化度1 6 0 0 0 m g l ) 、蒸馏水、模拟油、染色剂( 3 种) 。 ( 2 ) 实验仪器 g a r s e nd i g i t a l 一5 0 0 0 a 可视化展台、录象机( p a n a s o n i c ) 、数字化电视 ( p a n a s o n i c ) 、计算机、岩心流动实验装置。 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 图2 - 1 可视化实验流程图 ( 3 ) 实验模型 模型由特制玻璃板粘砂粘结而成，模型尺寸( 1 5 x 1 5 x 0 1 5 ) c m 3 。 物模实验研究中制作了3 种不同渗透率级差模型( 见图2 2 ) ，大孔道高 低渗模型的渗透率级差在5 1 0 0 之间，高低渗带模型a 的渗透率级差在3 5 之间，高低渗带模型b 的渗透率级差在l 2 之间。 ( a ) 大孔道高低渗模型( b ) 高低渗带模型a( c ) 高低渗带模型b 图2 - 2 不同渗透率级差平板实验模型 针对三种不同渗透率级差的模型在相同的实验条件下进行驱油实验，对比 驱油效果。 ( 4 ) 实验过程：饱和水一饱和油一水驱( 水驱至含水9 8 以上) 一低速 注入高浓度聚合物( 注入速度：0 0 5 m l m i n ，聚合物浓度：2 5 0 0 m g l ，注入量 0 1 5 p v ) 一高速注入低浓度聚合物( 注入速度：o 1 m l m i n ，聚合物浓度： 1 0 0 0 m g l ，注入量0 1 5 p v ) 一水驱至1 p v ( 水驱速度：o 2 m l m i n ) 。 ( 5 ) 实验结果： 大孔道高低渗带模型 1 4 砸耻 1 莎一 厂b 粼 籼国 枞雷 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 一低速注高浓度聚合物一高速注低浓度聚合物 - - - i 后续水驱i p v 图2 - 3 大孔道高低渗带模型聚驱实验过程及结果 高低渗带模型a ( 级差大) 一低速注高浓度聚合物_ 高速注低浓度聚合物一后续水驱i p v 图2 4 高低渗带模型a 聚驱实验过程及结果 高低渗带模型b ( 级差小) 模型一饱和水一饱和油+水驱 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 一低速注高浓度聚合物一高速注低浓度聚合物- 后续水驱i p v 一后续水驱2 p v + 后续水驱3 p v 续水驱4 p v - 后续水驱5 p v 图2 - 5 高低渗带模型b 聚驱实验过程及结果 对比以上实验结果，可以看出： 在大孔道高低渗带模型的实验中，由于模型中存在大孔道和高渗透条 带，非均质性非常严重，段塞虽然进行了组合，仍然发生严重窜聚现象，聚驱 提高采收率很低。 在高低渗带模型a 的实验中，虽然模型的非均质性减弱了，但模型中存 在高渗透条带，非均质性仍然比较严重，仍然发生严重窜聚，采收率提高不大。 在级差较小的高低渗带模型b 的实验中，随着渗透率级差进一步的降 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 低，在同样的注聚条件下的注聚效果要明显优于渗透率级差大的模型，取得了 比较理想的注聚效果，聚驱提高采收率较高。 从室内的实验结果可以看出，油层的非均质性严重影响聚合物窜流的程度 和聚驱采收率提高程度，对于非均质性严重的油层中，要提高聚驱效果，必须 通过一定防窜措施改善其非均质的程度。 2 2 井网完善程度对窜聚的影响 从扩大区的流线分布图( 图2 - 6 ) 可以看出主流线的流向比较单一，而且 四个井区的调查结果发现，生产窜聚层的对应油井一般只有2 口，窜聚的方向 比较单一，影响了聚合物在平面上的波及面积。 图2 - 6扩大区见效井流线分布图 为了抑制聚合物在平面上沿单一方向发生窜流，扩大聚合物在平面上的波 及面积，完善窜聚层的井网，并降低主流线上的采液强度，强化非主流线上的 采液强度。例如1 0 9 4 井区。为了抑制聚合物沿1 0 9 3 1 0 9 4 1 l x 8 2 2 井直线流线 窜流，对非主流线井1 1 8 1 井进行补孔1 1 层，并单采1 1 层，强化非主流线，扩 大聚合物波及面积，取得了一定的拉水线效果。 2 3 注入速度对窜聚的影响 分别选用两种不同渗透率级差的模型在不同的注入速度进行实验，流程同 2 1 2 中所述。 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 高低渗带模型a ( 级差大)高低渗带模型b ( 级差小) 图2 - 7 注入速度实验用的不同渗透率级差模型 ( 1 ) 高低渗带模型a ( 级差大) 实验过程：饱和水一饱和油一水驱( 水驱至含水9 8 以上) 一注入聚合 物( 聚合物浓度：1 0 0 0 m g l ，注入量o 3 p v ) 一后续水驱( 水驱速度：0 2 m l m i n ) 。 实验结果： a 、注入速度：o 0 5 m l m i n 模型，饱和水+饱和油+水驱 低速注聚合物_ 后续水驱1 p v _ 后续水驱2 p v _ 后续水驱3 p v 图2 - 8 高低渗带模型a 注入速度0 0 5 m l m i n 的聚驱结果 1 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 b 、注入速度：0 5 m l m i n 模型一饱和水一饱和油一水驱 + 高速注聚合物一后续水驱i p v一后续水驱2 p v 图2 9 高低渗带模型a 注入速度0 5 m l m i n 的聚驱结果 ( 2 ) 高低渗带模型b ( 级差小) 实验过程：饱和水一饱和油一水驱( 水驱至含水9 8 以上) 一注入聚合 物( 聚合物浓度：2 5 0 0 m g l ，注入量0 3 p v ) - * 后续水驱( 水驱速度：0 2 m l m i n ) 。 a 、注入速度为o 0 5 m l m i n 的聚驱实验结果 模型一饱和水一 饱和油 一 水驱 1 9 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 + 低速注聚合物 后续水驱i p v 后续水驱2 p v 后续水驱3 p v _ 后续水驱4 p v 后续水驱5 p v 图2 1 0 高低渗带模型b 注入速度0 0 5 m f m m 的聚驱结果 b 、注入速度为o 5 m f m i n 的聚驱实验结果 模型一饱和水饱和油+ 水驱 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 一高速注聚合物- 后续水驱1 p v 后续水驱2 p v - 后续水驱3 p v 一后续水驱4 p v _ 后续水驱5 p v 图2 - 11 高低渗带模型b 注入速度0 5 m l m i n 的聚驱结果 对比实验结果可以看出，在不同渗透率级差的模型中注聚速度对注聚效果 影响不大，但是注入速度选择不合适会造成油井见效快，聚合物推进速度快， 会加剧聚合物窜流造成油井含水返弹快，矿场试验的调查结果充分说明了这一 点( 见第l 章1 1 2 ) 。 从调查结果可以看出注聚初期配注较高的注入井的对应油井的见聚时问 均比较短，最短见聚时间只有4 个月；初期配注较低的1 1 5 2 井对应的油井见 聚均比较晚。而且注聚区部分采出井提液加剧聚合物窜流，含水快速返弹，2 0 口含水返弹井中有8 口由提液造成聚合物窜流。 2 l 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 1 1 6 4 并与注入井1 0 n 8 4 井呈主流线关系，见效较早，于2 0 0 2 年1 1 月开 始见效。该井在2 0 0 3 年0 1 月进行了提液，提液后含水迅速返弹，两个月含水 由7 1 5 上升至8 4 6 ，聚合物发生窜流，见聚浓度由2 0 m g f l 上升到2 6 0 m g l 。 因此，从室内实验和注聚区的调查结果可以看出，虽然注入速度的快慢对 聚合物驱的最终驱油效果没有多大影响，影响其效果的还是渗透性的差别，即 非均质性。但必须兼顾考虑聚合物驱工程的进度和聚合物窜流的问题，而且注 入速度快，注入压力就高，还必须考虑注入井的注入能力的问题。 2 4 聚合物溶液浓度对窜聚的影响 就聚合物驱效果而言，数值模拟的研究结果表明在相同用量下，采用高浓 度的段塞驱油，比采用低浓度的驱油效果要好，对于非均质越严重的油层，更 是浓度越高越好。针对聚合物浓度对窜聚的影响进行了可视化实验，分别制作 两种不同渗透率级差的模型注入不同浓度的聚合物进行实验。实验流程同 2 1 2 中所述 大孔道高低渗模型高低渗带模型b ( 级差小) 图2 1 2 注入浓度实验用的不同渗透率级差模型 实验过程：饱和水一饱和油一水驱( 水驱至含水9 8 以上) 一注入聚合 物( 注入速度：o 0 5 m l m i n ，注入量o 3 p v ) 一后续水驱( 水驱速度：o 2 m l m i n ) 。 ( 1 ) 大孔道高低渗模型 a 、注低浓度聚合物( 浓度：1 0 0 0 m g l ) 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 图2 - 1 3 大孔道高低渗模型注低浓度聚合物( 1 0 0 0 m g l ) 的聚驱实验结果 b 、注高浓度聚合物( 浓度：2 5 0 0 r a g l ) 模型饱和水饱和油+ 水驱 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第2 章聚合物驱窜聚机理研究 一注高浓度聚合物一 后续水驱1 p v一后续水驱2 p v 图2 1 4 大孔道商低渗模型注高浓度聚合物( 2 5 0 0 m e d l ) 的聚驱实验结果 ( 2 ) 高低渗带模型b a 、注低浓度聚合物( 浓度：1 0 0 0 m g l ) 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 - 后续水驱2 p v一后续水驱3 p v一后续水驱4 p v 图2 - 1 5 高低渗模型b 注低浓度聚合物( 1 0 0 0 m g l ) 的聚驱实验结果 b 、注高浓度聚合物浓度：2 5 0 0 r a g l ： 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 图2 1 6 高低渗模型b 注高浓度聚合物( 2 5 0 0 m 班) 的聚驱实验结果 因此，从实验结果可以看出，在相同的注聚条件下，在不同的模型中高浓 度聚合物的窜流程度相对较弱，驱油效果明显要优于低浓度聚合物的驱油效 果。但从实验中也反映出了在渗透率级差较大的大孔道高低渗模型中两种不同 浓度聚合物都发生了一定程度的窜流，后续水驱都发生了严重水窜，这说明在 非均质严重的油层中，仅仅靠提高聚合物浓度无法抑制聚合物窜流，聚合物的 调剖能力是有限的。因此，对于非均质严重的油层必须通过相关辅助技术手段 来抑制聚合物的窜流，加强聚合物的调剖能力。 2 5 堵前调剖效果对窜聚的影响 从以上的实验可以看出，在非均质严重的油层中，仅仅靠提高聚合物浓度 无法抑制聚合物窜流，聚合物的调剖能力是有限的，注聚前必须通过堵水调剖 改善油层的非均质性，抑制聚合物窜流。因此，注聚前堵调的效果直接影响着 聚合物窜流的程度。现场的调查结果可以充分看出堵调效果对窜流的影响。调 查了扩大区聚合物窜流程度严重的四个井区的注聚前的堵水效果( 表2 - 2 ) 。 对比堵前堵后油压和水量的可以看出四个井区的堵水效果均比较差，而且 堵水均存在着堵剂剂量小和堵剂的选择不合适两方面的问题，四个井区堵调目 的层是1 1 层或3 5 层，也是窜流层，这两个层均比较厚，堵剂剂量太小，聚合 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 物很容易发生绕流，对于这种非均质严重的大厚油层适合用大剂量的弱凝胶进 行调剖。因此，注聚前堵水效果直接影响着聚合物窜流的程度。 表2 - 2 窜聚井区注聚前堵水情况表 用量 堵前堵后 注聚初期 井号堵水层位堵剂 ( m 3 ) 油压水量油压水量 阻力系数 ( 口a )( m d )( m 咿a )( m j d ) 1 1 3 7 木钙 1 2 061 0 86 41 0 6 1 0 9 4 0 4 3 1 1 3 7 木钙 1 2 56 41 0 6 7 5 1 1 6 1 0 n 8 41 1 3 5木钙 1 2 08 82 0 99 3 1 7 1 0 8 1 1 7 21 1 - 6 l 木钙 1 3 66 11 7 97 51 4 0o 8 2 1 2 6 2 1 1 4 3 水膨体 1 2 001 5 05 61 0 90 4 7 结合现场的调查结果，通过室内实验分析了注聚前堵调效果对聚合物窜流 的影响。针对非均质严重的大孔道高低渗模型对比分析注聚前未堵水和注聚前 进行合理堵调的注聚效果。实验流程同2 1 2 中所述。 ( 1 ) 大孔道商低渗模型注聚前未堵水聚驱实验 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第2 章聚合物驱窜聚机理研究 图2 1 7 大孔道高低渗模型注聚前未堵水聚驱实验结果 ( 2 ) 大孔道高低渗模型注聚前进行合理堵调实验 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第2 章聚合物驱窜聚机理研究 图2 一1 8 大孔道高低渗模型注聚前合理堵调聚驱实验结果 从实验中可以看出，注聚前对大孔道进行合理的封堵，并合理地设计注聚 段塞，能够有效地抑制聚合物窜流，最终取得理想的注聚效果。因此，注聚前 必须分析注聚区不同区域的累积水油比、每米累产油与每米视吸水指数，因为 累积水油比高、每米累产油低、每米视吸水指数大的区域有可能存在窜流现象， 存在着大孔道，对于这些区域必须注聚前必须进行有效的堵水，并合理地设计 注聚段塞，从而抑制聚合物窜流。 综上所述，影响聚合物窜流程度的因素既有客观上的油层非均质性也有主 观上的井网分布、注入工艺等。要防止聚合物窜流，就必须在主观上合理的布 置井网、采取防窜工艺、合理的设计注入参数，从而有效的改善客观上油层的 非均质性，提高聚驱采收率。 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第3 章聚合物驱防窜技术研究 第3 章聚合物驱防窜技术研究 通过对聚合物窜流机理的研究，本章针对影响聚合物窜流的几个因素开展 了不同注聚时期的防窜技术研究，并形成了胜坨油田初步的注聚防窜模式。 3 1 注聚前堵调防窜技术研究 3 1 1 防窜剂的研究 胜坨油田沙二段主力油层平面、层间高度水淹，而且由于开发层系多，油 层及夹层薄厚不均，层间压力及渗透率差异较大。由于油藏存在严重的非均质 性( 纵向和平面渗透率非均质性) ，导致注聚易沿高渗透层或高渗透条带突进， 影响了聚驱采收率的提高。 目前常用的堵剂包括两大类十几种”2 1 ，主要有颗粒类的粘土、贝壳粉、 水膨体、橡胶颗粒堵剂等，以及胶凝类的木钙、弱凝胶、冻胶、弱冻胶堵剂、 阳离子凝胶等多个品种，形成了适合胜坨油田特点的系列化堵剂，基本满足了 不同堵水目的、不同渗透性油藏、不同强度要求的堵水需要。针对注聚区油层 的特点，主要应用凝胶类堵剂进行调剖，在剂量设计上使用大剂量深调技术， 避免由于堵剂的影响范围小、改善区域有限，造成聚合物注入很快绕过调堵区 域发生窜流。 ( 1 ) s c d i i 凝胶堵剂的研究 技术特点 该堵剂是在胶态分散凝胶的基础上进行配方改进、复合而来的。针对胜 坨油田的高温高盐特点，对常规凝胶堵剂进行了大量的配方改进，使其热稳定 性、耐温耐盐性进一步增强。在一定浓度的聚合物溶液中加入一定比例的无机 交联剂、有机交联剂、稳定剂、除氧剂等，通过分子内和分子间交联而形成的 一种粘度或分子尺寸较大的体系，是介于聚合物稀溶液与凝胶之间的过度体 系，其分子尺寸比聚合物溶液中分子尺寸大得多，其性质既不同于聚合物溶液， 也不同于常规金属交联体系，它是具有胶体性质的热力学稳定体系，有很好的 3 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文第3 章聚合物驱防窜技术研究 耐温和抗二价离子的能力，成交时间可控，流动性能好，可长时间保持流动和 注入能力。 一是兼有常规调堵技术和聚合物驱技术的优点调和驱。调即改善纵向 和平面非均质性；驱即改善流度比，提高面积波及系数。 二是比常规调堵的影响范围更大，实现真正意义上的深部大剂