蒙古林可动凝胶石油学会论文全文(华北油田吴行才)new.doc

吴行才等：蒙古林油田可动凝胶驱油矿场试验及效果评价研究蒙古林油田可动凝胶驱油矿场试验及效果评价研究吴行才1,2 曾庆桥1 汪宝新3 田克忠1 任红梅1 周俊4 郭朝志3（1. 华北油田公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552；2.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；3.华北油田公司二连分公司，内蒙 阿尔善 0260003；4.华北油田分公司开发部，河北 任丘 062552）摘要: 可动凝胶驱油技术是一项正在发展完善中的、能够有效改善水驱油流度比，解决油藏的层内及层间矛盾，提高注入水波及效率的提高采收率新技术，也有人称之为改善聚合物驱或聚合物驱的技术升级。本文介绍蒙古林普通稠油油藏高含水开发条件下开展的可动凝胶驱油矿场试验的实验室配方、方案设计研究情况，介绍了对地面流程的注入剪切损失、可动凝胶驱油体系在地面和地下成胶性能的评价结果，以及油水井的反应。采用跟踪数值模拟方法精确测算了试验的增产油量，并对试验效果开展了细致的技术经济评价。研究结果表明，试验取得较好的效果，实施三年来已累计增油4.24104t，以18美元/桶原油价格计算，不仅已收回全部投资，而且有较好盈利，预计试验最终将增油6.49104t，实现净收入1476万元。试验表明，可动凝胶驱油兼具深部调剖和聚合物驱的优点，能够有效“封堵”大孔道，改善流度比，解决纵向和平面上矛盾。可动凝胶驱油技术可以作为一种驱替方式有效解决非均质性较强的普通稠油油藏后期水驱开发问题。初步建立了一套较系统的可动凝胶驱油配方体系、方案设计和效果评价方法，将为国内外类似油藏有效地改善开发效果起到借鉴作用。关键词： 蒙古林油田 可动凝胶驱油技术 矿场试验 效果评价 配套技术 Pilot Test and Effect Evaluation Research on Movable Gel Flooding in Menggulin OilfieldWu Xingcai1,2 Zeng Qingqiao1 Wang Baoxin3 Tian Kezhong1 Ren Hongmei1 Zhou Jun4 Guo Chaozhi3（2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Huabei Oilfield Company, Renqiu, Hebei 062552；2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083；3. Erlian Subcompany, Huabei oilfield Company, Arshan, Inner Monggolia 0260003；4.Development Department, Huabei Oilfield Company, Renqiu, Hebei 062552）Abstract: Movable gel flooding is a developing IOR/EOR technique that can effectively improve waterflood mobility ratio, solve intraformational and interformational contradictions of reservoir and enhance water flood sweep efficiency. It is also called improved polymer flooding or technical upgrading of polymer flooding. This paper introduces lab formula and plan design and study of movable gel flooding field test carried out in common heavy oil reservoir of Menggulin field that is developed under high water cut conditions, introduces evaluation results of injection shear loss of surface flow and gelling properties on the surface and under ground of movable gel flooding system, as well as introduces reaction of oil and water wells. Tracking numerical simulation method is used to accurately estimate incremental oil of the test, and careful technical and economic evaluation is carried out on the test effect. The test has achieved good effect. Since movable gel flooding has been implemented 3 years ago, accumulative incremental oil is 4.24104t. Calculated as per $18/barrel, not only the whole investment has been taken back, but also good profits have been obtained. It is predicted that 6.49104t incremental oil will be obtained finally, and net income will be 14,760 million RMB. Test results indicate that movable gel flooding is with the advantages of both deep profile control and polymer flooding, can effectively “plug” large pore channel, improve mobility ratio and solve the problems on both vertical and horizontal directions. As a kind of displacement mode, movable gel flooding can effectively solve waterflood development problem of common heterogeneous heavy oil reservoir occurs at later stage of development. A set of systematic movable gel flooding formula system, plan design and effect evaluation method has been established basically, and which will provide with references for effectively improving development effect of similar oil reservoirs both at home and abroad. Key words: Menggulin field movable gel flooding technique field test effect evaluation matching technique 1 问题的提出我国东部陆相沉积油田一般具有非均质性比较强、原油粘度相对比较高的特点，适宜采用提高驱替剂粘度、改善不利的流度比，以及调整注采剖面等技术路线以提高水驱采收率，改善开发效果1-2。因此，聚合物驱和化学调剖技术得到发展和应用。但这两类技术也存在局限，如聚合物驱在解决非均质程度更大（变异系数0.6）、地层长期注水冲刷形成的高渗透条带、水窜通道，或者高温高盐储层的提高采收率问题时难以获得理想的效果3-4；而调剖技术虽然不断发展出本体胶（BG）、胶态分散凝胶（CDG）和可动凝胶（MG）调剖、深部调剖，乃至所谓深部调驱技术，并且无论在国内还是国外都被广泛重视和研究，取得越来越多较好的现场效果5-11，但其对油层深部的调整和持续的改善水驱形态作用仍然有限。究其原因在于采用的仍然是剖面调整、堵塞水窜孔道的凝胶处理思路，注入可动凝胶总量偏小，还远远达不到“驱替”的概念。虽然韩大匡12等早在1996年就提出可动凝胶驱油的概念（笔者也认为，可动凝胶驱油可以发展成为兼具聚合物驱和调剖二者优点、且其原理和性能超越二者的适应性更广的新型提高采收率驱替技术），并且近10年来，国内外围绕可动凝胶的成胶原理、岩心驱替行为特征，乃至可动凝胶驱替渗流规律等开展了大量的基础研究，而且现场也开展了一些驱替试验，但关于凝胶的基础研究和实践远远没有达到目前聚合物驱的理论和实践水平，在凝胶渗流规律和数学物理描述、实验室评价、矿场驱替动态规律、效果评价方法等方面还需进行深入的研究探索13-19 。图1 蒙古林砂岩油藏3号小层大孔道分布图 蒙古林普通稠油油田地下原油粘度在124233mPa.s之间，自1989年10月全面投入注水开发后，含水上升快，产量递减迅速，于1991年即进入高含水采油阶段，具显著的水驱稠油生产特征。采用强注强采并结合大剂量调剖的技术政策使该油田开发持续稳定了近十年，随后效果变差，大量注入水在地层无效循环，储层经长期注水冲刷形成水窜大孔道，油田稳产形势严峻。19951998年开展了3个井组（图1所示A16、M16-10和M18-11三个井组）的聚合物驱先导试验20，增油降水效果明显，但聚合物溶液的窜流也较为严重。为此，针对蒙古林油田特点，在聚合物驱试验的经验基础上，开展了可动凝胶驱油技术的系统研究，包括试验区储层的精细描述、可动凝胶驱油体系的优选和评价、可动凝胶驱油物理模拟研究、可动凝胶驱油注采方案的设计、撬装式注入站的设计及应用、可动凝胶驱油的动态监测方法、数值模拟跟踪评价技术、技术经济效果评价研究等，初步形成配套的可动凝胶驱油实验室研究和矿场应用技术。2储层精细描述重点结合示踪剂监测结果和密闭取芯的结果分析，明确了试验区的水窜方向和剩余油分布，为注采方案设计提供依据。如图1所示：蒙古林砂岩油藏储集层为水域较宽阔、滨浅湖环境下水下扇席状砂沉积，具有明显的方向性，发育3个小层，其中3号小层厚度最大（5.08.0m），呈正韵律，层内突进系数1.92.38。油藏注水量已达1.4倍孔隙体积（PV），综合含水高达93.0%。油藏开发特征表明地层中已经形成了水窜大孔道，示踪剂监测结果反映，水驱速率在平面上差异较大，主河道方向为11.5109m/h，河道侧翼为2.026.9m/h。根据水驱速率大孔道可划分为：大孔道，水驱速率大于10m/h，该区域有6口井，占统计井数的25%；次孔道，水驱速率为510m/h，该区域有14口井，占统计井数的58%，平均水驱速率7.17m/h。表1 蒙古林油田可动凝胶驱油先导试验区基本参数表试验区基本数据储量（104t）面积（Km2）平均埋深（m）含油饱和度（）油层温度(oC)原始地层压力(MPa)原油密度(mg/L)地层原油粘度(mPa.S)地层水矿化度(mg/L)158.51.2481060387.80.902124-2331301储层物性（MJ1井岩心分析）小层划分主要岩性统计块数平均砂体厚度（m）渗透率（103m2）级差突进系数变异系数范围平均1粉砂岩91.75.19-453111.13874.11.382粉、细砂岩61.91.05-38669.493685.62.0331中细砂岩162.221.2-64091183.643025.41.4332-3中粗、含砾砂岩、混合砂岩55881-178737054.6202.50.81根据检查井的取芯结果分析（见表1），在纵向上，高渗透层分布于3号层的底部，由于长期注水冲刷，主力33号小层（厚度12m）渗透率达7D，是开发初期（0.676D）的10倍。硼中子测井显示强水淹，剩余油饱和度仅为35.6%。该区域采出程度17.25%，综合含水92.3%，地下存水率仅29.0%，大量的注入水进行无效循环。封堵大孔道扩大水驱波及体积是改善油田开发效果的关键，为此，希望利用可动凝胶具有流度控制和使深部液流转向的机理，开展可动凝胶驱油矿场试验，以达到目的。试验区如图1所示，由A16、M16-10、M18-11、M15-8四个井组组成，基本信息见表1。3实验室研究3.1体系配方研究针对蒙古林油田的具体条件，开展了包含有国内外12种聚合物和5种有机铬参加的可动凝胶体系配方的优化、筛选工作，优选了聚合物和交联剂，确定了最佳成胶浓度和聚交比；并进一步考察了剪切力、PH值、聚合物水解度等对可动凝胶性能的影响 吴行才, 陈燕等.蒙古林砂岩油藏可动凝胶驱油体系优选评价及地质方案设计. 中国石油华北油田分公司勘探开发研究院. 2001.。配方要素如下： 聚合物：北京恒聚聚合物，浓度为6001200mg/L； 交联剂：羧酸铬交联剂，浓度为1060mg/L； 聚交比：251451。实验表明（见表2），该可动凝胶配方体系，在经搅拌器剪切使其初始粘度损失20%的情况下，仍表现出较好的成胶性能，体系耐剪切能力较强。该体系成胶的有利PH值为810，且随着PH值的增加，成胶速度加快，成胶粘度保持在较高的水平，蒙古林配液用水PH在89之间，具有较好适应性。研究还表明，低水解度HPAM凝胶体系具有更低的临界成胶浓度，因而选用低水解度HPAM不仅提高了凝胶体系的成胶能力，而且能把HPAM的用量降得更低。因此确定选用水解度为1320%的聚丙烯酰胺，而不像常规聚合物驱那样选用高水解度（2530%）的聚丙烯酰胺。表2 剪切作用对成胶行为的影响聚合物浓度mg/L聚交比剪切程度%粘 度 ， mPas初始1d2d20d600451未剪切18.5100186002000018.915.02490/14000注：表2中的粘度均是用Brookfield粘度计在6rpm条件下测得。3.2可动凝胶驱油机理物理模拟研究（1）为了对可动凝胶注入地层后的流动行为有所认识，采用长模型（直径为5cm，长度为87.21cm的人造岩心）模拟蒙古林油田条件下可动凝胶驱油开采。由图2可以看出：由于可动凝胶体系注入岩心时尚未初凝，其流动性能同聚合物相似，因而能在岩心中很好地流动，且优先进入相对较大的孔道，改善了岩心中的油水流度比，提高了阻力系数，使驱替压力有所升高，产液含水率有所下降。采取“关井”措施后，发生交联反应，逐步形成可动凝胶，封堵了一部分高渗透孔隙通道，使后续水驱表现为较高的启动压力；但由于凝胶“可动”，因而又能在后续水驱作用下向前运移，在运移过程中产生新的堵塞，故压力逐渐达到最大值；随着水驱倍数的增加，处于水驱前缘的凝胶发生突破，驱替压力呈下降趋势，并稳定在一个较高的水平，呈现出较高的残余阻力系数。总之，通过注可动凝胶驱油，达到了动态调整层内矛盾，不断改善波及体积的目的，使累积采收率较常规水驱提高了6.6%。图2 长岩心物理模拟可动凝胶驱油开采 图3 并联双管非均质模型模拟可动凝胶驱油开采 （2）为了更好地认识可动凝胶驱油在“调剖”与“驱油”两方面的双效作用，模拟蒙古林油田渗透率变化情况，采用并联双管填砂模型进行可动凝胶驱油效果研究。由图3可以看出：凝胶注入时，因其尚未成胶，同注入水一样优先进入高渗透层，并且能有效地进入其深部，改善了油水流度比；另一方面成胶后，又能很好地封堵高渗透层和含水高的大孔道，使后续注入水能更多地进入低渗透层和含油高的小孔道驱油，缓解了层间和层内的非均质矛盾，增加了波及体积，使低渗透层得到明显启动。由于拟定的可动凝胶驱油4个井组的先导试验区中，有3个井组（A16、M16-10、M18-11）实施过聚合物驱20，采用并联双管非均质模型，进行了聚合物驱后可动凝胶驱油开采模拟实验。如表3所示，聚合物驱仍主要动用高渗层，注入凝胶后情况有所改善，低渗透层的采出程度相对高渗层大大增加，在聚合物驱的基础上仍然具有一定的提高采收率作用。表3并联双管非均质模型模拟聚合物驱后可动凝胶驱油开采并联模型水测渗透率103m2含 油饱和度%水 驱采收率%聚合物驱后（0.2PV）可动凝胶驱后（0.2PV）累积采收率%提高采收率%累积采收率%提高采收率%高渗层263377.254.7281.1326.4181.130低渗层18388.25.3646.4341.0768.7522.32总平均140882.730.0463.7833.7474.9411.164注入方案设计与实施4.1多方案优选采用美国格兰德公司渗透率调整软件系统（FAPMS）,设计多个不同聚合物浓度梯次与不同注入段塞体积大小的组合模拟计算方案（见表4），结合技术经济评价结果技术，考虑维持一个合理的注入压力水平，优选出方案为：前置段塞主段塞（1000mg/L聚合物40mg/L交联剂350mg/L调节剂）辅助段塞（800mg/L聚合物32mg/L交联剂350mg/L调节剂）；注入体积为0.08PV（主段塞注入0.053PV，14.3104m3；辅助段塞注入0.027PV ，7.2104m3）。4.2方案实施及流程控制驱油体系性能的优劣直接关系到凝胶体系在注入地层后究竟能否发挥和发挥多大的调驱作用，从体系配制到注入地层的过程中，体系会面临泵、管线、流量控制阀、井口装置及地下砂体和岩石等的剪切和吸附。研制使用了投资少、可重复利用、可移动、性能可靠的计配站撬装式注入工艺流程 吴行才，方晓军等. 蒙古林砂岩油藏可动凝胶驱油现场试验方案设计及配套技术研究. 中国石油华北油田分公司. 2003.，在试验过程中采用现场流程取样和实验室配样平行对比检测观察的方法,坚持对流程各环节的成胶性能进行跟踪检测。 结果显示，体系从注胶站配制到注入各井口的粘度损失率为213%，其中泵的剪切低于5%，说明凝胶体系在地面流程中保持较好状态。为直观考察可动凝胶体系进入地层后性状，于2002年9月在M16-10井进行可动凝胶溶液返排试验。观察地层返排出的可动凝胶溶液成胶明显，测返排液粘度达2780mPa.s，说明可动凝胶体系进入地层后仍然具有较好的成胶性能。严格执行方案设计，现场试验于2002年5月5日开始， 2003年6月25日顺利完成，历时417天。表4 段塞设计要素及模拟预测提高采收率结果单位：体系之聚合物浓度（mg/l）注入体积（PV）前置段塞主段塞辅助段塞0.060.080.13000-400010003.571200+10004.084.645.001000+8003.664.194.58800+6003.033.584.07600+4001.962.663.04注：主、辅段塞占注入总体积分别为66.6和33.4。5试验监测技术方法5.1注入压力变化前置段塞注入过程中，注入压力逐步上升，平均由8.77MPa上升到9.12MPa，各单井的压力上升1.03.0 MPa，平均压力上升幅度为4%。注入主段塞以后，单井的注入压力一直呈缓慢上升趋势，平均注入压力由注胶前8.3MPa上升到11.3MPa，平均上升幅度为36.1%，转入注水后，注水压力稳定在11.0MPa，较可动凝胶深度调驱前注入压力提高了25.4%。图4 产出液中聚合物浓度曲线5.2油井产出液中聚合物和铬离子含量通过监测生产井产出液中聚合物和铬离子的含量可以判断可动凝胶对大孔道的封堵状况，以及在纵向和平面上的调整作用。试验区注入聚合物211.9699t，到目前累计产出近20.2459t，仅为注入总量的9.55%。注胶后铬离子浓度大部分井监测不出；聚合物浓度保持在较低水平（见图4），平均聚合物浓度为60.01mg/L，并且随着可动凝胶的注入，初期聚合物浓度逐步上升，由40mg/L上升到75mg/L；2002年7月后，聚合物浓度总体逐渐下降到60mg/L左右；2003年7月转入注水后，聚合物浓度进一步下降到33mg/L，由此说明凝胶封堵效果在逐步增强，凝胶成胶后没有水解。聚合物产出浓度在平面上变化较大，位于大孔道方向上的油井，其最高峰值达到300mg/L，但是，聚合物浓度在整个试验过程中呈下降趋势，下降到25mg/L之后趋于稳定，也说明可动凝胶使驱替前缘均衡推进且成胶性能稳定。5.3注采剖面改善从注入井注可动凝胶前后的吸水剖面变化来看（图5），明显地表现出降低了高吸水层的吸水量，提高了低吸水层的吸水量。如A16井在注可动凝胶前T31-3小层相对吸水量100%，注入后相对吸水量降至64.71%，T1和T2号层由以前的吸水量为0提高到10.21%和25.08%。说明注可动凝胶后缓解了层间矛盾，可动凝胶对剖面起到了一定的调整作用。从生产井产液剖面的变化来看，注入可动凝胶溶液后，主产液层得到了一定的抑制，非主产液层产液量有所加强，低渗透T1、T2小层的相对产液量由调驱前的6.6%上升到12.8%，上升了6.2个百分点，而高渗透主产层T3小层的相对产液量由93.4%下降到87.2%，产油量增加，由6.65t上升到7.8t。另外，T3小层的含水由98.4%下降到89.5%，也说明主产层在平面上得到调整，地下水驱波及范围加大。图5 注入可动凝胶前后吸液剖面变化示意图5.4不稳定试井可动凝胶驱油属非牛顿流体渗流，油藏可以看成有两种不同流体组成的复合油藏。如果油井不稳定试井测试时间比较长，则半对数曲线会产生两个直线段，由其斜率可计算两种不同流体渗流区的流动系数，两个直线段的交点就是凝胶的驱替前缘。双对数曲线的导数线出现两个水平段，第一水平段的数值为1.5，第二个水平段的数值取决于两区的流度比大小。因此，可以通过油井时间推移压力恢复试井监测可动凝胶驱替前缘的变化，判断地层可动凝胶驱替状况21。M17-10井注胶后的压力恢复曲线反映（见图6），在径向流段后期出现明显上翘，计算可动凝胶驱替前缘的地层流度比为14.05，由此说明可动凝胶在地层驱替前缘胶联较好。M16-9井注凝胶前示踪剂推进速率为24m/h，注胶后，时间推移压力恢复试井监测表明，随着注入半径的增加，可动凝胶注入井驱替前缘推进速率逐步减缓，在注入速率为520m3/d的情况下，驱替前缘由2003年4月的距油井204m推进到2004年4月的154m，平均推进速率0.14m/d，驱替速率下降4.67%12.6%（表5），有效地封堵了大孔道，达到了深度扩大驱替波及体积的目的。m1第一个直线段斜率；m2第二个直线段斜率；t压力波动传播到驱替前缘的时间图6 蒙17-10井压力恢复曲线表5 可动凝胶驱替速率统计表压力测试时间（年.月）驱替前缘距油井距离（m）阶段推进速率（m/h）注入孔隙体积倍数（PV）2003.04 2040.0120.0712003.101700.0090.0992004.041540.0040.1256技术、经济效果评价试验区注入可动凝胶后生产形势明显好转，日产液量整体呈下降趋势，由2002年5月份的996m3/d下降至2003年12月底的767m3/d，日产油量由37t/d上升至7.28t/d，含水由92.1%下降到88.02%。6.1 跟踪数值模拟精确测算增油量为了更好地对试验效果进行评价，对可动凝胶驱油过程进行了动态跟踪研究。如图7从试验区2002年5月2005年6月份的实际生产数据与模型的计算数据的对比来看，数值模拟预测结果与实际生产比较接近，截止到2005年6月底数值模拟预测阶段累计增油量为4.24104t。图7 跟踪数值模拟可动凝胶驱油6.2 技术经济效果评价采用动态增量现金流法，考虑资金的时间价值，油价取18美元条件下，对方案截至目前经济效果进行评价，其结果为：试验已实际增油4.24104t，实现净收入886万元，对应投资回收期为1.55年。根据数值模拟跟踪拟合预测，试验最终可获净增油量6.49104t，实现净收入1476万元。7结论（1）先导试验结果表明，可动凝胶技术可以作为一种驱替方式有效解决非均质性较强的普通稠油油藏后期水驱开发问题。可动凝胶驱油兼具深部调剖和聚合物驱优点，能够有效“封堵”大孔道，改善流度比，缓解纵向和平面上矛盾。（2）先导试验研究表明，可动凝胶配方研究方法准确，注入方案设计科学，注入流程性能优良，监测及效果评价方法客观准确，初步建立了配套的可动凝胶驱油技术的实验室研究和矿场试验技术。参考文献1. 马世煜.聚合物驱油实用工程方法M,北京，石油工业出版社，1995：1-20.2. 王启明等.聚合物驱油技术的实践和认识J，大庆石油地质与开发，1999：(18)4.3. 王德民等.聚合物驱油技术在大庆油田的应用J，石油学报，2005：(26)1:7478.4. 颜捷先.胜利油区聚合物驱油技术的实践和认识J，油气地质与采收率，2002：(9)3.5白宝君等.我国油田化学堵水调剖新近展J，石油钻采工艺，1998：(20)3.6李良雄等.油田深部调驱剂的研究和应用J，石油钻采工艺，1999：(21)6.7李良雄等.交联聚合物溶液深部调剖矿场试验J，油田化学，2000：(17)2.8赫恩杰等.华北油田可动凝胶调驱现场试验J，石油学报，2003：(24)6:64-68.9. 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