砂砾岩储集层聚合物驱油微观机理——以克拉玛依油田七东1区克拉玛依组下亚组为例

为揭示聚合物在砂砾岩储集层的驱油过程,选择有代表性的岩心样品,通过驱替过程中在线CT扫描监测和核磁共振方法,分析了克拉玛依油田七东1区克拉玛依组下亚组砂砾岩储集层不同模态孔隙结构岩心样品在水驱和聚合物驱过程中油水动用特征及水驱和聚合物驱后剩余油分布规律。研究表明：不同模态孔隙结构岩心样品驱油效率差异显著,聚合物驱效率最高的是双模态孔隙结构岩心样品;不同模态孔隙结构样品驱油规律一致,水驱首先动用高含油饱和度区域,聚合物驱进一步扩大原先水驱波及区域,低含油饱和度区域及孤岛状孔隙中原油基本未被动用。     

砂砾岩储层孔隙结构模态控制下的剩余油分布——以克拉玛依油田七东1区克下组为例

为阐明砂砾岩储层复杂孔隙结构模态对微观剩余油的控制作用,在325块分析样品实验数据基础上,利用针对砂砾岩大颗粒的大铸体薄片分析、核磁共振复杂孔隙结构表征及CT三维立体孔隙空间扫描等技术,研究水驱/聚驱条件下砂砾岩复杂孔隙结构模态对剩余油的控制作用。结果表明：①水驱剩余油分布规律比较明显。水驱时含油饱和度在50%～100%所占频率下降快,优先被动用;②聚驱中后期,聚合物堵塞了部分水驱阶段形成的水流优势通道,形成活塞式的驱动导致含油饱和度在37.5%～50.0%被大量动用。聚驱后剩余油以孤立状分布为主,局部存在连片状;③不同孔隙结构模态在水驱/聚驱剩余油中差异较大。单模态、双模态岩心驱油效率较高,其中聚合物提高驱油效率为9.30%～18.38%。单模态岩心水驱油效率较高,而双模态和复模态岩心水驱油效率相当。聚合物提高驱油效率以双模态岩心最高,单模态次之。单模态和双模态岩心注入聚合物后,含水率下降可达20%。     

砾岩油藏水驱与聚合物驱微观渗流机理差异

砾岩油藏特殊的沉积环境导致储层孔隙结构呈现复模态特征,渗流系统以“稀网-非网状”流态为主,水驱与聚合物驱微观渗流机理及两者差异的研究成为油藏提高采收率的难点和关键。克拉玛依油田属于典型的砾岩油藏,选取实际岩心为研究对象,采用CT扫描技术研究了亲水和弱亲油岩石的水驱和聚合物驱微观驱替机理,并且在驱油效率影响因素分析的基础上,建立了2种驱替方式下砾岩油藏的最终采收率计算模型。实验结果表明：砾岩油藏亲水岩石水驱与聚合物驱渗流机理均以沿岩石表面“爬行”驱替为主,而弱亲油岩石则均以沿孔隙中部“突进”驱替为主,由于渗流机理的差异性,亲水岩石水驱后残余油主要在细喉道及孔隙交汇处赋存,聚合物溶液通过更强的剪切拖拽作用把这些残余油切割成许多小油滴,进而随着聚合物溶液顺利通过狭窄的喉道向前运动,以达到提高油藏采收率的目的;弱亲油岩石水驱后残余油主要以油膜形态及细孔道赋存为主,聚合物溶液以更强的剪切应力促使油膜通过桥接连通和形成油丝2种方式从颗粒表面被聚合物驱替带走。由于聚合物溶液与注入水溶液的性质存在本质差别,导致复模态的孔隙结构对聚合物溶液渗流和驱替的影响远小于水驱溶液。因此,针对2种不同润湿性的岩石,储层孔隙结构是水驱油效率的主控因素,物性和含油性的影响较小,而聚合物驱效果则与水驱后残余油饱和度具有较好的相关性,利用建立的模型可以有效地预测2个驱替阶段油藏的采收率。     

窄条边水油藏水驱后期孔隙分布及动用特征

基于江苏油田窄条状油藏孔隙分布规律、主控因素分析和不同类型岩心的驱替实验,应用水驱、聚合物驱、表活剂驱、聚表二元驱及弱凝胶驱等方式研究了剩余油动用规律。结果表明:窄条状油藏不同部位储层的孔隙变化特征不同,靠近边水部位的较大孔隙的变化较大,腰部位次之,高部位最小;水驱倍数、孔喉大小、黏土矿物含量等是影响孔隙分布的主要因素;靠近边部的岩心适合弱凝胶驱,腰部位适合聚表二元驱,顶部在高速水驱或聚合物驱时效果较好。研究结果为剩余油挖潜提供了理论依据。     

低渗透油藏改变驱替方向微观机理研究

为了深入探究大庆油田低渗透油藏改变驱替方向提高水驱采收率的机理,利用人造平板岩心和光刻玻璃模型进行水驱油实验,验证改变驱替方向进一步提高水驱采收率的效果。将水驱后的微观剩余油分为5种类型,重点研究了改变驱替方向后各类剩余油的动用比例和驱替运移机理。应用数值模拟技术对现场反九点井网进行模拟,验证了改变驱替方向在现场实际中的可行性。研究结果表明:对于低渗透岩心,随着渗透率的增加,改变驱替方向采收率提高值逐渐增大,水驱采收率的提高值最高可达8.8个百分点;改变注入方向后,簇状剩余油动用比例最大,平均为34.3%;盲端剩余油动用比例最小,平均为15.2%。该项研究为大庆油田低渗透油藏注水调整措施的制订提供了理论指导与技术支持。     

利用CT技术研究砾岩驱油机理

以新疆油田天然砾岩岩心为研究对象,应用CT扫描技术分析砾岩孔隙度分布特征;通过对砾岩水驱及聚合物驱过程的在线CT扫描监测,得到驱替过程中岩心含油饱和度沿程分布信息和CT重构切面图像,根据驱替过程新表征参数"含油饱和度频率分布"分析砾岩驱油机理。研究表明:砾岩具有强非均质性,在水驱过程中形成"优势通道",引起无效水循环,降低水驱采收率,且水驱过程中首先动用高含油饱和度区域的油;聚合物驱时高—中饱和度区间的油都能够动用,而低饱和度区间的油仍然难以动用;后续水驱时仍然主要动用高饱和度区间的油。针对砾岩油藏,前期水驱应该尽量达到最高含水率,以加强聚合物的段塞效果;同时应减少聚合物的注入量,利用后续水驱推动聚合物段塞达到驱油的目的。     

砾岩油藏聚合物驱微观机理研究

应用微观透明仿真刻蚀模型和平面填砂模型研究了砾岩油藏聚合物微观驱油机理。微观模型驱油实验结果表明，聚合物可驱替砾岩油藏喉道和孔道中的剩余油，不能驱出盲端剩余油；油的流动机理，在亲水模型中以剪切夹带为主，而在亲油模型中以拉丝、桥接为主。平面填砂模型聚合物驱实验中明显看到形成油墙，波及体积增加，水驱剩余油明显减少。6种平面填砂模型聚合物驱提高采收率程度不同，最终采收率有较大差别。砾岩模型的最终采收率低于砂岩模型，这是由于砾岩油藏中不流通孔道和盲端较多，残留在其中的油较多。砾岩模型的非均质性越严重，聚合物驱的效果越好。砾岩储层岩心颗粒均匀充填模型的聚驱采收率增值为10．56％，主流线两侧充填密度不同的、主流线充填密度较高的及均匀充填的3个以陶瓷颗粒模拟砾岩颗粒的填砂模型，聚驱采收率分别为9．95％，9．06％及8．87％。聚合物驱仍能用于水驱后的砾岩油藏。图14表1参12。     

砾岩油藏微观结构对聚驱后剩余油影响研究

采用岩心饱和度分析、荧光薄片分析和核磁共振分析方法研究了砾岩油藏不同岩性及微观孔隙结构与聚驱后剩余油分布规律的关系,研究表明,纵向上正韵律油层中顶部驱油效率低,剩余油饱和度较大,而反韵律油层剩余油分布较均匀。聚合物驱对不同岩性砂砾岩均具有较好的驱油效果,对自由态剩余油驱替效果最好,复模态结构砾岩储集层不利于聚合物驱替束缚态和半束缚态剩余油。不可及孔隙体积对聚合物驱剩余油分布有一定影响,在低渗透砾岩油藏聚合物分子量大容易造成聚合物注不进去,在注聚过程中,应考虑聚合物的分子量与地层渗透率的匹配关系。     

砾岩油藏聚合物驱后二元和三元复合驱的优选

新疆克拉玛依油区七东区发育砾岩油藏,经聚合物驱后虽已进入高含水期,但仍具有较高的挖潜、开发、再利用价值。二元和三元复合驱是砾岩油藏聚合物驱后提高采收率常用的开发方式。利用柱状天然岩心进行室内物理模拟实验,分析对比聚合物驱后二元和三元复合驱的注入压力、含水率、采收率以及微观剩余油分布特征,优化选择砾岩油藏聚合物驱后的开发方式。实验结果表明:二元和三元复合驱的含水率和注入压力相差较小,三元复合驱的采收率略高于二元复合驱;通过紫外荧光显微镜观察二元和三元复合驱后的岩心薄片,分析微观剩余油分布类型,发现三元复合驱后的剩余油分布类型以粒间吸附状为主,容易堵塞渗流通道,开采困难;而二元复合驱后的剩余油分布类型以颗粒表面吸附状为主,对储层伤害较小,对后续开发影响较小。综合考虑采收率、施工成本和储层伤害等情况,最终优选二元复合驱作为研究区聚合物驱后的开发方式。     

海上厚层油藏早期聚合物驱剩余油分布特征实验研究

渤海海域LD油田为典型的厚层油藏,采用大套多层合采的开发方式,为了提高油田采收率,该油田开展了早期聚合物驱矿场试验,厚油层开发受重力影响以及在聚合物驱等因素的共同作用下,在中、高含水期油藏剩余油分布较为复杂。为进一步研究聚合物驱后油藏剩余油分布状况,开展了室内岩心驱替实验。结合油藏属性,根据相似原则设计物理模拟参数,研究了不同韵律地层对早期聚合物驱剩余油分布规律以及生产动态的影响。研究结果表明:均质韵律条件下受到重力分异作用,油层为底部水淹,而早期聚合物驱能在一定程度上减缓重力分异作用,剩余油主要富集在生产井附近储层顶部;正韵律条件下受到重力分异和储层非均质性的共同影响,底部高渗透层水淹,剩余油主要分布在顶部低渗透层中,早期聚合物驱能有效动用中、低渗透层中的剩余油,而剩余油主要分布在靠近采油井的低渗透层;反韵律条件下,水驱波及程度较均匀,剩余油主要富集在局部未波及区域,早期聚合物驱能进一步扩大波及程度;复合韵律条件下,水驱和注聚合物驱与均质韵律驱替状况类似,剩余油主要分布在靠近生产井的低渗透层。     

考虑孔隙波及特征的水驱理论采收率计算方法

特高含水期矿场开发实践证实,在水驱开发方式不变、平面和垂向波及系数极高的情况下,继续水驱仍可以较大幅度提高油藏采收率;而传统的理论采收率计算方法不能解释上述现象,也不能从理论上指导特高含水期进一步提高采收率的工作方向。从压汞、核磁共振检测和可视化微观驱油实验3个方面对岩石孔隙波及特征进行了分析,结果表明,驱替过程实际是孔隙波及程度不断增大的过程,在较小的驱替动力和注水倍数条件下无法波及的一些孔隙,随着驱替动力和注水倍数的增加,将进一步被波及进而参与渗流;随着驱替剂(水)的继续注入,已波及孔隙的波及范围不断增大。在此基础上提出孔隙波及系数的概念,即为波及区域内的被驱替剂(水)占据的体积与波及区域内的可动油体积之比,建立了引入孔隙波及系数的水驱理论采收率计算方法;其采收率为平面波及系数、垂向波及系数、孔隙波及系数和驱油效率的乘积,增大孔隙波及系数是特高含水期提高水驱采收率的主要方向。     

二元复合体系微观驱油机理可视化实验

针对胜利油区油藏条件,运用新型表面活性剂—聚合物二元复合体系,对其开展了微观模型(岩心薄片)驱油和常规柱状岩心可视化驱油实验.以水驱效果为基础,对比了表面活性剂、聚合物、二元复合体系的驱油效果,重点研究了微观孔隙中表面活性剂、聚合物以及二元复合体系的洗油和携油性能及其在驱油过程中的微观渗流特征,深入分析了二元复合体系的微观驱油机理.结果表明:与聚合物和表面活性剂相比,二元复合体系的驱油效果更好.在岩心薄片可视化驱油实验中,由于3种不同的驱替溶剂波及效率不同,最终导致驱替结束后岩心薄片中剩余油的面积有所不同,采用二元复合体系驱替后,剩余油的面积最小,表明其驱油效率最高,比聚合物和表面活性剂的驱油效率分别提高了2.59％和11.80％;对于常规柱状岩心,二元复合体系比聚合物和表面活性剂的驱油效率分别提高了1.43％和20.70％.     

特高含水油藏聚驱后非均相驱渗流规律

目的针对特高含水油藏窜流问题严重、聚合物驱流度控制能力有限等问题,探索特高含水阶段非均相驱微观渗流特征。 方法通过微观可视化渗流实验、均质条件驱油及非均质条件调驱实验,评价了特高含水阶段水窜规律和聚驱对注水剖面的调整能力。 结果在特高含水阶段,注入聚合物和非均相体系后,驱替压差有效提高,最终采收率较水驱提高了32.8%;非均相体系的注入可在聚驱后继续动用低渗岩心中的剩余油,低渗填砂管采收率较水驱提高了38.1%。非均相体系有效动用了各类微观剩余油,含量显著降低。 结论非均相体系能够对窜流通道实现有效封堵,改善多孔介质的微观非均质性,促使驱替液转向并进入未波及区域,对剩余油实现有效的动用,进而提高原油采收率。      

海上稠油油田非均相在线调驱提高采收率技术 ——以渤海B 油田E 井组为例

针对海上平台寿命有限、平台空间狭小、聚驱产出液处理困难等特点,提出应用非均相调驱技术提高采收率的思路。利用纵向三层非均质物理模型,考察了水驱后、聚驱后、二元复合驱后不同非均相体系驱油效果,结合驱替后岩心剩余油分布情况,分析非均相调驱与常规聚合物驱在驱油机理上的差异。研究结果表明:无论是水驱后、聚驱后、二元复合驱后,非均相调驱都能大幅度提高采收率,采收率增加值分别在6.95%、9.57%、11.46% 以上;在相同浓度非均相体系条件下,先溶胀后注入和先注入后溶胀2 种不同注入方式驱油效果基本一致,说明体系在岩心内可以达到与室内静态评价溶胀相同的效果;分散相粒径大小对于驱油效果的影响至关重要,大颗粒偏重于“调”,小粒径偏重于“驱”。聚驱后油藏剩余油分布更加零散,进一步提高采收率的潜力主要在低渗透层,单纯依靠提高驱油体系的洗油效率不足以提高其动用程度,需要进一步扩大驱油体系的波及体积。     

基于低场核磁共振技术的岩心内流体 “可视化”评价方法研究

岩心等多孔介质中流体的流动状态在线监测与"可视化"评价已成为驱油与扩大波及体积微观机理研究的重要方法。本文将低场核磁共振与岩心驱替装置联用,基于核磁共振原理,得到了岩心横向驰豫时间(T_2)分布,结合压汞孔隙半径分布测试结果,采用插值与最小二乘法,建立了饱和水后的岩心核磁共振T_2谱与孔隙分布关系。以中高渗和低渗透两种岩心为例,结合不同流体的岩心驱替实验,利用转化的核磁孔喉分布得到了岩心孔隙结构与可动流体及剩余油分布的关系,解析了水驱、聚合物驱对不同孔隙的原油动用率。研究结果表明,中高渗(256×10~(-3)μm~2)岩心平均孔隙直径为72μm,主要集中在1~500μm之间,微米级孔隙较发育;低渗(7.51×10~(-3)μm~2)岩心平均孔隙直径为86 nm,主要集中在10 nm~1μm之间,纳米-亚微米级孔隙发育。中高渗岩心与低渗岩心的束缚水主要集中在直径小于1μm和直径小于0.5μm的孔隙空间内。岩心驱替实验结果表明,水驱主要动用孔隙直径大于10μm的储油空间,聚合物驱原油动用区域与水驱基本一致,提高驱替效果有限,残余油80%以上富集在孔隙直径小于1μm孔隙内。改善低渗透区域水驱效果将是提高采收率技术的关键。     

三元复合驱岩心微观尺度油相动用机制

三三元复合驱是一项行之有效的提高原油采收率的技术,但其微观驱油特征及针对不同类型油相的动用机制目前尚不明确。为此,利用核磁共振技术、岩心冷冻制片-荧光分析技术与岩心驱替实验相结合的方法对三元复合驱针对不同孔径分布及赋存状态的油相动用情况进行了定量表征及分析。结果表明：在水驱不产油的条件下,三元复合驱采收率可进一步提高26.42百分点;三元复合驱主要动用中孔隙（[10,50）μm）的油相,同时也强化小孔隙（[1,10）μm）内剩余油的动用程度,小孔隙油相的动用贡献率可达46.0%;相比于水驱,三元复合驱能够提高半束缚态油相采出程度5.26%和束缚态油相采出程度5.82%,其中,对簇状油、粒间吸附状油、膜状油以及角隅状油的动用效果更加明显;通过与碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱、聚/碱二元复合驱及聚/表二元复合驱微观驱油特征比较,三元复合驱中碱、表面活性剂和聚合物在动用小孔隙油相、半束缚态油相及束缚态油相上具有明显协同增效的作用。研究成果可为三元复合驱技术的进一步应用提供理论依据。     

水驱油藏注CO2非混相驱油机理及剩余油分布特征

多数陆上油田经过几十年的注水开发,均已进入高含水、低产出、无效水循环严重的开发阶段,整体动用程度较低,亟需研究水驱后剩余油分布和提高采收率技术。CO_2非混相驱油时需考虑水驱后残留在孔隙中的注入水对气驱开发效果的影响。在传统剩余油分布研究方法的基础上,提出采用岩心在线CT扫描与岩心薄片仿真微观模型相结合的实验方法,分别从宏观岩心尺度和微观孔隙结构2方面,定性和定量地研究注水和注气驱油机理、驱替后宏观和微观剩余油的分布特征,揭示了水驱转气驱及气水交替驱对微观剩余油的启动方式和运移过程,进一步描述了可动水作用下油、气、水三相渗流规律,为油藏开发后期注CO_2非混相驱开发提供了理论基础和实验依据。     

鄂尔多斯盆地不同类型储集层水驱油特征实验

以鄂尔多斯盆地低渗透、特低渗透和超低渗透储集层岩心为研究对象,通过岩心微观可视化水驱油实验和柱塞岩心水驱油核磁共振实验,揭示不同类型储集层水驱油过程中原油赋存状态、动用特征以及剩余油分布,分析孔隙结构和驱替压力对水驱油效率的影响。研究表明,在束缚水状态下,低渗透储集层岩心中原油主要赋存于中—大孔隙,而小孔隙和中等孔隙是特低渗透储集层和超低渗透储集层岩心中原油的主要分布空间。水驱油过程中,3类储集层岩心优先动用中—大孔隙中的原油;随着储集层岩心渗透率的逐渐降低,水驱前缘依次表现出均匀驱替、网状驱替和指状驱替,且驱油效率依次降低。水驱油结束后,低渗透储集层岩心中剩余油主要分布于中等孔隙,且以膜状和角状的分散相为主;特低渗透和超低渗透储集层岩心中剩余油主要分布于小孔隙,且以分散相和绕流形成的连续相为主。低渗透岩心具有较高的稳定驱油效率,特低渗透和超低渗透岩心驱油效率较低,且随着驱替压力的增加表现出一定程度的增加。图14表1参38     

基于剩余油动用规律的高含水油藏水驱扩大波及体积方式实验

中国多数中、高渗油藏已进入高含水开发阶段,这部分油藏剩余储量巨大,如何经济有效地开发该类油藏对中国原油稳产至关重要。利用计算机断层扫描(CT)技术和并联岩心驱替实验从孔喉尺度和岩心尺度研究了水驱流速对微观剩余油和宏观波及的影响,基于三平板并联岩心实验对比了“增注、关井、驱替”的周期注水方式与连续水驱的驱油效果。研究结果表明,水驱流速增加使得一维柱状岩心的驱油效率提升了4.4%,剩余油簇平均尺寸下降幅度随着流速的增加而增大;对于非均质岩心,流速增加2～5倍后可提高水驱驱油效果4.5%～6.3%,但增加幅度随着流速的增大而明显减少;周期注水方式建立起的压力扰动可有效扩大并联平板模型纵向和平面的水驱波及体积,在不增加注水量的前提下可比连续注水方式的采收率提高3.1%。     

基于核磁共振驱替实验的低渗透砂岩流体可动性及剩余油赋存特征研究

海上低渗透油藏动用程度低，具有巨大的开发潜力，但由于其孔隙结构非均质性强导致流体可动性和油水赋存特征非常复杂，使得低渗透砂岩在开发阶段剩余油挖潜难度大。利用核磁共振驱替实验结合高压压汞、微米CT驱替实验以及渗流数值模拟方法，探究低渗透砂岩全孔径的孔隙大小分布特征及其对流体可动性以及剩余油赋存特征的影响。结果表明：低渗透砂岩的孔隙大小具多尺度特征，呈双峰分布，其中可动流体主要赋存在较大孔隙（0.1～10 μm）内，微小孔隙（<0.1 μm）内主要赋存束缚水。原油进入低渗透砂岩时存在优先赋存于较大孔隙的差异赋存现象，且物性越好，原油差异赋存现象越显著。在物性相对较好的低渗透砂岩中微观剩余油主要以孔隙充填形式赋存于较大孔隙，而在物性相对较差的砂岩中主要赋存于微小孔隙中。孔隙充填型剩余油是由于非均质的孔隙结构在水驱过程中产生优势渗流通道导致部分较大孔隙弱波及形成的，是后期重点挖潜对象。通过降低油水界面张力、增大驱替速度可以有效减少优势渗流通道，提高低渗透砂岩剩余油的动用程度。