特高含水期提高原油采收率的方法

特高含水期提高原油采收率的方法主讲人：贾振岐大庆石油学院提高油气采收率实验室教育部重点实验室研究内容引言一、油藏动态系统的复杂性二、特高含水期剩余油分布形态及目前研究工作的缺乏三、双层非均质岩心周期变位激活迁移滞留油实验四、激活迁移滞留油的活化集成涌现理论

结论摘要摘要：本文针对特高含水期剩余油为分散状态的束缚滞留油，采用循环注入〔聚表剂+水+表活剂〕组合段塞，及周期变位激活迁移滞留油的方法，取得较大幅度提高采收率的效果。进而用新提出的活化集成涌现理论揭示了其过程的质能传输、转换的本质内涵。关键词：提高原油采收率；特高含水；束缚滞留油；周期变位激活；活化集成引言储存油气的岩体是在特定的沉积环境下形成的三维地质体。油藏未开发前，介质和流体的存在状态具有多样性，各相间处于热力学、水动力学、机械力学、化学等相对稳定、平衡、有序的状态。进入开发阶段后，由于外界物质的引入，油藏流体的采出，某些渗流条件、化学成分的改变，破坏了原有的平衡，发生相应的物理过程、化学反响和生理活动，使得油藏由平衡态转变为不稳定、随机、多变的动平衡演化态，其动平衡演化态特征呈现多种复杂现象。在三次采油过程中，向油层注入化学剂溶液体系，油藏动态系统由平衡态转变为不稳定、随机、多变的非平衡态或动平衡态的演化过程的振动频率和幅度更加剧烈。过程中能量、物质的传输、转换与级变交互进行，其交叉与重叠所导致的构体呈现出多元化和立体化的特征。一、油藏动态系统的复杂性1、油藏原始状态的多样性储存油气的岩体是在特定的沉积环境下形成的三维地质体。在多变的沉积环境〔古地理条件、古气候等〕作用下，沉积岩经过压实、胶结、溶蚀及成岩过程的作用，又接受了地壳构造运动的影响，使得不同相带的砂体其形状、大小、分布和内部结构存在差异。油藏在本质上是确定的，它是一种客观存在，深埋在地下，具有潜在的可测量确实定性；油藏是许多复杂过程的产物，其形成过程需数百年甚至更长的时间，油藏本质上又都具有非均质性。因此，油藏未开发前，介质和流体的存在状态具有多样性，油藏具有多种类型。2、油藏动态过程的多变性一、油藏动态系统的复杂性注水开发非均质油藏就是在储层内以水替换油，这是油藏系统与外界不断地进行物质与能量交换的实质。这种替换的特点为：〔1〕替换是在流体运动中进行的；〔2〕替换过程中，注入流体与油藏流体以及流体与介质之间发生物理化学反响；〔3〕在同一时刻，整个储层内不同位置点处存在着量和质的差异；〔4〕替换随时间是变化的。一、油藏动态系统的复杂性储层内部发生的变化分为：〔1〕油层性质的变化；〔2〕油、气、水性质的变化；〔3〕储层压力和温度的变化；〔4〕油层内油、水饱和度的变化。前两种属物理化学变化，第3种属于能量变化，第4种属物质的变化。这些变化都与过程相关。在三次采油过程中，向油层注入化学剂，油层内发生物理化学反响，结果使得介质内外表的稳定结构和流体均衡性受到破坏，造成油藏动态系统更加复杂化。一、油藏动态系统的复杂性3、油藏开发过程中所遇问题的不确定性油藏动态系统的复杂性还表达在油藏开发过程中所遇到的问题，不只是数量问题、确定性问题，更多的是非数量、非确定、非透明的问题。基于微观孔道和井点的有限离散信息研究推断三维体〔油藏〕内的状况，具有行为信息不完全，运动机制不大清楚的特点。a柱状残余油b簇状残余油c盲端处残余油d膜状残余油图1水驱油后各种剩余油分布形式1、特高含水期剩余油分布特征〔1〕水驱后剩余油分布通过均质模型可视化实验观察发现，油湿油藏水驱后剩余油是以柱状、簇状、盲端、膜状四种状态分布的。图2荧光分析聚驱后剩余油分布形式a膜状剩余油b簇状剩余油c盲状剩余油d角隅剩余油1、特高含水期剩余油分布特征〔2〕聚驱后剩余油分布通过均质模型可视化实验观察和荧光分析发现，聚合物驱后剩余油是以膜状、簇状〔含柱状〕、盲状、角隅四种状态分布的。含油饱和度剩余油类型0.2以下0.2~0.4大于0.4膜状4.915.249.94簇状（含柱状）21.9321.2526.51盲状19.3113.0414.23角隅53.8560.4849.32合计100.00100.00100.00荧光分析图片聚驱后各种剩余油类型所占比例〔%〕1、特高含水期剩余油分布特征经荧光分析图片统计，剩余油饱和度在0.2以下的孔隙中，角隅剩余油所占的比例最大，其次是簇状剩余油。

由检查井取芯统计分析得到的聚驱后剩余油分布与室内天然岩心驱油实验取得的剩余油分布具有类似规律性。北1-6-检26井喇8-拉P182井北1-330-检49井第一组实验第二组实验概率分布密度剩余油饱和度图3密闭取芯与室内岩心驱替实验剩余油密度分布对比曲线北1-6-检26井喇8-拉P182井北1-330-检49井第一组实验第二组实验概率分布密度剩余油饱和度图4密闭取芯与室内岩心驱替实验剩余油累积密度分布对比曲线1、特高含水期剩余油分布特征综上所述，油气田开发过程中，注入聚合物〔聚表剂〕一类物质以“调〞为主，利用聚合物粘弹性的剪切拉伸作用来拉动滞留油；而注入聚表剂、聚合物+表活剂二元组合体系的调驱理论及其功能作用是类似的，也是以“调〞为主，但洗油性能比纯聚合物好些。虽然注入上述试剂可以提高原油采收率，但仍然存在一些缺乏：注入试剂的大局部由水流通道流走。其结果是，隔层阻挡明显、相对薄的油层组合涉及效果好些，但对厚油层驱替效果差些，表现在顶部存在剩余油区。1、特高含水期剩余油分布特征2、目前提高原油采收率研究工作存在的缺乏〔1〕存在问题①油田进入高〔尤其特高〕含水采油期，我们工作的主要对象是相界面域的束缚滞留油，与前期开发动用的体相流体的存在状态和渗流规律有很大的差异。②提高原油采收率的关键在于激活、迁移相界面域内的束缚滞留油。对这方面的问题目前还没引起人们足够的注意和重视。③另外，我们大局部工作还是立足于宏观角度及平衡态理论推测微观孔道内的剩余油的存在状态及流体运动规律，这样做的结果使我们对提高原油采收率的原理、本质内涵认识不到位。〔2〕问题本质所在①对流体运动状态处在分子水平上，从微观孔隙通道角度方面的研究还不够；②对束缚滞留油由静止到激活-迁移-聚并过程的演化规律认识不深；③对微观-介观-宏观这一状态演化过程〔组织形成及变化与结构功能改变〕分析不透。2、目前提高原油采收率研究工作存在的缺乏〔3〕需研究的核心内容

①油田进入高含水采油期，油层内束缚滞留油及其被激活所依据的原理是什么？

②演化过程中滞留油的激活、迁移所呈现出的流变形态都受哪些因素影响？非线性作用如何描述与表征？

③滞留油激活、迁移过程中从微观分子热运动-分子聚集体形为-系统整体宏观特征怎样链接起来？其演化规律如何描述与表征？综上所述，提高原油采收率是个复杂的过程，此过程存在确定性及不确定性现象，有时处在振荡不稳定的局势下会发生状态跃迁，这就需要突破经典科学的传统观念。特高含水期提高采收率研究需要多学科有机地结合，以新的思维方式，引出新的概念，导出新的方法，建立新的理论体系。这就是后面要讲的活化集成涌现理论。2、目前提高原油采收率研究工作存在的缺乏本实验的目的是在高〔特高〕含水〔纯水驱和聚驱区块〕采油期，根据油层的非均质性及剩余油的分布特征和约束力状况，在不同空间区域循环注入不同性质的流体〔如高渗透水流通道注入高黏流体调堵段塞、低渗透层注入生物或非离子外表活性剂溶液冲洗油、中间参加水段塞顶替未动用原油等〕激活、迁移、驱替滞留油。过程中只循环注入单一物质〔聚表剂、表活剂和水〕组合段塞，不需要注入像三元体系那样的复杂流体，就能较大幅度地提高原油采收率，同时又节能降耗。实验目的三、双层非均质岩心周期变位激活迁移滞留油实验人造非均质岩心长30.05cm，截面积为19.55cm2，高为4.4cm，树脂包裹岩心上下分两层，相互连通，一个为高渗透层，另一个为低渗透层，两层渗透率比约1:3。岩心含油饱和度为71.06%〔三厂原油，柴油调配粘度10mPas〕，孔隙度为25.46%。岩心上下两层等距离设置4对测压点〔测压并进行流体取样〕，如以下图所示。低1低2低3低4高1高2高3高4采出端注入端低渗透层高渗透层图5人造岩心结构〔1〕实验岩心1、人造双层非均质岩心实验阶段方案内容总采收率（%）阶段采收率（%）总提高采收率（%）水驱4.4PV（至含水到98%）43.5636.13一轮段塞0.1PV、3500ppm的聚表剂+0.1PV水+0.1PV、0.5％的非离子表活剂48.875.31二轮段塞0.1PV、1500ppm的聚表剂+0.1PV水+0.1PV、0.5％的非离子表活剂55.366.49中间水驱2.4PV（至含水到98%）65.9910.63三轮段塞0.1PV、1500ppm的聚表剂+0.1PV水+0.1PV、0.5％的非离子表活剂68.442.45四轮段塞0.1PV、1500ppm的聚表剂+0.1PV水+0.1PV、0.5％的非离子表活剂76.538.09后续水驱1.8PV（至含水到98%）79.693.16〔2〕实验方案1、人造双层非均质岩心实验

段塞注入，对应注入端压力波动，在岩心内部也出现压力波动，其波动顺序相对注入端由近及远出现，这一过程说明压力波动随注入段塞位置移动而周期移动变化。〔3〕纵向压力波动1、人造双层非均质岩心实验1、人造双层非均质岩心实验〔4〕轴向压力变化图7注聚表剂+水+表活剂段塞岩心相邻点间轴向压差变化曲线通过分析轴向压力变化可以判断流体在轴向上的流动性质

1、人造双层非均质岩心实验图8人造岩心驱油动态驱油曲线水驱采收率43.56%，聚合物驱采收率22.43%，后两个轮次循环注入〔周期变位激活〕，在这个阶段比上一阶段压力升高幅度大，驱替强度高，含水也有所降低，采收率又提高了13.70%；最终采收率达79.69％。〔5〕实验结果2、天然双层非均质岩心实验

实验岩心尺寸为19.59cm2×19.5cm，采用气测渗透率分别为1600×10-3μm2、900×10-3μm2两块高、低渗透岩心制得，岩心的含油饱和度为60%，孔隙度为20.5%。阶段方案内容总采收率阶段提高采收率总提高采收率前期水驱4.4PV（至含水率达98%）38.7336.66第一阶段第一、二、三、四轮段塞0.1PV、1500×10-6的聚表剂+0.1PV水+0.1PV、0.5%的表活剂段塞48.9610.23中间水驱

3.46PV（至含水率达98%）58.9610.00第二阶段第一、二、三、四轮段塞0.1PV、2500×10-6的聚表剂+0.1PV、0.5%的表活剂段塞67.348.38水驱

3.04PV（至含水率达98%）75.398.05聚表剂+水+表活剂驱油实验方案及实验结果

〔1〕实验岩心与方案入口压力波动较大，“锯齿状〞向上攀升，在每一轮次注聚结束后压力到达一个“顶峰〞，每一轮次结束后注入压力到达一个“低谷〞。且含水率也随之起伏变化，在段塞调驱过程中含水率下降至含水最低点后，慢慢向上攀升，最后含水达98％，驱替结束。图9聚表段塞驱替天然岩心的动态驱油曲线前期水驱中间水驱水驱ⅠⅡⅡ2、天然双层非均质岩心实验〔2〕实验结果第一阶段相当于普通二元驱，采收率提高10.23%，中间水驱阶段采收率提高10.00%。中间水驱过程中采收率的值也有大幅度的提高，这说明，中间水驱过程中产生了新的流动通道，激活了新的滞留油，使得更多的原油被驱替出来。第二阶段段塞的注入〔周期变位激活〕，在这个阶段比上一阶段压力升高幅度大，驱替强度高，含水也有所降低，采收率提高了8.38个百分点，后续水驱又提高了8.04个百分点。总采收率相对于水驱提高了36.66％，这与人造非均质岩心实验结果相近。2、天然双层非均质岩心实验〔3〕实验结果分析四、激活迁移滞留油的活化集成涌现理论1、活化集成过程活化集成涌现过程为通过把系统的元素〔滞留油具有一定结构的组件〕理解为可活化的〔潜在有活的功能〕。物质具有固有特性〔物理的、化学的或生理的〕和被激发产生响应的分散体〔组分〕，再经过化学的或生理的聚凝集成重新组装成具有一定结构的功能团〔或子系统〕，进而构建起组合体。这一过程叫活化集成涌现，其过程中展示出的形态称活化集成涌现现象。引进宏观状态变化的“涌现〞概念，支持由静变动、由小生大、由简单产生复杂的观念，即活化集成造就复杂性。2、活化集成涌现现象四、激活迁移滞留油的活化集成涌现理论油藏动态系统演化过程是复杂的。过程中物质、能量和信息的传递和转换高度集成〔有效组合〕性，促进了相互间的交叉、渗透和融合，有效的缩短了行程、加快了速度和提高了效率，从整体上实现了过程的优化。活化集成涌现理论可用于揭示固定结构蕴含着活性功能的奥秘。活化集成涌现理论显著特点：〔1〕活化集成涌现强调活力观：“活力论〞认为，物质自身具有潜在的活性，不断运动和变化。潜伏于固定结构中的组元一旦被外力激活，某些性质的改变可重新构筑新的基核，并生长起新的机体。系统的开展变化是内因和外因相互作用过程中推动的；〔2〕活化集成涌现对于宏观与微观之间的联系给出了新的视野，它是在微观主体单元相互作用的根底上，经过组合形成官能团，其群体行为的积累效应到宏观整体系统呈现出性能和结构的递变或突变；3、活化集成涌现理论四、激活迁移滞留油的活化集成涌现理论〔3〕活化集成涌现过程的关键在于高度集成性；含高分子的复杂〔结构〕流体的奇异性质和功能来源并取决于动态自组装过程〔系统通过能量、物质的传输使其有序性增加〕。过程中多种化学复相分解与生化别离的分子聚集体行为，基于物质、能量和信息的传递与转换而有效的组合〔集成〕演变，同时促进了相互间的交叉、渗透和融合，有效地缩短了行程、加快了速度和提高了效