潿洲12-1油田凍膠型深部調驅體系研究資料

頁聚合物驅與深部調剖的比較作者：R.S.Seright,SPE,GuoyinZhang,SPE,andOlatokunboO.Akanni,SPE,NewMexicoTech;andDongmeiWang,SPE,UniversityofNorthDakota摘要當層狀油藏存在自由橫流且裂縫不會造成嚴重竄槽的情況時，經常需要在見水突破后采取提高波及效率的措施。對于中等粘度的原油油藏，聚合物驅是合適的選擇。然而，近年來深部調剖方法在配置過阻斷劑的高滲層中已得到了商業(yè)化應用。這個復雜的想法要求到：（1）在移動過程中阻塞劑具有低粘度，（2）高滲透層區(qū)域中的阻斷劑儲集體后部超過相鄰低滲透層中的封端劑儲集體的前緣，（3）在高滲透層的適當位置形成有效的阻塞體。實現(xiàn)這些目標是有挑戰(zhàn)性的，但至少已經在一個領域完成測試。本文探討深部調剖方法是比傳統(tǒng)聚合物驅更優(yōu)的上乘之選。使用模擬和分析研究，我們研究了兩個過程的驅油效率的函數(shù)（1）滲透率的對比，（2）相對的區(qū)域的厚度，（3）油的粘度，（4）聚合物的溶液的粘度，（5）聚合物的或阻斷劑儲集體的規(guī)模，（6）相對成本：聚合物對比阻斷劑。結果表明，深部調剖適合高滲透性比率（例如，10:1），高厚度比率（例如，低滲透性區(qū)域的厚度比高滲透性區(qū)域的厚度低10倍），以及相對低的油的粘度是最合適的。相對于傳統(tǒng)的聚合物的成本來講封端劑的成本更高，所以經濟方面來講比較傾向于小尺寸的阻塞劑儲集體（例如，高滲層的孔隙體積的5％）。雖然經濟上短期內可能有利于深度調剖，但最終采收率可能顯著小于傳統(tǒng)聚合物驅的最終采收率。引言不均質性是注水驅或其他驅動過程中降低波及效率的主要原因。依據(jù)不同的均質性，有很多不同的方法來提高波及效率。例如,連續(xù)不滲透的隔層將高滲透性水淹層和低滲產油層分隔開的情況，一種方法是采用水泥這種機械方法，或者采用某些化學堵漏劑封堵井筒地帶的異常高滲透帶，因此注入水只進入含油的低滲透層并將油驅出。其他例子，裂縫或裂縫系統(tǒng)導致的井間竄槽，凍膠可以擠入到裂縫深處，從而允許隨后注入的流體將石油自巖石中驅出。本文針對第三種情況來寫，在這種情況下流體可以實現(xiàn)在地層間的竄流但裂縫并不增加竄槽。相對前兩種情況，這種在多竄槽地層提高波及效率的方法是被公認的。聚合物驅圖1—兩層系統(tǒng)存在竄流時聚合物驅提高波及效率示意圖聚合物驅是解決這個難題的方法之一。圖1表明了聚合物驅在兩層系統(tǒng)中自由流動的效果。本圖向我們展示了利用染紅色聚合物溶液，濃度范圍在0-2000ppm、粘度在1-75變化的黃原膠溶液五種情況下的驅水效果。每種情況都在容積為283×11.6×1.3cm的有機玻璃包裹的珠狀人造巖心上進行。其底層為直徑150um的玻璃珠組成的5.8cm高的巖層，頂層則是直徑500um的玻璃珠組成的5.8cm高的巖層。頂層滲透率與底層滲透率之比為11.2。層與層之間沒有阻礙流體的隔層。圖1顯示當聚合物到達頂層某一固定位置時，聚合物開始向底層滲流。本圖清晰地表明了聚合物驅的良好效果。隨著注入流體粘度的增大，低滲層的波及效率也逐漸增大。深部調剖用凝膠當凍膠與其他封堵劑被用于存在層間竄流情況的儲層時，通常說明或暗示這種材料只進入高滲層并降低高滲層的滲透率，從而使其后注入的水流向含油的低滲層。不幸的是，這個觀點忽略了在低滲層中滲透性也降低。在圖1中我們可以很容易的預見：如果聚合物溶液忽然膠化，那么低滲層的流動能力可能要比高滲層的流動能力降低的更快。這一想法在圖2中得到了實驗性的證明。圖2—圖1底部所示情況下注聚合物后注水類水調剖劑后注水沖洗為了解決圖2中說明的問題，有人設想出一個辦法：在注入類水調剖劑后用水進行沖洗，如圖3所示。假設在水驅作業(yè)期間，注入水在到達生產井時創(chuàng)建了高滲通道。據(jù)推測相當多的可流動油仍留在低滲地層。凝膠作業(yè)第一步，向地層中注入與水的粘度相同的調剖劑（如圖3-a）。因為這種低粘度的調剖劑進入低滲層的量很少。第二步，向地層注水將井筒周圍的調剖劑驅替走（如圖3-b）。注入水的量要足夠多，從而保證高滲透層的調剖劑儲集區(qū)超出相鄰低滲層的調剖劑儲集區(qū)。在第三步過程中將發(fā)生膠凝作用或滲透性降低的現(xiàn)象（圖3-c）。最后，如果凍膠被用于注水井，那么水將無法通過凍膠區(qū)域（圖3-d）。我們希望有一種途徑可以實現(xiàn)水從高滲層流向低滲層，從而實現(xiàn)提高波及效率的目的。圖3—水沖洗及類水調剖劑的使用如果這個設想可行，那么它將提供良好的注入度。膠凝作用后的注水過程中，大部分水在離開井眼后進入了高滲層。若橫截面面積相對水由高滲層進入低滲層的界面較大，那么凍膠區(qū)域注入度的減少將最小化。相比之下，傳統(tǒng)的凍膠作業(yè)方式（膠凝作用前沒有水沖洗）在未確定的注水井中將引進顯著的吸水損失。本設計中增加的油量將回升的相對較快。從低滲層中驅出的油可以進入高滲層，從而使油更快速地進入生產井。應該承認這個計劃的一些局限性。首先，膠凝處理并不會提高調剖劑進入的儲集區(qū)最深處的波及效率。一旦越過了最大滲透區(qū)的凝膠儲集區(qū)，液體將滲流進高滲透性通道。這提供了一個最大限度地提高高滲透通道內調剖劑作用深度的動力。膠凝作用時間是限制調剖劑在儲層滲透深度的一個重要因素。如果干擾性通道由滲透性巖石基質組成，那么為了實現(xiàn)較大的調剖深度，長時間的膠凝作用時間是必要的。這個方案的適用性取決于凝膠處理前儲集層的波及效率。在注入井，如果凝膠作用前波及效率不佳，該計劃則被預期為最好的作業(yè)方式。隨后，轉入低滲層的水主要是驅油。相反，如果凝膠處理前的波及效率較高或在高滲層調剖劑滲透不足，那么在低滲層可能只有很少甚至沒有油驅出。在輕質油層，一個重要的限制因素是調剖劑的粘度和阻力系數(shù)不能過大。相對來說，粘性調剖劑將更大程度的進入低滲層（見圖1）。此外，膠化作用前粘性調剖劑也會從高滲層滲流到相鄰的低滲層。這將在低滲層與高滲層界面上創(chuàng)建一個調剖劑阻隔層。進行水沖洗時，這個阻隔層阻礙了水從高滲層向低滲層流動。因此水沖洗帶來的指進效應將首先突破高滲層的調剖劑區(qū)塊。而這將導致該方案失效。我們可以設想在粘稠油藏這個限制可以放寬。此外，調剖劑的粘度和阻力系數(shù)在調剖劑或水預沖洗的注入過程中不能增加太多。在此期間，調剖劑阻力系數(shù)的增加將迫使額外的調剖劑進入低滲層，從而阻礙該方案的進行。熱驅動前緣圖4展示了圖3中的一個改進想法。有時冷水注入熱儲層，會在儲層形成比驅替前緣更加緩慢而均勻的位移面。如果調剖劑被熱活化，那么在制劑通過熱驅動前緣后高滲層可能會形成堵塞。通過適當?shù)囊?guī)劃可以使低滲層保持連通而不堵塞，因為調剖劑未到達熱驅動前緣（所以調剖劑不能與高溫反應并產生凝膠）。讀者應發(fā)現(xiàn)圖4中方案受制于前面圖3中提到的的優(yōu)點和局限性。圖4中方案在20世紀90年代初的阿拉斯加北坡的庫帕魯克河領域進行了實地測試。雖然鋁交聯(lián)聚丙烯酰胺作為調剖劑在世界一流工程的項目設計及實施過程中得到應用，但因為鋁易在地層滯留只能使注入井附近區(qū)域的滲透率降低。近年來，這一改進的想法已被商業(yè)化。我們將把它作為深入膨化作用，因為它使用的聚合物顆粒具有膨脹或激活時膨脹的特性。該材料是由內部不穩(wěn)定或穩(wěn)定交聯(lián)的含磺酸酯的微粒（直徑0.1-3lm）組成的。上述內核顆粒作為30%的分散體分散在輕質礦物油內。為制備濃度為3000-4500ppm的聚合物需用此分散體和表面活性劑進行稀釋（表面活性劑/聚合物比為1:2至1:3）。通常在升高的溫度下進行活化，這項技術在冷水已注入暖/熱儲層的情況下被倡導。聚合物顆粒傾向于在注入后通過熱前緣，首先在高滲透層水淹區(qū)進行膨脹，隨后注入的水或流體轉移進入到低滲透油層。初步估計膨脹聚合物的阻力系數(shù)介于11-350。讀者應該意識到，從油藏工程的角度來看，這個概念和圖3所示水預沖洗方法有相同的優(yōu)勢或限制。圖4—改進方法：利用熱驅替前緣方法和假設本文中提出的問題涉及深部調剖方法是否比傳統(tǒng)的聚合物驅更好。我們?yōu)榻鉀Q這個問題使用分析和模擬方法進行了多次嘗試。本文展示了我們努力結果。這三個努力的結果都假設深入膨脹材料在活化作用前與水的粘度相同。這個假設是樂觀的，將使我們的分析結果更有利于深部調剖（與傳統(tǒng)聚合物驅相比）。在實際應用中，膨脹性材料在活化作用前表現(xiàn)出的粘度或阻力系數(shù)要比水高出二至七倍。如圖1中所示，粘度增加促進調剖劑滲流進低滲層，并減少或消除預沖洗的水轉移至低滲層的能力（圖2）。對于深部調剖過程，索比和斯瑞特建議：在放置過程中最大粘度/阻力系數(shù)比是滲透率比的0.3倍。這三個假設結果顯示膨脹性材料并沒有引起低滲區(qū)滲透率的降低。其次，這是一個樂觀的假設，預想使其比傳統(tǒng)聚合物驅更有利于深部調剖。我們的努力結果還顯示膨脹性材料的活化在瞬間發(fā)生。發(fā)生活化作用的材料使高滲透性通道處滲透率降低到零，而且滲透率的降低是永久性的。在實際應用中，膨脹性材料能使?jié)B透率降低11-350.此外，與膨脹性聚合物相關的阻力將達到一個峰值（與時間和吞吐量有關），該聚合物區(qū)域顯示了聚合物通過多孔介質時一定程度的運動情況。這種反應是可以預期的。如果顆粒膨脹成為水合物溶液中的分子，阻力系數(shù)將反映3000到45000ppm的聚合物溶液的粘度。我們希望在一段時間內，高滲透區(qū)域的該粘性聚合物將使隨后注入的鹽水進入低滲層。然而，最終鹽水將產生指進現(xiàn)象并穿透聚合物區(qū)塊（如圖2）。因此，我們假設高滲透層中存在理想的永久性聚合物阻塞體，而這將有利于深部調剖。在我們研究過程中忽略毛管力和重力。此外，膨脹性作用劑區(qū)域的邊界上禁止出現(xiàn)分散液。與此同時，在我們所有分析過程中聚合物流體為牛頓流體；聚合物并未減少剩余油飽和度。一個注入井和一個生產井之間的流量呈線性關系。（但是，在兩個仿真研究中，徑向流動是假設在兩個網格塊之間的。）相對滲透率特征如下：使用ECLIPSE模擬器，Akanni研究了兩個儲層滲透性對比從2:1至20:1，且油/水粘度比范圍為1~10,000.他假設彈性作用劑儲存體區(qū)域相對較大，并且檢查彈性作用劑儲存體定位恢復效果。他總結道，如果層與層之間的滲透率相差很大，那么深部調剖有其最大的優(yōu)勢來超越聚合物驅。如預期所言，他得出這樣一個結論：高滲透層中放置較大的彈性作用劑儲存體將提高采收率，但是從經濟角度考慮可能更傾向于使用小彈性作用劑儲存體。他還認為較高的回收價值主張將彈性儲集體定位在高滲層中間位置或靠近生產井的位置（即不靠近注入井）。在基準測試過程中產生了一些擔憂。特別是隨水油流度比增加，油藏工程師預測：回收效率在分層儲層存在竄流的情況下比沒有竄流的情況變得更糟。相反，模擬實驗預示水驅回收率在橫流和不存在橫流的情況下是相似的，即使是高流動比下也如此。我們推測這是由于我們無法完全模擬地下情況導致的。當然也可能是不同模擬情況下的操作人員不同導致的。因此我們使用分析裝置進行了一系列的實驗研究來解決我們的問題。在分析過程中，張證實：層與層之間的滲透率相差很大時，深部調剖方法有其最大的優(yōu)勢來超越聚合物驅。另外，當高滲透性儲層遠薄于低滲透性儲層時，使用深部調剖方法也是有其優(yōu)勢的。研究還表明，驅替低粘度油時使用較小的彈性聚合物阻塞體將是最經濟可取的。較稠的油預計需要較大的彈性聚合物阻塞體。對于前面各方法，在開始注聚合物或膨脹性作用劑定位時，我們假設高滲層處于殘余油飽和狀態(tài)且低滲層為原生水飽和狀態(tài)。我們還假設膨脹性作用劑的變化發(fā)生在一瞬間。其實，這些假設是不切實際的。因此，專家建立了一個新的模擬化學驅實驗進行分析。這一分析假設：（1）儲層在原生水飽和狀態(tài)，（2）保證在注入聚合物或彈性作用劑前孔隙中已經注入了水。在新的分析過程中，深部調剖時彈性作用劑材料在彈性作用劑阻塞體到達它的目的位置前表現(xiàn)的就像持續(xù)水驅一樣。例如，如果一個小的彈性作用劑阻塞體想要放置在高滲透層的中心，第一步，儲層（包括高滲層和低滲層）最初處于原生水飽和狀態(tài)；第二步，孔隙中已經注入了水；第三步，一個額外的流體要注入儲層，以此保證彈性作用劑阻塞體能夠到達高滲層中心的5%處；第四步，彈性作用劑阻塞體立即注入到目的位置從而使高滲層中心5%處滲透率降為零；第五步，最后進行水驅。為了驗證我們之前的努力是正確的，我們使用了計算機模擬組來建模。經驗豐富的仿真人能夠在基準測試模擬注水期間確認可信的行為。接著，我們建立函數(shù)來研究兩個過程的原油采收率（深部調剖vs聚合物驅），（1）滲透率之比（高達10倍），（2）相對區(qū)域的厚度，（3）油的粘度（高達1,000厘泊），（4）聚合物的溶液粘度，（5）聚合物或阻斷劑區(qū)的大小，（6）相對成本：聚合物vs阻斷劑。儲層具有一個注入井和一個生產井，二者相距400米。兩層的總厚度為10米。儲層系統(tǒng)網格通常在x方向包括20個網格塊，在y方向上包括一個網格塊，在z方向上包括兩個網格塊。因此，兩井間流量一般呈線性關系。結論我們的分析顯示，深部調剖適合高滲透性比率（例如，10:1），高厚度比率（