海上油田聚合物驱后提高采收率技术

谢晓庆，冯国智，刘立伟，李宜强，易任之

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100027；2.中海石油研究总院，北京100010；3.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

海上油田聚合物驱后提高采收率技术

谢晓庆1，2，冯国智1，2，刘立伟1，2，李宜强3，易任之4

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京100027；2.中海石油研究总院，北京100010；3.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京102249；4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

中国海上油田中有3个油田实施了聚合物驱开采技术，且取得了较好的增油控水效果，但聚合物驱后进一步提高采收率技术将成为一个亟待解决的问题。为了研究海上油田聚合物驱后提高采收率的合理接替技术，在调研总结中外聚合物驱后提高采收率技术的基础上，从工业化应用规模、矿场试验效果和驱油机理等方面进行分析，针对海上油田的特点和条件，筛选出适合海上油田聚合物驱后提高采收率的接替技术。结合室内物理模拟实验，对残留聚合物的分布特点和聚合物驱后接替技术进行了分析，对比了聚合物驱后二元复合驱与絮凝剂驱提高采收率的效果。研究结果表明，海上油田聚合物驱后可采用二元复合驱和聚合物再利用等提高采收率技术进一步开发；聚合物驱结束时，残留聚合物主要分布在主流线上；聚合物驱结束后进一步提高采收率的时机越早越好；二元复合驱油体系增油降水效果及注入性均优于絮凝剂驱。

海上油田 聚合物驱 提高采收率 残留聚合物 絮凝剂驱 二元复合驱 聚合物再利用

海上油田聚合物驱后剩余油的分布更加零散，油层条件更加复杂，残留在地层中的聚合物对接替的提高采收率技术也会有一定的影响［1-8］。笔者在调研总结中外聚合物驱后提高采收率技术的基础上，结合室内开展的符合海上油田油藏地质特征的大型三维平面物理模型实验，研究聚合物驱后剩余油分布规律、聚合物在地层中的分布、残留聚合物对聚合物驱后提高采收率技术的影响程度，以及在海上油田油藏条件下实施聚合物驱后提高采收率技术的可行性，并根据室内实验结果提出聚合物驱后进一步提高采收率的挖潜方向，对海上油田聚合物驱后的提高采收率技术发展方向有重要的意义。

1　聚合物驱后提高采收率技术现状

研究表明，聚合物驱提高采收率比水驱提高采收率高10%，但聚合物驱后仍有约50%的原油残留在地下，这部分剩余油的分布更加零散和复杂，开采难度也逐渐加大，有效解决这一问题就需要对聚合物驱后提高采收率技术进行研究。

1.1中外油田的工业化应用规模

从世界范围看，矿场规模化应用的提高采收率技术主要有热采、化学驱和气驱3大类，产量规模由大到小依次为热采、气驱和化学驱。在中国工业化应用的提高采收率技术主要为热采和化学驱2类。热采技术主要应用在辽河、胜利、新疆和河南等油区；化学驱技术主要应用在大庆、胜利、河南、大港和新疆等油区，其中大庆油区应用规模最大，主要为聚合物驱和三元复合驱，年产油量保持在1000× 104t以上；胜利油区以高温高盐聚合物驱和聚合物—表面活性剂二元复合驱为主［5-7］。工业化应用比较成功的技术有热采、聚合物驱、三元复合驱和聚合物—表面活性剂二元复合驱等。

1.2矿场试验效果

从陆上油田开展的聚表剂驱、蒸汽驱、聚合物驱后三元复合驱、高浓度聚合物驱和微生物驱等矿场试验研究可知，聚合物驱后蒸汽驱的效果最好，其次是聚表剂驱，而高浓度聚合物驱、微生物驱和CDG驱效果均不明显。因此，蒸汽驱是聚合物驱后最理想的提高采收率技术，蒸汽驱阶段的采油速度较高，为3%～6%，适用于开发周期短的海上油田。

1.3驱油机理分析

聚表剂具有高分子聚合物与表面活性剂双重特性，较低浓度下有较强的增溶能力，能够适应于海上油田油藏温度较高、驱替用水矿化度较高的油藏条件。根据驱油机理分析可知，二元、三元和泡沫等复合驱的驱油效果优于聚合物驱［8-11］，但是复合驱也有其适用条件和优缺点。其中，三元复合驱存在的问题是碱的结垢和乳化，海上油田受环境和平台条件的限制，采出液处理难度大于陆上油田。因此，目前的技术条件下海上油田不适宜采用三元复合驱作为聚合物驱后进一步提高采收率技术。

微生物驱提高采收率技术因其投资少、效益高和生态安全，受到人们的普遍重视。由微生物处理增加的驱油量，除取决于类似物理化学处理的机理外，还和孔隙介质中形成的与原油直接接触的可提高驱油效率的生物代谢产物有关。微生物采油技术目前成功的矿场试验还比较少，适合海上油田的微生物种类还需要深入研究。

聚合物驱后地下残留着大量聚合物，约占注入聚合物的90%。为了在聚合物驱后进一步提高采收率，必须封堵地层中的高渗透层。可以使用聚合物再利用剂，包括固定剂和絮凝剂，将地层残留的聚合物转变为高强度的调剖剂，进行深部调驱，控制高渗透层中水的窜流，达到提高采收率的目的，同时可以防止地下残留聚合物产出造成地面环境污染［8］。聚合物驱后地层残留聚合物再利用技术成本比较低，效果好，建议海上油田利用该技术进行聚合物驱后提高采收率。

1.4海上油田聚合物驱后提高采收率技术

海上油田聚合物驱后驱油机理及矿场试验分析得到的认识是：①海上油田聚合物驱后剩余油挖潜空间较大，主要分布在分流线、薄差层、厚油层顶部及中高水洗层段，聚合物驱后提高采收率技术需要调、堵、驱技术相结合，扩大波及体积，提高驱油效率；②海上油田进一步提高采收率技术面临诸多难题，如驱油体系需要较强的抗剪切、抗盐体系才能满足要求；且海上平台空间有限，聚合物驱后仍要采用聚合物驱时的注入流程和设备。

因此，对海上油田聚合物驱后提高采收率技术推荐聚合物—表面活性剂二元复合驱和聚合物驱后地层残留聚合物再利用技术。

2　聚合物驱后提高采收率技术室内实验

聚合物驱后吸附滞留将造成部分聚合物残留于地层中，残留的聚合物在一定程度上可起到改善流度比、扩大波及体积的作用。如果不将残留的聚合物再利用，将被后续水带出地层，难以发挥其作用。对残留聚合物的再利用，首先需明确其在地层中的分布，再根据其分布规律结合残留量有针对性地开展相关的技术研究。为此，采用符合海上油田地质特征的大型三维平面物理模型实验，分析残留聚合物分布规律以及聚合物驱后提高采收率技术。

2.1残留聚合物分布规律

采用平面均质模型模拟聚合物驱过程，根据在聚合物驱与后续水驱过程中平面均质模型不同取样点处获得样品的质量浓度分析结果，对聚合物驱后及后续水驱结束后聚合物在多孔介质中的分布规律进行研究。

实验条件主要包括：①实验用水为现场水；②实验用油为原油和航空煤油按一定比例配成的模拟油，65℃下原油粘度为70.37mPa·s；③实验温度为65℃；④实验模型为平面均质模型，60cm×60 cm×4.5cm，模拟平均渗透率为2500×10-3μm2；⑤实验所用聚合物为矿场聚合物，聚合物溶液的质量浓度为1750mg/L，粘度为31.5mPa·s。

实验方案主要有2个：方案1为水驱至含水率为95%且一次注聚合物到0.57倍孔隙体积时结束，取样测其聚合物的粘度和质量浓度；方案2为水驱至含水率为95%，一次注聚合物到0.57倍孔隙体积且后续水驱至含水率为98%时结束，取样测其聚合物的粘度和质量浓度。

实验结果表明，在聚合物驱结束时，残留聚合物主要分布在主流线上；随着后续水驱的进行，残留聚合物逐渐被驱出，有部分聚合物残留于多孔介质中，主要分布在分流线上。聚合物驱后残留聚合物对于聚合物驱后提高采收率是一个重要影响因素。用于驱油的聚合物在聚合物驱结束后会因为各种原因残留在油藏中：油藏中铁等多价阳离子以及强酸离子会使聚合物发生严重沉淀；若聚合物分子过大，就会堵塞多孔介质的孔喉；若油藏水矿化度较高或岩石比表面积较大，就会促使聚合物发生吸附滞留；聚合物水解度较低易发生滞留，在一定程度上改善流度比，但同样会阻断后续驱油剂与残余油的接触，不利于提高采收率；且会使油层渗透率和孔隙度下降，从而降低其产液量。

2.2提高采收率技术

通过研究残留聚合物在平面上的分布规律发现，随着后续水驱的进行，残留聚合物的质量浓度逐渐降低。为了最大限度地发挥残留聚合物的再利用，对聚合物驱后提高采收率技术进行研究。

2.2.1二元复合驱技术

实验条件主要包括：①实验模型为二维非均质模型，尺寸为30cm×4.5cm×4.5cm，模拟低渗透层渗透率为300×10-3μm2，模拟高渗透层渗透率为3000×10-3μm2；②实验所用聚合物为矿场聚合物，聚合物溶液的质量浓度为1750mg/L，粘度为31.5 mPa·s，二元复合驱油体系中聚合物相对分子质量为2500×104，质量浓度为1400mg/L，表面活性剂（重烷基苯磺酸盐）质量分数为0.3%，体系粘度为64mPa·s，界面张力为3.24×10-2mN/m。

实验方案为水驱至含水率为98%，聚合物段塞为0.57倍孔隙体积，在不同的后续水驱注入量（0，0.2，0.4，0.6和1.0倍孔隙体积）后，进行二元复合驱（二元复合驱油体系为0.3倍孔隙体积表面活性剂和0.2倍孔隙体积聚合物），后续水驱至含水率为98%（表1）。

表1　聚合物驱后二元复合驱实验方案和结果Table1　Theexperimentschemeandresultsofbinary combinationfloodingafterpolymerflooding

从实验结果（表1）可以看出，聚合物驱后进行二元复合驱提高采收率幅度达到6%以上；随着聚合物驱后后续水驱注水量的不断增加，最终采收率逐渐降低；聚合物驱后直接进行二元复合驱所提高的采收率要高于注入一定量的水后再进行二元复合驱所提高的采收率。分析认为，聚合物驱结束后，残留在多孔介质中的聚合物较多，能够有效地降低多孔介质对二元复合驱油体系的吸附；同时，残留聚合物封堵高渗透层，使二元复合驱油体系的波及体积得以扩大；随着聚合物驱后注水量的不断增加，残留聚合物将逐渐被驱出；后续注水段塞越大，聚合物残留量越少，辅助二元复合驱油体系的效果也越差，越不利于聚合物驱后采收率的进一步提高。因此，充分再利用残留聚合物进行二元复合驱进一步提高采收率的最佳时机是在聚合物驱结束后越早越好。

2.2.2聚合物絮凝技术

聚合物絮凝技术的作用原理是，将地层残留的低质量浓度聚合物通过氢键在絮凝剂上产生桥接吸附，再通过聚合物分子的蜷曲，引起絮凝产生絮凝体堵塞地层，从而实现对地层残留聚合物溶液絮凝再利用。主要用于滞留聚合物质量浓度较低的高渗透层，这部分聚合物溶液充分絮凝之后，就可以迫使后续注入水进入中、低渗透层。

实验条件主要包括：①实验模型为填砂管（直径为18mm，长度为600mm），有效渗透率为2500× 10-3μm2；②絮凝剂为黄河土；③实验所用聚合物为矿场聚合物，聚合物溶液的质量浓度为1750mg/L，粘度为31.5mPa·s。

实验方案为水驱至含水率为98%，聚合物段塞为0.57倍孔隙体积，考虑不同聚合物驱后后续水驱注水量和絮凝剂质量分数，设计了4个聚合物驱后絮凝剂效果评价方案进行研究（表2）。

表2　聚合物驱后絮凝剂驱效果评价方案Table2　Theevaluationschemeofflocculantflooding afterpolymerflooding

通过不同质量分数絮凝剂评价结果（表3）可以看出，聚合物驱后注入一定质量分数的絮凝剂，可以起到有效地利用残留聚合物建立阻力系数与残余阻力系数的作用；若聚合物驱结束后直接注入絮凝剂，可能会造成堵塞，所以在聚合物驱后注入絮凝剂前，注入一定量的水稀释近井地带的残留聚合物，可以避免在近井地带形成絮凝，能够有效地封堵大孔道，提高注入压力，启动中、低渗透层。注入不同质量分数的絮凝剂所建立的阻力系数与残余阻力系数差别不大，因此，矿场试验时采用的絮凝剂质量分数可为2.5%。

表3　不同质量分数絮凝剂驱油效果评价Table3　Theresultsevaluationonflocculantfloodingwithdifferentconcentrations

2.2.3二元复合驱技术与聚合物絮凝技术对比

实验条件主要包括：①实验模型为填砂管（直径为18mm，长度为600mm），有效渗透率为1000× 10-3μm2。②实验体系为：油田使用的聚合物，质量浓度为1750mg/L，粘度为31.5mPa·s；二元复合驱油体系的聚合物相对分子质量为2.5×107，质量浓度为1400mg/L，表面活性剂（重烷基苯磺酸盐）质量分数为0.3%，体系粘度为64mPa·s，界面张力为3.24×10-2mN/m；絮凝剂是质量分数为2.5%的黄河土，粘度为20.3mPa·s。

实验方案为：水驱至含水率为95%，一次注入聚合物为0.3倍孔隙体积，后续水驱注入量为0.1倍孔隙体积，在此基础上设计了2个实验方案。方案1：二元复合驱注入量为0.3倍孔隙体积，后续水驱至含水率为98%；方案2：注入0.3倍孔隙体积絮凝剂，后续水驱至含水率为98%。

实验结果表明，方案1聚合物驱后二元复合驱提高采收率幅度为19.40%。方案2聚合物驱后絮凝剂驱提高采收率幅度为14.58%，聚合物驱后再进行二元复合驱比絮凝剂驱要高出4.82%。因此，聚合物驱后二元复合驱和絮凝剂驱均能在聚合物驱的基础上进一步提高采收率，絮凝剂驱可以封堵高渗透层，二元复合驱可以降低油水界面张力，提高驱油效率，且二元复合驱提高采收率幅度大于絮凝剂驱。由二元复合驱和絮凝剂驱的含水率曲线（图1）可见，聚合物驱后二元复合驱的含水率下降幅度大于絮凝剂驱的，其含水率最小值为67.19%，比絮凝剂驱的含水率最小值（73.64%）降低了6.45%。主要是由于二元复合驱中表面活性剂的存在，降低了油水界面张力，提高了驱油效率，起到了较好的降水作用。由图2可以看出，二元复合驱的注入压力明显低于絮凝剂驱的，说明二元复合驱的注入能力好于絮凝剂驱。对比聚合物驱后2种提高采收率技术可以看出，聚合物驱后二元复合驱与絮凝剂驱均能提高采收率，但相同条件下，二元复合驱增油、降水以及注入性均好于絮凝剂驱。

图1　二元复合驱和絮凝剂驱的含水率对比Fig.1　Watercutcomparisonbetweenflocculantflooding floodingandbinarycombinationflooding

图2　二元复合驱和絮凝剂驱注入压力对比Fig.2　Injectionpressurecomparisonbetweenflocculant floodingandbinarycombinationflooding

3　结束语

聚合物驱结束后，陆上油田可再应用二元复合驱、复合泡沫驱、调剖、高浓度聚合物驱、地下聚合物再利用及三元复合驱等技术进一步开发；海上油田只适合应用二元复合驱和聚合物驱后地层残留聚合物再利用技术。海上油田聚合物驱后进行二元复合驱进一步提高采收率的最佳时机是聚合物驱后越早越好，可以充分发挥残留聚合物的效果并进一步提高采收率。相同条件下，二元复合驱的增油降水效果及注入性均优于絮凝剂驱。这里主要研究了聚合物驱后二元复合驱和絮凝剂驱的效果，今后需要深入研究微生物驱和蒸汽驱等适合海上油田聚合物驱后的提高采收率接替技术。

编辑王星

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Studyonenhancedoilrecoverytechnologyafter polymerfloodinginoffshoreoilfield

XieXiaoqing1，2，FengGuozhi1，2，LiuLiwei1，2，LiYiqiang3，YiRenzhi4

（1.StateKeyLaboratoryofOffshoreOilExploitation，BeijingCity，100027，China；2.CNOOCResearchInstitute，BeijingCity，100010，China；3.EnhancedOilRecoveryInstitute，ChinaUniversityofPetroleum（Beijing），BeijingCity，102249，China；4.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment，PetroChinaXinjiangOilfieldCompany，Karamay，Xinjiang，834000，China）

Polymerfloodingiscarriedoutinthreeoffshoreoilfieldswithgoodeffectofoilincreasingandwatercontrolling inChina.Furtheroilrecoveryimprovementafterpolymerfloodingwillbeaproblemtobesolved.Inordertostudyreasonabletechnologyofimprovingoilrecoveryafterpolymerfloodinginoffshoreoilfields，suitablereplacementtechnologyofenhancingoilrecoverytechnologyafterpolymerfloodinghasbeenselectedaccordingtothecharacteristicsandconditionsof theoffshoreoilfieldsbasedonanalysesofindustrialscale，fieldtesteffectandoildisplacementmechanism.Combinedwith theindoorphysicalsimulationexperiment，thedistributioncharacteristicsofresidualpolymerandreplacementtechnology afterpolymerfloodingwereanalyzed，andtheeffectofthebinarycombinationfloodingandflocculantfloodingafterpolymer floodingwerecompared.Theresultsindicatethatthesuitabletechnologiesofenhancingoilrecoveryarebinarycombinationfloodingandpolymerrecyclingtechnologyfortheoffshoreoilfieldsafterpolymerflooding.Afterpolymerflooding，the residualpolymermainlydistributesonthemainstreamline.Theimplementationtimingofenhancingoilrecoverytechnologyisassoonaspossible.Theeffectofoilincreasingandwaterdecreasingandinjectionabilityofthebinarysystemarebetterthanthatoftheflocculantflooding.

offshoreoilfield；polymerflooding；enhancedoilrecovery；residualpolymer；flocculantflooding；binarycombinationflooding；polymerrecyclingtechnology

57.431

A

1009-9603（2015）01-0093-05

2014-11-02。

谢晓庆（1984—），男，河南南阳人，高级工程师，博士，从事油气田开发工程和提高采收率技术工作。联系电话：（010）84526445，E-mail：xiexiaoqing1205@163.com。

国家“973”计划“海底资源开采的关键力学问题研究”（2012CB724205），国家科技重大专项“海上稠油化学驱油技术”（2011ZX05024-004），中国海洋石油总公司科技项目“渤海典型油田提高采收率综合研究”（2009KJB-04）。