地星学院谭锋奇团队地质/化工学科交叉创新揭示油藏 化学驱梯次动用的驱油机理

  • 地球与行星科学学院 谭锋奇
  • 日期:2023-03-30
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  油气藏想要不断提高采收率并保持稳定的产油量,就必须向储层中注入相应的驱替介质以补充地层能量,不同的驱替介质由于本身特殊的物理化学性质,微观驱油机理存在较大差异,进而影响油藏最终的生产效果。聚合物-表面活性剂二元复合驱(surfactant-polymer binary flooding)作为三次采油方案中主要的化学驱驱替介质组合类型之一,是高含水老油田提高采收率的重要接替技术,当聚/表二元体系进入油气储层的微观孔隙后,主要通过扩大宏观波及体积(enhance macroscopic sweep volume)和提高微观洗油效率(improve microscopic oil displacement efficiency)两种方式来提高原油产量。新疆砾岩油藏由于长期的注水开发,目前综合含水率比较高,达到95%,水驱效果比较差;另外,复模态的孔隙结构导致化学驱孔喉原油的动用规律更加复杂,不同尺度孔喉原油的驱油机理还需进一步明确。因此,在聚/表二元体系的驱油过程中,如何通过调整驱替介质的属性参数有效动用不同尺度微观孔喉内的原油,是砾岩油藏提高采收率亟待解决的关键科学问题。

  近日,地星学院谭锋奇团队基于储层微观渗流理论,结合聚/表二元化学剂在岩石-原油-水三者中的相互作用原理,以典型的砾岩岩心为研究对象,设计了单一化学驱油体系和组合化学驱油体系两种驱油方案,其中组合化学驱油体系又分为梯次降黏、梯次增黏和单一恒黏三种驱油模式,在水驱油的基础上,利用微流控模型揭示不同驱油体系油水的运动规律及驱油机理。对于组合化学驱油体系的三种驱油模式,整体上梯次降黏方案的驱油效果好于单一恒黏和梯次增黏方案,单一恒黏驱油体系孔喉原油的动用下限为3μm,对于梯次增黏驱油方案,当溶液黏度增加后孔喉原油的动用规律呈现由小孔喉向大孔喉偏移的趋势,动用下限提高到6μm,导致可以有效波及的孔隙体积减小,驱油效果变差。而对于梯次降黏驱油方案,首先,高分高浓的驱油体系以调堵为主降低优势渗流通道中驱替液的流度,减少水窜,提高大孔喉的洗油效率;当分子量和黏度降低后,低分低浓的驱油体系则以调驱为主动用低渗层,通过压力场的重构以及不同尺寸化学胶团渗流路径的重新分配,孔喉原油的动用规律呈现由大孔喉向小孔喉偏移的趋势,降黏后孔喉原油的动用下限降至1μm,扩大了小孔喉的波及体积,实现了对不同尺度孔喉原油的梯次动用,最终形成砾岩油藏“梯次注入、分级动用”的二元复合驱新模式。相关研究结果在矿场实验中取得良好的应用效果,含水率大幅度下降,产油量持续上升,并保持稳定,在水驱油的基础上采收率提高幅度达到20%

  该项研究成果于20233月以“Study on the Oil Displacement Mechanism of Different SP Binary Flooding Schemes for a Conglomerate Reservoir Based on a Microfluidic Model”为题发表在美国化学学会的Industrial & Engineering Chemistry Research期刊上,该期刊属于国科大化学工程与技术类一流期刊目录,当前影响因子4.326。论文第一完成单位为中国科学院大学地球与行星科学学院,谭锋奇副教授作为文章的第一作者兼通讯作者,马春苗硕士作为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金(41902141)、中央高校基本科研基金(E1E40403)、中石油科技创新基金(2018D-5007-0103)的联合资助。

  全文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.iecr.3c00201

 

(a)典型砾岩岩心样品及孔隙结构图;(b)微流控模型SP化学驱的孔隙结构拓扑图;(c)梯次增黏不同尺度孔喉原油动用规律;(d)梯次降黏不同尺度孔喉原油动用规律;(e)不同黏度化学剂驱油的核磁共振扫描图;(f)梯次降黏不同驱替阶段注入压力及流速变化趋势图。

图1. 砾岩油藏聚/表二元复合驱孔喉原油梯次动用驱油机理