一种用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法

技术领域

本发明涉及石油开发油藏工程技术领域。更具体地，涉及一种用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法。

背景技术

化学驱是通过向注入水中加入化学剂，如聚合物、表活剂等，改变驱替液的物理化学特性及与原油和岩石矿物之间的界面性质，从而利于原油产出的一种采油方法。聚合物溶液通过增加驱替液黏度、降低流度比和调整吸水剖面，扩大波及体积；二元复合驱技术，利用降低界面张力，润湿反转，增溶乳化及改变原油流变性等方式，提高洗油效率，进一步提高油藏采收率。注入到油层中的化学驱油体系，会与地层中的各种介质(流体和固体)接触，发生物理和化学反应而造成一定量的损耗，在油层表面的吸附损失会直接影响化学剂的用量，并关系到化学剂的驱替效果。

对于表面活性剂在储层岩石上的吸附，国内外学者无论是在吸附机理模型建立上，还是具体吸附质、吸附剂吸附规律和吸附量的影响因素上都做了许多研究工作。例如，Yick-Mone shum指出，烷基苯磺酸盐在Berea砂岩上的室内实验吸附量为2.5mg/g岩石，在得克萨斯Manvel油田的岩心砂上的吸附量为3.56mg/g砂，滞留损失则分别为1.38、1.85mg/g岩石；徐涵等发表的“化学驱油过程中表面活性剂吸附损失的研究”，针对辽河油田天然岩心的化学剂吸附量进行了室内实验，得到了在二元驱过程中表面活性剂在岩心中的吸附损失；王姗姗等发表的“小分子表面活性剂作为牺牲剂降低聚合物吸附损失的研究”，利用岩心驱替实验研究了牺牲剂注入方式对聚合物动态吸附滞留量、注入压力及阻力系数的影响。以降低聚合物在近井地带吸附滞留量及降低近井地带注入压力的要求，为确保配注量、使聚合物能够进入地层深部发挥驱油效果提供了一种便捷低成本的方法；王勇发表的“表面活性剂在砂岩上吸附规律研究”，采用电导率法、表面张力法测定不同性质表面活性剂的CMC值，通过静态吸附法研究不同表面活性剂在砂岩上的吸附规律和吸附机理；并通过实验方法得到不同表面活性剂在砂岩上的吸附量；戚晶晶发表的“驱油用表面活性剂在大庆油砂/水界面的吸附损失研究”，采用静态吸附方法，研究了45℃(大庆地层温度)下系列甜菜碱表面活性剂和烷醇酰胺表面活性剂在大庆油砂上的吸附，并将其与典型阴离子、阳离子表面活性剂在大庆油砂上的吸附进行了对比。探讨了表面活性剂类型及结构对吸附的影响，并研究了不同表面活性剂二元混合体系的混合吸附。

然而，上述各个实验方法只针对其矿场得到的岩心做了吸附损失量的测定，对于吸附剂吸附规律和吸附量的影响因素研究仅针对理论模型和室内岩心实验，并没有考虑实际化学驱生产区块化学剂量的计算问题，无法明确实际矿场应用中化学剂各组分的准确用量，而这对于化学剂的有效驱替具有非常重要的意义。

因此，本发明提供了一种用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法，以解决化学驱开发过程中化学剂吸附量和有效利用量无法准确预测，不能有效利用的难题，为化学驱化学剂配方体系优化和高效开发提供有力的技术支持。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法，包括如下步骤：

1)根据室内化学剂动态吸附实验，建立化学剂动态吸附量数学模型和化学剂消耗率数学模型，得到分岩性化学剂动态吸附分量和分岩性化学剂饱和用量分量；

2)根据目标油藏的测井资料，建立分岩性地层三维体积模型和三维渗透率模型，得到分岩性地层渗透率范围和分岩性地层三维分体积；结合分岩性化学剂动态吸附分量和分岩性化学剂饱和用量分量，得到分岩性地层三维总体积、分岩性化学剂动态吸附总量以及分岩性化学剂饱和用量总量；

3)建立分岩性化学剂有效利用量数学模型，结合分岩性化学剂动态吸附总量以及分岩性化学剂饱和用量总量，得到分岩性化学剂有效利用量；

4)建立分岩性百万方体积化学剂有效利用量数学模型，结合分岩性地层三维总体积和分岩性化学剂有效利用量，得到分岩性百万方体积化学剂有效利用量。

优选地，步骤1)中，根据室内化学剂动态吸附实验，建立化学剂动态吸附量数学模型和化学剂消耗率数学模型，具体包括：根据室内化学剂动态吸附实验，建立化学剂动态吸附量以及化学剂消耗率分别与渗透率的关系曲线；根据化学剂动态吸附量以及化学剂消耗率分别与渗透率的关系曲线，建立化学剂动态吸附量数学模型和化学剂消耗率数学模型。

优选地，步骤1)中，所述室内化学剂动态吸附实验采用的装置包括：平流泵、岩心夹持器、第一中间容器、第二中间容器、量筒和恒温箱；其中，平流泵、岩心夹持器、第一中间容器、第二中间容器和量筒设于恒温箱中；平流泵与第一中间容器和第二中间容器相连，驱动第一中间容器和第二中间容器中的流体注入待测岩心中；岩心夹持器上设有注入端和出口端，用于夹持待测岩心；第一中间容器连接至注入端；第二中间容器连接至注入端，并与第一中间容器并联；量筒连接至出口端。

优选地，步骤1)中，室内化学剂动态吸附实验采用的装置还包括压力表，所述压力表设置于第二中间容器与注入端之间。

优选地，步骤1)中，室内化学剂动态吸附实验具体包括如下步骤：

i)将待测岩心置于岩心夹持器，化学剂置于第一中间容器，地层水置于第二中间容器，开启恒温箱，令待测岩心在油层温度下恒温50～70分钟；

ii)开启平流泵将第二中间容器中地层水驱入待测岩心中，使待测岩心饱和地层水，直到注入压力稳定；

iii)开启平流泵将第一中间容器中化学剂驱替待测岩心中的地层水，在岩心夹持器的出口端取样，检测出口端液体中化学剂的浓度变化，直到出口端液体中化学剂的浓度与化学剂的初始浓度之间的差值小于0.1mol/L为止，关闭平流泵；

iv)开启平流泵将第二中间容器中地层水驱替待测岩心中的化学剂，直到岩心夹持器的出口端液体中化学剂的浓度小于0.1mol/L时为止，关闭平流泵；

v)采用吸附量计算公式(I)获得化学剂动态吸附量实验值：

式(I)中，

Γ表示化学剂动态吸附量实验值，所述化学剂动态吸附量实验值表示每克待测岩心吸附化学剂的毫克数，单位为mg/g；

υ

υ

Co表示溶液中化学剂的初始浓度，单位为mg/L；

Ct表示溶液吸附平衡后化学剂的最终浓度，单位为mg/L；

G表示化学剂的质量，单位为g。

优选地，步骤1)中，所述化学剂动态吸附量数学模型如公式(II)所示；

Γ

式(II)中，

Γ

K

a和b表示拟合参数，无量纲。

优选地，步骤1)中，所述化学剂消耗率数学模型如公式(III)所示；

式(III)中，

η

K

m和n表示拟合参数，无量纲。

优选地，步骤1)中，所述分岩性化学剂饱和用量分量通过公式(IV)计算获得；

式(IV)中，

Γ

η

优选地，步骤2)中，分岩性地层包括粉细砂岩地层、含砾粗砂岩地层、砂砾岩地层和砾岩地层。

优选地，步骤2)中，所述分岩性地层三维分体积通过公式(V)计算获得；

式(V)中，

V

N表示模型有效网格总数，单位为个；

ν

优选地，步骤2)中，所述分岩性地层三维总体积通过公式(VI)计算获得；

式(VI)中，

V

V

K

K

优选地，步骤2)中，所述分岩性化学剂动态吸附总量通过公式(VII)计算获得；

式(VII)中，

Γ

V

ρ表示分岩性岩石密度，单位为g/cm

Γ

K

K

优选地，步骤2)中，所述分岩性化学剂饱和用量总量通过公式(VIII)计算获得；

式(VIII)中，

V

ρ表示分岩性岩石密度，单位为g/cm

K

K

优选地，步骤4)中，所述分岩性化学剂有效利用量数学模型为公式(IX)；

式(IX)中，

S

Γ

优选地，步骤5)中，所述分岩性百万方体积化学剂有效利用量数学模型为公式(X)；

式(X)中，

λ

S

本发明中所述分岩性是指将岩层划分为不同的岩性，例如分岩性地层包括粉细砂岩地层、含砾粗砂岩地层、砂砾岩地层和砾岩地层等；

所述分岩性渗透率为某一种岩性地层的某一渗透率；

所述分岩性化学剂动态吸附分量为某一种岩性地层的某一渗透率条件下化学剂的动态吸附量；

所述分岩性化学剂饱和用量分量为某一种岩性地层的某一渗透率条件下化学剂的饱和用量；

所述分岩性地层三维分体积为某一种岩性地层的某一渗透率条件下的地层三维体积；

所述分岩性渗透率范围为某一种岩性地层的渗透率范围；

所述分岩性地层三维总体积为某一种岩性地层的所有渗透率范围条件下的地层三维总体积；

所述分岩性化学剂动态吸附总量为某一种岩性地层的所有渗透率范围条件下化学剂的动态吸附量的总量；

所述分岩性化学剂饱和用量总量为某一种岩性地层的所有渗透率范围条件下化学剂的饱和用量的总量；

所述分岩性岩石密度表示某一种岩性地层的岩石密度，该密度可通过测井资料获得。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法，适合于砾岩油藏的化学驱替吸附定量表征；该方法利用三维地质模型，计算不同储层类型的孔隙体积，结合室内化学剂动态吸附实验结果，得到化学剂溶液各组分的吸附量和有效利用量，对化学驱油藏化学剂用量进行确定，明确化学剂各组分的准确用量，减少化学剂浪费和提高化学驱的有效驱替。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明提供的用于化学驱矿场的化学剂有效利用量计算方法的流程示意图。

图2示出本发明提供的室内化学剂动态吸附实验装置示意图；其中，1-平流泵，2-第一中间容器，3-第二中间容器，4-压力表、5-岩心夹持器，6-量筒，7-恒温箱。

图3示出本发明提供的室内化学剂动态吸附实验的表面活性剂动态吸附量与渗透率的关系曲线图。

图4示出本发明提供的室内化学剂动态吸附实验的聚合物动态吸附量与渗透率的关系曲线图。

图5示出本发明提供的室内化学剂动态吸附实验的表面活性剂消耗率与渗透率的关系曲线图。

图6示出本发明提供的室内化学剂动态吸附实验的聚合物消耗率与渗透率的关系曲线图。

图7示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区目的层的三维体积模型图。

图8示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区粉细砂岩三维立体表面活性剂吸附模型图。

图9示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩三维立体表面活性剂吸附模型图。

图10示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区目的层的三维渗透率模型图。

图11示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区粉细砂岩的渗透率分布直方图。

图12示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩的渗透率分布直方图。

图13示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于30mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图14示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于50mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图15示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于100mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图16示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于200mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图17示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于400mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图18示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于600mD时的表面活性剂吸附量模型图。

图19示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于30mD时的聚合物吸附量模型图。

图20示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于50mD时的聚合物吸附量模型图。

图21示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于100mD时的聚合物吸附量模型图。

图22示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于200mD时的聚合物吸附量模型图。

图23示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于400mD时的聚合物吸附量模型图。

图24示出本发明实施例1中七中区克下组攻关区含砾粗砂岩渗透率等于600mD时的聚合物吸附量模型图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供的室内化学剂动态吸附实验采用的装置如图2所示，包括恒温箱7，以及设于恒温箱7内的平流泵1、岩心夹持器5、第一中间容器2、第二中间容器3和量筒6；其中，

平流泵1与第一中间容器2和第二中间容器3相连，驱动第一中间容器2和第二中间容器3中的流体注入待测岩心中；

岩心夹持器5上设有注入端和出口端，用于夹持待测岩心；

第一中间容器2连接至注入端；

第二中间容器3连接至注入端，与第一中间容器2并联；

量筒6连接至出口端；

进一步地，所述装置还包括压力表4，压力表4设置于第二中间容器3与注入端之间。

本发明提供的室内化学剂动态吸附实验，包括如下步骤：

i)将待测岩心置于岩心夹持器，化学剂置于第一中间容器，地层水置于第二中间容器，开启恒温箱，令待测岩心在油层温度(本次实验40℃)下恒温50～70分钟；

ii)开启平流泵将第二中间容器中地层水驱入待测岩心中，使待测岩心饱和地层水，直到注入压力稳定；

iii)开启平流泵将第一中间容器中化学剂驱替待测岩心中的地层水，在岩心夹持器的出口端取样，检测出口端液体中化学剂的浓度变化，直到出口端液体中化学剂的浓度与化学剂的初始浓度之间的差值小于0.1mol/L为止，关闭平流泵；

iv)开启平流泵将第二中间容器中地层水驱替待测岩心中的化学剂，直到岩心夹持器的出口端液体中化学剂的浓度小于0.1mol/L时为止，关闭平流泵；

v)采用吸附量计算公式(I)获得化学剂动态吸附量实验值：

式(I)中，

Γ表示化学剂动态吸附量实验值，所述化学剂动态吸附量实验值表示每克待测岩心吸附化学剂的毫克数，单位为mg/g；

υ

υ

Co表示溶液中化学剂的初始浓度，单位为mg/L；

Ct表示溶液吸附平衡后化学剂的最终浓度，单位为mg/L；

G表示化学剂的质量，单位为g。

实施例1

本实施例提供了一种用于新疆克拉玛依油田七中区克下组油藏的化学剂有效利用量计算方法；该油藏为山麓洪积扇沉积，物源为北西向，储层岩性主要以含砾粗砂岩、砂砾岩、砂质砾岩为主，粘土矿物以高岭石为主，相对含量67.8％。孔隙结构主要为充填式复模态及双模态特征，岩心分析孔隙度平均值15.2％，渗透率平均值132mD；该方法的流程如图1所示，具体包括如下步骤：

1)根据室内化学剂动态吸附实验，对六块岩样进行测试，获得六块岩样的化学剂动态吸附量实验值和饱和吸附量实验值数据；其中，化学剂分别采用聚合物和表面活性剂，聚合物为部分水解聚丙烯酰胺(北京恒聚生产)，表面活性剂为石油磺酸盐(新疆克拉玛依金塔公司生产)；结果列于表1、表2-1和表2-2，并绘制化学剂动态吸附量与渗透率的关系曲线，分岩性储层的化学剂动态吸附量和化学剂消耗率与渗透率的关系曲线(后两者为理论计算数据)；

如图3示出室内化学剂动态吸附实验的表面活性剂动态吸附量与渗透率的关系曲线图，根据该曲线拟合，获得表面活性剂动态吸附量数学模型：Γ

图4示出室内化学剂动态吸附实验的聚合物动态吸附量与渗透率的关系曲线图，根据该曲线拟合，获得聚合物动态吸附量数学模型：Γ

图5和图6分别示出室内化学剂动态吸附实验的表面活性剂和聚合物消耗率与渗透率的关系曲线图，根据该曲线拟合，获得表面活性剂消耗率数学模型

针对不同岩性地层的不同渗透率，结合上述化学剂动态吸附量数学模型和化学剂消耗率数学模型，得到相应的分岩性化学剂动态吸附分量和分岩性化学剂饱和用量分量，结果列于表3-1和表3-2；

2)根据目标油藏的测井资料，利用地质建模软件PETREL，通过分析孔渗与常规测井资料关系，建立分岩性地层三维体积模型(如图7)和三维渗透率模型(如图10)；图7示出七中区克下组攻关区目的层的三维体积模型图，图10示出七中区克下组攻关区目的层的三维渗透率模型图，其中目的层是指下克拉玛依组小层S

对各岩性地层所占体积分别进行统计计算，建立分岩性储集体积模型(如图8和图9)，通过公式(V)计算获得分岩性地层三维分体积；

总结区块4种主要岩性(该储层中泥岩物性差、渗透率低，是非储集体，化学驱难动用，因此不计入统计)的渗透率分布直方图，如图11和图12，结果表明储层渗透性与岩石类型相关性较好，据此确定4种岩性的平均渗透率和渗透率范围，结果列于表6；

结合该渗透率范围，通过公式(VI)、公式(VII)和公式(VIII)，计算得到分岩性地层三维总体积、分岩性化学剂动态吸附总量以及分岩性化学剂饱和用量总量，结果列于表5、表7-1和表7-2；公式(VII)和公式(VIII)中所需分岩性岩石密度，通过测井资料获得，列于表4；

图13～图18示出含砾粗砂岩的表面活性剂吸附量的三维分布模型图，该系列图展示了含砾粗砂岩在不同渗透率分布下的表面活性剂吸附量(图13示出渗透率等于30mD时的表面活性剂吸附量，图14示出渗透率等于50mD时的表面活性剂吸附量，图15示出渗透率等于100mD时的表面活性剂吸附量，图16示出渗透率等于200mD时的表面活性剂吸附量，图17示出渗透率等于400mD时的表面活性剂吸附量，图18示出渗透率等于600mD时的表面活性剂吸附量)；图19～图24示出含砾粗砂岩的聚合物吸附量的三维分布模型图，该系列图展示了含砾粗砂岩在不同渗透率(分别是30mD、50mD、100mD、200mD、400mD和600mD)分布下的聚合物吸附量；

3)建立分岩性化学剂有效利用量数学模型即公式(IX)，结合步骤2)获得的分岩性化学剂动态吸附总量以及分岩性化学剂饱和用量总量，获得分岩性化学剂有效利用量，结果列于表8-1和表8-2；

4)建立分岩性百万方体积化学剂有效利用量数学模型即公式(X)，结合步骤2)获得的分岩性地层三维总体积和步骤3)获得的分岩性化学剂有效利用量，获得分岩性百万方体积化学剂有效利用量，结果列于表8-1和表8-2。

表1六块岩样的化学剂动态吸附量(实验室数据)

表2-1表面活性剂消耗率(实验室数据)

表2-2聚合物消耗率(实验室数据)

表3-1分岩性储层的表面活性剂动态吸附量(理论计算数据)

表3-2分岩性储层的聚合物动态吸附量(理论计算数据)

表4分岩性岩石密度

表5全油藏分岩性岩石的体积及三维地质体总体积

表6全油藏分岩性岩石的平均渗透率和渗透率范围

表7-1全油藏分岩性岩石的表面活性剂动态吸附总量

表7-2全油藏分岩性岩石的聚合物动态吸附总量

表8-1分岩性表面活性剂有效利用量以及分岩性百万方体积表面活性剂有效利用量

表8-2分岩性聚合物有效利用量以及分岩性百万方体积聚合物有效利用量

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。