①碱（NaOH）：分析纯; ②表面活性剂：烷基苯磺酸钠类混合物, 有效含量50%; ③聚合物：相对分子质量2 400× 10⁴~2 600× 10⁴, 平均2 500× 10⁴, 有效固含量90%, 水解度22%; ④实验用水：模拟大庆油田地层水, 矿化度6 778 mg/L（其中KCl：20 mg/L, NaCl：3 488 mg/L, Na₂SO₄：114 mg/L, MgCl₂· 6H₂O：564 mg/L, CaCl₂：64 mg/L, NaHCO₃：2 828 mg/L）; ⑤实验用油：大庆采油二厂脱气脱水原油与航空煤油配制, 模拟油黏度7.9 mPa· s（使用布氏黏度计在45 ℃下, 以7.34 r/s测定）; ⑥三元复合体系：用模拟地层水配制浓度1 500 mg/L聚合物溶液, 然后分别加入1.2%碱（NaOH）和0.3%（有效质量分数）表面活性剂, 得到三元复合驱油体系。该三元复合驱油体系的表观黏度为36.8 mPa· s（测定方法同材料⑤）, 三元复合体系在45 ℃下与所配制的模拟油之间的界面张力为2.05× 10^-3 mN/m; ⑦平板岩心模型（见图1）：均质浇筑, 其上分布注入井、采出井、电极对及饱和油水井（岩心饱和油、水时使用）。电极对用于测试电阻计算含油饱和度, 绘制含油饱和度分布图。模型尺寸50 cm× 50 cm× 3 cm, 渗透率500× 10^-3 μ m²。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 实验平板模型

驱替实验仪器包括HDH-100C型高温高压恒速泵、静音空气泵、HW-Ⅱ 型恒温箱、高压中间容器、电阻测试装置、SVT20N型旋转滴界面张力仪、DV-II+Pro型Brookfield黏度计、量筒等。

为便于靶向通道的设置, 平板模型注采方式为四分之一五点井网的一注一采方式。受模型及实验条件的限制, 实验中采用钻孔方式替代水射流过程来设置靶向通道, 其长度25 cm、直径3 mm。

实验步骤：①模型抽真空、饱和水; ②饱和油、老化; ③水驱油至出口含水率98%, 计算水驱采收率; ④常规三元复合驱替, 水驱后直接注入0.3倍孔隙体积三元复合体系, 继续水驱至含水98%; ⑤重复①— ③步后测试平板模型各部分的电阻, 计算含油饱和度, 绘制含油饱和度分布图; ⑥根据含油饱和度分布确定目标靶位; ⑦钻靶向通道（直角或对角）, 由靶向通道注入0.3倍孔隙体积三元复合体系, 继续水驱至含水98%, 计算总采收率; ⑧绘制后续水驱结束后含油饱和度分布图, 与常规驱替进行对比分析。

确定目标靶位就是找出水驱后剩余油富集的区域, 电阻法测电阻的方式可以计算平板模型中含油饱和度, 绘制出水驱后的含油饱和度分布图, 从而确定目标靶位。

通常地层水电阻率较低, 原油电阻率无穷大（1× 10¹⁶~10× 10¹⁶ Ω · m）, 岩石电性可以反应出含水饱和度的变化。测量计算平板模型各部分的电阻率, 由阿尔奇公式计算出含水饱和度^{[15, 16]}：

\[{{I}_{R}}=\frac{{{R}_{t}}}{{{R}_{w}}}=\frac{b}{S_{w}
{n}} \ \ （1）\]

式中 b— — 系数, 无因次; I_R— — 电阻率比值, 无因次; n— — 饱和度指数, 无因次; R_t— — 含油电阻率（实测电阻率）, Ω · m; R_w— — 完全含水电阻率, Ω · m; S_w— — 含水饱和度, %。b和n的值可由岩心驱替实验确定。

平板模型系统中, 饱和用模拟地层水电极对间电阻在1× 10³Ω 数量级, 水中加入三元复合体系后溶液电阻值比原模拟地层水有所降低, 为1× 10²~1× 10³ Ω 数量级, 饱和原油后电阻达到1× 10⁶~1× 10⁷ Ω 数量级。可以看出, 驱替用模拟地层水、三元复合体系溶液、原油电阻值差异显著, 因此驱替过程中可以通过测试电阻的方法来计算油水饱和度分布。

图2为水驱后含油饱和度分布图, 可以看出, 水驱过后注入井和采出井对角线上为明显的渗流通道, 其含油饱和度下降明显。注入井和采出井连线的垂直方向由于波及效率和驱油效率较低, 剩余油较多, 该区即为目标靶位。为验证不同靶向通道下的三元复合驱效果, 特设计直角靶向通道与对角靶向通道（见图3a、图3b）, 开展三元复合驱靶向输送对比实验。

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 平板模型水驱后含油饱和度分布

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 靶位及靶向通道设计示意图

为确定最佳的靶向通道长度, 设计模拟驱替过程与物理模拟实验过程一致, 即先水驱至含水98%, 然后打通靶向通道, 从通道注入0.3倍孔隙体积三元复合体系（0.3%表面活性剂+1.2%碱+1 500 mg/L聚合物）, 最后再水驱至含水98%, 驱替过程结束。

模拟计算水驱至含水98%时, 采收率为34.59%, 水驱结束后, 保证其他条件不变, 将通道长度分别设置为4, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35 cm, 模拟计算各三元复合驱方式下的采收率, 结果见图7。图中靶向通道长度为0时即为常规三元复合驱, 相对于水驱, 采收率提高23.01%。对角靶向通道长度从4 cm增加到35 cm的过程中, 对应的采收率提高值呈先上升后下降的趋势, 当靶向通道长度等于10 cm时达到最大值36.41%; 直角靶向注入方式下采收率提高值曲线变化趋势与对角靶向方式一致, 但整体采收率提高值要大大高于对角靶向方式, 同样靶向通道长度等于10 cm时达到最大值46.84%。模拟结果显示靶向通道的长度最佳为10 cm, 为井距的14.14%。

图7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 采收率提高值与靶向通道长度关系曲线

图中曲线显示, 随着靶向通道的变长, 三元复合体系减少了不必要的损耗, 采收率大幅提高, 但随着通道长度的继续增加, 采收率提高值反而下降。分析原因, 注入井近井地带在水驱过程中已经冲刷较为充分, 剩余油较少, 剩余油集中在中后部位, 适当长度的靶向通道正好可以避开剩余油较少的区域, 充分发挥三元复合体系的洗油效果; 相反, 如果靶向通道过长就会跳过一部分剩余油分布区域, 即波及面积相应减少, 采收率提高值相应降低。

根据上述靶向通道长度优化结果, 设置对角靶向通道长度为10 cm, 在靶向注入阶段, 分别注入0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0倍孔隙体积段塞的三元复合体系, 模拟三元复合体系注入量对采收率的影响（见图8）。随着三元复合体系注入量不断增加, 采收率提高值快速上升, 当注入量达到0.4倍孔隙体积后, 曲线上升幅度逐渐趋缓, 三元复合体系提高采收率效率降低。综合考虑矿场应用成本及三元复合体系的利用效率, 推荐三元复合体系段塞的大小为0.4倍孔隙体积。

图8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 采收率提高值与三元复合体系注入量关系曲线

同样采用前面最优靶向通道长度和最优三元复合体系注入量, 设计对角、直角及二者叠加形成的复合靶向通道进行驱替模拟, 对比最终采收率提高情况, 优选出最佳的靶向通道设计方案。模拟结果见表2, 表中无靶向通道方式即为常规三元复合体系注入方式, 相对于水驱, 采收率提高26.83%。数据显示, 对角靶向、直角靶向、复合靶向在通道长度10 cm, 注入三元复合体系段塞0.4倍孔隙体积时, 相对于水驱, 采收率提高值分别为40.31%、48.87%、43.94%, 直角靶向通道方式采收率提高程度最大。

表2

表2

表2 靶向通道方位优化模拟结果 模拟 方案 靶向通道 方式 靶向通道 长度/cm 注入孔隙 体积倍数 相对于水驱 采收率提高值/% 1 无 0 0.4 26.83 2 对角靶向 10 0.4 40.31 3 直角靶向 10 0.4 48.87 4 复合靶向 10 0.4 43.94

表2 靶向通道方位优化模拟结果

直角靶向与对角靶向相比, 由于波及效率更高, 提高采收率效果更明显, 而复合靶向方式虽然靶向通道更多波及面积更大, 但在三元复合体系段塞量一定的情况下, 每条靶向通道中的复合体系量减少, 则复合体系会更快地被稀释损耗, 驱替效率相应降低。在三元复合体系总量一定的情况下并不是靶向通道越多提高采收率程度越大, 所以复合靶向三元复合驱提高采收率效果低于直角靶向。综上所述推荐使用直角靶向的靶位设计方式。

三元复合驱技术的发展存在两大瓶颈：一是三元复合体系在地层中的损耗, 二是高成本。三元复合驱靶向输送技术将高压水射流钻径向水平井技术与三元复合驱相结合, 三元复合体系可直接输送到剩余富集区, 避免了在注入井近井地带的损耗, 基本解决了瓶颈一。平板模型实验与数值模拟参数优化研究证实, 三元复合驱靶向输送在合理参数下, 相对于常规三元复合驱可提高采收率22.04%, 采收率提高所带来的经济效益基本可解决钻靶向通道的成本与三元复合驱本身的高成本问题。因此, 可以预见, 通过进一步的深入研究与矿场试验, 该技术成熟后具有广阔的应用前景。

三元复合驱靶向输送技术目前还处于室内实验阶段, 真正应用于现场还有两大关键技术问题需要解决：①非均质、多储集层注水开发条件下如何准确预测剩余油富集区; ②非均质、多储集层条件下靶向通道参数及三元复合体系注入量优化。