高分子質(zhì)量聚合物二元體系在低滲透油層適應(yīng)性研究

吳文祥， 張世錄， 唐佳斌

（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318）

我國(guó)陸上已投入開發(fā)的中低滲透油層的原油儲(chǔ)量占總動(dòng)用儲(chǔ)量的比例越來越大［1］，而未開采石油地質(zhì)儲(chǔ)量中，中低滲透儲(chǔ)層比例更大。如何更有效地開發(fā)此類油層，并在較大程度上提高原油采收率，對(duì)我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。研究表明，對(duì)于儲(chǔ)層孔隙半徑在幾微米、滲透率在0.01～0.15 μm2的中低滲透油層［2］，使用中低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物難以有效動(dòng)用該類油層。因此，一方面如何在不造成油層堵塞的情況下，選擇注入性好、流動(dòng)控制程度強(qiáng)的聚合物，另一方面從界面特性角度考慮，選擇能夠有效降低油水界面張力的表面活性劑，從波及體積及驅(qū)油效率兩方面提高驅(qū)油效果［3］，進(jìn)一步有效開發(fā)已開采及未開采中低滲透油層。

針對(duì)以上問題，本文從流動(dòng)性入手，針對(duì)中低滲透油藏聚合物溶液黏度損失較大的問題，研究計(jì)算了不同聚合物溶液流經(jīng)中低滲透巖心后的黏度損失率，并在界面張力評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二元體系在中低滲透油層的驅(qū)油效果評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該二元體系能夠有效動(dòng)用中低滲透油層。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图安牧?/h3>

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停洪L(zhǎng)慶油田中低滲透柱狀天然巖心（φ2.5cm×10cm）。

實(shí)驗(yàn)用油：長(zhǎng)慶油田井口原油與煤油配置而成的模擬油，50 ℃黏度為2.3mPa·s。

實(shí)驗(yàn)用水：飽和天然巖心所用水為經(jīng)過多次過濾后長(zhǎng)慶油田地層水，水驅(qū)、后續(xù)水驅(qū)及配置驅(qū)油體系用水為礦化度為4 726mg／L的模擬水。

實(shí)驗(yàn)用劑：SNF3640D 聚合物（簡(jiǎn)稱C，下同），由大慶煉化公司生產(chǎn)，其相對(duì)分子質(zhì)量為（1.6～1.9）×107，純度100%；表面活性劑為甜菜堿B1型，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

80－B2型恒溫箱（江蘇省無錫市石油儀器設(shè)備廠），ZX－4 型 旋 片 真 空 泵 （美 國(guó) Validyne Engineering 公 司），DV－II型 旋 轉(zhuǎn) 式 黏 度 儀（美 國(guó)Brookfield公司），Texas－500型旋滴界面張力儀（美國(guó)科諾工業(yè)有限公司），JB－3 型手搖泵，AR1530／C電子秤（美國(guó)OHAUS公司，分辨率0.001g），磁力攪拌器（美國(guó)RUSK 泵），巖心夾持器（規(guī)格為φ2.5 cm×10cm，江蘇海安石油儀器公司），電子天平以及其它常用玻璃儀器等。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 流動(dòng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

（1）氣測(cè)滲透率的測(cè)定，將柱狀天然巖心放入巖心夾持器，加上4 MPa左右的環(huán)壓，抽真空4h，飽和地層水，測(cè)巖心孔隙體積并計(jì)算巖心孔隙度，然后放入恒溫箱恒溫（50 ℃）12h以上；

（2）以0.1 mL／min 的驅(qū)替速度進(jìn)行空白水驅(qū)，水驅(qū)至壓力保持30～50min穩(wěn)定不變或波動(dòng)較小時(shí)，記錄水驅(qū)平穩(wěn)壓力；

（3）聚驅(qū)至壓力保持1.5h 穩(wěn)定或波動(dòng)較小時(shí)，記錄聚驅(qū)平穩(wěn)壓力，然后并以同樣地速度改注后續(xù)水驅(qū)；

（4）后續(xù)水驅(qū)至壓力保持1.5h穩(wěn)定或波動(dòng)較小時(shí)，記錄聚驅(qū)平穩(wěn)壓力，停止實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)的每個(gè)注入環(huán)節(jié)，都應(yīng)選取精密的壓力表，精確測(cè)量相應(yīng)驅(qū)替壓力的數(shù)值。

1.3.2 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

（1）將柱狀天然巖心放入巖心夾持器，加上4 MPa左右的環(huán)壓，抽真空4h，飽和地層水，測(cè)巖心孔隙體積并計(jì)算巖心孔隙度，然后放入恒溫箱恒溫（50 ℃）12h以上；

（2）油驅(qū)水至巖心夾持器出口端不出水為止，確定原始含油飽和度；

（3）按實(shí)驗(yàn)方案設(shè)定的驅(qū)替速度進(jìn)行空白水驅(qū)，水驅(qū)至夾持器出口端含水達(dá)到98%以上，計(jì)算水驅(qū)采收率；

（4）進(jìn)行化學(xué)復(fù)合驅(qū)，當(dāng)達(dá)到方案設(shè)定的孔隙體積倍數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)注后續(xù)保護(hù)段塞；

（5）化學(xué)復(fù)合驅(qū)的段塞全部注完后，接著進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)至出口端含水率達(dá)到98%以上，計(jì)算化學(xué)復(fù)合驅(qū)采收率。

2 驅(qū)油體系性能評(píng)價(jià)

2.1 聚合物在巖心中的流動(dòng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)針對(duì)中低滲透巖心，其氣測(cè)滲透率在50×10－3μm2左右，較高分子質(zhì)量聚合物溶液的注入性往往成為主要關(guān)注的問題，能夠有效注入是聚合物驅(qū)的基本前提，也是進(jìn)行其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本前提。

通過在氣測(cè)滲透率為42.6×10－3、63.4×10－3、81.5×10－3μm2的天然巖心上阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，得到了質(zhì)量濃度為1 400 mg／L C型聚合物在巖心孔隙中的流動(dòng)特性［4］，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，注入壓力和注入PV 數(shù)的關(guān)系曲線見圖1。

表1 質(zhì)量濃度為1 400mg／L C型聚合物在天然巖心上的阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)Table 1 Mass concentration of 1 400 mg／L C－type polymer resistance factor and residual resistance factor on the natural core

由表1可知，該聚合物在天然低滲透巖心上的阻力系數(shù)隨著巖心滲透率的升高而降低，但都大于30，殘余阻力系數(shù)在3種滲透率的巖心上變化較小，均不低于4.5。說明該種聚合物在儲(chǔ)層中有較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。阻力系數(shù)大，聚合物溶液在油層中的流動(dòng)阻力大，就有利于提高在油層中的波及體積，殘余阻力系數(shù)大，油層孔隙的滲透率下降大就越有利于提高原油采收率［5］。

圖1 C型聚合物在天然巖心上的注入壓力與PV 數(shù)的關(guān)系Fig.1 The relationship between injection pressure and the number of PV on the natural core of C－type polymer

從圖1中可以看出，開始注聚合物溶液時(shí)，隨著注入PV 數(shù)的增加，壓力逐漸上升。而后趨于平穩(wěn)，最后隨注入量的增加壓力保持不變。這種情況說明該種聚合物在油層中顯示出很好的可注入性和流動(dòng)性，具有良好的匹配性［6］。

2.2 聚合物在孔隙介質(zhì)中的黏度

聚合物溶液注入地層后，由于受到低速剪切、物理吸附和滯留等作用的影響，黏度損失比較嚴(yán)重，驅(qū)油效果將受到較大影響［7－9］。特別在對(duì)于中低滲透層，對(duì)有些聚合物溶液的剪切作用可能會(huì)較大。因此，聚合物溶液在油層中的黏度值，往往成為室內(nèi)化學(xué)驅(qū)性能評(píng)價(jià)主要關(guān)注參數(shù)。

聚合物溶液注入地層后，在巖心中運(yùn)移一段距離其黏度值和損失率達(dá)到穩(wěn)定［8］。聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)、聚合物溶液黏度和水的黏度之間的關(guān)系為［9］：

其中μp 為聚合物黏度，mPa·s；FR為阻力系數(shù)；FRR為殘余阻力系數(shù)；μw 為水的黏度，mPa·s。

表2分別給出了C 型聚合物溶液和低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的黏度計(jì)算值。從表2中可以看出，相對(duì)分子質(zhì)量為0.7×107的聚合物在滲透率為38.3×10－3μm2孔介質(zhì)中的黏度為2.2mPa·s，其黏度損失率為92.1%，而兩種質(zhì)量濃度的C型聚合物在滲透率為42.6×10－3μm2孔介質(zhì)中的黏度分別為5.36、5.21mPa·s，其損失率分別為86.6%、89.4%，由此可以看出高相對(duì)分子質(zhì)量的C型聚合物在流經(jīng)低滲透巖心的過程中黏度損失率較小，有較好的抗剪切、抗降解的能力，保證了遠(yuǎn)離巖心注入端的黏度值。

表2 聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的黏度及損失率Table 2 Viscosity and it loss rate of polymer solution in porous media

2.3 驅(qū)油體系界面張力評(píng)價(jià)

在以上研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評(píng)價(jià)了新型甜菜堿B1二元體系的界面張力。選用C 型聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量為1.6×107，質(zhì)量濃度為1 400mg／L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，二元體系的動(dòng)態(tài)界面張力隨著體系中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%時(shí)，若繼續(xù)增加表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，體系的界面張力反而出現(xiàn)上升的趨勢(shì)［10］，這是因?yàn)楫?dāng)油水界面張力達(dá)到最低時(shí)，表面活性劑分子大量集中于油水界面，油、水及巖石界面三相間的分子作用達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡［11－12］，若繼續(xù)增大表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使得富集在巖石界面上的表面活性劑分子增多，巖石界面上的這種動(dòng)態(tài)平衡被破壞，出現(xiàn)界面張力上升的趨勢(shì)。

圖2 不同表面活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)二元體系動(dòng)態(tài)界面張力Fig.2 Different surfactant mass fraction binary system dynamic interfacial tension

同時(shí)從動(dòng)態(tài)界面張力圖2中也可以看到，體系的界面張力隨著時(shí)間的增加而下降，在75min后達(dá)到最低并趨于穩(wěn)定。表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.10%時(shí)起，體系的油水界面張力就出現(xiàn)了（10－3mN／m）超低界面張力，并隨時(shí)間的增加穩(wěn)定性較好［13］。

3 天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

表3為天然巖心實(shí)驗(yàn)方案。

表3 天然巖心實(shí)驗(yàn)方案Table 3 Natural core experimental program

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同體系的采出程度對(duì)比Fig.3 Different system recovery percent comparison chart

結(jié)果表明，在低滲透天然巖心上，在水驅(qū)采收率相差不大的情況下，采用C 型聚合物的二元體系的化學(xué)驅(qū)采收率均達(dá)到12.2%以上，其中表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的二元體系的界面張力最低，其化學(xué)驅(qū)采收率達(dá)到了14.75%的最高值，比采用相同聚合物類型單獨(dú)聚驅(qū)的化學(xué)驅(qū)采收率高出6.9%，這說明與C型聚合物復(fù)配的新型甜菜堿表面活性劑的洗油能力較強(qiáng)［14－15］，該方案在低滲透儲(chǔ)層上有很大的應(yīng)用潛力。同時(shí)還可以看出，與相對(duì)分子質(zhì)量為0.7×107聚合物實(shí)驗(yàn)方案相比，采用C 型聚合物的二元復(fù)合體系和單聚的化學(xué)的采收率分別提高5.25%、2.4%。綜合以上分析可以看出，無論是C聚合物的單獨(dú)驅(qū)油體系還是用C 型聚合物的二元復(fù)合體系，在低滲透巖心上的采收率值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出以往使用的低分子質(zhì)量的聚合物的采收率［16］，存在工業(yè)化推廣應(yīng)用的潛力。

4 結(jié)論

（1）在室內(nèi)流動(dòng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)上，該種聚合物阻力系數(shù)均高于30，其殘余阻力系數(shù)不低于4.5，在低滲透儲(chǔ)層中有較高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，表現(xiàn)出較高的流度控制能力，具備良好的可注入性和流動(dòng)性能。

（2）研究聚合物溶液在多孔介質(zhì)中黏度可知，在低滲透巖心孔隙中，該種聚合物的黏度損失率小于低相對(duì)分子質(zhì)量0.7×107聚合物黏度損失率，保證了遠(yuǎn)離巖心注入端的黏度值。

（3）驅(qū)油驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)說明，無論是該種聚合物的單獨(dú)驅(qū)油體系還是與新型甜菜堿復(fù)配達(dá)到超低界面張力（10－3mN／m）的二元體系在低滲透儲(chǔ)層上都表現(xiàn)出較高的采收率，存在工業(yè)推廣的前景，其二元體系對(duì)低滲透油層的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)性。

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