驅(qū)油用FPS劑流動性能和驅(qū)油效果研究

江雪源（中石油大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江 大慶 163113）

隨著三次采油聚合物驅(qū)油技術越來越廣泛應用于油田開發(fā)中［1，2］，其特點是向水中加入高分子量的聚合物，從而增加注入流體的黏度，改善驅(qū)替相與被驅(qū)替相間的流度比［3，4］。阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)是描述驅(qū)替劑溶液改善流度比和降低滲透率能力的重要特征參數(shù)，傳導能力反映出聚合物在巖心中的注入能力［5］。部分水解聚丙烯酰胺聚合物二元驅(qū)或三元驅(qū)受一定條件的限制，多功能型聚合物驅(qū)油劑（FPS劑）可代替部分水解聚丙烯酰胺聚合物進行一次聚驅(qū)的一元驅(qū)替劑。FPS劑具有增黏抗鹽性，獨特的流變性和黏彈性［6］，這些良好性能使FPS劑成為一種前景較好的一元驅(qū)油劑。這里主要對FPS劑溶液在多孔介質(zhì)中的流動性能和物理模擬巖心驅(qū)油效果進行評價，為二次聚驅(qū)進一步 “挖潛”提供基礎數(shù)據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器與藥品

1）試驗儀器 RUSKA恒流設備的配套驅(qū)油試驗裝置（包括巖心夾持器）及FY－3型恒溫箱；帶測壓孔的長填砂管（2.5cm×10m）；

3）試驗用水 蒸餾水；污水（總礦化度4456mg／L，其中Na＋＋K＋的質(zhì)量濃度4317mg／L，Ca2＋＋Mg2＋的質(zhì)量濃度214mg／L，Cl－的質(zhì)量濃度2735mg／L，SO2－4的質(zhì)量濃度75mg／L）。

4）試驗試劑 FPS劑（分子量600×104，固含量88.0%，上海海博）；普通中分聚合物（分子量1500×104，固含量90.0%，大慶煉化公司）；超高分聚合物（分子量2500×104，固含量89.0%，大慶煉化公司）。

5）試驗用油 井口脫水脫氣原油和煤油配制的模擬油（黏度9.0mPa·s）。

1.2 試驗方法

將配制溶液過濾后做巖心驅(qū)替試驗，采用恒速法，注聚合物溶液，待壓力穩(wěn)定后，測阻力系數(shù)；注水，待壓力穩(wěn)定后，測殘余阻力系數(shù)；讀取數(shù)據(jù)時壓差必須保持穩(wěn)定。

采用微觀仿真模型驅(qū)油試驗配套設備與圖像采集系統(tǒng)進行微觀驅(qū)油模擬試驗，測試及數(shù)據(jù)處理繪圖由計算機自動控制完成。

2 試驗結果與分析

2.1 滯留吸附特性

配制質(zhì)量濃度1000mg／L聚合物溶液，聚合物溶液與石英砂（60目）配比為3∶1的滯留量試驗，動態(tài)吸附試驗在天然巖心驅(qū)替裝置中進行。結果見表1，在多孔介質(zhì)中達到平衡時FPS劑黏度保留率明顯低于其他的聚合物，在巖石表面的吸附能力強。主要是由于FPS劑特有的分子間和分子內(nèi)非直接鍵合作用的骨架結構特性，引入陰陽離子和非離子功能基團，產(chǎn)生靜電力、范德華力以及氫鍵的作用，造成FPS劑在巖石表面的吸附量大于其他2種聚合物，同時滯留量也明顯高于普通中分和超高分聚合物（見圖1）。

表1 動態(tài)吸附滯留試驗數(shù)據(jù)

2.2 阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)測定

配制不同類型不同質(zhì)量濃度的聚合物溶液，采用恒速法做巖心驅(qū)替試驗。結果表明，隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度增加，不同類型聚合物阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)均增加（見表2）。由于聚合物質(zhì)量濃度增加，高分子間的物理交聯(lián)點增多，相互纏繞的機會增多，由于 “半膠束”的大量形成并被吸附到表面上，導致吸附量迅速增加。其吸附捕集量也增加，因此阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)隨著質(zhì)量濃度增加而增大。

由于FPS劑在溶液本體中形成立體的空間網(wǎng)狀超分子結構的膠束聚集體，本身分子結構具有雙親平衡性和疏水親水官能團的緣故，故阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)是普通中分聚合物的2倍；FPS劑在巖心中的吸附能力強，同時滯留量高，滲透率下降，說明FPS劑保持流度的能力非常強。FPS劑在注入過程中質(zhì)量濃度越大壓差越大（見圖2），高濃度更適合用作調(diào)剖劑，降低濃度能夠增強注入能力，各個體系在注入過程中未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，可注入性好。因此，F(xiàn)PS劑注入過程中，增加了水相黏度，同時多孔介質(zhì)之間吸附滯留作用會引起水相滲透率的降低，這2種作用都降低了水油流度比，可以達到控制流度比的目的，提高了原油采收率。

圖1 不同類型聚合物滯留量

表2 注入能力試驗數(shù)據(jù)表

2.3 傳導性能

采用長填砂管（滲透率3000mD），分別注入800mg／L的FPS劑和普通中分聚合物溶液進行傳導能力模擬巖心試驗。FPS劑驅(qū)替試驗中，裝置上的測壓點分別在0.0、0.3、1.2、2.5、3.4、4.5、5.6m 處；普通中分聚合物驅(qū)替試驗中，裝置上的測壓點分別在0、2、4、6、8m處。試驗結果見圖3、4。FPS劑和普通中分聚合物溶液均具備一定的傳導性能，F(xiàn)PS劑在巖心中的注入壓力呈現(xiàn)先上升后下降至平穩(wěn)，壓力變化在前4.5m處出現(xiàn)了極值，與普通中分聚合物傳導性能（壓力變化均勻升高至平穩(wěn)）有明顯的區(qū)別。這是由于FPS劑溶液在孔隙介質(zhì)中滲流時，一方面具有黏彈性，另一方面FPS劑大分子在地層中存在吸附、滯留等現(xiàn)象導致巖石的滲透率降低，注入壓力升高。對于溶解良好、無微膠粒、無機械雜質(zhì)的聚合物溶液在多孔介質(zhì)中運移時，巖心入口端壓力隨注入體積的變化，壓力逐漸增加，然后趨于平穩(wěn)。FPS劑分子官能團結構特殊，可以發(fā)生自組裝行為，堵塞物容易變形，輕微的堵塞現(xiàn)象發(fā)生在大量體積的溶液注入之后，壓力升高然后降低，但在不太大的壓差作用下就能夠使這種堵塞作用解除。這種輕微堵塞作用將有助于FPS劑驅(qū)的注入性能，因為注入井的近井地帶和水流主通道受注入水的長期沖刷，孔道變大，為了防止FPS劑溶液的突進，一定程度的堵塞作用將有利于改善流度比，提高波及效率。

圖2 不同質(zhì)量濃度FPS劑的壓力與注入體積關系曲線

圖3 FPS劑注入壓力變化曲線

圖4 普通中分聚合物注入壓力變化曲線

2.4 物理模擬驅(qū)油

圖5為3＃巖心驅(qū)油曲線，采用梯度式注入方式。由于FPS劑有較高阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，驅(qū)替過程中可注入性強，控制流度的能力強。FPS劑驅(qū)過程中驅(qū)替劑先主要沿著高滲透層流動，控制強水淹段（無效循環(huán)場），達到調(diào)剖的目的。隨著FPS劑的不斷注入，低滲透層也進入了大量的FPS劑，不僅采出了水驅(qū)替出的可動油，還采出了水驅(qū)不能驅(qū)動的殘余油，故采收率隨著FPS劑的注入體積增大而增加，達到 “挖潛”的目的。采用模擬試驗區(qū)目的層油層的非均質(zhì)變異系數(shù)和滲透率的巖心，配制質(zhì)量濃度為600、800mg／L的FPS劑驅(qū)替液進行模型驅(qū)替試驗。試驗結果見表3，可以看出3＃巖心FPS劑驅(qū)提高采收率為17.8%，明顯高于其他方式。

圖5 3＃巖心驅(qū)油曲線

表3 巖心驅(qū)油試驗數(shù)據(jù)結果

3 結論

1）高質(zhì)量濃度FPS劑適合做調(diào)堵劑，F(xiàn)PS劑吸附能力強，滯留量高于普通中分聚合物。

2）FPS劑具有較高的阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)，可以達到控制流度比的目的。

3）FPS劑驅(qū)替過程中采用梯度式注入方式可達到調(diào)剖和 “挖潛”的目的，擴大了注入介質(zhì)在油層中的波及體積，階段提高采收率17.8%。

［1］王啟民，冀寶發(fā)，隋軍，等 .大慶油田三次采油技術的實踐與認識 ［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：1～16.

［2］利特馬恩 .聚合物驅(qū)油 ［M］.楊普華，等譯 .北京：石油工業(yè)出版社，1991.

［3］高樹棠，蘇樹林，楊景純，等 .聚合物驅(qū)提高石油采收率 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1996.

［4］葛廣章，王勇進 .聚合物驅(qū)及相關化學驅(qū)進展 ［J］.油田化學，2001，18（3）：282～284.

［5］曹寶格，羅平亞 .締合聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流變性實驗 ［J］.石油學報，2011，32（4）：652～657.

［6］李宜強，董加宇，方慶，等 .驅(qū)油用FPS－B劑的流變性和黏彈性及驅(qū)油效率研究 ［J］.石油學報，2010，31（4）：640～644.