雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物性能實驗與評價

郝明耀， 郭 艷，王 熙，朱江海，楊海濤

(1.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽 473132；2.中國石化河南油田分公司第一采油廠)

雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物性能實驗與評價

郝明耀1， 郭 艷1，王 熙1，朱江海2，楊海濤2

(1.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽 473132；2.中國石化河南油田分公司第一采油廠)

為了保證雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物驅(qū)取得成功，通過實驗評價了影響耐溫聚合物溶液黏度的各種因素，實驗結(jié)果表明，耐溫聚合物BHY適合作為雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物驅(qū)用劑；推薦聚合物最佳注入濃度為1 500 mg/L、注入段塞量為0.4～0.6 PV；在最佳注入?yún)?shù)下，對于滲透率為600×10-3μm2的均質(zhì)巖心，聚合物驅(qū)室內(nèi)驅(qū)油實驗可提高采收率17.75個百分點；在滲透率極差為3的雙管并聯(lián)驅(qū)油實驗中，可提高采收率10.57個百分點。

雙河油田；耐溫聚合物；性能評價

雙河油田Ⅶ1-3單元為河南油田Ⅲ類儲量，油藏溫度為93.7 ℃，滲透率0.587 μm2。目前，該單元采出程度已接近水驅(qū)標定采收率，為進一步提高區(qū)塊采收率，考慮在該區(qū)塊進行三次采油。目前，稀油油藏在水驅(qū)過后進行三次采油的技術(shù)主要有聚合物驅(qū)、復合驅(qū)、泡沫驅(qū)等[1]?？v觀國內(nèi)外各大油田進行三次采油的應用效果，聚合物驅(qū)是應用最為成功的一種三次采油技術(shù)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗儀器

DV-III型Brooker黏度計(美國Brooker公司)；微觀驅(qū)替物理模擬裝置(江蘇省海安石油科研儀器有限公司)；鼓風干燥箱(北京恒泰豐科試驗設備有限公司)。

1.2 實驗材料

人造巖心:柱狀巖心(φ2.5 cm×8 cm)，方巖心(2.5 cm×2.5 cm×30 cm)；聚合物：耐溫聚合物BHY(北京化工研究院提供，質(zhì)量分數(shù)90.31%，水解度20.58%，分子量2265萬)，3630S(法國聚合物，質(zhì)量分數(shù)90.21%，水解度24.56%，分子量2100萬)；實驗用油：雙河油田Ⅶ1-3層單元脫水原油；實驗用水：雙河清水、雙河江河陳化污水。實驗用水離子組成如表1所示。

1.3 實驗方法

用DV-III型Brooker黏度計測試體系黏度(轉(zhuǎn)速6 r/min,剪切速率7.34 s-1)。用巖心驅(qū)油裝置進行巖心驅(qū)替實驗，驅(qū)替流程為：用0.45μm膜濾過的單元地層水飽和巖心24 h，然后飽和單元模擬油至巖心含油飽和度為70%，水驅(qū)至含水100%，注入耐溫聚合物溶液，水驅(qū)至含水100%，計算采收率(所有過程都在抽空條件下進行)。

表1 實驗用水的離子組成 (mg/L)

2 實驗結(jié)果和討論

2.1 耐溫聚合物溶液黏度影響因素

聚合物溶液的黏度是影響聚合物驅(qū)效果最重要的因素，但是諸多因素都影響著聚合物溶液的黏度，特別是濃度、溫度、礦化度、剪切、高溫老化等因素影響較大[2]。

2.1.1 濃度對耐溫聚合物溶液黏度的影響

先用雙河清水配制4 500 mg/L的聚合物母液，再用雙河陳化污水稀釋至需要濃度。測試溶液在某一溫度下的黏度，結(jié)果見圖1?？梢钥闯觯蜏鼐酆衔镳怅P(guān)系與普通聚合物相似：隨著濃度的增加，聚合物溶液的黏度呈乘冪式增加。從微觀上分析，聚合物的濃度越高，單位體積內(nèi)的聚合物分子數(shù)越多，分子之間相互吸引和相互纏結(jié)的能力越強，所以黏度越大[3]。當聚合物溶液的濃度較低時，黏度隨濃度增加而增大的速率較小，當濃度較高時，增加速率變大。原因是由于聚合物大分子具有較強的分子間引力，隨著聚合物溶液濃度的增加，聚合物分子間的距離逐漸縮短，分子間引力逐漸加強，加劇了分子鏈段間及分子間相互纏結(jié)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的效應，從而使黏度急劇增大[3]。

圖1 耐溫聚合物黏濃關(guān)系曲線

2.1.2 溫度對耐溫聚合物溶液黏度的影響

將耐溫聚合物BHY和油田在用的普通聚合物3630S先用雙河清水配制4 500 mg/L的母液，然后用雙河陳化污水稀釋至需要濃度，實驗結(jié)果見圖2。可以看出，兩種聚合物溶液黏度隨著溫度的變化趨勢基本一致，都呈現(xiàn)出緩慢減小的趨勢。聚合物溶液濃度越大，黏度下降的趨勢越明顯[3]。相比普通聚合物3630S，耐溫聚合物不僅黏度要高一些，而且隨溫度的升高黏度下降的幅度也緩和得多，這也正是耐溫聚合物耐溫性能表現(xiàn)之所在。

2.1.3 礦化度對耐溫聚合物溶液黏度的影響

模擬雙河油田Ⅶ1-3單元地層水鈣鎂離子含量，固定鈣離子濃度為41 mg/L，鎂離子濃度為7 mg/L，通過改變氯化鈉的濃度來調(diào)節(jié)礦化度，考察礦化度變化對聚合物溶液黏度的影響(用去離子水配制4 500 mg/L聚合物母液)，實驗結(jié)果見圖3?？梢钥闯?，隨著礦化度的增加，聚合物黏度逐漸降低，當?shù)V化度超過10 000 mg/L以后，聚合物溶液黏度趨于平穩(wěn)。

圖2 兩種聚合物的黏溫關(guān)系曲線

圖3 礦化度對聚合物溶液黏度的影響

2.1.4 剪切對耐溫聚合物溶液黏度的影響

耐溫聚合物溶液具有較高黏度行為，主要是因為耐溫聚合物分子為大尺寸的分子鏈，而這種分子鏈在受到高速剪切時容易斷裂引起黏度的降低。配制不同濃度的聚合物溶液，分別用不同的流速注入，在30 ℃、6 r/min條件下測定剪切降解前后的黏度，計算聚合物溶液黏度損失率。選用濃度為1 800 mg/L聚合物的溶液，測試剪切前后分子量的變化，計算剪切后分子量保留率。實驗結(jié)果見表2、表3。由表2可以看出，隨著注入速度的增加，聚合物黏度損失率逐漸增大，同一注入速度下，聚合物的濃度越高，黏度損失率越低。由表3可以看出，聚合物經(jīng)過剪切后，分子量變小，隨著注入速度的增加，分子量保留率呈現(xiàn)減小趨勢。

表2 聚合物經(jīng)過巖心剪切后黏度損失率統(tǒng)計結(jié)果 %

表3 聚合物經(jīng)過巖心剪切后黏度和分子量保留率統(tǒng)計(1 800 mg/L)

2.1.5 溶解氧對高溫聚合溶液物穩(wěn)定性的影響

聚合物溶液在地層中進行驅(qū)替的過程其實是一個高溫老化的過程。聚合物溶液經(jīng)過高溫老化后黏度一般會呈現(xiàn)降低的趨勢。用雙河清水配制4 500 mg/L聚合物母液，用雙河陳化污水稀釋至1 800 mg/L，在95 ℃下老化，30 ℃下測試其黏度,考察不同氧含量對聚合物溶液黏度的影響，實驗結(jié)果見表4?？梢钥闯觯鹾繉δ蜏鼐酆衔锶芤洪L期熱穩(wěn)定性有重大影響，隨著氧含量的增加，耐溫聚合物溶液老化后的黏度保留率呈下降趨勢。

2.1.6 穩(wěn)定劑對高溫聚合物長期穩(wěn)定性的影響

為消除溶液中溶解氧對聚合物溶液黏度的影響，可向溶液中添加穩(wěn)定劑。本次研究了向聚合物溶液添加穩(wěn)定劑1(還原體系)與穩(wěn)定劑2(有機體系)，以考察穩(wěn)定劑含量對耐溫聚合物長期穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果見表5、表6。由表5可以看出，氧含量在0.5 mg/L時，穩(wěn)定劑1對聚合物溶液的穩(wěn)定性能起到一定的作用，但當氧含量較高時，此作用并不明顯。由表6可以看出，穩(wěn)定劑2的加入，對聚合物溶液能起到增黏作用，但氧含量為4.5 mg/L時，穩(wěn)定劑的加入對聚合物溶液幾乎沒有作用。

表4 不同氧含量對聚合物溶液黏度影響 mPa·s

表5 穩(wěn)定劑1對聚合物溶液黏度影響 mPa·s

表6 穩(wěn)定劑2對聚合物溶液黏度影響 mPa·s

2.2 耐溫聚合物驅(qū)油實驗

2.2.1 均質(zhì)巖心模型聚合物驅(qū)聚合物濃度優(yōu)選

選用滲透率為600×10-3μm2的均質(zhì)人造巖心進行驅(qū)油實驗。驅(qū)油實驗結(jié)果見表7。由表7可以看出，隨著聚合物濃度的增加，聚合物提高采收率的幅度有所增加，但增加幅度不是很大，考慮到噸聚換油率因素，確定聚合物最佳注入濃度為1 500 mg/L。

2.2.2 均質(zhì)巖心模型聚合物驅(qū)聚合物段塞的優(yōu)選

聚合物濃度為1 500 mg/L，驅(qū)油實驗結(jié)果見表8，可以看出，段塞量從0.2 PV增加至0.6 PV時，提高采收率3.05%，當從0.6 PV增加至1.0 PV，提高采收率的幅度不大，僅提高采收率1.02%。

表7 不同聚合物濃度驅(qū)油實驗結(jié)果

根據(jù)以上室內(nèi)研究，推薦雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物最佳注入尺寸為：聚合物濃度為1500mg/L，段塞量0.4～0.6PV，控制氧含量0.5mg/L以下。

表8 不同段塞驅(qū)油實驗結(jié)果

2.2.3 不同滲透率級差并聯(lián)巖心模型驅(qū)油實驗

驅(qū)油實驗結(jié)果見表9，由表9可以看出，隨著滲透率級差的逐步增大，水驅(qū)采收率、聚驅(qū)采收率和總提高采收率都呈逐步減少趨勢，但在滲透率級差為3處出現(xiàn)拐點，當滲透率級差大于3以后提高采收率降低的幅度開始增加。因此聚合物驅(qū)應考慮滲透率級差的影響。

表9 并聯(lián)驅(qū)油實驗結(jié)果

3 結(jié)論與認識

(1)濃度、溫度、礦化度、剪切、高溫老化都對耐溫聚合物溶液黏度有著明顯的影響作用，特別是溶液中溶解氧含量對耐溫聚合物溶液高溫老化后的黏度影響顯著。

(2)通過對耐溫聚合物溶液進行長期穩(wěn)定性評價，發(fā)現(xiàn)聚合物溶液在含氧量小于0.5 mg/L條件下，在95 ℃下老化180 d后黏度保留率都能達到80%以上。

(3)評價表明，耐溫聚合物BHY適合作為雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物用劑。

(4)根據(jù)實驗結(jié)果，雙河油田Ⅶ1-3單元進行聚合物驅(qū)時最佳注入濃度為1 500 mg/L，最佳注入段塞量為0.4～0.6 PV。

[1] 崗秦麟.化學驅(qū)油論文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998：1-28.

[2] 趙福麟.采油化學[M].北京：石油大學出版社,1989：1-33.

[3] 周恩樂,李虹.聚丙烯酰胺的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究[J].高分子學報, 1991，12(1)：51-56．

編輯：李金華

1673-8217(2015)01-0133-04

2014-08-20

郝明耀，油藏工程師，1980年生，2007年畢業(yè)于長江大學油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事提高原油采收率方面的研究和現(xiàn)場試驗工作。

TE357

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