高分子質(zhì)量聚合物溶液與二類油層匹配性研究

付 京，宋考平，王志華，尹洪軍，王美楠

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318;2.Geological Science ＆ Engineering of Missouri University of Science and Technology，Rolla，Missouri 65401 －6540，USA;3.中海油(中國)有限公司，天津 塘沽 300452)

引 言

S區(qū)塊二類油層位于M油田背斜構(gòu)造西端，含油面積約為4.59 km2，石油地質(zhì)儲量為584×104t，孔隙體積為1110×104m3，平均滲透率為408×10－3μm2，平均射開砂巖厚度為 16.3 m，有效厚度為10.8 m。其單砂體發(fā)育規(guī)模小、油層非均質(zhì)性強(qiáng)、井組綜合含水分布不均、產(chǎn)液強(qiáng)度差異大、各單元吸水差異明顯、薄差層吸入比例較低，區(qū)塊具有綜合挖潛、提效的潛力。在大力應(yīng)用聚合物驅(qū)成熟配套技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對性地研究該類油層與高分子質(zhì)量聚合物溶液匹配關(guān)系，對于二類油層聚合物驅(qū)個性化、精細(xì)化方案的設(shè)計(jì)及其高效開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義［1－4］。近年來，一些學(xué)者針對 M油田一類油層模擬了聚合物相對分子質(zhì)量的篩選［5－6］、聚合物注入速度對驅(qū)油效果的影響［7－8］、阻力系數(shù)和聚合物用量對驅(qū)油效果的影響［9－13］、聚合物注入方式的優(yōu)化［14－17］等，但關(guān)于二類油層高分子質(zhì)量聚合物驅(qū)的研究不多見，為此，考慮阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)及流動特征，開展高分子質(zhì)量聚合物溶液與二類油層的匹配性實(shí)驗(yàn)研究，為二類油層實(shí)施開發(fā)調(diào)整措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 聚合物匹配性研究方法

對于發(fā)育條件較好的一類主力油層，其聚驅(qū)匹配性研究中應(yīng)重點(diǎn)考察聚合物的殘余阻力，力求達(dá)到相對較高一些的殘余阻力，以保證在實(shí)際注入過程中起到調(diào)整剖面的目的;而對于發(fā)育規(guī)模小、物性較差的二類油層，則應(yīng)重點(diǎn)考察聚合物體系的注入能力。

1.1 阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)

阻力系數(shù)是水的流度與聚合物溶液流度之比，可以表征當(dāng)聚合物溶液流過巖心時流度變化效應(yīng)。如果巖心長度一定，在流速恒定情況下，阻力系數(shù)就是聚合物溶液流經(jīng)巖心兩端壓降與水流經(jīng)巖心兩端壓降之比。

殘余阻力系數(shù)是聚合物注入前后水的流度比，可以表征聚合物溶液流過巖心后引起的滲透率持久下降效應(yīng)。對于同一巖心樣品，當(dāng)注聚合物溶液前后的注入速率保持恒定，則殘余阻力系數(shù)就是聚合物溶液流經(jīng)巖心前、后用水測得的巖心兩端壓降之比。

1.2 流動特征

聚合物溶液在多孔介質(zhì)流動過程中，除了剪切降解，由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，當(dāng)流速達(dá)到一定值時，有效黏度增加，滲流阻力增大，呈現(xiàn)黏彈效應(yīng)，其流量與注入壓差的流動關(guān)系表現(xiàn)出2種特征，見圖1。

圖1 聚合物溶液的流動特征

(1)流量隨壓差的增加而增加的幅度變緩(圖1中Ⅰ型曲線)，聚合物分子在孔隙中伸縮、舒張產(chǎn)生黏彈效應(yīng)所引起的壓力增加大于機(jī)械降解所引起的壓力降低，注入能力降低。

(2)流量隨壓差的增加而增加的趨勢加快(圖1中的Ⅱ型曲線)，機(jī)械降解作用所引起的壓力降低大于聚合物分子在孔隙中伸縮、舒張產(chǎn)生黏彈效應(yīng)所引起的壓力增加，注入能力增強(qiáng)。

2 聚合物匹配性實(shí)驗(yàn)條件

(1)實(shí)驗(yàn)用水。BⅢ五清水(母液配制水)，B14－9清水(聚合物溶液稀釋水)。

(2)實(shí)驗(yàn)巖心。人造膠結(jié)柱狀巖心，幾何尺寸為?2.5 cm×10.0 cm，空氣滲透率約為630×10－3μm2，有效滲透率約為 400 ×10－3μm2，平均孔隙度為26.5%。

(3)聚合物。B18配制站聚合物干粉，分子質(zhì)量為1600×104～1900×104，利用清水配制、清水稀釋，注入前經(jīng)由高滲透率巖心(Kg=3000×10－3μm2)過濾。其中濃度為1000 mg/L的聚合物黏度為54.8 mPa·s，濃度為1200 mg/L的聚合物黏度為 81.6 mPa·s。

(4)實(shí)驗(yàn)溫度為43℃。

(5)注入方式。阻力系數(shù)的測定采用恒速注入方式，殘余阻力系數(shù)測定及流動特征的評價采用恒壓注入方式。

3 聚合物匹配性實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 阻力系數(shù)

針對有效滲透率為400×10－3μm2的巖樣，測定2種濃度的高分子聚合物的阻力系數(shù)，結(jié)果見表1。由表1可知，在不同注入速度下，高分子聚合物濃度為1000 mg/L的阻力系數(shù)值低于46，高分子聚合物濃度為1200 mg/L的阻力系數(shù)值約為70?？梢姡?種濃度下高分子聚合物改變油水流度比的能力較強(qiáng)，在二類油層中的波及效果較好。

表1 阻力系數(shù)測定結(jié)果

3.2 殘余阻力系數(shù)

針對有效滲透率為400×10－3μm2的巖樣，測定2種濃度高分子聚合物的殘余阻力系數(shù)，結(jié)果見表2。由表2可知，聚合物濃度為1000 mg/L的殘余阻力系數(shù)值平均為15.4，聚合物濃度為1200 mg/L的殘余阻力系數(shù)值平均約為20.2，聚合物濃度升高，在孔隙介質(zhì)中的吸附、滯留程度增強(qiáng)，相應(yīng)殘余阻力系數(shù)增大。可見2種濃度下高分子聚合物降低多孔介質(zhì)滲透率的能力較強(qiáng)，驅(qū)油效果較好。

表2 殘余阻力系數(shù)測定結(jié)果

3.3 流動特征

以不同恒壓注入分子質(zhì)量為1600×104～1 900×10、濃度為1000 mg/L的聚合物，至相應(yīng)穩(wěn)定流量時壓差與流量的關(guān)系見表3。分子質(zhì)量為1600×104～1900×104的不同濃度聚合物流動特征對比見圖2?？梢姡?種濃度的高分子聚合物在巖心中的流動特征介于圖1中2種曲線形態(tài)之間，但流量隨注入壓差變化的總體趨勢更接近于Ⅱ型曲線形態(tài)，即流量隨壓差的增加而增加的趨勢變快，或近似線性增長，說明隨注入壓力升高(流速增大)，聚合物剪切流動產(chǎn)生機(jī)械降解作用所引起的壓力降低要大于其分子在孔隙中伸縮、舒張產(chǎn)生黏彈效應(yīng)所引起的壓力增加。不同濃度的高分子聚合物的注入壓差與流量測量結(jié)果見表3、4。

圖2 不同濃度聚合物注入壓差與流量關(guān)系

表3 聚合物濃度為1000mg/L的注入壓差與流量

表4 聚合物濃度為1200mg/L的注入壓差與流量

3.4 孔隙微觀結(jié)構(gòu)

圖3為巖心切片電鏡掃描照片。切片觀察了2種濃度(1000、1200 mg/L)高分子聚合物注入前后巖樣的孔隙微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)孔喉全貌特征變化不大，形成的殘余阻力不足以造成堵塞。

綜上可以看出，高分子質(zhì)量聚合物驅(qū)油體系在二類油層中具有較好的注入能力，注入過程中不會造成不可逆的堵塞，實(shí)驗(yàn)巖樣中1000、1200 mg/L濃度的平均注入能力因子分別為2.0850×10－3、1.7538×10－3m3/(d·MPa)，二類油層聚合物驅(qū)高分子質(zhì)量前置段塞實(shí)驗(yàn)方案可行。

4 結(jié)論

(1)對于發(fā)育規(guī)模小、物性較差的二類油層與聚合物驅(qū)匹配性研究中，應(yīng)重點(diǎn)考察聚合物體系的注入能力。通過實(shí)驗(yàn)確定出二類油層聚合物驅(qū)阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，分析其流動特征，給出了高分子聚合物溶液與二類油層的匹配性研究方法。

圖3 巖心切片電鏡掃描照片(放大200倍)

(2)在不同注入速度下，濃度為1000 mg/L的高分子聚合物的阻力系數(shù)值低于46，殘余阻力系數(shù)值平均為15.4，濃度為1200 mg/L的高分子聚合物的阻力系數(shù)值約為70，殘余阻力系數(shù)值平均約為20.2;在二類油層中，2種濃度下高分子聚合物改變油水流度比和多孔介質(zhì)滲透率的能力均較強(qiáng)，波及效果和驅(qū)油效果均較好。

(3)2種濃度高分子聚合物在巖心中的流動特征介于2種流動形態(tài)之間，但流量隨注入壓差變化的總體趨勢更接近于Ⅱ型曲線形態(tài)，即流量隨壓差的增加而增加的趨勢變快，或近似線性增長;實(shí)驗(yàn)表明高分子聚合物在二類油層中可有效改變油水流度比，驅(qū)油效果較好，且注入過程中不會造成不可逆堵塞，高分子聚合物在二類油層中具有較高的匹配性。

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