聚合物驅(qū)不可及孔隙體積室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

張文龍， 孫麗艷， 齊　夢(mèng)， 葉雨晨

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

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聚合物驅(qū)不可及孔隙體積室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

張文龍， 孫麗艷， 齊夢(mèng)， 葉雨晨

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

首先應(yīng)用光阻計(jì)數(shù)器對(duì)實(shí)驗(yàn)提供的相對(duì)分子質(zhì)量分別為800萬(wàn)、1 200萬(wàn)、1 600萬(wàn)、2 000萬(wàn)的4種聚合物測(cè)定了分子線團(tuán)尺寸，接著利用飽和煤油法測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)巖芯的孔隙累計(jì)分布曲線，最終繪制出各巖芯對(duì)應(yīng)的聚合物分子線團(tuán)尺寸與不可及孔隙體積關(guān)系曲線。在此基礎(chǔ)上將含水飽和度賦值給不可及孔隙體積，依據(jù)已經(jīng)繪制的聚合物分子線團(tuán)尺寸與IPV關(guān)系曲線優(yōu)選出與巖石孔隙配伍性更好的聚合物分子質(zhì)量。該方法是以地下巖石的微觀孔道為研究切入點(diǎn)，取值合理，步驟簡(jiǎn)便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)聚合物選擇有一定指導(dǎo)作用。

不可及孔隙；聚合物驅(qū)；飽和煤油法；光阻計(jì)數(shù)器

聚合物驅(qū)作為現(xiàn)階段提高采收率的重要方式在三次采油階段廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大油田。油田中應(yīng)用的聚合物多為高分子聚合物，其相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)上千萬(wàn)[1]。聚合物是具有一定分子尺寸、高彈性和可塑性的原子團(tuán)[2]。在低滲透聚驅(qū)油層中，有部分孔隙因其喉道直徑小于聚合物分子線團(tuán)尺寸致使聚合物無(wú)法通過(guò)或者由于聚合物在喉道口內(nèi)壁的吸附作用而滯留喉道口，進(jìn)一步阻礙了聚合物的后續(xù)進(jìn)入，該部分孔隙因聚合物無(wú)法進(jìn)入被統(tǒng)稱為不可及孔隙，孔隙所占的體積即為不可及孔隙體積(Inaccessible Pore Volume, 簡(jiǎn)稱IPV)[3-4]。 聚合物驅(qū)油的宗旨是盡可能的擴(kuò)大波及體積改善油層動(dòng)用程度，而不可及孔隙的存在與聚驅(qū)宗旨相悖，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究[5]。不可及孔隙的形成主要是由于聚合物在喉道內(nèi)壁的吸附作用而引起聚合物的滯留阻塞，但歸根究底是由聚合物分子線團(tuán)尺寸與喉道直徑相對(duì)大小關(guān)系決定的，屬于微觀驅(qū)油的范疇，因此可以在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[6-8]。實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究聚合物分子線團(tuán)尺寸與不可及孔隙的關(guān)系，最終提出聚驅(qū)過(guò)程中聚合物的優(yōu)選方法。

1　測(cè)定聚合物分子線團(tuán)尺寸

既然不可及孔隙的大小是由聚合物分子線團(tuán)尺寸與喉道直徑相對(duì)大小關(guān)系決定的，那么實(shí)驗(yàn)中首先要完成對(duì)聚合物分子線團(tuán)尺寸的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了4組不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，依次為800萬(wàn)、1 200萬(wàn)、1 600萬(wàn)和2 000萬(wàn)。試驗(yàn)中采用光阻計(jì)數(shù)器測(cè)定聚合物分子線團(tuán)尺寸。

光阻計(jì)數(shù)器是利用微粒對(duì)光的遮擋作用檢測(cè)微粒尺寸。其原理如圖1所示：當(dāng)液體中的微粒通過(guò)窄小的檢測(cè)區(qū)時(shí)，會(huì)阻擋垂直液流方向射入的光，光強(qiáng)度變化引起傳感器輸出信號(hào)變化，這種信號(hào)變化強(qiáng)度與微粒尺寸成正比，因此只要準(zhǔn)確測(cè)出每次的光強(qiáng)變化就可以統(tǒng)計(jì)出聚合物分子線團(tuán)尺寸。

圖1　光阻顆粒計(jì)數(shù)器原理圖

Fig.1Principle diagram of light blockage counter

為使結(jié)論更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，實(shí)驗(yàn)中配置溶液的水取自現(xiàn)場(chǎng)地下水，水樣中包含鈣、鎂、碳酸氫根、硫酸根等離子，總礦化度356.3 mg/L，配置的聚合物溶液質(zhì)量濃度均為300 mg/L。光阻計(jì)數(shù)器對(duì)4種聚合物尺寸測(cè)量結(jié)果如圖2所示，相對(duì)分子質(zhì)量為800萬(wàn)、1 200萬(wàn)、1 600萬(wàn)和2 000萬(wàn)的4種聚合物溶液中95%的分子團(tuán)尺寸相應(yīng)分布在0.52～1.68、0.52～1.96、0.52～2.11 μm和0.52～2.27 μm。

圖2　聚合物溶液分子線團(tuán)尺寸分布曲線

Fig.2Distribution curve of molecular size in polymer solutions

2　求解不可及孔隙體積

圖3是用飽和煤油法測(cè)定的某巖芯孔隙體積累計(jì)分布曲線。該巖芯氣測(cè)滲透率為300×10-3μm2，孔隙度為20.1%。圖3中縱軸值表示孔隙直徑小于對(duì)應(yīng)橫軸值的所有孔隙體積占總孔隙體積的百分比。理論上將聚合物分子視為具有一定水力直徑的分子線團(tuán)，那么當(dāng)聚合物分子團(tuán)通過(guò)較小孔徑喉道時(shí)就會(huì)受到阻礙。以分子線團(tuán)尺寸20 μm的聚合物溶液為例，當(dāng)其通過(guò)上述巖芯時(shí)，直徑小于20 μm的孔隙即為不可及孔隙，在孔隙累計(jì)分布曲線中孔隙直徑20 μm對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)54.6%即為聚合物溶液通過(guò)巖芯時(shí)不可及孔隙體積占總孔隙的比重。

圖3　孔隙體積累積分布曲線

Fig.3Distribution curve of pore cumulative

實(shí)驗(yàn)中采用飽和煤油法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提供的10塊巖芯P1—P10(如表1所示)進(jìn)行了孔隙體積的測(cè)定，并繪制出各巖芯對(duì)應(yīng)的孔隙體積累計(jì)分布曲線。

表1　礦場(chǎng)巖芯資料信息表

結(jié)合已經(jīng)測(cè)定的4種相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液的分子線團(tuán)尺寸分布曲線最終得到各巖芯滲透率條件下不可及孔隙體積與聚合物分子線團(tuán)尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，在平均滲透率不同的巖芯內(nèi)，隨著滲透率的增加，不可及孔隙比例逐漸減小，且隨滲透率增幅變大，不可及孔隙體積比例的減幅越來(lái)越小，主要原因是平均滲透率越大，平均孔隙度、平均孔隙直徑也往往越大，且孔隙間連通性越好，聚驅(qū)過(guò)程中聚合物分子進(jìn)入孔隙的可能性越大；在同一巖芯內(nèi)，隨著聚合物分子線團(tuán)尺寸的增加，不可及孔隙呈線性增加，且隨著滲透率的不斷變大，不可及孔隙增加速度變緩，主要原因是隨著聚合物分子線團(tuán)尺寸的增大，會(huì)有部分孔隙因喉道直徑小于聚合物分子線團(tuán)水力學(xué)直徑致使聚合物無(wú)法通過(guò)，但隨著平均滲透率的增加，一方面平均孔徑變大，另一方面連通性也有所改善，因此雙重改善下表現(xiàn)出隨滲透率變大，不可及孔隙增速減緩的特征。

圖4　聚合物分子線團(tuán)尺寸與IPV關(guān)系曲線

Fig.4Relationship curve between polymer molecules size and IPV

3　聚合物相對(duì)分子質(zhì)量?jī)?yōu)選

通過(guò)上述研究，已經(jīng)知道在聚驅(qū)過(guò)程中，如果用于配置驅(qū)替液的聚合物分子線團(tuán)尺寸太大，會(huì)使不可及孔隙體積增加，從而影響聚合物的波及體積。但是，如果用于聚驅(qū)的聚合物分子線團(tuán)尺寸過(guò)小，就無(wú)法保證驅(qū)替液的黏度，便不能更好改善油水流度比。因此，聚驅(qū)過(guò)程中所選聚合物尺寸過(guò)大或者過(guò)小都不能達(dá)到理想的驅(qū)油效果，只有選擇適宜尺寸的聚合物才能保證聚驅(qū)達(dá)到期望效果。

原始含水飽和度是指在油層中原生水占孔隙體積與巖石孔隙體積之比?？紤]到原生水的存在，在聚驅(qū)過(guò)程中應(yīng)該盡量避免聚合物進(jìn)入原生水孔隙。若原生水孔隙直徑小于聚合物分子，就能保證聚合物分子只進(jìn)入存在油的較大孔隙，不但節(jié)省聚合物，還能更好的驅(qū)油。因此可以把原生水所在的小孔隙尺寸定為聚合物分子線團(tuán)可以通過(guò)的最小數(shù)值，即IPV=Swc。在此基礎(chǔ)上，利用圖4關(guān)系曲線就可以找出IPV=Swc時(shí)所對(duì)應(yīng)的聚合物分子線團(tuán)尺寸，最后就能找到相應(yīng)的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量，優(yōu)選出與巖芯孔隙配伍性更好的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5　聚合物相對(duì)分子質(zhì)量與分子線團(tuán)尺寸對(duì)應(yīng)曲線

Fig.5Relationship curve between polymer molecular weight and coil size

需要注意的是：該方法中應(yīng)用的聚合物分子線團(tuán)尺寸與IPV關(guān)系曲線是通過(guò)分析開(kāi)采初期的密閉取芯資料得到的，其更適用于含水較低、動(dòng)用程度較小的油層。但是，目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)油田基本處于水驅(qū)開(kāi)發(fā)中后期，含水整體較高甚至很多高滲層被水淹。 對(duì)于現(xiàn)階段含水較高的油層，用該方法優(yōu)選的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)該作為優(yōu)選的下限值，盡量選擇相對(duì)分子質(zhì)量更大的聚合物。存在無(wú)效循環(huán)的高水淹層，應(yīng)該選擇特高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物甚至采用聚合物凝膠進(jìn)行調(diào)剖或者調(diào)驅(qū)。

4　結(jié)論

(1) 不可及孔隙體積的大小是由巖石喉道直徑與聚合物分子線團(tuán)尺寸的相對(duì)大小關(guān)系決定的。

(2) 在油層注聚過(guò)程中隨著的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，不可及孔隙體積呈線性增加，且隨著滲透率不斷變高不可及孔隙體積增速開(kāi)始變緩。

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(編輯閆玉玲)

Laboratory Experiment on Inaccessible Pore Volume of Polymer Flooding

Zhang Wenlong, Sun Liyan, Qi Meng, Ye Yuchen

(DepartmentofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,DaqingHeilongjiang163318,China)

Firstly, the molecular coil size of 4 kinds of polymers, whose molecular weight polymers is 8 million, 12 million, 16 million and 20 million respectively, was measured by the light blockage counter. Then pore cumulative distribution curve of field cores was measured by kerosene mass method. Finally the relationship curves between polymer molecular coil size and inaccessible pore volume of field cores were plotted. On the basis of this study, the water saturation value is assigned to the volume of the pore volume, and the polymer molecular weight with better compatibility with rock pores is optimized according to the relationship curve drawn. This method is based on the micro channel of underground rock. It has reasonable value and simple steps. And there are some guidances for the selection of the polymer in the oil field.

Inaccessible pore volume; Polymer flooding; Kerosene mass method; Light blockage counter

1006-396X(2016)04-0035-03投稿網(wǎng)址：http://journal.lnpu.edu.cn

2016-04-20

2016-06-26

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目(12521059)。

張文龍(1990-)，男，碩士研究生，從事油氣田開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)方面的研究；E-mail:wenlongzhang007@qq.com。

孫麗艷(1986-)，女，博士，講師，從事油氣田開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)方面的研究；E-mail:442882165@qq.com。

TE357

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.04.007