適合海上Q油田的活性聚合物調驅性能評價

吳彬彬，陳 斌，王成勝，2，吳曉燕，左清泉

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 塘沽 300452

2.“海上石油高效開發(fā)”國家重點實驗室，天津 塘沽 300452

引 言

海上Q油田屬于河流相沉積，儲集層埋藏淺，成巖作用較弱，因此砂巖疏松，平均孔隙度35%～38%，平均滲透率在1 492～2 747 mD，屬于高孔高滲非均質油藏。目前Q油田綜合含水率已超過85%，而開采程度不到20%，多輪次的常規(guī)調剖作業(yè)有效期短效果不明顯[1-2]。分析認為，其原因是在注水開發(fā)過程中，形成水流優(yōu)勢通道引起水竄導致含水上升過快[3]，因此亟需與油藏條件相匹配的穩(wěn)油控水新體系，充分發(fā)揮“調”和“驅”的協(xié)同作用，擴大波及體積同時提高微觀驅油效率[4]。

活性聚合物是一種用具有特定功能基團在碳氫鏈上接枝共聚形成的新型多功能驅油聚合物[5-7]，其結構見圖1。由于分子鏈上引入增黏性基團和界面活性基團，因此具有較好的增黏性和界面活性，表現(xiàn)出獨特的低濃高黏和良好的洗油能力[8-13]。本文針對渤海Q油田條件，通過室內實驗研究了活性聚合物的增黏性和界面活性，并通過物模實驗評價了調驅性能。

圖1 活性聚合物分子結構圖Fig.1 Molecular structure diagram of active polymer

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

部分水解聚丙烯酰胺：大慶煉化生產，文中代號LD；活性聚合物：中海油能源發(fā)展工程技術公司，文中代號QS。為了便于對比分析，實驗用機械剪切模擬現(xiàn)場聚合物從地面到地層黏度損失率，并通過控制濃度使QS與LD溶液的黏度相同，見表1。

表1 物模實驗用聚合物濃度和黏度Tab.1 Polymer concentration and viscosity for model experiment

Q油田現(xiàn)場注入水；Q油田脫水原油；Q油田模擬油（原油與煤油混合配制）；均質人造膠結巖芯（幾何尺寸30.0 cm×2.5 cm×2.5 cm，滲透率2 000 mD，中間帶測壓點）；兩層非均質人造膠結巖芯（幾何尺寸30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm，滲透率500/3 000 mD）。

Brookfield DV-II電子數顯黏度計（美國Brook公司）；哈克RS600高溫高壓流變儀（Thermo Haake公司）；吳茵剪切機（美國WARing Blender公司）；恒溫水浴攪拌器（江蘇威爾）；TX-500C界面張力儀（美國TA公司）；多功能化學驅替設備（江蘇華安科研儀器有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 增黏性測定

在45°C條件下配制5 000 mg/L的聚合物母液，攪拌2 h，熟化12 h。然后，將母液分別稀釋為 200、500、800、1 000、1 250、1 500、1 750、2 000及3 000 mg/L的目標液。利用流變儀在油藏溫度下（65°C）測定各目標液的表觀黏度，測定程序設置為7.34 s-1測5 min，取穩(wěn)定值。

1.2.2 界面張力測定

采用TX-500C界面張力儀，利用旋滴法測定聚合物溶液與原油的界面張力，然后，根據Bashforth-Adams方程計算界面張力[14]。

1.2.3 注入性實驗

模擬Q油田油藏條件，采用均質人造膠結巖芯，進行活性聚合物注入性物理模擬實驗，同時測定阻力系數與殘余阻力系數。實驗過程：水驅至壓力穩(wěn)定-→聚合物驅至壓力穩(wěn)定-→后續(xù)水驅至壓力穩(wěn)定，記錄壓力。

1.2.4 驅油實驗

模擬Q油田油藏條件，采用兩層非均質人造膠結巖芯開展活性聚合物的驅油實驗。實驗過程：水驅至含水98%-→注入0.3 PV聚合物-→后續(xù)水驅至含水98%。在實驗過程中每隔20 min準確計量注入壓力、產出水量和產出油量。

2 實驗結果與討論

2.1 活性聚合物增黏性

表2和圖2是兩種驅油劑黏度隨濃度的變化關系?？梢钥闯?，QS溶液在濃度低于1 250 mg/L時，隨著濃度的增加，溶液黏度大幅度增加，而當濃度大于1 250 mg/L后，隨著濃度的增加，黏度增加緩慢。

表2 QS和LD黏濃關系實驗數據Tab.2 Experimental data on the viscosity consistency of QS and LD

圖2 QS和LD的黏濃關系Fig.2 Relationship between viscosity and consistency of QS and LD

LD溶液的黏度與濃度呈近似線性關系，相同濃度下黏度要比QS溶液小很多，濃度為1 500 mg/L時，LD溶液和QS溶液的黏度分別是56.35 mPa·s和331.80 mPa·s。這是由于活性聚合物分子鏈存在疏水基團，在水溶液中疏水基團容易發(fā)生締合作用而形成聚集體，溶液的黏度發(fā)生較大變化[15-16]；而當濃度高于第二臨界濃度時[17-18]，締合作用對聚合物溶液黏度的貢獻開始減弱，黏度則隨濃度增加緩慢上升。黏濃曲線表明，活性聚合物具有低濃高黏特性。

2.2 活性高分子聚合物的界面活性

圖3是不同濃度的QS溶液與Q油田原油界面張力隨時間的變化曲線。

圖3 不同濃度的QS溶液與原油的界面張力隨時間的變化曲線Fig.3 The time-variation curve of interfacial tension between QS and oil

由于QS接枝有表面活性的基團，具有一定的界面活性。從圖3可以看出，隨著時間的增加，QS與原油的動態(tài)界面張力趨于平穩(wěn)，說明界面膜比較穩(wěn)固，隨著濃度的增加，界面張力降低，活性增強。當濃度高于400 mg/L時，界面張力不高于11 mN/m，表現(xiàn)出一定的界面活性。

2.3 活性聚合物注入性

巖芯測壓點位置如圖4所示。實驗過程中各測壓點處壓力變化如圖5所示。

圖4 實驗用巖芯Fig.4 Experimental core

圖5 實驗過程中壓力變化規(guī)律Fig.5 The change regulation of pressure in the process of experiment

從圖5a可以看出，QS溶液開始注入時，注入壓力迅速上升，當注入量達到2.45 PV左右（水驅結束后）時，3個測壓點的壓力呈現(xiàn)下降趨勢，最后趨于穩(wěn)定。從圖5b可以看出，當LD溶液的注入量達到1.00 PV左右（水驅結束后）時，3個測壓點的壓力趨于穩(wěn)定。說明QS具有較強的降低巖芯滲透率能力，調剖作用明顯。當巖芯吸附聚合物達到飽和時（2.45 PV左右）[19]，注入壓力最大，隨著后續(xù)流體的注入，壓力開始降低并逐漸穩(wěn)定，說明QS在巖芯中的流動壓力較小。

根據注入壓力計算的阻力系數和殘余阻力系數見表3。

2.4 活性聚合物驅油效率

表4為QS溶液與LD溶液驅油效率對比實驗結果，可以看出，QS溶液提高采收率的幅度比LD溶液高8.66%，說明在相同黏度下，QS溶液的驅油能力要強于LD溶液。

表3 阻力系數和殘余阻力系數Tab.3 Resistance factor and residual resistance factor

表4 QS與LD溶液驅油效率對比Tab.4 Comparison of oil displacement efficiency between QS and LD

這是由于普通聚合物的驅油機理主要為通過增加黏度來調節(jié)油水流度比、擴大波及系數[20]。而活性聚合物一方面能夠調節(jié)油水流度比，另一方面，由于具有界面活性使其洗油能力更強，最終較大幅度地提高了驅油效率。

圖6是QS溶液和LD溶液驅油實驗過程中壓力、含水率和采收率的變化情況，可以看出，QS驅方案中后續(xù)水驅穩(wěn)定時壓力要比水驅穩(wěn)定時壓力高，這是由于QS具有較強的調剖能力，驅出孔隙中的原油后又對其進行了一定的封堵，因此后續(xù)水驅時壓力增加。普通聚合物LD驅出孔隙中原油后，水流通道半徑變大，而其調剖能力較差，因此，后續(xù)水驅穩(wěn)定時壓力較低。

圖6 QS與LD驅油規(guī)律變化情況Fig.6 Oil displacement regulation of QS and LD

另外，注入LD后含水率和采收率變化幅度較大，含水率快速下降，采收率快速上升，后續(xù)水驅時含水率快速上升至98%，采收率快速穩(wěn)定，這主要因為LD驅轉后續(xù)水驅后就不再保持減小水油流度比的能力。而由于QS具有界面活性，其增溶和乳化作用弱化了聚合物的波及能力[21-23]，含水率呈波浪式變化，采收率持續(xù)緩慢上升，最終要高于LD驅。

2.5 活性聚合物注入方式優(yōu)化

2.5.1 不同水驅程度后注入

表5為分別在水驅至70%和98%時注入QS的驅油實驗結果。從可以看出，水驅70%注入QS的驅油效率要比水驅98%高，這是因為，在水驅程度較低時注入QS更能發(fā)揮其增溶、乳化能力，使得大孔道內的殘余油被驅替的更徹底。

圖7是水驅至含水率分別為70%和98%時轉注QS驅油實驗過程中壓力、含水率和采收率變化情況，可以看出，水驅70%后注入QS，再后續(xù)水驅至含水率到98%，總注入流體量約4.00 PV，而水驅98%后注入QS再后續(xù)水驅至含水率到98%，總注入流體量接近8.00 PV。說明在水驅程度70%時注入QS可以大大減少整個驅油周期，對于現(xiàn)場應用而言，在相近的采收率前提下，較短的開采周期可以降低開采成本，因此，提前注入具有一定的現(xiàn)場應用價值。

表5 不同水驅程度注入QS驅油結果Tab.5 Experimental results of QS injected after different water drive degree

圖7 不同水驅程度注入QS驅油規(guī)律變化Fig.7 Oil displacement rule of QS injected after different water drive degree

2.5.2 段塞組合方式注入

表6為采用高、低黏段塞組合方式注入QS與常規(guī)注入QS驅油實驗結果。可以看出，對于QS體系驅油，在聚合物總質量相同的情況下，采用段塞組合的方式注入與常規(guī)單一段塞方式注入驅油效率基本一樣。圖8是高、低段塞組合方式注入QS和常規(guī)注入QS驅油實驗過程中壓力、含水率和采收率的變化情況，可以看出，兩者產液規(guī)律也基本一致，但段塞組合注入壓力要比單一段塞低。

表6 段塞組合與單一段塞注入QS驅油實驗結果Tab.6 Experimental results of QS under single slug injection and slug combination injection

圖8 段塞組合與單一段塞注入QS驅油規(guī)律變化情況Fig.8 Oil displacement rule of QS under single slug injection and slug combination injection

2.5.3 與水交替方式注入

表7為采用聚合物、水交替注入與常規(guī)注入驅油實驗結果?？梢钥闯?，QS與水交替注入驅油效率要比常規(guī)注入高，這是由于聚合物段塞會對高滲層有一定的封堵，注水段塞時會促進水流向滲透率較低的中低滲透層。

因此，體系與水交替注入最終采收率要比常規(guī)注入高。交替注入含水率變化呈現(xiàn)先下降，后略上升，繼而下降，最后，又上升并逐漸達到98%，與交替段塞PV數一一對應（圖9）。從驅油效率來看，此種方式提高采收率幅度最高。

表7 聚合物、水交替注入與常規(guī)注入QS驅油實驗結果Tab.7 Experimental results of QS under conventional injection and alternating injection between polymer and water

圖9 不同注入方式驅油規(guī)律變化情況Fig.9 Oil displacement rule of QS under conventional injection and alternating injection between polymer and water

3 結 論

（1）相同濃度下，活性聚合物的黏度要比普通聚合物高很多，說明活性聚合物增黏性好，具有低濃高黏特性。

（2）活性聚合物接枝具有界面活性的功能基團，其溶液具有一定的界面活性，在濃度高于400 mg/L時油水界面張力低于11 mN/m。

（3）活性聚合物具有一定的深部調剖能力，且在相同黏度下，活性聚合物的驅油效率要比普通聚合物高8.66%。室內實驗表明，活性聚合物適合Q油田化學驅開采，最佳注入方式為活性聚合物與水交替注入。