海上智能測調(diào)注聚工具對(duì)聚合物性能影響實(shí)驗(yàn)分析

王良杰，黃宇軒，蔣暢，牛貴鋒，魏來

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457）

油田注聚是提高采收率常用的方式之一，聚合物從增壓泵經(jīng)地面設(shè)備管匯、油管和井下注聚工具最終注入到地層[1]。聚合物黏度是驅(qū)油效果的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)[2]，實(shí)際上，聚合物從地面到進(jìn)入地層，由于壓降剪切的作用，最終注入地層的聚合物黏度與最初配制好的聚合物黏度值有一定程度的差別[3]。因此有必要了解油田上采用的注聚工藝技術(shù)以及配套的測調(diào)注聚工具，并通過實(shí)驗(yàn)分析井下注聚工具對(duì)聚合物黏度值的影響，為選擇注聚工藝方式和注聚工具提供指導(dǎo)建議[4-5]。國內(nèi)油田井下分層注聚主要有三種方式，分別采用不同的工具進(jìn)行注聚，包括螺旋槽式分層注聚、同心雙管分層注聚、智能測調(diào)分層注聚，這些工具對(duì)聚合物黏度均有不同效果的影響[6-7]。螺旋式分層注聚工藝在陸地油田應(yīng)用較多，由于采用螺旋流道結(jié)構(gòu)，對(duì)聚合物剪切作用較小，具有較好的保黏效果[8]。該工具單層最大注聚量不超過260 m3·d-1，而海上油田單層最大配注量可達(dá)800 m3·d-1，螺旋式分層注聚工具不適用于海上油田注聚井。同心雙管分層注聚方式在渤海油田應(yīng)用廣泛，早期所有的分層注聚井均采用該方式，具有注聚排量大、注聚量調(diào)節(jié)簡便的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)油管環(huán)空形成的流道結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物的降黏影響較小[9-10]。智能測調(diào)分層注聚工藝是一種最新的分層注聚方式，具有注聚層數(shù)多、注聚量大的優(yōu)勢(shì)，也可滿足海上油田注聚井注聚要求，由于智能測調(diào)注聚工作筒屬于一種新型的注聚工具，需要研究該工具對(duì)聚合物降黏效果影響[11]。

1 智能測調(diào)注聚技術(shù)原理

根據(jù)注聚井防砂與否，注聚井完井方式包括防砂完井和不防砂完井情況，海上油田注聚井選用防砂完井分層注聚管柱。管柱主要包括外防砂管柱和內(nèi)分層注聚管柱，分層注聚管柱包括測調(diào)注聚工作筒和分層隔離密封工具，管柱示意圖如圖1所示。

圖1 智能測調(diào)分層注聚管柱示意圖

智能測調(diào)注聚工藝技術(shù)，滿足海上油田大排量、多層段分層注入聚合物溶液的需求，解決油田籠統(tǒng)注聚開發(fā)過程中油層物性非均質(zhì)性導(dǎo)致的層間矛盾，提高聚驅(qū)效果和聚合物驅(qū)采收率。采用礫石充填防砂完井管柱,根據(jù)分層注聚層段數(shù)的要求，連接對(duì)應(yīng)數(shù)量的智能測調(diào)注聚工具。通過電纜下入儀器調(diào)節(jié)工作筒內(nèi)的環(huán)形螺旋配合，控制注聚工具出液口的開度，達(dá)到改變不同層段配注量的目的，實(shí)現(xiàn)分層調(diào)配，聚合物黏度損失主要產(chǎn)生在智能測調(diào)工具內(nèi)[12]。

2 聚合物降黏實(shí)驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)記錄

聚合物經(jīng)過注聚測調(diào)工作筒會(huì)產(chǎn)生剪切而黏度值降低，本次實(shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證聚合物溶液經(jīng)過注聚測調(diào)工作筒后的保黏率。實(shí)驗(yàn)在不同流量、壓力的情況下對(duì)工具前、后的聚合物溶液進(jìn)行取樣，對(duì)工具前、后聚合物溶液黏度的變化進(jìn)行分析。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析聚合物在注聚測調(diào)工作筒前后的黏度損失情況[13-14]。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要研究測調(diào)注聚工作筒對(duì)流經(jīng)通過的聚合物黏度影響，定量獲得不同壓降條件下黏度損失狀況，以及測調(diào)注聚工作筒不同開度條件下的黏度損失值，進(jìn)一步獲得不同工況下的聚合物黏度損失值[15]。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程介紹

黏度損失實(shí)驗(yàn)分析流程如圖2所示，上圖是整體流程示意圖，下圖是聚合物通過測調(diào)注聚工作筒的流程示意圖。

圖2 智能測調(diào)注聚工作筒黏度損失實(shí)驗(yàn)流程示意圖

聚合物原樣儲(chǔ)存在聚合物罐2 內(nèi)，經(jīng)泵加壓后流經(jīng)注聚工作筒，最終進(jìn)入聚合物罐1 內(nèi)，在注聚工作筒的前端和后端分別安裝壓力表和取樣口。在流程注聚工作筒內(nèi)安裝測調(diào)儀器，可隨時(shí)改變注聚工作筒的出液口開度，調(diào)節(jié)聚合物通過注聚工作筒的壓降值，進(jìn)一步分析壓降值與聚合物黏度損失的關(guān)系[16-17]。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、啟泵循環(huán)和數(shù)據(jù)記錄幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，并在啟泵循環(huán)過程中，調(diào)節(jié)注聚測調(diào)工作筒開度，測試不同壓降條件下的黏度損失數(shù)據(jù)，選用聚合物類型KY-6。

1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。首先給2 號(hào)熟化罐裝滿清水。使用清水試驗(yàn)，啟動(dòng)柱塞泵，進(jìn)行注聚測調(diào)工作筒的測調(diào)功能試驗(yàn)。測定注聚工作筒水嘴從全開至全關(guān)的時(shí)間，并按照水嘴開度5 等分進(jìn)行開關(guān)時(shí)間標(biāo)定。

2）啟動(dòng)循環(huán)。啟動(dòng)注聚設(shè)備，配液/熟化系統(tǒng)，把1 號(hào)熟化罐的水由柱塞泵打到循環(huán)罐中，再由配液系統(tǒng)把循環(huán)罐中的水和聚合物混合后配成目標(biāo)溶液進(jìn)入2 號(hào)熟化罐熟化。配液20 m3完畢后開始熟化，熟化時(shí)間大約為30 min。試驗(yàn)采取倒灌方式開展，當(dāng)2 號(hào)熟化罐聚合物溶液使用完后，將流程切換到1 號(hào)熟化罐繼續(xù)試驗(yàn)。

3）取樣并記錄數(shù)據(jù)。工具前取樣，從工具進(jìn)液端取樣口取樣；工具后取樣，經(jīng)過井下分注工具后從取樣口取樣。

4）不同排量條件下黏度實(shí)驗(yàn)，分別在流量為6、10、15、19 m3·h-1條件下取樣并記錄數(shù)據(jù)。記錄水嘴前后壓力、黏度值。

①水嘴全開，起泵，排量穩(wěn)定在6 m3·h-1，記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

②執(zhí)行水嘴關(guān)閉指令，水嘴開度為80%，再次記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

③繼續(xù)執(zhí)行水嘴關(guān)閉指令，水嘴開度為60%，再次記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

④重復(fù)②和③操作方法，水嘴開度分別保持40%和20%，記錄水嘴前后壓力及流量，并水嘴前后各取樣3 組，待水嘴即將關(guān)閉時(shí)，泵壓若超過15 MPa，則立即停泵。

⑤采用①②③④步驟，分別完成排量在10、15、19 m3·h-的實(shí)驗(yàn)。所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同注聚排量和水嘴開度條件下的出液口前后黏度測試數(shù)據(jù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)聚合物采用普通聚丙烯酰胺，目標(biāo)液配制濃度2 000 mg·L-1，環(huán)境溫度為29 ℃，溶解熟化時(shí)間45 min，測得聚合物母液黏度在1 654～1 670 mPa·s。分別對(duì)注聚測調(diào)工作筒水嘴不同開度在不同注入量的條件下試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3[18-19]。

圖3 注入量6 m3·h-1時(shí)不同開度下保黏率和壓降值

注入量在6 m3·h-1時(shí)，測調(diào)工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在93%以上，其中開度為1/5 時(shí)，保黏率最低。

注入量在10 m3·h-1時(shí)，測調(diào)工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在95%以上。見圖4。

圖4 注入量10 m3·h-1時(shí)不同開度下保黏率和壓降值

注入量在15 m3·h-1時(shí)，測調(diào)工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在92%以上，開度最小是保黏率最低，見圖5。

圖5 注入量15 m3·h-1時(shí)不同開度下保黏率和壓降值

注入量在19 m3·h-1時(shí)，測調(diào)工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在86%以上，開度最小是保黏率最低。

圖6 注入量19 m3·h-1時(shí)不同開度下保黏率和壓降值

從圖7可以看出，開度為1/5，注入量19 m3·h-1時(shí)，保黏率最低。

圖7 注聚測調(diào)工作筒不同開度下排量對(duì)應(yīng)的保黏率

由圖8可以看出，注入量19 m3·h-1，開度為1/5時(shí)，注聚測調(diào)工作筒降壓效果較明顯，壓損在6 MPa左右，滿足注聚測調(diào)工作筒多層使用的要求。

圖8 注聚測調(diào)工作筒不同開度下排量-壓降關(guān)系

4 結(jié) 論

1）注聚測調(diào)工作筒不同排量下不同水嘴開度均能滿足工作筒保黏86%以上的要求[20]。

2）工作筒的降壓效果明顯，水嘴開度最小的情況下，500 m3·d-1時(shí)降壓約6 MPa，滿足現(xiàn)場使用的要求。

3）現(xiàn)場使用過程中，建立匹配井口注聚壓力值和井下測調(diào)注聚工作筒開度，盡量減少聚合物流經(jīng)工作筒的壓降值[21-22]。