海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)

張 波由 慶，張 健向問(wèn)陶趙福麟

（1.中國(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555；2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；3.中海石油研究總院，北京 100027）

海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)

張 波1由 慶1，2張 健3向問(wèn)陶3趙福麟1

（1.中國(guó)石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555；2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；3.中海石油研究總院，北京 100027）

針對(duì)海上油田聚合物驅(qū)注入壓力太高而影響開(kāi)發(fā)效果的問(wèn)題，提出了海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)，優(yōu)選了NPC-10表面活性劑作為海上油田聚合物驅(qū)的降壓增注劑。在多孔介質(zhì)中的降壓增注試驗(yàn)研究表明，降壓增注劑可有效降低注聚壓力，地層滲透率得以恢復(fù)，且降壓增注的效果與地層初始滲透率有一定的關(guān)系。產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度分析表明，降壓增注劑可有效抑制注聚過(guò)程中疏水締合聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。表面活性劑降壓增注的原理是主要依靠對(duì)聚合物的解締合作用、對(duì)聚合物在巖石表面的解吸作用和對(duì)稠油的洗油作用3個(gè)方面達(dá)到降壓增注的目的。

海上油田；聚合物驅(qū)；疏水締合聚合物；表面活性劑；降壓增注

“十五”期間，我國(guó)在渤海油田進(jìn)行了聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得較好的降水增油效果，證明了在海上常規(guī)稠油油田進(jìn)行聚合物驅(qū)的可行性和廣闊的應(yīng)用前景。在海上稠油油田聚合物驅(qū)過(guò)程中，所用的聚合物為疏水締合聚合物，不同于普通部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），該聚合物在分子結(jié)構(gòu)中引入了疏水基團(tuán)。在近井地帶，疏水締合聚合物在砂巖表面吸附，且由于聚合物存在疏水基團(tuán)在孔喉處易發(fā)生締合，并存在一定量的高黏度稠油，會(huì)造成一定堵塞，因此會(huì)造成注入壓力太高，加大海上平臺(tái)地層配注系統(tǒng)的負(fù)荷，使注入系統(tǒng)能耗增加，長(zhǎng)期高壓注入易導(dǎo)致套管損壞。因此，在當(dāng)前注采井距條件下，如何有效地降低和（或）保持注聚井注入壓力，是當(dāng)前海上稠油油田注聚開(kāi)發(fā)不可避免的問(wèn)題［1-7］。

針對(duì)海上油田聚合物驅(qū)的上述問(wèn)題，提出了海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)，該技術(shù)是在聚合物驅(qū)過(guò)程中通過(guò)向地層注入降壓增注劑，而達(dá)到降低和（或）保持注聚井注入壓力的目的。筆者研究的降壓增注劑主要集中在不同類型的表面活性劑及其對(duì)應(yīng)復(fù)合體系。首先優(yōu)選表面活性劑，并通過(guò)物理模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)表面活性劑體系的降低增注效果，從而優(yōu)選出適合海上油田注聚（疏水締合聚合物）開(kāi)發(fā)的降壓增注劑，進(jìn)而保證海上稠油油田注聚開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行。

1 降壓增注劑優(yōu)選

降壓增注劑主要集中在來(lái)源比較容易、目前大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的表面活性劑，因此選擇了以下幾種常用的表面活性劑，從降低聚合物溶液黏度（通過(guò)解締合作用）和油水界面張力2個(gè)方面來(lái)優(yōu)選降壓增注劑。

用渤海聚合物驅(qū)油田現(xiàn)場(chǎng)水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的表面活性劑溶液，然后按1∶1體積比與4 000 mg·L-1疏水締合聚合物溶液混合均勻，靜止放置10 h后，用Brookfield DV-Ⅲ旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)混合體系黏度，并與2 000 mg·L-1疏水締合聚合物溶液AP-P4的黏度（63.4 mPa·s）進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 含有表面活性劑的聚合物溶液的黏度

從表 1可以看出，2種表面活性劑 NPC-10和OP-10可以較好地抑制疏水締合聚合物的締合作用，降低體系的黏度。

同時(shí)，研究了上述2種表面活性劑的洗油效果。采用旋滴法測(cè)定了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑溶液與渤海綏中36-1聚合物驅(qū)油田綜合油樣的界面張力，試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，0.10%NPC-10表面活性劑可使油水界面張力達(dá)到超低，起到較好的洗油作用；而OP-10表面活性劑并沒(méi)有顯著地降低油水界面張力，洗油效果不明顯。

由上述可知，NPC-10不僅通過(guò)解締合作用對(duì)聚合物有較好的降黏性能，而且可以顯著降低油水界面張力。因此，NPC-10可作為海上油田聚合物驅(qū)理想的降壓增注劑。

2 降壓增注劑性能評(píng)價(jià)

為了更好地說(shuō)明NPC-10表面活性劑的降壓增注性能，有必要在聚合物驅(qū)過(guò)程中通過(guò)物理模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)NPC-10在多孔介質(zhì)中的降壓增注效果。

2.1 多孔介質(zhì)中的降壓增注效果

選擇2個(gè)滲透率約為3 μm2的填砂管巖心，一支填砂管巖心首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，靜置10 h待其充分作用后，再進(jìn)行聚合物驅(qū)；另一支填砂管巖心一直進(jìn)行聚合物驅(qū)，對(duì)比2支填砂管的注入壓力隨后續(xù)注入聚合物體積的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3可知，注入降壓增注劑后進(jìn)行聚合物驅(qū)的壓力明顯下降，使后續(xù)注入壓力下降42%，相應(yīng)地填砂管巖心滲透率得以恢復(fù)，說(shuō)明了通過(guò)注入降壓增注劑后再注入聚合物，因聚合物在孔隙內(nèi)締合而產(chǎn)生的堵塞明顯地減小了，同時(shí)降壓增注劑與聚合物通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附，減少了聚合物在巖石表面的吸附，因而流動(dòng)阻力減少，流動(dòng)能力增加，后續(xù)注入壓力下降。

同時(shí)，研究了降壓增注劑在不同滲透率填砂管巖心中的效果。取滲透率約為3 μm2和6 μm2的2支填砂管巖心，首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，靜置10 h待其充分作用后，再進(jìn)行聚合物驅(qū)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，注入降壓增注劑后，高滲透填砂管巖心的后續(xù)注入壓力比低滲透填砂管巖心的后續(xù)注入壓力低。

根據(jù)式（1）可知，高滲透填砂管巖心的孔隙尺寸約是低滲透填砂管巖心孔隙尺寸的1.42倍，由于孔隙尺寸大，對(duì)聚合物因締合作用引起堵塞的敏感程度低，同時(shí)可以看出，低滲透填砂管巖心在注入降壓增注劑后，后續(xù)注入壓力與高滲透填砂管巖心相比，先低后高，說(shuō)明了起初降壓增注劑效果比較明顯，但由于自身孔隙尺寸較小，因此后續(xù)注入壓力上升較快，并超過(guò)高滲透未加降壓增注劑的高滲透填砂管巖心，由以上可知，聚合物驅(qū)引起的近井堵塞，地層滲透率起了主要作用。

式中：rd為巖心孔道平均半徑，m；Kd為巖心滲透率，μm2；τ為迂曲度，計(jì)算時(shí)取1；φ為孔隙度。

2.2 產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度

2.2.1 已注聚填砂管巖心的降壓增注效果

在初始滲透率為3 μm2的已注聚的填砂管巖心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降壓增注劑后產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，注降壓增注劑后再注聚合物，產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度比未注降壓增注劑時(shí)產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度高，說(shuō)明注入降壓增注劑有效地抑制了二次注聚過(guò)程中聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。

2.2.2 未注聚填砂管的降壓增注效果

在初始滲透率為3 μm2的未注聚的填砂管巖心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降壓增注劑后產(chǎn)出液中聚合物濃度的變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出，注降壓增注劑再注聚合物比直接注聚合物產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度高。說(shuō)明降壓增注劑能優(yōu)先吸附于巖石表面，阻止和（或）減小聚合物分子鏈上的基團(tuán)與巖石表面接觸，降低吸附量，導(dǎo)致產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度高。同時(shí)也說(shuō)明，未注聚的地層可以先注降壓增注劑有效地預(yù)防聚合物的早期吸附，減小因注聚的堵塞導(dǎo)致注入壓力過(guò)高，而影響油田正常生產(chǎn)。

3 降壓增注原理分析

從上述研究結(jié)果可以看出，NPC-10表面活性劑具有較好的降壓增注效果，可能主要與以下幾個(gè)作用有關(guān)。

3.1 表面活性劑對(duì)聚合物的解締合作用

由于表面活性劑具有兩親結(jié)構(gòu)，與疏水締合聚合物接觸后，表面活性劑小分子就會(huì)吸附在聚合物的疏水基團(tuán)上，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到臨界膠束濃度后，表面活性劑的疏水基團(tuán)就會(huì)締合形成膠束，而聚合物分子的疏水基團(tuán)也會(huì)締合在膠束內(nèi)，從而使聚合物分子的疏水基團(tuán)增溶到表面活性劑膠束內(nèi)，表面活性劑的親水基團(tuán)則排列在膠束外面，因此聚合物分子的疏水基團(tuán)就不會(huì)形成締合結(jié)構(gòu)，疏水締合聚合物黏度降低，所以在孔喉中堵塞能力降低。

3.2 表面活性劑對(duì)聚合物在巖石表面的解吸作用

疏水締合聚合物屬于高分子，會(huì)在近井地帶的巖石表面產(chǎn)生多點(diǎn)吸附，即無(wú)規(guī)線團(tuán)的吸附，增加了后續(xù)工作液注入過(guò)程的阻力。而表面活性劑屬于小分子，吸附能力和速度快，且能平鋪在巖石表面，占據(jù)了聚合物的吸附點(diǎn)，因此表面活性劑小分子通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附而將高分子解吸下來(lái)，且由于吸附層厚度薄，所以不會(huì)增加注入壓力。

3.3 表面活性劑對(duì)稠油的洗油作用

表面活性劑在油水界面吸附，可以降低油水界面張力。從式（2）可以看出，油水界面張力的降低，意味著黏附功的減小，即油易于在地層中流動(dòng)，降低了稠油的流動(dòng)阻力。因此，在近井地帶加入表面活性劑可以起到降壓增注的作用。

式中：W為黏附功，J；σ為油水界面張力，mN·m-1；θ為油對(duì)地層表面的潤(rùn)濕角，（°）。

同時(shí)，由于表面活性劑屬于小分子，可以進(jìn)入近井地帶中聚合物分子進(jìn)不去的空間起驅(qū)油作用，不僅可以起到降壓增注的效果，而且可以提高聚合物驅(qū)不能提高的這部分波及系數(shù)，達(dá)到提高采收率的目的。

4 結(jié)論

1）從降低疏水締合聚合物溶液黏度和油水界面張力2個(gè)方面，優(yōu)選了NPC-10表面活性劑作為海上聚合物驅(qū)油田的降壓增注劑。

2）多孔介質(zhì)中的降壓增注試驗(yàn)表明，在聚合物驅(qū)過(guò)程中注入降壓增注劑可有效降低注入壓力，使地層滲透率得以恢復(fù)，且降壓增注的效果與地層初始滲透率有一定的關(guān)系。

3）產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度分析表明，在聚合物驅(qū)過(guò)程中注入降壓增注劑可有效抑制注聚過(guò)程中疏水締合聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。

4）表面活性劑主要依靠對(duì)聚合物的解締合作用，對(duì)聚合物在巖石表面的解吸作用和對(duì)稠油的洗油作用3個(gè)方面達(dá)到降壓增注的目的。

［1］ 楊艷霞，胡三清，王松.聚合物驅(qū)的解堵與解吸室內(nèi)研究［J］.湖北化工，2003，11（1）：91-92.

Yang Yanxia，Hu Sanqing，Wang Song.The experiment of deplugging and desorption of polymers［J］.Hubei Chemical Industry，2003，11（1）：91-92.

［2］ 付美龍，胡望軍.聚合物驅(qū)地層聚合物解吸劑的研究［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2007，8（10）：10-11.

Fu Meilong，Hu Wangjun.Study of desorbent for polymer remained in polymer flooding stratum［J］.Fine Petrochemicals，2007，8（10）：10-11.

［3］ 方曉紅.表面活性劑性能及降壓試驗(yàn)研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2002，21（2）：26-27.

Fang Xiaohong.The behaviors of several kinds of surfactant system and effects on decreasing displacement pressure［J］.Petroleum Geology& Oilfield Development in Daqing，2002，21（2）：26-27.

［4］ 楊希志，李君，楊付林.高質(zhì)量濃度聚合物溶液注入壓力的降壓效果［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，29（6）：31-33，106.

Yang Xizhi，Li Jun，Yang Fulin.Effect of decreasing injection pressure of high-concentration polymer solutions［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2005，29（6）：31-33，106.

［5］ 朱懷江，羅健輝，楊靜波，等.疏水締合聚合物驅(qū)油能力的三種重要影響因素［J］.石油學(xué)報(bào)，2005，26（3）：54-55.

Zhu Huaijiang，Luo Jianhui，Yang Jingbo，et al.Three key factors influencing oil-displacement capacity in hydrophobicaIly associating polymer flooding［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26（3）：54-55.

［6］ 王家印，雷芳英，岳玉紅，等.降壓增注酸化工藝在濮城南區(qū)沙二下油藏中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2002，9（1）：66-69.

Wang Jiayin，Lei Fangying，Yue Yuhong，et al.Application of low damage and low speed deep seated acidification in the lower Es2reservoir in the south of Pucheng Oilfield［J］.Fault-Block Oil＆Gas Field，2002，9（1）：66-69.

［7］ 羅躍，陳文斌，鄭力軍，等.降壓增注技術(shù)在低滲透油田的應(yīng)用研究［J］.斷塊油氣田，2008，15（2）：72-74.

Luo Yue，Chen Wenbin，Zheng Lijun，et al.Application of depressure and increasing injection rate technology in low permeability oilfield［J］.Fault-Block Oil＆Gas Field，2008，15（2）：72-74.

Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield

Zhang Bo1You Qing1，2Zhang Jian3Xiang Wentao3Zhao Fulin1
(1.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China;2.School of Earth and Space Sciences, Peking University,Beijing 100871,China;3.Research Institute,CNOOC,Beijing 100027,China)

In order to solve the problems of high injection pressure in the process of polymer flooding in offshore oilfield,the depressurization and augmented injection technology is proposed in this paper.The NPC-10 surfactant is optimized as the depressurization and augmented injection agent by reducing the viscosity of mixed polymer system and oil-water interfacial tension. The experiments of injecting the depressurization and augmented injection agent in porous media show that the injection pressure of polymer flooding is reduced and the permeability of formation is recovered by injecting the depressurization and augmented injection agent.The effect of depressurization and augmented injection has a definite relationship with initial permeability of formation.The mass concentration analysis of produced polymer shows that the depressurization and augmented injection agent can effectively inhibit polymers from plugging the formation.The principles of depressurization and augmented injection are mainly three roles which are canceling association in pore throats,desorption from the sandstones and washing heavy oil.

offshore oilfield,polymer flooding,hydrophobically associating polymer,surfactant,decompression and augmented injection.

TE357.46

A

2009-11-16；改回日期：2010-07-18。

張波，男，1971年生，在讀博士研究生。電話：（0546）8781185，E-mail：cyyzhb@163.com。

（編輯 趙衛(wèi)紅）

1005-8907（2010）05-624-04

張波，由慶，張健，等.海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2010，17（5）：624-627.

Zhang Bo，You Qing，Zhang Jian，et al.Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：624-627.