二元復(fù)合驅(qū)采出液性能變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究

閆文華 ，王鵬 ，姚振杰 ，鄭曉松 ，付良佳

（1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油遼河油田公司錦州采油廠，遼寧 盤錦 121209；3.中國石化中原油田分公司采油五廠，河南 濮陽 457001）

三元復(fù)合驅(qū)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的三次采油技術(shù)［1］。國內(nèi)已有大慶、勝利、新疆和河南等油田進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)或工業(yè)化推廣應(yīng)用［2］。三元復(fù)合驅(qū)大多采用強(qiáng)堿三元復(fù)合體系，雖然提高了采出程度，但也帶來了較多不利影響，例如油層結(jié)垢、破壞油層巖石骨架、腐蝕設(shè)備、卡泵等［3-5］。為減少三元復(fù)合體系帶來的不利影響，就要減少三元復(fù)合驅(qū)體系中堿的用量或不用。為此，遼河油區(qū)錦16塊實(shí)施了無堿二元復(fù)合驅(qū)，主要是通過增大波及體積和提高洗油效率，進(jìn)而提高原油采收率［6］。目前關(guān)于無堿二元復(fù)合驅(qū)采出液性能變化規(guī)律研究較少［7-9］。本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)二元復(fù)合體系采出液性能變化規(guī)律進(jìn)行了研究，對(duì)于二元復(fù)合體系驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有重要意義［7-13］。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 巖心

根據(jù)錦16塊油層物性參數(shù)制作的人造非均質(zhì)巖心，幾何尺寸為30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm，平均滲透率為 1 100×10-3μm2。

1.2 儀器

Brookfield-Ⅱ黏度計(jì)、Model TX500C界面張力儀、HAAKE-150型流變儀、恒溫箱等。

1.3 實(shí)驗(yàn)用液

1）通過室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)M錦16塊實(shí)施無堿二元復(fù)合驅(qū)，巖心出口端收集不同注入階段的采出液。無堿二元復(fù)合體系注入方式：0.10 PV高質(zhì)量濃度（1 500 mg/L）聚合物前置段塞+0.30 PV無堿二元復(fù)合體系段塞（1 300 mg/L聚合物+0.3%表面活性劑）+0.20 PV低質(zhì)量濃度（600 mg/L）聚合物保護(hù)段塞。

2）實(shí)驗(yàn)用水為錦州采油廠歡三聯(lián)深度處理污水，經(jīng)0.22 μm微孔過濾，除去雜質(zhì)，礦化度2 935.3 mg/L。

3）實(shí)驗(yàn)用油為錦州采油廠井口原油經(jīng)脫水、除雜質(zhì)后與煤油按一定比例配制而成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 聚合物質(zhì)量濃度的變化

聚合物質(zhì)量濃度檢測(cè)采用淀粉-碘化物比色法。

開始注入二元復(fù)合體系時(shí)，采出液未檢測(cè)到聚合物；注入0.20 PV后，聚合物質(zhì)量濃度隨著注入量的增加而增加，達(dá)到最高值后，隨著注入量的增加而降低。這是因?yàn)椋憾獜?fù)合體系剛進(jìn)入巖心，驅(qū)替前緣沒有到達(dá)巖心出口端；注入0.20 PV時(shí)，二元復(fù)合體系驅(qū)替前緣在巖心中沿著大孔道突進(jìn)，到達(dá)巖心出口端，采出液中檢測(cè)到了聚合物，聚合物質(zhì)量濃度隨著注入量的增加而增大并達(dá)到最大值；注入后續(xù)水，注入水沿著巖心大孔道突進(jìn)，聚合物質(zhì)量濃度降低。

2.2 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及界面張力變化

表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低，變化趨勢(shì)與聚合物一致，也是先升高再降低。在注入量達(dá)到0.20 PV后，表面活性劑到達(dá)巖心出口端；注入0.54 PV時(shí)，采出液中表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為0.071%；注入后續(xù)水，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增加，界面張力先降低后升高。不同注入階段的采出液界面張力介于0.8～7.0 mN/m（見圖1）。

2.3 采出液黏彈性

黏彈性運(yùn)用動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，聚合物材料在交變應(yīng)力或交變應(yīng)變作用下，觀察其應(yīng)變或應(yīng)力隨時(shí)間的變化。儲(chǔ)能模量表征黏彈性流體的彈性大小，而耗能模量則表征黏性大小。結(jié)果見圖2、圖3。

圖1 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和界面張力的變化

圖2 采出液儲(chǔ)能模量與角頻率關(guān)系

圖3 采出液耗能模量與角頻率關(guān)系

由圖2可知，儲(chǔ)能模量隨著角頻率的增加而增加，說明采出液的彈性也是逐漸增大的。在對(duì)不同注入階段的采出液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能測(cè)出注入孔隙體積倍數(shù)是0.46，0.54和0.67時(shí)的儲(chǔ)能模量。這是因?yàn)槎獜?fù)合體系流經(jīng)巖心后，經(jīng)過巖心孔隙的剪切，聚合物分子鏈發(fā)生斷裂，失去彈性。只有采出液中聚合物質(zhì)量濃度較高時(shí)，采出液中保留了一些長(zhǎng)鏈的聚合物分子，表現(xiàn)出了一定的彈性。

耗能模量隨著角頻率的增加而增加。注入量0.46，0.54，0.67 PV時(shí)的采出液耗能模量較大，其他注入階段，采出液的耗能模量均較低。隨著角頻率的增加，耗能模量逐漸增大，而且不同注入階段的采出液耗能模量差異更大。由于二元復(fù)合體系流經(jīng)巖心后，經(jīng)過巖心孔隙的剪切，失去了彈性，但是黏性還是存在的，只是在聚合物質(zhì)量濃度低時(shí)，黏性比較差。

2.4 不同注入階段采出液的流變性

穩(wěn)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定溶液的法向應(yīng)力差揭示溶液的流變性。不同注入階段采出液的流變性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 采出液黏度與剪切速率關(guān)系曲線

隨著剪切速率的增大，采出液的視黏度呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)，表現(xiàn)出剪切稀釋和剪切增稠的流變規(guī)律。不同注入階段，采出液黏度隨剪切速率變化的幅度不同。相同剪切速率下，聚合物越多，黏度越高。

在足夠低的剪切速率下，大分子處于高度纏結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)阻力很大。此時(shí)，由于剪切速率很小，雖然纏結(jié)結(jié)構(gòu)能被部分破壞，但是破壞的速度等于重新形成的速度，故黏度保持恒定的最高值，表現(xiàn)為牛頓流體的流動(dòng)行為；當(dāng)剪切速率增加時(shí)，大分子在剪切力作用下發(fā)生構(gòu)象變化，開始解纏結(jié)并沿著流動(dòng)方向取向。隨著剪切速率的增大，纏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞的速度大于其形成的速度，故黏度不為常數(shù)，而是隨剪切速率的增加而減小，表現(xiàn)出假塑性流體的流動(dòng)行為；當(dāng)剪切速率再增大，達(dá)到強(qiáng)剪切的狀態(tài)時(shí)，大分子中的纏結(jié)結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞，剪切速率很高，來不及形成新的纏結(jié)，取向程度也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變得很容易。體系黏度達(dá)到恒定的最低值，而且黏度與擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不再有關(guān)，只和分子本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，分子表現(xiàn)出了明顯的黏彈性，其流變性表現(xiàn)出了剪切增稠的趨勢(shì)。

3 結(jié)束語

隨著二元復(fù)合體系注入孔隙體積倍數(shù)的增加，采出液中的化學(xué)劑質(zhì)量濃度先升高后降低，界面張力先降低后升高。采出液均具有一定的黏性，只有聚合物濃度高的采出液具有彈性。采出液具有剪切稀釋和剪切增稠的流變規(guī)律。

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