黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入性能研究

劉 煜

(勝利油田 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015)

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黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入性能研究

劉 煜

(勝利油田 勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015)

通過(guò)填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，研究了溫度、礦化度、注入速度、注入濃度、孔喉直徑與黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑中值比值等因素對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力的影響。研究表明，黏彈性顆粒驅(qū)油劑以“堆積堵塞—壓力升高—變形通過(guò)—壓力降低”的方式在多孔介質(zhì)中運(yùn)移，具有良好的非均質(zhì)調(diào)整能力。溫度、礦化度對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力影響較??；隨著注入速度、注入濃度的增加，黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入壓力增大；孔喉直徑與黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑中值比值對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力影響較大，該值在0.008～0.014時(shí)，黏彈性顆粒驅(qū)油劑具有良好的深部調(diào)驅(qū)效果。

黏彈性顆粒驅(qū)油劑(PPG)；注入性能；影響因素；非均相復(fù)合驅(qū)

劉煜.黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入性能研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(5):60-63,83.

LIU Yu.Study on injection performance of viscoelastic particle displacement agent (preformed particle gel (PPG))[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(5):60-63,83.

引　言

聚合物驅(qū)后油藏條件更加復(fù)雜，盡管剩余油呈普遍分布，但富集區(qū)卻更趨于分散，油藏非均質(zhì)性更加突出，進(jìn)一步大幅度提高原油采收率已經(jīng)成為十分迫切的任務(wù)[1-3]。具有黏彈性且在多孔介質(zhì)中可運(yùn)移的黏彈性顆粒驅(qū)油劑是一種含部分交聯(lián)支化結(jié)構(gòu)的新型顆粒型驅(qū)油劑，該驅(qū)油劑在水中不完全溶解，而是以其交聯(lián)部分為中心形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[4-5]。黏彈性顆粒驅(qū)油劑為主劑的非均相復(fù)合驅(qū)在勝利油田孤島中一區(qū)Ng3的先導(dǎo)試驗(yàn)中取得了良好的降水增油效果，為進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)后油藏采收率提供了一條新途徑[6-10]。為深入認(rèn)識(shí)非均相復(fù)合驅(qū)驅(qū)油機(jī)理，充分發(fā)揮非均相復(fù)合驅(qū)油體系的調(diào)驅(qū)性能，對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入能力及影響因素進(jìn)行了研究。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料：黏彈性顆粒驅(qū)油劑，白色固體粉末(實(shí)驗(yàn)室自制)；部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，日本三菱化成株式會(huì)社生產(chǎn)，相對(duì)分子量為22×106，水解度為25%，固含量為90%；NaCl，分析純，天津化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水。

主要實(shí)驗(yàn)儀器：磁力攪拌器，IKA公司；LP620S電子天平，Sartorius公司；SG-3型恒溫箱，海安石油科研儀器有限公司；高壓計(jì)量泵，ISCO公司；φ2.5 cm×50 cm不銹鋼填砂管，定制；中間容器(200 mL)，定制。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用φ2.5 cm×50 cm的填砂管模型，由粒徑范圍40～100 μm的石英砂充填而成，所用各填砂管氣測(cè)滲透率見(jiàn)表1。先水驅(qū)至壓力平穩(wěn)，轉(zhuǎn)注黏彈性顆粒驅(qū)油劑，觀察動(dòng)態(tài)壓力變化，壓力平穩(wěn)后轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)，至壓力平穩(wěn)。

2　結(jié)果與討論

2.1黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入能力

黏彈性顆粒驅(qū)油劑能否滿足注入和在巖心中運(yùn)移的要求是其能否具有調(diào)驅(qū)能力的關(guān)鍵?？疾炝藛我痪酆衔锶芤?、黏彈性顆粒驅(qū)油劑水溶體系在多孔介質(zhì)中的注入性能(圖1、表2)。由圖1可以看出，聚合物作為均勻溶液，在巖心中運(yùn)移平穩(wěn)，注入壓力最高為0.04 MPa；黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入過(guò)程中，壓力上升明顯，最高注入壓力為0.61 MPa，壓力呈鋸齒狀變化，表明黏彈性顆粒驅(qū)油劑顆粒在巖心孔隙中不斷重復(fù)堆積—壓力升高—變形通過(guò)—壓力降低的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了在巖心內(nèi)部的運(yùn)移并進(jìn)入巖心深部，產(chǎn)生了良好的調(diào)驅(qū)效果。黏彈性顆粒驅(qū)油劑在多孔介質(zhì)中滲流，其阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)(表2)明顯高于聚合物溶液，表明具有良好的非均質(zhì)調(diào)整能力。

表1　實(shí)驗(yàn)用填砂管的滲透率Tab.1　Permeability of sand packing tubes for displacement experiment

圖1　黏彈性顆粒驅(qū)油劑與聚合物在注入過(guò)程中 巖心內(nèi)部壓力變化曲線Fig.1　Pressure transfer curves in the sand packing cores driven by PPG and polymer solution separately表2　聚合物與黏彈性顆粒驅(qū)油劑的阻力系數(shù) 及殘余阻力系數(shù)Tab.2　Resistance coefficient and residual resistance coefficient of PPG and polymer solution

樣品阻力系數(shù)殘余阻力系數(shù)聚合物121.8黏彈性顆粒驅(qū)油劑16020.0

2.2黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力影響因素分析

2.2.1溫度在黏彈性顆粒驅(qū)油劑質(zhì)量濃度2 000 mg/L、礦化度20 000 mg/L、注入速度0.5 mL/min條件下，考察了黏彈性顆粒驅(qū)油劑在勝利油田油藏溫度范圍內(nèi)的注入性能(圖2)。由圖2可知，隨著溫度的升高，黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入壓力僅有略微下降，總體來(lái)說(shuō)變化不大，可見(jiàn)溫度對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入效果沒(méi)有明顯的影響，說(shuō)明黏彈性顆粒驅(qū)油劑具有較寬的油藏溫度適應(yīng)范圍。

圖2　黏彈性顆粒驅(qū)油劑在不同溫度下的 注入壓力變化曲線Fig.2　Pressure curves of PPG oil displacement at different temperature

2.2.2礦化度礦化度是影響增粘類化學(xué)驅(qū)油劑注入能力的主要因素[11]，在黏彈性顆粒驅(qū)油劑質(zhì)量濃度2 000 mg/L、溫度70 ℃、注入速度0.5 mL/min條件下，考察了不同礦化度條件下黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入性能(圖3、表3)。由結(jié)果可以看出，隨著礦化度的增加，黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入壓力、阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)均呈下降趨勢(shì)。這是由于礦化度增加，黏彈性顆粒驅(qū)油劑的彈性模量降低，通過(guò)孔喉時(shí)發(fā)生變形所需的外力變小，致使注入壓力下降，阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)降低。礦化度由5 000 mg/L升高至50 000 mg/L，注入壓力由0.6 MPa降至0.5 MPa，其對(duì)注入性能影響較小，表明黏彈性顆粒驅(qū)油劑具有良好的抗鹽性能。

圖3　在不同礦化度下黏彈性顆粒驅(qū)油劑的 注入壓力變化曲線Fig.3　Pressure curves of PPG oil displacement in different salinity表3　礦化度對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑基本性能的影響Tab.3　Effect of salinity on performance of PPG solution

礦化度/(mg·L-1)彈性模量/Pa注入平衡壓力/MPa阻力系數(shù)殘余阻力系數(shù)50004.730.6017122.9200004.510.5616020.0500004.070.5014314.3

2.2.3注入速度注入速度是影響非均相復(fù)合驅(qū)調(diào)驅(qū)效果的一個(gè)重要因素?？疾炝瞬煌⑷胨俣认吗椥灶w粒驅(qū)油劑的注入性能，結(jié)果見(jiàn)圖4。由結(jié)果可以看出，注入速度對(duì)注入壓力影響很大，注入速度增高，注入壓力明顯增大。這是由于注入速度小，黏彈性顆粒驅(qū)油劑可以與巖心孔道充分接觸，重復(fù)堆積—壓力升高—變形通過(guò)—壓力降低過(guò)程而達(dá)到深部；當(dāng)注入速度變大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)注入巖心中的黏彈性顆粒數(shù)量增加，從而導(dǎo)致在孔喉處堆積堵塞的顆粒數(shù)目也增多，使其變形運(yùn)移通過(guò)所需的壓力也明顯升高。在黏彈性顆粒驅(qū)油劑的礦場(chǎng)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇合理的注入速度，以防注入速度過(guò)高對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。

圖4　不同注入速度時(shí)黏彈性顆粒驅(qū)油劑 注入壓力變化曲線Fig.4　Pressure curves of PPG oil displacement at different injection rates

2.2.4注入濃度在礦化度20 000 mg/L、溫度70 ℃、注入速度0.5 mL/min條件下，考察了不同注入濃度對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力的影響(圖5)。由結(jié)果可以看出，隨著黏彈性顆粒驅(qū)油劑濃度的增加，注入壓力隨之增高，但增加幅度變小。這是由于在滲透率、注入速度等條件一致的情況下，隨著黏彈性顆粒驅(qū)油劑濃度的增加，進(jìn)入孔喉的顆粒增多，在孔喉處的堆積能力越強(qiáng)，導(dǎo)致注入壓力升高。但是注入濃度過(guò)高容易對(duì)孔喉造成嚴(yán)重堵塞，使顆粒沒(méi)法變形通過(guò)，從而影響?zhàn)椥灶w粒驅(qū)油劑的調(diào)驅(qū)效果；同時(shí)也影響經(jīng)濟(jì)效益。因此，礦場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)調(diào)驅(qū)效果及經(jīng)濟(jì)效益合理選擇注入濃度。

圖5　不同質(zhì)量濃度黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入壓力變化曲線Fig.5　Oil displacement pressure curves of PPG solution of different concentration

2.3孔喉直徑與黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑中值之比(d/D50)對(duì)注入性能的影響

實(shí)驗(yàn)采用φ2.5 cm×50 cm多測(cè)壓點(diǎn)填砂模型(模型上12 cm、36 cm處設(shè)置2個(gè)測(cè)壓點(diǎn))，考察了不同孔喉直徑與黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑中值之比(d/D50)對(duì)注入能力的影響(圖6)，填砂管氣測(cè)滲透率與黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑中值見(jiàn)表4。

表4　實(shí)驗(yàn)用填砂管滲透率及黏彈性 顆粒驅(qū)油劑粒徑中值Tab.4　Permeability of sand packing tubes and median particle size of PPG

圖6　d/D50對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑注入能力的影響Fig.6　Effect of d/D50 of PPG particle on injection pressure

由圖6可以看出，d/D50對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入能力有較大影響。當(dāng)d/D50小于0.008時(shí)，黏彈性顆粒驅(qū)油劑顆粒在多孔介質(zhì)入口處壓力接近4 MPa，而在12 cm和36 cm處壓力極低，這是由于此時(shí)的孔喉直徑偏小，黏彈性顆粒驅(qū)油劑顆粒難以變形通過(guò)孔喉，在入口處發(fā)生堆積，未出現(xiàn)深部運(yùn)移；當(dāng)d/D50大于0.014時(shí)，入口壓力、12 cm和36 cm處壓力相差不大，均較低，這是由于此時(shí)的孔喉直徑偏大，黏彈性顆粒驅(qū)油劑可以自由通過(guò)多孔介質(zhì)；當(dāng)d/D50在0.008～0.014時(shí)，入口處、12 cm和36 cm處壓力相繼上升，說(shuō)明此時(shí)黏彈性顆粒驅(qū)油劑在多孔介質(zhì)中既能堆積又可運(yùn)移，表現(xiàn)出良好的調(diào)驅(qū)能力。由此可以看出，黏彈性顆粒驅(qū)油劑與地層滲透率之間存在一定的配伍關(guān)系，只有當(dāng)?shù)貙訚B透率與顆粒尺寸相匹配時(shí)，黏彈性顆粒驅(qū)油劑才能有效地實(shí)現(xiàn)調(diào)驅(qū)作用。

3　結(jié)　論

(1)黏彈性顆粒驅(qū)油劑在注入過(guò)程中呈現(xiàn)“堆積—壓力升高—變形通過(guò)—壓力降低”這一獨(dú)特的運(yùn)移方式，表現(xiàn)出良好的注入性能。

(2)隨著溫度、礦化度的增高，黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入壓力略有降低，但變化幅度很小，黏彈性顆粒驅(qū)油劑對(duì)高溫高鹽油藏具有良好的適應(yīng)性。

(3)注入速度、注入濃度對(duì)黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入性能影響明顯。隨著注入速度、注入濃度的增加，黏彈性顆粒驅(qū)油劑的注入壓力隨之增大，注入能力下降。

(4)黏彈性顆粒驅(qū)油劑粒徑與油藏平均孔喉直徑之間存在一個(gè)最佳匹配范圍，在該范圍之內(nèi)，黏彈性顆粒驅(qū)油劑在運(yùn)移過(guò)程中能夠表現(xiàn)出良好的深部調(diào)驅(qū)效果。

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責(zé)任編輯：賀元旦

Study on Injection Performance of Viscoelastic Particle Displacement Agent (Preformed Particle Gel (PPG))

LIU Yu

(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Shengli Oilfield Company of Sinopec,Dongying 257015,Shandong,China)

The effects of the temperature，salinity，injection rate and concentration of displacement agent and the ratio of core pore throat diameter to median size of PPG particle on the injection performance of PPG displacement agent were studied through sand-filling tube displacement experiment.The results show that PPG displacement agent migrates in porous medium in the form of "piling up and plugging-pressure rising-deforming and passing through pore throat-pressure reducing",and it has good adjustment ability to reservoir heterogeneity.The effects of temperature and salinity on the injection performance are a little;the injection pressure increases with the increase of injection rate and displacement agent concentration;the ratio of core pore throat diameter to median size of PPG particle has greater effect on the injection performance,and when it is in the range of 0.008～0.014 the PPG displacement agent has good deep profile control effect.

viscoelastic particle displacement agent PPG；injection performance；influencing factor；heterogeneous composite flooding

2015-12-31

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高溫高鹽油田化學(xué)驅(qū)提高采收率技術(shù)”(編號(hào)：2016ZX05011-003)

劉煜(1982-)，女，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)工程方面的研究。E-mail：liuyu.slyt@sinopec.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.05.009

TE357.46；TE39

1673-064X(2016)05-0060-04

A