基于海上X 油田新型耐溫抗鹽驅(qū)油劑性能評價(jià)及驅(qū)油特性研究

宋 鑫，黃 巖，肖麗華，張曉冉，韓玉貴，趙 鵬，苑玉靜

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

近年來，隨著聚合物驅(qū)油技術(shù)在海上油田的廣泛應(yīng)用，以聚丙烯酰胺及其衍生物為代表的驅(qū)油聚合物產(chǎn)品越來越多。目前海上注聚油田已初具規(guī)模，隨著海上油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)主題的提出，化學(xué)驅(qū)技術(shù)承擔(dān)著越來越重要的任務(wù)。聚合物種類逐漸趨向多樣化，其抗鹽、抗剪切及耐溫等性能不斷地提高，由于高溫高鹽油藏的存在，對聚合物的耐溫耐鹽穩(wěn)定性也提出了更高的要求[1]。

本文以海上X 油田油藏條件為基礎(chǔ)，針對KY-S、KY-K 及海上在用聚合物開展了黏彈性、黏度穩(wěn)定性及驅(qū)油效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)[2，3]，明確了兩種新型抗鹽聚合物的性能特點(diǎn)，為目標(biāo)油田聚合物驅(qū)油體系的設(shè)計(jì)提供了判斷依據(jù)，同時(shí)為化學(xué)驅(qū)方案設(shè)計(jì)提供參考[4-8]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器、材料及方法

1.1 主要儀器、設(shè)備

聚合物溶液黏度由Brookfield 測定；剪切性、耐溫性由美國ARES-G2 流變儀測定；驅(qū)油劑流動性、驅(qū)油效果評價(jià)所用儀器主要包括平流泵、巖心夾持器、壓力傳感器、手搖泵等，除平流泵和手搖泵外，其他裝置置于65℃恒溫箱內(nèi)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

以X 油田聚合物優(yōu)選參數(shù)指標(biāo)為基準(zhǔn)選取了在生產(chǎn)聚合物8 種，各聚合物編號及基本參數(shù)（見表1）。配聚水為QH 油田現(xiàn)場混配注入水及模擬注入水，總礦化度為3 000 mg/L；模擬油為QH 油田脫水脫氣原油和煤油混合而成，65℃時(shí)黏度為74 mPa·s。實(shí)驗(yàn)巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)柱狀巖心和二維縱向?qū)觾?nèi)非均質(zhì)巖心。兩種新型聚合物KY-S、KY-K，現(xiàn)場在用聚合物代號為SZ1、LD2。四種聚合物的基本理化性能指標(biāo)（見表1）。

表1 4 種聚合物基本參數(shù)指標(biāo)

1.3 實(shí)驗(yàn)方案、流程

黏濃關(guān)系測試：利用Physica MCR302 流變儀，在65℃、7.34 s-1條件下測試濃度為1 500 mg/L 的幾種聚合物溶液的表觀黏度。

耐溫耐鹽性測試：分別在50℃～75℃配制濃度為1 500 mg/L 的幾種聚合物溶液，并用流變儀測試其黏度；用礦化度為 2 000 mg/L、3 000 mg/L、4 000 mg/L、5 000 mg/L、6 000 mg/L 的模擬水配制 1 500 mg/L 的幾種聚合物并測定其黏度。

驅(qū)油效果測試：填砂管模型Φ2.5×30 cm，滲透率1 500 mD，實(shí)驗(yàn)溫度為65℃，注入速度0.5 mL/min，首先水驅(qū)含水至含水95%，轉(zhuǎn)注聚合物溶液0.5 PV，轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水98%，記錄實(shí)驗(yàn)過程中注入壓力、產(chǎn)油、產(chǎn)水等數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 KY-S與SZ1、LD2 增黏能力、抗鹽性能對比

利用 Physica MCR302 流變儀，在 65℃、7.34 s-1條件下分別用清水、油田模擬水測量了幾種聚合物的表觀黏度，結(jié)果（見表2、圖1）。用清水配制的KY-S 聚合物增黏性與LD2 聚合物相比差距不大，而SZ1 型聚合物增黏效果最好，此時(shí)該聚合物的“疏水締合”特性使得其表觀黏度較高，但所測試幾種聚合物的黏度均呈現(xiàn)較高值；采用油田模擬水配制時(shí)，KY-S 聚合物表現(xiàn)出較好的抗鹽性能，增黏性能優(yōu)勢明顯，隨著聚合物濃度增加增黏性能明顯優(yōu)于其他兩種聚合物，其在地層中流度控制能力較強(qiáng)，在高礦化度模擬水中黏度穩(wěn)定性優(yōu)勢明顯，抗鹽效果較好。

表2 65℃條件下不同聚合物的表觀黏度

圖1 不同聚合物溶液其黏度隨濃度的變化

2.2 老化穩(wěn)定性效果評價(jià)

X 油藏溫度為65℃，屬于聚合物熱穩(wěn)定性較有利的區(qū)域。將配制好的1 000 mg/L 的三種聚合物溶液放入抽完真空的安培瓶中并用熔焊裝置進(jìn)行封管，為模擬X 油藏溫度條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將封管后的樣品全部置于65℃恒溫箱中，并在不同時(shí)間段進(jìn)行黏度測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。

圖2 聚合物黏度保留率隨老化時(shí)間的變化

經(jīng)恒溫老化后，聚合物的黏度均表現(xiàn)出不同程度的降低，但不難發(fā)現(xiàn)，聚合物KY-S 的抗老化能力好于油田在用聚合物，經(jīng)90 d 老化后，KY-S 黏度保留率為37.8%，黏度保留率在58.3%～37.8%，而LD2 聚合物黏度保留率為29.1%，SZ1 聚合物黏度保留率僅為27.4%。

2.3 聚合物抗剪切性能評價(jià)

由于上述基礎(chǔ)性能測試中，SZ1 聚合物整體性能優(yōu)于LD2，因此后面的實(shí)驗(yàn)評價(jià)中主要將SZ1 與KY-S兩種聚合物進(jìn)行對比。用清水將兩種聚合物配制成1 000 mg/L 的200 mL 的溶液，用吳茵攪拌器在室溫下以3 000 r/min 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行機(jī)械剪切，并在34 s-1、10 s-1下測定溶液的黏度（見圖3）。對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，聚合物KYPAM 具有較好的抗剪切性能，在3 min 以內(nèi)短時(shí)間剪切作用下，KYPAM 的優(yōu)勢明顯，隨著剪切作用時(shí)間的延長，兩種聚合物抗剪切性能接近。

圖3 兩種聚合物抗剪切性能評價(jià)

2.4 巖心滲流阻力測試及驅(qū)油效果評價(jià)

主要對KY-S、SZ1、LD2 三種聚合物進(jìn)行了流動能力測試，結(jié)果（見表3）。SZ1 聚合物具有最大的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)，KY-S 居中，而LD2 聚合物最小，說明SZ1 聚合物的流度控制能力較好，但殘余阻力系數(shù)過大導(dǎo)致吸附滯留量增大，不利于聚驅(qū)的持久性和有效性，造成儲層的不可逆?zhèn)?。還需要從巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)來考察驅(qū)油劑的驅(qū)油性能。

表3 不同聚合物的阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)測試結(jié)果

對兩種聚合物分別進(jìn)行巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，結(jié)果（見表4）。在注入濃度為800 mg/L～1 500 mg/L 聚合物時(shí)，KY-S 聚合物溶液聚驅(qū)提高采收率高于SZ1 聚合物，但隨著濃度的增加兩種聚合物的驅(qū)油效率差距逐漸縮小，雖然SZ1 聚合物黏度較高但其驅(qū)油效率并沒有明顯增高，反而抗鹽聚合物KY-S 黏度相對較低卻有著較高的驅(qū)油效率，顯然單從聚合物黏度進(jìn)行解釋并不充分，為了進(jìn)一步解釋其原因，下面對兩種聚合物的儲能模量進(jìn)行對比，SZ1 和KY-S 兩種聚合物的測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4）。

表4 KY-S 與SZ1 聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 SZ1、KY-S 聚合物儲能模量測試結(jié)果

儲能模量的測試結(jié)果表明，SZ1 聚合物在低剪切頻率下的彈性性能好于KY-S 聚合物，而當(dāng)剪切頻率增大時(shí)KY-S 聚合物的彈性性能更優(yōu)，這也解釋了為何SZ1 聚合物雖黏度較高但驅(qū)油效果卻不如KY-S 聚合物，聚合物驅(qū)油效率是其增黏性能和彈性性能綜合作用的結(jié)果。

通過一系列實(shí)驗(yàn)測試不難發(fā)現(xiàn)，SZ1 聚合物在聚合物濃度較高時(shí)其增黏性明顯優(yōu)于KY-S 聚合物。但KY-S 聚合物在長期穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較好，在模擬高溫高鹽條件下進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)時(shí)，具有較高黏彈性的SZ1聚合物的驅(qū)油效果不如KY-S 聚合物理想。足以說明該新型抗鹽聚合物在高溫高鹽情況下，能夠表現(xiàn)出較好的增黏性及熱穩(wěn)定性，發(fā)揮聚合物的黏彈效應(yīng)提高采收率，具備作為新型高效驅(qū)油劑的潛力。因此本次對比評價(jià)實(shí)驗(yàn)為海上油田注聚體系的篩選提供更豐富的選擇，為渤海油田化學(xué)驅(qū)技術(shù)的實(shí)施提供更廣闊的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

（1）在模擬X 油田高溫高鹽條件下，新型聚合物KY-S 比現(xiàn)場在用SZ1 聚合物具有更好的黏度穩(wěn)定性及耐溫性能；經(jīng)90 d 老化后，KY-S 黏度保留率為37.8%，而LD2 聚合物黏度保留率為29.1%，其次為SZ1 聚合物；

（2）掃描電鏡檢測結(jié)果表明新型聚合物分子在水溶液中伸展性好，具備良好抗鹽性能，兩種聚合物的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)表明新型聚合物的驅(qū)油效果較好，各個(gè)濃度下的采收率平均高于SZ1 聚合物2%左右。