等成本下聚合物及凝膠驅(qū)油效果*

葛紅江，張宏峰，程 靜，楊衛(wèi)華

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司大港油田分公司，天津 濱海 300280）

0 前言

我國(guó)化學(xué)驅(qū)產(chǎn)油量占三次采油增采量的一半以上［1］，其中應(yīng)用規(guī)模較大的是聚合物驅(qū)和凝膠驅(qū)［2-3］。聚合物驅(qū)油體系為超高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液（有時(shí)會(huì)加入穩(wěn)定劑和殺菌劑），注入地層后始終以真溶液形式存在；凝膠驅(qū)油體系的主要組分為超高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物和交聯(lián)劑（有時(shí)會(huì)加入穩(wěn)定劑）［3-4］，初期是真溶液，2數(shù) 3 d后成為不溶于水的凝膠。根據(jù)目前聚合物和交聯(lián)劑市價(jià)計(jì)算，等體積的凝膠驅(qū)油體系成本約是聚合物驅(qū)油體系的1.8倍左右。

對(duì)于中國(guó)陸上中東部地區(qū)主力油藏，從滲透率、溫度、礦化度等因素考慮，能實(shí)施聚合物驅(qū)的油藏基本都可以實(shí)施凝膠驅(qū)，反之不然［5-6］。有研究認(rèn)為，凝膠驅(qū)可以作為聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率的手段［4］。以往的研究多數(shù)從油藏和提高采收率的角度來(lái)優(yōu)選聚合物驅(qū)或凝膠驅(qū)。如何在等成本條件下選擇這兩種驅(qū)油體系或是兩者組合的研究相對(duì)較少。

等體積的聚合物驅(qū)和凝膠驅(qū)的注入施工費(fèi)用基本接近，因此兩者的成本差異主要是藥劑成本差異；在當(dāng)前低油價(jià)的情況下，優(yōu)選性價(jià)比高的驅(qū)油體系對(duì)降低化學(xué)驅(qū)成本具有重要意義。本文旨在通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)在相同藥劑成本下聚合物、凝膠及二者組合的驅(qū)油效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

部分水解聚丙烯酰胺（下文簡(jiǎn)稱HPAM），工業(yè)品，相對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量為2400萬(wàn)，水解度為25%，大港油田濱港公司；酚醛樹脂交聯(lián)劑（下文簡(jiǎn)稱交聯(lián)劑），工業(yè)品，大港油田濱港公司。實(shí)驗(yàn)用水為大港油田港西地層水，礦化度6726 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：K++Na+1900，Mg2+18，Ca2+35，Cl-1162，SO42-12，HCO3-3224。實(shí)驗(yàn)用油為液體石蠟，黏度32.5 mPa·s（50℃）。

DV-Ⅱ型布氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國(guó)Brookfield公司；恒溫養(yǎng)護(hù)箱UFE500，德國(guó)Memmert公司；填砂管巖心驅(qū)替裝置，包括填砂管（φ50×500 mm）、平流泵、驅(qū)油體系中間容器、壓力傳感器等，東營(yíng)石油大學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流程圖見圖1?；緦?shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）用3根并聯(lián)的填砂巖心管模擬油藏，填砂管充填不同粒徑的石英砂，真空飽和純水，稱量飽和水前后填砂管的質(zhì)量，計(jì)算孔隙度和PV體積，測(cè)定水相滲透率KW，然后采用液體石蠟進(jìn)行飽和油；

（2）配制驅(qū)油體系，裝入中間容器，連接好驅(qū)替裝置；

（3）用地層水驅(qū)至含水95%時(shí)，測(cè)水驅(qū)采收率（即為化學(xué)驅(qū)前采收率）；

（4）注入驅(qū)油體系，如不同濃度聚合物或凝膠，候凝2 d（如果需要）；

（5）繼續(xù)用地層水驅(qū)替一定體積，計(jì)算化學(xué)驅(qū)后水驅(qū)采收率和采收率增幅。

1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）分別將3 根并聯(lián)的填砂管滲透率設(shè)計(jì)成較均質(zhì)油藏和非均質(zhì)油藏兩種類型。對(duì)于較均質(zhì)油藏，每組實(shí)驗(yàn)3 根填砂管滲透率之比大致為1∶2∶3，滲透率變異系數(shù)為0.385數(shù)0.437；對(duì)于非均質(zhì)油藏，每組實(shí)驗(yàn)3根填砂管滲透率之比大約為1∶3∶9，滲透率變異系數(shù)為0.723數(shù)0.909。

（2）等成本基準(zhǔn)設(shè)計(jì)為0.2%的聚合物溶液，注入量1.0 PV（三根填砂管的孔隙體積總和）。以此為基準(zhǔn)，可以設(shè)計(jì)不同的驅(qū)替體積，但不同體系總藥劑成本必須和此基準(zhǔn)相同。例如由0.2%聚合物+0.2%交聯(lián)劑組成凝膠體系，凝膠體系所用聚合物與聚合物溶液體系相同，凝膠體系由于需要加入交聯(lián)劑，因此單位體積成本是同濃度聚合物溶液的1.8倍，則0.2%聚合物溶液注入量為1.0 PV對(duì)應(yīng)凝膠體系總注入量為0.556 PV。

（3）化學(xué)驅(qū)后續(xù)水驅(qū)水量依據(jù)化學(xué)驅(qū)液量而改變。確保每組實(shí)驗(yàn)注入液體總量（前期水驅(qū)水量+化學(xué)驅(qū)液量+后續(xù)水驅(qū)水量）相同，注入全部液體總量均為4.0 PV。

（4）實(shí)驗(yàn)溫度為50℃，為了消除注入速率的影響，所有實(shí)驗(yàn)注入速率均為0.04 PV/h。

1.4 驅(qū)油體系設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)2 種常見的聚合物和凝膠驅(qū)體系，體系編號(hào)分別為：①0.1%聚合物溶液；②0.2%聚合物溶液；③0.2%凝膠（0.2%聚合物+0.2%交聯(lián)劑）；④0.4%凝膠（0.4%聚合物+0.4%交聯(lián)劑）；⑤0.2%凝膠+0.2%聚合物溶液；⑥0.4%凝膠+0.2%聚合物溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 等成本下不同濃度聚合物體系的驅(qū)油效果

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

等成本下不同驅(qū)油體系的驅(qū)油效果見表1。對(duì)于較均質(zhì)油藏，在聚合物用量不變的前提下，低濃度和高濃度聚合物驅(qū)提高采收率幅度（化學(xué)驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)后采收率減去化學(xué)驅(qū)前采收率，下文簡(jiǎn)稱采收率增幅）接近（實(shí)驗(yàn)H1、H2）。對(duì)于非均質(zhì)油藏，高濃度聚合物驅(qū)采收率增幅較大（實(shí)驗(yàn)N1、N2）。其原因是高濃度聚合物改善了非均質(zhì)性，降低了含水，提高了采收率。而低濃度聚合物驅(qū)改善非均質(zhì)性、降低含水的作用相對(duì)較弱。由此可以推斷：對(duì)于非均質(zhì)油藏，變濃度聚合物組合驅(qū)采收率增幅會(huì)大于等成本單一濃度聚合物驅(qū)。之前的研究也證實(shí)了這一推論［8-10］，本文不再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

表1 等成本不同體系驅(qū)油效果

2.2 等成本下不同濃度凝膠體系的驅(qū)油效果

對(duì)于較均質(zhì)油藏，聚合物和交聯(lián)劑用量相同時(shí)，低濃度凝膠驅(qū)采收率增幅比高濃度凝膠驅(qū)高（實(shí)驗(yàn)H3、H4），其原因是低濃度凝膠雖然調(diào)整剖面的能力比高濃度凝膠的弱，但低濃度凝膠的體積比高濃度凝膠的大，有利于提高采收率。

對(duì)于非均質(zhì)油藏，高濃度凝膠驅(qū)采收率增幅較大（實(shí)驗(yàn)N3、N4）略大。其原因是高濃度凝膠可明顯改善巖心的非均質(zhì)性，降低含水，提高采收率。而低濃度凝膠和聚合物驅(qū)類似，改善非均質(zhì)性、降低了含水的作用相對(duì)較弱。

2.3 等成本聚合物驅(qū)和凝膠驅(qū)采收率增幅比較

對(duì)于較均質(zhì)油藏，等成本下凝膠驅(qū)最大采收率增幅和聚合物驅(qū)基本相同（實(shí)驗(yàn)H2，H3）。但凝膠在油藏中的長(zhǎng)期黏度明顯高于聚合物溶液（見圖2）。因此對(duì)于中高溫油藏建議優(yōu)先選擇凝膠驅(qū)。但單純高濃度凝膠驅(qū)的采收率增幅差異略小，這是由于高濃度造成凝膠體積量變小。

對(duì)于非均質(zhì)油藏，凝膠驅(qū)最大采收率增幅明顯大于聚合物驅(qū)（實(shí)驗(yàn)N2，N4）。其原因是凝膠明顯改善了巖心的非均質(zhì)性，降低了含水，提高了采收率。而聚合物改善非均質(zhì)性、降低含水的作用相對(duì)較弱。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間聚合物和凝膠黏度變化

2.4 等成本不同聚合物-凝膠驅(qū)組合驅(qū)采收率增幅比較

對(duì)于較均質(zhì)油藏，等成本下，凝膠驅(qū)和聚合物驅(qū)組合（實(shí)驗(yàn)H5、H6）采收率增幅和單一的聚合物驅(qū)、凝膠驅(qū)基本相同。其原因是凝膠雖然能夠調(diào)整非均質(zhì)性，但相對(duì)體積小，總體采收率增幅差異較小。

對(duì)于非均質(zhì)油藏，凝膠驅(qū)和聚合物驅(qū)組合（實(shí)驗(yàn)N6）驅(qū)采收率增幅最大，凝膠驅(qū)和聚合物驅(qū)的優(yōu)勢(shì)都得到了發(fā)揮。因此對(duì)于非均質(zhì)油藏，可以采用聚合物、凝膠交替注入的方式來(lái)進(jìn)一步提高采收率，其中交替注入的頻次越多，采收率增幅越大。注頻次入、各段塞體積見表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。雖然每次注入的聚合物溶液總體積和凝膠總體積都是0.5 PV，但交替注入的頻次越高，采收率增幅越大。當(dāng)交替注入頻次達(dá)到4 次以上時(shí)，采收率增幅度變緩。

表2 不同頻次交替注入各段塞體積（單位：PV）

圖3 不同頻次交替注入采收率增幅

3 結(jié)論

采用三聯(lián)填砂巖心管模擬了較均質(zhì)油藏（滲透率比約為1∶2∶3，滲透率變異系數(shù)0.385數(shù) 0.437）和非均質(zhì)油藏（滲透率之比大約為1∶3∶9，滲透率變異系數(shù)0.723數(shù)0.909）等成本條件下聚合物驅(qū)、凝膠驅(qū)以及二者組合的驅(qū)油效果。對(duì)于較均質(zhì)油藏，相同藥劑成本的低濃度聚合物驅(qū)、高濃度聚合物驅(qū)、低濃度凝膠驅(qū)、及聚合物-凝膠組合驅(qū)采收率增幅差異不明顯。單純高濃度凝膠驅(qū)的采收率增幅略小。對(duì)于非均質(zhì)油藏，等成本凝膠驅(qū)及凝膠-聚合物組合驅(qū)采收率增幅明顯大于單純的聚合物驅(qū)，其中凝膠-聚合物組合驅(qū)采收率增幅最大。凝膠-聚合物交替驅(qū)注入次數(shù)對(duì)采收率增幅有顯著影響，其中凝膠-聚合物交替驅(qū)4次交替注入采收率增幅最明顯。