聚表劑驅提高采收率機理實驗
——以大慶長垣油田為例

于倩男，劉義坤，梁爽，譚帥，孫智，于洋

（1.廣東石油化工學院機電工程學院，廣東茂名 525000；2.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶 163318；3.四川大學化學工程學院，成都 610065；4.中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江大慶 163002）

0 引言

老油田剩余儲量相當可觀，可預見的未來一段時間內(nèi)老油田仍將是石油開發(fā)的主力[1]?；瘜W驅已經(jīng)成為老油田挖潛的常用技術手段，并取得了良好的開發(fā)效果[2]。目前老油田化學驅藥劑種類繁多，單一功能化學劑的應用仍存在不同程度的弊端，適用性受限；復合化學驅體系中多種化學劑復合應用的協(xié)同效應作用發(fā)揮困難[3]，兼具聚合物和表面活性劑優(yōu)良特性的聚表劑可滿足老油田提高采收率的需求[4]。

聚表劑的藥劑開發(fā)、室內(nèi)研究及礦場應用已有10余年，以往的實驗研究側重于聚表劑的性能與應用效果的評價，聚表劑的黏度特性和驅油效果得到廣泛測試，在聚表劑的物理化學性質、流動特征和提高采收率效果等方面取得了一些基礎認識[5-6]，但提高采收率機理方面的研究并不完善，有待更為深入、系統(tǒng)地研究。

本文以大慶長垣油田適用的新型聚表劑為例，以物理化學和油藏工程理論為指導，利用檢測分析和現(xiàn)代物理模擬技術手段，開展聚表劑驅提高采收率機理實驗，探索聚表劑驅的基礎理論，為老油田提高采收率提供技術支持。

1 聚表劑的性質和特征

聚表劑的性質和特征是聚表劑驅提高采收率的主控因素，明確聚表劑的性質，分析聚表劑與其他化學劑的差異，是確定聚表劑驅提高采收率機理的前提。

1.1 聚表劑的分子組成與結構

聚表劑是以丙烯酰胺、丙烯酸鈉碳氫鏈為骨架，引入樹枝狀疏水單體、烷基磺酸鹽表面活性劑單元、非離子型活性硫化物單元、陽離子型Gemini表面活性劑單元和陽離子型季胺鹽表面活性劑單元等活性功能基團（見圖1），利用多種活性功能基團多元接枝共聚形成多功能活性聚合物。大慶長垣油田適用的新型聚表劑針對該油田的儲集層和流體性質研發(fā)、改進而來，與其他聚表劑相比，其相對分子質量大小、活性功能基團的類型、位置及數(shù)量存在較大差別。

紅外光譜可表征有機分子骨架結構和特征官能團，大慶長垣油田適用的新型聚表劑的紅外光譜圖（見圖2）中同時出現(xiàn)了磺酸鹽、醚鍵、甲基和亞甲基的特征吸收峰，親水基團與親油基團同時存在表明聚表劑具有兩親結構。紅外光譜中存在聚合單體殘留引起的烯烴雙鍵特征吸收峰，可知聚表劑生成過程中存在聚合效應。

圖1 聚表劑分子結構示意圖（R表示—OR、—NHR、—RSH、—(EO)n(PO)mR、—RSO3Na或相應的活性功能基團）

圖2 聚表劑紅外光譜圖

1.2 聚表劑的基礎物理化學性質

大慶長垣油田適用的新型聚表劑物理化學性質檢測結果（見表1）表明聚表劑溶解性能好，溶解速度快，聚表劑的初期水解速度很快，一定水解程度后水解速度變緩，反應速度下降，平衡時水解度為21.5%。聚表劑溶液黏度水平較高，質量濃度800 mg/L的聚表劑溶液穩(wěn)定后黏度大于等于42.3 mPa·s。

表1 聚表劑基礎物理化學性質表

1.3 聚表劑與其他化學劑的特性差異

聚表劑是一種多功能活性聚合物，結構差異使聚表劑的性能與普通聚合物存在很大不同。引入的活性功能基團使聚表劑兼具聚合物和表面活性劑特性，但聚表劑與聚合物-表面活性劑二元復合體系差異巨大。

開展室內(nèi)實驗測試聚表劑、普通聚合物和聚合物-表面活性劑二元復合體系（簡稱“二元體系”）的性質差異，實驗藥劑中大慶長垣油田適用的新型聚表劑的相對分子質量為1 250×104；普通聚合物選用聚合物驅中常用的部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質量1 300×104；二元體系中聚合物同樣選用相對分子質量為1 300×104的部分水解聚丙烯酰胺，表面活性劑選用重烷基苯石油磺酸鹽，質量分數(shù)為0.3%；實驗用油由脫氣原油與煤油按比例（通常為1∶3至1∶9）混合而成，地層溫度條件下黏度為 9.8 mPa·s；實驗用水礦化度為3 700 mg/L，離子組成參照大慶長垣油田（典型特高含水老油田區(qū)塊）注入水。測試設備主要包括 Hitachi S-3400N掃描電鏡、Brookhaven BI-200SM廣角動/靜態(tài)激光散射儀、Brookfield DV-II+PRO布氏黏度計、HJ-6型多頭磁力攪拌器及恒溫箱、電子天平、燒杯和試管等。滲流及驅替實驗裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。

1.3.1 分子聚集特征

掃描電鏡圖（見圖3）表明普通聚合物、二元體系和聚表劑的分子聚集形態(tài)具有較大差異。

圖3 不同化學劑分子聚集形態(tài)掃描電鏡圖

①普通聚合物分子呈現(xiàn)長鏈結構，長鏈互相纏結形成無規(guī)則的空間立體網(wǎng)狀結構。強靜電斥力使分子鏈舒展，形成網(wǎng)狀結構的主干與分支。聚合物分子鏈分布較均勻，分子線團尺寸為0.06～1.30 μm。②二元體系中表面活性劑的離子壓縮聚合物分子線團使得空間骨架稀疏，同時分子間熱運動加劇增大分子流體力學直徑，復合體系線團分子的線團尺寸為 0.06～3.50 μm。③聚表劑分子比普通聚合物分子鏈更為粗壯，分子間的締合、交聯(lián)作用強，以小聚集體聚合方式存在，因此聚表劑分子聚集體呈區(qū)域性網(wǎng)狀聚集態(tài)。聚表劑分子鏈分布范圍較廣，分子線團尺寸為1.7～5.7 μm。

采用美國Brookhaven BI-200SM型廣角動/靜態(tài)激光散射儀系統(tǒng)測試并比較聚合物、二元體系和聚表劑的分子線團尺寸（Dh值）。相同質量濃度的3種化學劑的測試結果（見圖4）表明，聚表劑Dh值最大，分布最分散；其次為二元體系；聚合物Dh值最小并與二元體系相近，但遠小于聚表劑，分布最為集中。聚表劑溶液中同時發(fā)生大范圍的分子內(nèi)和分子間交聯(lián)反應，分子聚集使得分子線團尺寸最大。

1.3.2 黏度性能

與普通聚合物和二元體系相比，聚表劑具有更強的增黏作用（見圖5）。相同質量濃度條件下聚表劑黏度最大，由于表面活性劑基團的存在，聚表劑中形成的支化、交聯(lián)分子結構使得黏度增大；聚合物的黏度最??；二元體系黏度稍大于聚合物黏度，表面活性劑的存在使二元體系中開始產(chǎn)生膠束，形成聚合物-表面活性劑絡合物，使分子流體力學體積增大，黏度小幅度增加。另外，3種化學劑的黏度均隨濃度的增加而增大，濃度升高時，聚表劑黏度的增幅最大，其次是二元體系，普通聚合物的黏度增幅最小。

圖4 化學劑Dh分布曲線

圖5 化學劑質量濃度-黏度曲線

剪切速率對黏度的影響測試表明（見圖6），3種化學劑在最初很小的剪切速率范圍內(nèi)（0.1 s-1以內(nèi)），黏度隨剪切速率增加而增大，超過該范圍后，黏度隨剪切速率增加而減小。由于剪切過程中體系形成的粒子簇較大且空間網(wǎng)絡結構穩(wěn)定性差，聚表劑剪切增稠和剪切變稀的現(xiàn)象都更明顯。

圖6 化學劑黏度與剪切速率的關系

1.3.3 流動能力

利用相同滲透率的巖心和相同濃度的 3種化學劑溶液開展驅替實驗，實驗中巖心采用石英砂環(huán)氧樹脂膠結人造長方體巖心，尺寸為45 mm×45 mm×300 mm，氣測滲透率為 1 000×10-3μm2，化學劑質量濃度為1 000 mg/L。建立如圖7所示的傳輸運移能力實驗模型，在恒定0.3 mL/min注入速度條件下，測量巖心入口端、三等分處和出口端的壓力，比較驅替結束時巖心不同部位的壓差變化，進而評價傳輸能力。

圖7 傳輸運移能力實驗模型

測試結果（見表2）表明，普通聚合物溶液驅替巖心的前、中、后部分壓差較小，其傳輸運移能力較強，巖心中僅有少量聚合物溶液均勻滯留。聚表劑分子線團尺寸大，巖心各部位壓差差異較大，前1/3部分的壓降遠大于其他部分，相應的滯留量最大，甚至可能存在巖心注入端面堵塞狀況，表明聚表劑傳輸和運移能力較差。二元體系巖心前部及中部壓差小于聚表劑且大于普通聚合物，傳輸能力介于兩者之間。

表2 測壓點壓差測試數(shù)據(jù)

普通聚合物溶液中分子鏈柔性較強，后續(xù)水驅時被孔隙喉道捕集的分子很多可以被采出，流動阻力減小，因此普通聚合物溶液阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)最?。ㄒ姳?）。聚表劑分子聚集體過大，實驗中甚至會出現(xiàn)巖心端面堵塞的情況，導致注入壓力較高，因此聚表劑溶液阻力系數(shù)最大。二元體系的流動阻力略大普通聚合物且遠小于聚表劑，流動性能位于二者之間。

表3 阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)測試結果

2 聚表劑驅提高洗油效率機理

聚表劑是兼?zhèn)渚酆衔锖捅砻婊钚詣┕δ艿膯我换瘜W劑，可以在較低相對分子質量、較低濃度水溶液中實現(xiàn)黏度與活性的結合，發(fā)揮黏彈特性的積極作用，同時改善界面化學性質，進而提高洗油效率。

2.1 增黏特性及黏彈性的積極作用

聚表劑溶液具有較好的增黏性，聚表劑與油的界面黏度遠大于水與油的界面黏度，聚表劑與油的剪切應力大于水與油的剪切應力，此時剪切運動方向上產(chǎn)生的對油膜的拉力使得聚表劑溶液具有攜帶油的能力[7]。具有黏彈性的聚表劑溶液流經(jīng)多孔介質時產(chǎn)生一種垂直于驅替方向的法向應力，此時黏彈性聚表劑溶液具有拉動后面和側面的油流動的能力[8-9]。聚表劑的攜帶和拉動油的2種能力協(xié)同作用（見圖8），可使原本無法啟動的殘余油重新啟動，這是聚表劑驅提高洗油效率的機理之一。

圖8 增黏特性及黏彈性的作用示意圖

采用大慶長垣油田適用的新型聚表劑及與聚表劑性質和特征測試中相同的測試設備，開展聚表劑的黏彈性測試。

2.1.1 增黏性能

黏度及黏度穩(wěn)定性、抗剪切性、抗鹽性測試結果表明，聚表劑具備較好的增黏性能與黏度保持性能。聚表劑溶液動態(tài)黏度測試結果（見圖9）表明聚表劑增黏性能強，聚表劑溶液動態(tài)黏度較高。聚表劑分子間自交聯(lián)能力強，易形成相對獨立的分子聚集體，致使聚表劑溶液表觀黏度波動較大，且波動具有規(guī)律性。

圖9 聚表劑溶液動態(tài)黏度變化曲線

由于聚表劑合成過程中引入了易氧化基團，通過自身氧化有效分解過氧化物，聚表劑具有較強的抗氧化能力。穩(wěn)定性測試結果（見圖10）表明，100 d后聚表劑溶液黏度與初始黏度相比變化較小。

圖10 聚表劑溶液黏度穩(wěn)定性曲線

地層水中礦物質對化學劑分子產(chǎn)生影響，礦化度增大，化學劑分子間斥力減弱，分子鏈伸展程度降低，分子鏈變卷曲，溶液黏度降低。測試表明（見圖11），測試礦化度達到10 000 mg/L時，聚表劑體系黏度保留率仍高于75%，因此聚表劑有一定的抗鹽能力。

圖11 聚表劑溶液黏度與礦化度關系曲線

測試并對比聚表劑溶液剪切前與剪切后放置90 d的黏度保留率（見圖12），因聚表劑分子間作用力強，剪切前、后聚表劑體系的黏度保留率皆大于100%，說明剪切后體系仍具有黏度恢復能力。

2.1.2 黏彈性性能

穩(wěn)態(tài)剪切實驗和動態(tài)力學實驗測試結果表明，聚表劑溶液具備較好的黏彈性能與變形能力。由穩(wěn)態(tài)剪切實驗結果（見圖6）可知，剪切速率小于0.1 s-1時，聚表劑黏度隨剪切速率的增加而增加；剪切速率大于0.1 s-1時，聚表劑黏度隨剪切速率的增加而降低。

圖12 聚表劑溶液剪切前、后黏度隨時間變化曲線

動態(tài)力學實驗結果（見圖13）表明，小振幅振蕩剪切條件下，聚表劑體系耗能模量和儲能模量隨角速度增加而上升。耗能模量表示流體變形過程中能量的消耗，體現(xiàn)了流體的黏性特性；儲能模量表示流體形變過程中能量的儲存，體現(xiàn)了流體的彈性特性。角速度較低時耗能模量大于儲能模量，聚表劑溶液的黏性效應大于彈性效應，聚表劑溶液以黏性流動為主；角速度大于一定值后，儲能模量大于耗能模量，此時聚表劑溶液以彈性流動為主。

圖13 聚表劑溶液模量與角速度關系曲線

具有第一法向應力差是黏彈性流體的主要特征。第一法向應力差隨剪切速率變化趨勢可以反映驅替液彈性的大小。隨著剪切速率的增加，聚表劑溶液第一法向應力差呈近似線性上升（見圖14），聚表劑溶液黏彈性大幅增強。

2.2 界面化學性質的改善

驅替過程中的界面化學性質是指驅替相和被驅替相界面體系的物理化學特征，界面化學性質的變化將影響驅替的物理化學過程及規(guī)律，聚表劑能改善油水界面化學性質，進而提高微觀洗油效率。采用大慶長垣油田適用的新型聚表劑及 TX550A型旋滴法界面張力儀和OCA20視頻光學接觸角測量儀等實驗儀器，開展界面張力和潤濕性等測試實驗。

圖14 聚表劑溶液第一法向應力差與剪切速率關系曲線

2.2.1 界面張力降低

聚表劑中不同親性基團趨向溶于相近極性溶液，油水兩相界面上溶液極性差減小，兩相性質差異減小，表面能降低，界面張力降低，吸附在儲集層巖石表面的原油更易溶解于驅替相中，進而提高洗油效率[10]。

聚表劑溶液界面張力測試結果（見圖15）表明，隨著聚表劑質量濃度的增加，聚表劑驅模擬采出液的油水界面張力先快速降低，隨后降速變小。但高濃度的聚表劑溶液仍難以達到超低界面張力水平，因此降低界面張力并非聚表劑驅大幅提高采收率的主要機理。

圖15 聚表劑溶液界面張力與質量濃度關系

2.2.2 原油乳化作用

聚表劑驅過程中，聚表劑分子在油水界面定向吸附，界面張力降低使得原油在水中更易分散，流體在剪切作用下，與聚表劑動態(tài)接觸的被拉長變形的殘余油形成穩(wěn)定的水包油乳狀液[11]。乳化過程中的溶解現(xiàn)象具有增溶作用（見圖16）。聚表劑改變原來油/水界面膜性質，并形成聚表劑/油界面膜，界面膜的彈性增大，殘余油在孔隙壁上的附著力減弱，利于殘余油的變形、脫落和乳化。同時界面膜降低了殘余油重新附著的可能，使得乳液具有一定的穩(wěn)定性。在非超低界面張力下，聚表劑的乳化性能是提高洗油效率的重要特性。以往化學驅大都追求超低界面張力以大幅度提高采收率，乳化作用對提高采收率的影響未得到足夠重視。

圖16 聚表劑乳化增溶作用示意圖

將聚表劑溶液與原油置于45 ℃恒溫箱3 h，再用預熱并恒溫 45 ℃處理后的均化儀專用杯稱取體積比為1∶1的聚表劑溶液和原油，將混合液體用均化儀均化，高速攪拌下原油可被完全乳化。制備均一乳狀液體系，靜置一段時間后觀察油水界面變化及乳狀液是否有水析出，利用開始析水的時間及析水率分析聚表劑的原油乳化能力，開始析水時間越大，析水率越小，則乳狀液穩(wěn)定性越高，表明聚表劑的乳化能力越強。測試結果（見圖17）表明，開始析水時間為48 h左右，穩(wěn)定約 6 d后仍能維持乳化狀態(tài)，最終最大析水率為63%，表現(xiàn)出較好的乳化能力。

圖17 乳狀液析水率隨時間的變化規(guī)律

2.2.3 潤濕性向親水方向轉變

儲集層巖石潤濕性影響毛管壓力和相對滲透率，潤濕性向親水轉變，毛管壓力減小，甚至轉向驅替方向，驅替阻力減?。ㄒ妶D18）。潤濕性向親水轉變，原油與巖石表面接觸角減小，黏附力降低，油水相對滲透率向有利于油流動方向改變。

聚表劑驅后潤濕角有所降低，降低幅度隨濃度增大而增加，潤濕性有向親水方向轉化的趨勢（見圖19）。表面活性劑單元的引入使得聚表劑吸附在油藏巖石表面，潤濕性由親油性向親水方向轉變，甚至變?yōu)樗疂?。非超低界面張力條件下，聚表劑使儲集層巖石潤濕性向親水方向轉變對提高洗油效率具有一定的作用[12]。

圖18 潤濕性向親水方向轉變示意圖

圖19 不同質量濃度聚表劑溶液驅替前后潤濕角

3 聚表劑驅擴大波及體積性能評價

聚表劑優(yōu)良的擴大波及體積性能是聚表劑驅提高采收率重要機理。首先測試聚表劑的流度控制性能，分析聚表劑流度控制作用擴大微觀波及體積的機理；然后微觀上利用蝕刻模型開展微觀模擬實驗，觀察聚表劑驅擴大波及體積現(xiàn)象。另外從宏觀上分析聚表劑乳化封堵進而擴大波及體積的模式，開展聚表劑封堵效果實驗，評價聚表劑驅擴大波及體積性能。

3.1 聚表劑的流度控制作用

流度控制指化學驅中控制驅替體系流度接近于或小于被驅替流體流度，是所有通過提高驅替體系黏度化學驅提高采收率的基本原理。

3.1.1 流度控制作用擴大波及體積機理

聚表劑的動態(tài)增黏作用使得驅替相黏度增加，流動阻力增大，驅替相流度減?。煌瑫r聚表劑驅對油的黏度幾乎無影響，油相滲透率增加，油相流度則相應增大；因此流度比減小，進而擴大波及體積[13]。

利用阻力系數(shù)進一步評價化學劑的流度控制作用，在含油孔隙中油、水黏度變化不大的前提下，阻力系數(shù)越大則流度控制作用越強。不同滲透率級別巖心測試結果（見表4）表明阻力系數(shù)隨聚表劑濃度升高而增加，因此高濃度聚表劑溶液具有更強的流度控制能力。濃度升高，聚表劑溶液黏度增大，驅替相流動能力降低，流動速度減緩，流度控制作用明顯。滲透率小的巖心對聚表劑的機械捕集作用更強，則阻力系數(shù)更大。

表4 聚表劑溶液阻力系數(shù)測試結果

3.1.2 流度控制作用對采收率的貢獻率

聚表劑兼具增黏特性和表面活性，增黏特性帶來的流度控制作用可增大波及系數(shù)，表面活性可提高洗油能力進而提高洗油效率，二者對聚表劑驅提高采收率皆有所貢獻。

選用與聚表劑黏度相等的有機鉻交聯(lián)聚合物開展驅油實驗，分析聚表劑驅中流度控制和洗油能力對提高采收率的影響。實驗采用石英砂環(huán)氧樹脂膠結人造巖心，尺寸為300 mm×45 mm×45 mm，氣測滲透率為200×10-3μm2；模擬溫度為 45 ℃，地層水礦化度為3 700 mg/L；實驗用油為脫水原油與煤油混合的模擬油，黏度為9.8 mPa·s。

兩種化學劑黏度相似，流度控制能力近似相同，則可認為采收率的差異由洗油能力貢獻差異造成。將有機鉻交聯(lián)聚合物驅替的采收率增幅與聚表劑驅的采收率增幅的比值定義為聚表劑驅流度控制對采收率的貢獻率，流度控制對采收率的貢獻率計算結果見表5。

結果表明，水驅采收率平均為23.67%，隨有機鉻交聯(lián)聚合物和聚表劑溶液的黏度增大，流度控制作用增強，波及系數(shù)變大，采收率大幅度增加。流度控制作用對采收率的貢獻率大于76%，聚表劑驅中流度控制作用對采收率貢獻率要遠大于洗油能力的貢獻率，且流度控制作用貢獻率隨黏度增大進一步提高。

表5 聚表劑溶液流度控制提高采收率貢獻率測試結果

3.2 擴大波及體積現(xiàn)象的微觀模擬

微觀上，流度控制能力使聚表劑可驅替水驅無法波及的含油孔隙內(nèi)的殘余油。為直觀地認識聚表劑驅擴大波及體積現(xiàn)象，開展微觀蝕刻模型聚表劑驅油實驗，利用顯微鏡觀察并記錄驅替過程，定性比較并定量分析剩余油的微觀分布規(guī)律及聚表劑驅的波及狀況。

利用光學刻鍍方法復制大慶長垣油田天然巖心鑄體薄片上的孔隙網(wǎng)絡結構，經(jīng)制版、涂膠、成像、刻蝕及燒結工藝流程，制備微觀蝕刻模型。模型為五點法井網(wǎng)的1/4注采單元，對角線處打孔作為注采井點。模型平面有效尺寸為 45 mm×45 mm，孔隙直徑0.1～100.0 μm。

實驗步驟：微觀蝕刻模型抽真空后飽和地層水，之后通過微量泵飽和模擬油；利用恒壓恒速泵水驅油至含水率100%，形成水驅殘余油；室溫下用聚表劑溶液驅替殘余油，之后開展后續(xù)水驅，直至沒有油采出為止。用顯微鏡和高速攝像機記錄驅替過程，并比較油水分布狀況。

微觀模型中油水分布狀況（見圖20）表明，水驅后一定比例的油被驅出，但非主流線區(qū)域仍然滯留有大量水驅無法啟動的殘余油，尤其邊角處殘余油富集（見圖20b紅色箭頭所指處）。聚表劑驅后模型內(nèi)部邊角處殘余油大幅度減少（見圖20c紅圈位置），表明聚表劑能進入水驅無法波及的含油孔隙內(nèi)，啟動區(qū)域內(nèi)的殘余油并攜帶采出。后續(xù)水驅后模型整體的油水分布狀況幾無改變（見圖20d），可見后續(xù)水驅采油效果甚微。

圖20 不同驅替階段的油水分布狀況

將微觀蝕刻模型平面劃分網(wǎng)格，計算波及面積比例（見表6），水驅后模型整體波及面積比例為22.3%，注入聚表劑后波及面積比例大幅增加至69.8%，相比水驅，聚表劑驅增加波及面積比例47.5%，后續(xù)水驅后波及面積比例為72.3%，僅增加2.5%。

表6 不同驅替劑各階段波及面積比例

3.3 乳化封堵擴大宏觀波及體積

3.3.1 乳化封堵擴大宏觀波及體積模式

聚表劑驅注入初期，聚表劑黏度較低，溶液易進入地層深部；隨著溶液在地層中的運移和時間的推移，聚表劑的自交聯(lián)特性發(fā)揮作用，聚表劑溶液黏度逐漸恢復，在驅替前緣形成黏度較高的聚表劑溶液段塞（見圖21）。同時，聚表劑的強乳化作用使得原油乳化形成高黏乳狀液，乳狀液隨注入體系推進、聚集、滯留形成大體積的乳化油富集區(qū)，進一步大幅度增加驅替前緣滲流阻力。高黏度聚表劑溶液段塞和乳化油富集區(qū)混合形成了具有封堵作用的高黏封堵條帶。

封堵條帶黏度大但整體強度不高，在后續(xù)注入水的推動下緩慢向地層深部移動，這種動態(tài)過程能更大限度地擴大波及程度，擴大注入體系的宏觀波及體積。

圖21 乳化封堵擴大宏觀波及體積模式

3.3.2 聚表劑乳化封堵效果實驗

采用不同滲透率級別巖心并聯(lián)模擬地層縱向非均質狀況，建立低滲-中滲-高滲3層巖心并聯(lián)模型（見圖22），每層采用2塊相同滲透率巖心并聯(lián)以明確同層內(nèi)動用狀況的差異。實驗巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結人造巖心，尺寸為300 mm×45 mm×45 mm，氣測滲透率分別為 100×10-3，200×10-3，1 000×10-3μm2，代表滲透率差異。

油水飽和度測量采用四電極探針，每塊巖心設置6組油水飽和度測量探針。模擬油層溫度45 ℃；地層水礦化度3 700 mg/L；實驗用油為電脫水油與煤油的混合物，黏度 9.8 mPa·s。單塊巖心抽真空飽和水后，利用模擬油驅替地層水飽和模擬油，采用恒速法開展驅替實驗，注入速度1.2 mL/min，水驅至含水100%后注入1.0倍孔隙體積聚表劑段塞，后續(xù)水驅至無油采出。

實驗結果（見圖23）表明，水驅后注聚表劑初期注入壓力突增，表明聚表劑的增黏作用使得驅替體系阻力增加。注入壓力短時間內(nèi)小幅平穩(wěn)增加后持續(xù)大幅度震蕩升高，表明了聚表劑的乳化封堵作用效果顯現(xiàn)。整個驅替過程采出程度上升同時含水下降，說明高滲層中水驅形成的優(yōu)勢通道得到封堵，中低滲層開始動用?？傋⑷肓窟_到約2.88倍孔隙體積后，聚表劑驅段塞突破采出端，壓力下降，含水上升。

圖22 高中低滲3層6塊巖心并聯(lián)模型示意圖

圖23 巖心并聯(lián)驅替實驗注采動態(tài)

利用模型預置電極測量油水飽和度，繪制不同驅替階段含油飽和度的垂向分布（見圖24）：①隨注入水量增加，高飽和度前緣逐漸推進至采出端（見圖24a），高滲層水洗狀況較好，平均飽和度低，而中低滲層飽和度較高。中低滲層靠近采出端區(qū)域含油飽和度幾乎無變化，說明該處未被波及。②注入0.1倍孔隙體積聚表劑溶液后，中滲層采出端的飽和度場發(fā)生變化，含油飽和度有所降低（見圖24b），流度控制作用下中滲層開始動用，其他區(qū)域含油飽和度變化仍較小。③注入0.3倍孔隙體積聚表劑溶液后，注入壓力開始大幅上升，同時模型整體飽和度下降（見圖24c）。中滲層采出端含油飽和度進一步下降，但仍處于高含油飽和度區(qū)域。④注入0.5倍孔隙體積聚表劑溶液后，注入壓力平穩(wěn)緩步上升，中低滲層位含油飽和度下降同時模型整體飽和度下降（見圖24d），聚表劑的提高洗油效率作用效果顯現(xiàn)。⑤注入0.7倍孔隙體積聚表劑溶液后，中滲層高含油飽和度位置不再變化，含油飽和度維持穩(wěn)定。注入壓力大幅度增加，低滲層含水飽和度開始上升（見圖24e），此時聚表劑乳化封堵作用效果顯著，中高滲透層的中部堵塞，低滲層啟動。⑥注入1.0倍孔隙體積聚表劑溶液后，低滲層含油飽和度大幅度降低，高含水區(qū)向采出端推進（見圖24f）。模型整體飽和度進一步小幅度下降。⑦后續(xù)水驅至出口端無油采出后，油水分布幾乎再無變化（見圖24g）。

圖24 不同驅替階段的含油飽和度分布狀況

4 結論

聚表劑是高含水老油田適用的新型化學驅油劑，兼具增黏能力和表面活性。基于大慶長垣油田適用的新型聚表劑的測試結果表明：聚表劑的分子聚集性能、黏度性能和流動能力等與普通聚合物、聚合物-表面活性劑二元體系存在顯著差異，聚表劑的分子線團尺寸更大，黏度及增黏性能更強，傳輸和運移能力較差。

聚表劑溶液具備較好的增黏與黏度保持性能，同時擁有黏彈性與變形能力，可發(fā)揮增黏和黏彈性積極作用；聚表劑可改善界面化學性質，降低油水界面張力，使儲集層巖石的潤濕性向親水方向轉變，同時可乳化原油形成相對穩(wěn)定的水包油乳狀液，在非超低界面張力條件下，乳化性能是提高洗油效率的重要特性。

聚表劑驅擴大波及體積提高原油采收率機理表現(xiàn)為 2個方面：微觀上，聚表劑具有流度控制作用，可進入水驅未波及的含油孔隙驅替殘余油，且流度控制作用對提高采收率的貢獻遠大于其洗油能力；宏觀上，聚表劑具備乳化封堵能力，高滲透層位中注水形成的優(yōu)勢通道被乳化封堵，注入流體轉向進入滲流阻力較小的中低滲區(qū)，擴大波及體積。

符號注釋：

Dh——分子線團尺寸，nm；l，m，n——聚表劑分子聚合度，無因次；p1——第1個3等分處壓力，MPa；p2——第2個3等分處壓力，MPa；pc1——聚表劑驅前毛管壓力，MPa；pc2——聚表劑驅后毛管壓力，MPa；pin——入口端壓力，MPa；pout——出口端壓力，MPa；Δp——驅替壓差，MPa；θ1——聚表劑驅前潤濕角，（°）；θ2——聚表劑驅后潤濕角，（°）。