聚合物性能評價及驅(qū)油效果測試

全 瑞

（大慶油田 第一采油廠 第一油礦，黑龍江 大慶 163318）

我國大部分陸上油田采用注水開發(fā)，經(jīng)過長期的開采，這些油田大都進入高含水階段，尤其是開發(fā)比較早的油田，可能已經(jīng)進入特高含水階段，地層非均質(zhì)性極其嚴重，大孔道發(fā)育較為完全[1-3]。針對這種開發(fā)現(xiàn)狀，石油科研工作者研發(fā)出各種各樣的調(diào)驅(qū)調(diào)剖劑以適應(yīng)紛繁復(fù)雜的礦場條件。

聚合物作為一種主流的調(diào)驅(qū)劑，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大油田，對我國的油田開發(fā)起到了極大的幫助，現(xiàn)階段我國已經(jīng)成為聚合物驅(qū)技術(shù)實施最成功，使用面積最大的國家[4，5]。聚合物驅(qū)的研究最早可追溯到上世紀60年代，經(jīng)過了幾十年石油工作者的研究，聚合物的性能也得到了極大地改善。如今，耐高溫、耐鹽以及抗剪切的聚合物相繼被研發(fā)出來并應(yīng)用于各大試驗區(qū)，已取得了階段性的效果。正因為聚合物在我國油田開發(fā)領(lǐng)域的重要程度，探究各類聚合物的性能及適用條件，便成為眾多石油科研人員的主要課題[6-10]。本文便是利用巖心驅(qū)替實驗，對S型聚合物的性質(zhì)進行測試，并進一步探究聚合物的驅(qū)油機理。

1 實驗部分

1.1 設(shè)備及用品

根據(jù)所研究的內(nèi)容，進行大量的專題調(diào)研，并結(jié)合實驗室自身條件，準確合理的設(shè)計本課題的室內(nèi)物理模擬實驗。實驗所需要的聚合物：S型聚合物（有效含量為88%）。實驗用水為礦化度1000、5000、10000mg·L-1的NaCl鹽水。實驗用油為D油田原油，黏度 9.5mPa·s。

實驗儀器 DV-1型布氏黏度計；E30-H型電動攪拌器；平流泵；手搖泵等。

室內(nèi)驅(qū)替實驗所選用的巖心 滲流特性實驗為10cm圓柱巖心，具體參數(shù)為：Φ2.5×10cm，氣測滲透率Kg為400mD；傳輸運移能力實驗為60cm均質(zhì)方巖心，具體參數(shù)為：60×4.5×4.5cm，氣測滲透率 Kg為400mD；驅(qū)油效果實驗為30cm非均質(zhì)方巖心，具體參數(shù)為：30×4.5×4.5cm，氣測滲透率Kg為 50/200/400mD。

1.2 實驗方案及步驟

1.2.1 聚合物滲流特性實驗

（1）聚合物濃度影響 用礦化度為5000mg·L-1的NaCl鹽水配制S型聚合物溶液（配制濃度分別為1000、1500、2000、2500mg·L-1），向 10cm 圓柱巖心注入4PV聚合物溶液，隨后立即進行后續(xù)水4PV，實驗過程中記錄注入壓力及出液量（保持實驗溫度為55℃）。

（2）地層水礦化度影響 分別用1000、5000、10000mg·L-1的NaCl鹽水配制S型聚合物溶液（配制濃度為2000mg·L-1），向10cm圓柱巖心注入4PV聚合物溶液，隨后立即進行后續(xù)水4PV，實驗過程中記錄注入壓力及出液量（保持實驗溫度為55℃）。

1.2.2 聚合物傳輸運移能力測試 用5000mg·L-1的NaCl鹽水配制S型聚合物溶液（配制濃度為2000mg·L-1），向60cm長巖心注入1PV聚合物溶液，隨后立即進行后續(xù)水1PV。實驗中分別在距離巖心1/4、2/4、3/4處設(shè)立3個測壓點，實驗過程中記錄注入壓力，3個測壓點壓力及出液量（保持實驗溫度為 55℃）。

1.2.3 聚合物驅(qū)油效果測試 根據(jù)實驗的可行性和實驗要求設(shè)計實驗方案，具體實驗方案見表1。

表1 實驗方案Tab.1 Exprimental schedule

驅(qū)油實驗步驟 （1）取人造巖心，計量干重，將巖心放入巖心夾持器并連接真空泵抽真空4h，待抽真空之后利用巖心內(nèi)真空負壓飽和實驗所用模擬水，測量巖心濕重，并計算孔隙體積。（2）連接驅(qū)替裝置，利用平流泵以恒流速度（0.3mL·min-1）將巖心飽和原油，直至巖心采出端不再出水為止，計算采出水的體積，水的體積即為巖心飽和油的體積，計算含油飽和度。（3）利用驅(qū)替裝置，以恒流速度（0.3mL·min-1）向巖心內(nèi)部驅(qū)替礦化度5000mg·L-1的模擬鹽水，模擬注水開發(fā)，記錄注入壓力以及采出液中油水體積，驅(qū)至采出液含水率98%。（4）以恒流速度（0.3mL·min-1）向巖心內(nèi)注入聚合物溶液，注入段塞按方案內(nèi)設(shè)計的段塞尺寸。（5）進行后續(xù)水驅(qū)，驅(qū)至采出液含水率達98%。

2 結(jié)果分析

2.1 聚合物滲流特性實驗

（1）聚合物濃度影響 用礦化度為5000mg·L-1的NaCl鹽水配制不同濃度的聚合物溶液，實驗結(jié)果見表2，其動態(tài)特征曲線見圖1。

表2 實驗結(jié)果Tab.2 Test results of expriment

從表2中可以看出，濃度越高，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)越大，封堵率越大，表明增加濃度雖會降低聚合物注入性能，但其封堵能力增強。

圖1 注入壓力與PV的關(guān)系Fig.1 Relationship between injection pressure and PV

從圖1可以看出，聚合物注入過程中，注入壓力呈現(xiàn)上升趨勢，且聚合物濃度增大，注入壓力上升幅度越高；后續(xù)水階段，隨著注入過程的進行，注入壓力呈現(xiàn)下降的態(tài)勢。分析認為，在聚合物注入過程中，巖心內(nèi)部的聚合物滯留量逐漸增多，由于聚合物溶液本身具有較高的粘度，在孔隙中流動阻力較大，注入壓力因此呈現(xiàn)上升趨勢；聚合物濃度越高，孔隙內(nèi)聚合物滯留量越高，封堵效果越好，壓力越高；后續(xù)水階段，由于聚合物分子主要呈長鏈結(jié)構(gòu)，強度較弱，滯留能力較差，部分聚合物會被后續(xù)水驅(qū)出巖心，注入壓力下降。

（2）地層水礦化度的影響 分別用1000、5000、10000mg·L-1的 NaCl鹽水配制 2000mg·L-1的聚合物溶液，實驗結(jié)果見表3，驅(qū)替實驗的動態(tài)特征曲線見圖2。

表3 實驗結(jié)果Tab.3 Test results of expriment

從表3中可以看出，注入水礦化度越高，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)越小，封堵率越小，表明高礦化度雖然可以提高聚合物的注入能力，相反卻減小了聚合物的封堵能力。

圖2 注入壓力與PV的關(guān)系Fig.2 Relationship between injection pressure and PV

從圖2可以看出，地層水的礦化度對聚合物的注入壓力有較大的影響。在其他因素保持一致的條件下，地層水的礦化度越大，聚合物的注入壓力越低。分析認為，聚合物分子長鏈在高礦化度條件下會由于壓縮雙電荷的作用而發(fā)生卷曲，減弱了聚合物分子的滯留能力，聚合物封堵效果減弱。

2.2 聚合物傳輸運移能力測試

采用 5000mg·L-1的 NaCl鹽水配制 2000mg·L-1的聚合物溶液，進行傳輸運移實驗的壓力動態(tài)特征曲線見圖3。

圖3 注入壓力與PV的關(guān)系Fig.3 Relationship between injection pressure and PV

從圖3可以看出，聚合物擁有較好的傳輸運移能力，隨著聚合物的注入，各測壓點也逐漸起壓，距離注入端越近，壓力增幅越大。分析認為，距離注入端越近，巖心孔隙捕集滯留的聚合物分子的數(shù)量越多，封堵效果越好。

2.3 聚合物驅(qū)油效果測試

驅(qū)油效果實驗數(shù)據(jù)以及采收率增幅見表4。

表4 聚合物驅(qū)油效果實驗數(shù)據(jù)Tab.4 Test results of oil displacement effect

在表4中，由方案1至方案3的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，在聚合物注入段塞尺寸相同的情況下，聚合物的濃度越大，采收率增幅越大，增油效果越明顯。由方案2、方案4以及方案5的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，在聚合物濃度一定的條件下，注入聚合物的段塞尺寸越大，采收率增幅越大。分析認為，S型聚合物可以有效改善油層非均質(zhì)性，起到增油的作用。

進一步分析認為，聚合物驅(qū)油原理主要分為“堵”和“驅(qū)”兩方面。一方面，聚合物提高注入水的粘度，能夠很好地改善油水流度比，并且聚合物對非均質(zhì)油藏的高滲層進行了有效的封堵，使后續(xù)驅(qū)替液的液流轉(zhuǎn)向至含油飽和度較高的中低滲層，極大地擴大了波及體積，增加驅(qū)油效率。另一方面，聚合物由于其固有的粘彈性，在注入過程中對沿途的油滴、油膜產(chǎn)生拉伸作用，因此，在流動過程中會攜帶部分殘余油向前推進。

3 結(jié)論

S型聚合物具有較好的傳輸運移能力和封堵性能。該聚合物的封堵性受聚合物濃度以及注入水礦化度影響。濃度越高，聚合物在巖石空隙內(nèi)滯留越多，封堵率越高；注入水礦化度越低，聚合物在孔隙內(nèi)流動的滲流阻力越大，封堵效果越好。

S型聚合物針對非均質(zhì)油藏具有顯著增油的效果。在一定范圍內(nèi)，聚合物濃度以及段塞尺寸越大，增油效果越好。