中低滲稠油油藏聚合物驅(qū)適應(yīng)性分析

蔣 平， 周翔宇， 袁玉峰， 王 彪， 余曉玲，李隆杰， 唐登宇， 張貴才， 葛際江， 裴海華

(1.非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油大學(xué)(華東))，山東青島 266580；2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，山東青島 266580； 3.中國(guó)石化江蘇油田分公司工程院，江蘇揚(yáng)州 225009)

油層溫度下脫氣黏度為50～10 000 mPa·s的原油為普通稠油，對(duì)于低黏普通稠油的開(kāi)采以注水方式為主，由于水油流度比的差異以及地層的非均質(zhì)性，此類油藏的采收率遠(yuǎn)低于常規(guī)水驅(qū)油藏，加入少量水溶性聚合物可以有效降低水的流度從而影響采收率[1-7]，聚合物驅(qū)在室內(nèi)和礦場(chǎng)上得到全面的試驗(yàn)[8-10]，這已成為油田開(kāi)發(fā)中改善水驅(qū)和提高采收率最成熟的技術(shù)之一。注入的聚合物存在一個(gè)最佳黏度范圍，在此范圍內(nèi)隨著聚合物黏度的增加，稠油采收率明顯增加[11-13]。目前聚合物驅(qū)以及復(fù)合驅(qū)主要應(yīng)用于中高滲儲(chǔ)層[14-16]，對(duì)于低滲儲(chǔ)層，過(guò)高質(zhì)量濃度的聚合物會(huì)造成注入困難，而低質(zhì)量濃度的聚合物又無(wú)法滿足油田開(kāi)發(fā)中對(duì)提高采收率的要求。筆者以江蘇油田中低滲普通稠油油藏(滲透率低于200×10-8μm2，地下原油黏度為218.94 mPa·s)為對(duì)象，以注入性能為技術(shù)指標(biāo)研究聚合物質(zhì)量濃度對(duì)其注入能力的影響機(jī)制，通過(guò)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)考察不同水油黏度比下聚合物驅(qū)提高采收率的效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和樣品

實(shí)驗(yàn)儀器：Texas-500C旋滴界面張力儀，美國(guó)德州大學(xué)；安東帕MCR 92流變儀；高靈敏度zeta電位及粒度分析儀,美國(guó)Brookhaven公司；PM400電子天平，瑞士METRLER公司，精度0.001 g；501型恒溫水浴鍋；烘箱；平流泵。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?.8～9.7 cm人造長(zhǎng)巖心，驅(qū)油用巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 聚合物溶液有效黏度的測(cè)定

人造巖心抽真空并飽和水，計(jì)算其孔隙度。在55 ℃下將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物溶液以不同流速(0.1～1 mL/min)注入巖心，直至壓降達(dá)到穩(wěn)定值。通過(guò)達(dá)西定律折算得到聚合物溶液在巖心中的有效黏度μef。計(jì)算公式為

(1)

式中,μef為聚合物溶液的有效黏度，mPa·s；k為巖心的滲透率，μm2；A為巖心的截面積，cm2；Δp為巖心兩端壓差，MPa；Q為流量，cm3/s；L為巖心的長(zhǎng)度，cm。

計(jì)算中假設(shè)水沖洗時(shí)巖心孔隙結(jié)構(gòu)與聚合物溶液通過(guò)時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)相同[17]。用有效黏度來(lái)表征聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)的實(shí)際黏度(達(dá)西黏度)[13]。

1.2.2 聚合物與巖心孔隙結(jié)構(gòu)匹配性

聚合物分子大小、孔隙結(jié)構(gòu)以及聚合物分子間的相互作用控制著聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)[18]。在油藏條件下，超高分子量的聚合物中的超大聚合物分子容易堵塞孔喉半徑較小的多孔介質(zhì)，所以油田在進(jìn)行聚合物驅(qū)之前，需針對(duì)油藏孔喉特征參數(shù)，考察在油藏溫度及礦化度下聚合物的流體力學(xué)半徑與孔隙結(jié)構(gòu)的配伍性[19]。

按照《壓汞法和氣體吸附法測(cè)定固體材料孔徑分布和孔隙度》(GB/T 21650.1-2008)通過(guò)壓汞實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)不同滲透率巖心的孔隙結(jié)構(gòu)。

采用動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)量溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而測(cè)定聚合物溶液的流體力學(xué)半徑。

1.2.3 驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

55 ℃下采用巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物體系在地層中的驅(qū)油性能。巖心抽真空飽和水飽和油，水驅(qū)至含水98%后注入0.3VP(VP為孔隙體積)聚合物段塞，后續(xù)再水驅(qū)，準(zhǔn)確計(jì)量產(chǎn)液產(chǎn)油數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果分析

2.1 聚合物溶液的有效黏度

聚合物溶液的注入性受到多種因素的影響，如聚合物的表觀黏度、聚合物在巖心中的吸附捕集作用等，而聚合物的表觀黏度又受到剪切速率的影響，因此不能單純地以某一剪切速率下的表觀黏度作為評(píng)價(jià)聚合物注入能力的指標(biāo)。

筆者主要通過(guò)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究不同滲透率巖心中流動(dòng)線速度與聚合物有效黏度的關(guān)系。按照不同體系在不同驅(qū)替速度下流動(dòng)的平衡壓力通過(guò)達(dá)西定律折算獲得的聚合物溶液的有效黏度，結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，在同一巖心中增加驅(qū)替速度溶液的有效黏度降低，在相同的驅(qū)替速度下滲透率越高的巖心表現(xiàn)出的有效黏度越低，表明低滲巖心中孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)溶液中聚合物的剪切降黏作用。同時(shí)流動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)的有效黏度大于聚合物的表觀黏度，可能是由于聚合物在巖石表面的吸附和滯留作用增大了驅(qū)替壓力，表現(xiàn)為較高的流動(dòng)阻力。

表2 有效黏度與線速度關(guān)系

圖1為不同滲透率巖心中流動(dòng)線速度與聚合物有效黏度的關(guān)系?？梢钥闯?，聚合物的流動(dòng)有效黏度與滲流速度呈半對(duì)數(shù)線性關(guān)系。

圖1 有效黏度與線速度的關(guān)系

2.2 驅(qū)油劑的注入性

圖2為聚合物的注入壓力隨聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化?？梢钥闯觯词共捎?～10 cm的短巖心進(jìn)行流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，部分體系的注入壓力仍然大于1 MPa，特別是聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.1%增大到0.3%時(shí)，注入壓力直線上升。因此可通過(guò)表征中低滲巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征并關(guān)聯(lián)聚合物溶液的微觀形態(tài)，探究注入壓力增大機(jī)制。

圖2 聚合物注入壓力與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

通過(guò)壓汞實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)24組氣測(cè)滲透率為(51～649)×10-3μm2的巖心的孔隙結(jié)構(gòu)。結(jié)果見(jiàn)圖3。可以看出，孔喉平均半徑隨著巖心滲透率的增大逐漸升高，平均孔喉半徑為2～3 μm。

圖3 不同滲透率巖心的孔喉半徑

采用動(dòng)態(tài)光散射表征聚合物溶液的流體力學(xué)半徑隨聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖4。可以看出，增加聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，體系的流體力學(xué)半徑迅速增大，由于使用的聚合物為疏水締合聚合物，質(zhì)量濃度增大后發(fā)生分子締合作用，因此當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.1%增大到0.3%時(shí)，流體力學(xué)半徑從2 μm迅速升高達(dá)到16 μm，因此相比于孔喉平均半徑2～3 μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的聚合物流動(dòng)阻力顯著增大主要是由于其流體力學(xué)半徑大幅度增大造成的。

圖4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚合物的流體力學(xué)半徑

2.3 驅(qū)油效果

在明確聚合物注入性與聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系后，需要探究聚合物有效黏度與提高稠油采收率的關(guān)系。通過(guò)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了在相同驅(qū)替速度下具有不同有效黏度的聚合物溶液提高采收率的能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)采收率的影響

不同體系提高采收率的幅度與水油黏度比的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 不同黏度比下聚合物提高采收率的效果

從圖5可以看出，低黏度的聚合物溶液提高采收率的能力較差；當(dāng)聚合物溶液與原油的黏度比大于0.2后，采收率增值大幅度提高(可達(dá)18%)。雖然繼續(xù)增大聚合物溶液的黏度可以獲得高達(dá)24%的采收率增幅，但是體系黏度過(guò)高會(huì)影響其注入能力，因此綜合考慮驅(qū)油劑注入性能以及提高采收率能力，建議對(duì)于中低滲稠油油藏，采用化學(xué)驅(qū)時(shí)聚合物與原油有效黏度比為0.2較為適宜。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于中低滲巖心，由于孔隙平均半徑小于3 μm，而聚合物溶液中流體力學(xué)半徑會(huì)隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而大幅度提高，從而加劇了聚合物在多孔介質(zhì)中的吸附和滯留。低黏度的聚合物溶液提高采收率的能力較差；當(dāng)聚合物溶液與原油的黏度比大于0.2后，采收率增值大幅度提高。因此對(duì)于中低滲稠油油藏，可通過(guò)測(cè)定聚合物流體力學(xué)半徑的變化篩選適合區(qū)塊孔喉尺度的聚合物質(zhì)量濃度上限，而以聚合物溶液有效黏度與地下原油黏度比大于0.2作為聚合物質(zhì)量濃度使用下限。