三類(lèi)油層聚合物驅(qū)配制工藝參數(shù)研究

王端陽(yáng)

大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院

大慶油田三類(lèi)油層地質(zhì)儲(chǔ)量18.6×108t，其中集中分布儲(chǔ)量16.15×108t，主要分布在北部的高臺(tái)子和南部的薩葡油層，類(lèi)型以ⅢA、ⅢB 為主；與二類(lèi)油層交互分布儲(chǔ)量2.45×108t，主要分布在薩北、薩中和薩南的薩葡油層[1]，三類(lèi)油層剩余地質(zhì)儲(chǔ)量很大。目前化學(xué)驅(qū)工藝處于試驗(yàn)階段，是油田未來(lái)化學(xué)驅(qū)重要接替潛力，但由于三類(lèi)油層儲(chǔ)層滲透率低、物性差，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)暴露出聚合物注入困難的問(wèn)題。目前三類(lèi)油層現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的聚合物溶液配制都采用一二類(lèi)油層的配制工藝和參數(shù)，為了探索并改進(jìn)工藝、優(yōu)化配制參數(shù)對(duì)三類(lèi)油層聚合物注入能力的影響，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同的配制工藝、熟化時(shí)間以及母液濃度對(duì)三類(lèi)油層注入能力的影響，同時(shí)與二類(lèi)油層進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而得出定性結(jié)論[2-4]。

1 三類(lèi)油層聚合物驅(qū)注入能力分析

與二類(lèi)油層相比，整體上三類(lèi)油層物性和滲流能力變差、有效開(kāi)采更難[5-7]（表1）。滲透率整體較低，主要集中在10～100×10-3μm2以下，根據(jù)20 支天然巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，三類(lèi)與二類(lèi)油層油水相滲曲線(xiàn)相比油水共滲范圍小，水相相對(duì)滲透率低，滲流能力明顯低于二類(lèi)油層。

表1 二類(lèi)油層與三類(lèi)油層儲(chǔ)層物性特征對(duì)比表Tab.1 Comparison table of the physical properties of the classⅡand classⅢreservoirs

三類(lèi)油層聚合物現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，近50%注入井在化學(xué)驅(qū)前的空白水驅(qū)階段注入壓力高，需要實(shí)施壓裂改造提高注入能力。注入過(guò)程中，盡管注入體系采用了相對(duì)分子質(zhì)量較低、濃度較低的聚合物溶液，但注入聚合物后注入壓力回升速度快。注入0.1 PV 時(shí)，90.5%的注入井達(dá)到破裂壓力，通過(guò)采取壓裂措施提高注入能力，壓裂比例近100%，壓裂后有效期在90 天左右；而二類(lèi)油層聚合物驅(qū)過(guò)程中，注入0.38 PV 時(shí)，注入壓力接近破裂壓力，全過(guò)程壓裂比例在35%左右。這說(shuō)明與二類(lèi)油層對(duì)比，三類(lèi)油層注聚合物能力較差，因此，探索提高三類(lèi)油層聚合物驅(qū)注入能力的措施成為提高聚合物驅(qū)效果的關(guān)鍵（圖1）。

圖1 三類(lèi)油層化學(xué)驅(qū)階段注入壓力曲線(xiàn)Fig.3 Injection pressure curve of the classⅢreservoirs during chemical flooding

2 配注工藝及參數(shù)對(duì)滲流能力的影響

大慶油田聚合物驅(qū)配制工藝技術(shù)的研究，始于一類(lèi)油層大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用時(shí)期。目前聚合物配制工藝包括分散、熟化、增壓、過(guò)濾等環(huán)節(jié)?！笆濉保?001—2005）期間為保證油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，聚合物驅(qū)油藏開(kāi)發(fā)對(duì)象由一類(lèi)油層轉(zhuǎn)向二類(lèi)油層，經(jīng)研究證明，一類(lèi)油層的配制工藝及各項(xiàng)參數(shù)對(duì)于二類(lèi)油層也具有較好的適應(yīng)性。但配制過(guò)程中還存在幾方面問(wèn)題：分散過(guò)程中如聚合物混合不均勻會(huì)引起水包粉，導(dǎo)致溶液中“魚(yú)眼”和黏團(tuán)增多，造成低滲透油層注入能力變差或油層堵塞，因此對(duì)分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求更高；熟化過(guò)程中熟化效果差會(huì)出現(xiàn)未熟化膠粒，導(dǎo)致低滲透地層堵塞，最終使聚合物溶液注入壓力升高，聚合物溶液注入能力變差，因此對(duì)熟化效果的要求更高[8-16]。

考慮現(xiàn)有配制工藝參數(shù)在三類(lèi)油層應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，從配制工藝、熟化時(shí)間、配制濃度及聚合物類(lèi)型等影響因素考察了現(xiàn)有配制工藝及配制參數(shù)對(duì)于三類(lèi)油層的適應(yīng)性。

2.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)采用1 200 萬(wàn)、800 萬(wàn)（DS800 抗鹽型）兩種相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，配制工藝采用現(xiàn)場(chǎng)在用配制工藝和超重力工藝，母液濃度分別為5 000 mg/L 和3 000 mg/L，熟化時(shí)間為120 min 和240 min，目的液濃度為1 000 mg/L，全過(guò)程采用清水，巖心選擇4.5×4.5×30 cm 人造巖心柱，三類(lèi)油層巖心滲透率為0.1×10-3μm2，二類(lèi)油層巖心滲透率為0.3×10-3μm2。

將兩種聚合物分別按照Q/SY 119—2005《驅(qū)油用部分水解聚丙烯酰胺技術(shù)要求》附錄H中溶解速度的測(cè)定方法，采用相應(yīng)的配制工藝，配制成設(shè)計(jì)要求的母液濃度，再分別將熟化好的母液與清水稀釋成濃度為1 000 mg/L 的目的液，攪拌15 min。然后進(jìn)行巖心驅(qū)替，即將巖心抽真空后飽和水，測(cè)水相滲透率，分別注入目的聚合物溶液至注入壓力穩(wěn)定，計(jì)錄注入穩(wěn)定后壓力值。

2.2 影響三類(lèi)油層滲流能力的因素

2.2.1 配制工藝

分別選取常規(guī)配制工藝和超重力工藝配制1 200 萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物溶液，模擬二類(lèi)油層進(jìn)行巖心實(shí)驗(yàn)，注入常規(guī)配制工藝配制體系時(shí)，隨著注入PV數(shù)增加，注入壓力上升，在注入0.5 PV 后注入壓力接近穩(wěn)定，穩(wěn)定壓力值為0.054 MPa；注入超重力配制工藝配制體系時(shí)，隨著注入PV 數(shù)增加，注入壓力上升，在注入0.5 PV后注入壓力接近穩(wěn)定，穩(wěn)定壓力值為0.053 MPa。兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差1.85%，說(shuō)明不同配制工藝配制的聚合物溶液對(duì)二類(lèi)油層適應(yīng)很好，均能夠形成有效驅(qū)動(dòng)，未造成堵塞，對(duì)注入能力影響不大。將巖心換成模擬三類(lèi)油層滲透率的巖心進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，注入常規(guī)配制工藝配制體系時(shí)，穩(wěn)定壓力值為0.1 MPa；注入超重力配制工藝配制體系時(shí)，穩(wěn)定壓力值為0.09 MPa。兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差10.0%，注入壓力相差很大，常規(guī)工藝產(chǎn)生的注入壓力明顯大于超重力配制工藝，說(shuō)明在低滲透條件下，常規(guī)配制工藝中未完全溶解膠粒對(duì)滲流能力產(chǎn)生較大影響；而超重力配制工藝混合均勻，溶液中未溶膠粒相對(duì)較少，明顯改善了滲流能力。將聚合物換成DS800抗鹽聚合物重復(fù)進(jìn)行上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)，二類(lèi)油層2 種配制體系穩(wěn)定注入壓力分別是0.064、0.062 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差3.13%，而三類(lèi)油層2種配制體系穩(wěn)定注入壓力分別是0.13、0.1 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差23.07%，結(jié)論與1 200萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物實(shí)驗(yàn)時(shí)相同。

2.2.2 熟化時(shí)間

常規(guī)配制工藝配制1 200 萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，采用熟化時(shí)間分別2 h和4 h的母液進(jìn)行模擬二類(lèi)油層滲透率巖心實(shí)驗(yàn)。熟化時(shí)間2 h 的巖心實(shí)驗(yàn)注入壓力穩(wěn)定值為0.054 MPa，熟化時(shí)間4 h的巖心實(shí)驗(yàn)注入壓力穩(wěn)定值為0.051 MPa，兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差5.55%，說(shuō)明二類(lèi)油層注入1 200萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物時(shí)，不同熟化時(shí)間的聚合物溶液對(duì)注入能力影響不大，即熟化2 h 的體系與二類(lèi)油層條件相適應(yīng)。將巖心調(diào)整為模擬三類(lèi)油層巖心進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，熟化時(shí)間2 h 的巖心實(shí)驗(yàn)注入壓力穩(wěn)定值為0.1 MPa，熟化時(shí)間4 h的巖心實(shí)驗(yàn)注入壓力穩(wěn)定值為0.086 MPa，兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差14.0%，說(shuō)明三類(lèi)油層條件下，通過(guò)延長(zhǎng)熟化時(shí)間，提高聚合物溶解質(zhì)量，可以進(jìn)一步提高注入能力。將聚合物換成DS800抗鹽聚合物重復(fù)進(jìn)行上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)，二類(lèi)油層2種熟化體系穩(wěn)定注入壓力分別是0.064 MPa、0.061 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差4.68%，而三類(lèi)油層2 種熟化體系穩(wěn)定注入壓力分別是0.13 MPa、0.092 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差29.23%，結(jié)論與12 00萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物實(shí)驗(yàn)時(shí)相同。

2.2.3 母液濃度

常規(guī)配制工藝配制1 200 萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，分別配制濃度5 000 和3 000 mg/L 的母液，熟化2 h 后稀釋到目的液濃度1 000 mg/L，模擬二類(lèi)油層巖心實(shí)驗(yàn)。母液濃度5 000 mg/L稀釋體系穩(wěn)定壓力為0.054 MPa，母液濃度3 000 mg/L 稀釋體系穩(wěn)定壓力為0.053 MPa，兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差1.85%，說(shuō)明二類(lèi)油層條件下，母液濃度5 000 mg/L完全滿(mǎn)足注入要求，不必要降低母液濃度。將巖心調(diào)整為模擬三類(lèi)油層巖心進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，母液濃度5 000 mg/L 稀釋體系穩(wěn)定壓力為0.1 MPa，母液濃度3 000 mg/L稀釋體系穩(wěn)定壓力為0.08 MPa，兩種體系注入壓力穩(wěn)定值相差20.0%，說(shuō)明三類(lèi)油層采用現(xiàn)有配制工藝條件，在滿(mǎn)足單井注入濃度前提下，可通過(guò)進(jìn)一步降低母液濃度，提高溶液質(zhì)量，提高注入能力。將聚合物改為DS800抗鹽聚合物重復(fù)進(jìn)行上述對(duì)比試驗(yàn)，二類(lèi)油層注入2 種母液濃度體系穩(wěn)定注入壓力分別為0.064 MPa、0.063 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差1.85%，而三類(lèi)油層2 種母液濃度體系穩(wěn)定注入壓力分別是0.13、0.115 MPa，注入壓力穩(wěn)定值相差11.54%，結(jié)論與1 200萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物試驗(yàn)時(shí)相同。

2.2.4 聚合物類(lèi)型

DS800抗鹽聚合物與常規(guī)聚合物相比，由于抗鹽單體的加入，聚合物分子鏈更舒展，尺寸更大；疏水單體的加入，使聚合物與砂巖表面發(fā)生范德華力作用，吸附量增加，導(dǎo)致DS800聚合物溶液滲流阻力高于常規(guī)聚合物。DS800抗鹽聚合物與中分煉化聚合物濃黏關(guān)系曲線(xiàn)表明，相同濃度條件下，DS800 抗鹽聚合物黏度明顯高于中分煉化聚合物（圖2），特別在高濃條件下，DS800 抗鹽聚合物自身分子結(jié)構(gòu)及高黏特性將會(huì)導(dǎo)致目的液快速、均勻溶解更加困難。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖3），DS800抗鹽聚合物在二、三類(lèi)油層中均表現(xiàn)出較高的滲流阻力，特別是在滲透性更差的三類(lèi)油層中，與普通中分聚合物相比注入壓力更高，因此，要提高抗鹽聚合物配制熟化質(zhì)量，減少溶液不均一對(duì)注入能力的影響。

圖2 不同類(lèi)型聚合物濃黏關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2 Concentration and viscosity relation curves of different types of polymers

圖3 不同類(lèi)型聚合物穩(wěn)定壓差Fig.3 Stable pressure difference of different types of polymers

3 結(jié)論

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)表明，三類(lèi)油層由于油層滲透率低，對(duì)聚合物溶液溶解質(zhì)量要求更高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)配制工藝和參數(shù)有更高要求。針對(duì)不同性能聚合物，通過(guò)優(yōu)化配制工藝、設(shè)定合理熟化時(shí)間及母液濃度，可以提高聚合物溶液溶解質(zhì)量，減輕對(duì)三類(lèi)油層滲流能力的影響。