聚合物驅(qū)微觀剩余油運(yùn)移規(guī)律及驅(qū)油效果研究

譚 暢，楊二龍，房雨佳，宋書伶，楊 宸

(東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163000)

我國(guó)是現(xiàn)今世界上聚合物驅(qū)規(guī)模最大、相關(guān)研究最多的國(guó)家[1-2]。聚合物驅(qū)是一種提高采收率的方法，在宏觀上，它主要靠增加驅(qū)替液黏度，降低驅(qū)替液和被驅(qū)替液的流度比，從而擴(kuò)大波及體積;在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率[3-4]。目前，聚合物驅(qū)啟動(dòng)剩余油的機(jī)理已有報(bào)道[5-8]，但不同類型剩余油微觀機(jī)理鮮有研究。聚合物驅(qū)過(guò)程中，孔隙結(jié)構(gòu)的微觀非均質(zhì)性對(duì)驅(qū)油效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響[9-10]。本文以光刻玻璃模型，開(kāi)展微觀可視化實(shí)驗(yàn)，研究微觀條件下，不同類型剩余油運(yùn)移規(guī)律及不同分子量聚合物在不同滲透率微觀模型的驅(qū)油效果。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與流程

利用玻璃刻蝕的孔隙模型進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，通過(guò)圖像采集系統(tǒng)將驅(qū)油過(guò)程的圖像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的數(shù)值信號(hào)，采用圖像分析技術(shù)研究水驅(qū)，聚驅(qū)后剩余油的變化。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device

實(shí)驗(yàn)使用由大慶油田第六采油廠生產(chǎn)的原油，實(shí)驗(yàn)用水為六廠三元站污水，聚合物使用分子量分別為1 200×104、1 900×104、2 500×104的聚合物。實(shí)驗(yàn)中使用的物理模型是玻璃刻蝕的透明微觀模型(40 mm×40 mm)，模型滲透率分別為200×10-3μm2與600×10-3μm2。

實(shí)驗(yàn)的基本步驟如下：①將光刻玻璃模型浸沒(méi)在熱水中，使用微型泵抽真空；②利用微流泵抽取地層水進(jìn)行微觀水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，觀察出液端變化，水驅(qū)至含水98%后停止實(shí)驗(yàn)；③利用微流泵抽取聚合物體系進(jìn)行微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，驅(qū)替至模型內(nèi)剩余油不再變化時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)； ④利用軟件。記錄微觀驅(qū)油過(guò)程，選擇不同時(shí)間的圖像進(jìn)行分析；⑤清潔光刻玻璃模型；⑥使用不同滲透率光刻玻璃模型及不同分子量濃度的聚合物體系，重復(fù)①—⑤過(guò)程。以上實(shí)驗(yàn)在45 ℃下進(jìn)行。

2 聚合物驅(qū)不同類型剩余油運(yùn)移規(guī)律研究

2.1 不同類型剩余油流動(dòng)規(guī)律

聚合物驅(qū)替后，孔道中的剩余油根據(jù)其所在孔道的特點(diǎn)，可以分為5種類型：柱狀剩余油、油滴狀剩余油、膜狀剩余油、盲端狀剩余油和簇狀剩余油。觀察可視化薄片不同類型剩余油流動(dòng)規(guī)律，如圖2所示。一般情況下，聚合物首先推動(dòng)大塊剩余油突出部位的油，突出部位變得越來(lái)越大直至和油團(tuán)分離，形成一個(gè)新的、可以向前移動(dòng)的、獨(dú)立的油滴。剩余油團(tuán)變小，微觀驅(qū)動(dòng)力將和毛管滯留力相平衡，形成一個(gè)新的、比原來(lái)小的、不能再移動(dòng)的剩余油團(tuán)。對(duì)于游離狀態(tài)的剩余油，在聚合物推動(dòng)下，剩余油滴聚并，形成新的、比原來(lái)大的剩余油滴繼續(xù)移動(dòng)。

圖2 不同類型剩余油流動(dòng)規(guī)律Fig.2 Flow law of different types of remaining oil

2.2 不同分子量聚合物體系微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)并聯(lián)裝置，將2塊不同滲透率的可視化薄片連接起來(lái)，保證在同一時(shí)刻2塊可視化薄片的驅(qū)替速度一致。實(shí)驗(yàn)選取模型滲透率為200×10-3μm2與600×10-3μm2，按照實(shí)驗(yàn)流程先水驅(qū)至含水98%，再注入聚合物體系至模型內(nèi)剩余油不再變化時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用聚合物體系組成見(jiàn)表1。

表1 聚合物體系組成Tab.1 Polymer system formula sheet

針對(duì)不同類型剩余油在驅(qū)替后分別采集圖像，對(duì)不同類型剩余油進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)驅(qū)替后各類型剩余油的含量。根據(jù)圖像識(shí)別方法，計(jì)算各類剩余油含量，計(jì)算原理由圖3給出示例，示例選取實(shí)驗(yàn)中聚驅(qū)后圖像，便于分析比對(duì)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到不同分子量聚合物在不同滲透率模型驅(qū)替后各類型剩余油動(dòng)用比例，繪制不同滲透率剩余油動(dòng)用比例變化圖(圖4)。根據(jù)聚驅(qū)后不同滲透率剩余油動(dòng)用比例變化圖可知，模型滲透率與簇狀剩余油動(dòng)用比例呈正比，而其他類剩余油動(dòng)用比例與模型滲透率呈反比。

圖3 剩余油計(jì)算原理示意Fig.3 Schematic diagram of residual oil calculation principle

圖4 聚驅(qū)后不同滲透率剩余油動(dòng)用比例變化Fig.4 Variation of remaining oil production ratio with different permeability after polymer flooding

通過(guò)聚驅(qū)后不同分子量剩余油動(dòng)用比例變化(圖5)可知：簇狀、油滴狀、柱狀剩余油動(dòng)用比例隨分子量的增大而增大，而盲端狀、膜狀剩余油在低分子量時(shí)不易動(dòng)用，在2 500萬(wàn)分子量時(shí)動(dòng)用效果增強(qiáng)，這是由于聚合物分子量增大，黏度也隨之增大，聚合物剝離原油的效果增強(qiáng)。

圖5 聚驅(qū)后不同分子量剩余油動(dòng)用比例變化Fig.5 Variation diagram of remaining oil utilization ratio of different molecular weights after polymer flooding

2.3 不同類型剩余油啟動(dòng)順序

通過(guò)軟件將聚驅(qū)過(guò)程分為6個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段截取相應(yīng)的驅(qū)替圖像，將圖像內(nèi)不同類型剩余油進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，并繪制聚驅(qū)不同時(shí)間段內(nèi)各類型剩余油含量隨時(shí)間變化折線圖(圖6)。

圖6 聚驅(qū)后不同類型剩余油隨時(shí)間變化折線圖Fig.6 Broken line diagram of changes of different types of remaining oil with time after polymer flooding

如圖6所示，時(shí)間點(diǎn)1—時(shí)間點(diǎn)2，簇狀、盲端、柱狀剩余油比例下降，油滴狀與膜狀剩余油比例上升，說(shuō)明在聚驅(qū)初期階段，在聚合物黏彈性作用下，簇狀、盲端、柱狀剩余油這三類大塊剩余油較易被啟動(dòng)，分離成較小的油滴或團(tuán)塊，導(dǎo)致了油滴狀與膜狀剩余油比例出現(xiàn)上升的情況。時(shí)間點(diǎn)2—時(shí)間點(diǎn)4，在聚驅(qū)中期階段，簇狀剩余油比例大幅度下降，柱狀、油滴狀剩余油比例增加。聚合物對(duì)剩余油的剝離作用進(jìn)一步造成柱狀、油滴狀剩余油比例的增加。時(shí)間點(diǎn)4—時(shí)間點(diǎn)6，在聚驅(qū)末期階段，各種類型剩余油比例都相對(duì)降低。

綜上所述，聚合物驅(qū)初期容易推動(dòng)簇狀、盲端、柱狀剩余油，導(dǎo)致油滴狀與膜狀剩余油比例上升，中后期階段聚合物的黏彈性作用進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)簇狀剩余油等大塊剩余油，油滴狀與膜狀剩余油比例變化不大，相較前3種剩余油難以啟動(dòng)。

3 聚合物驅(qū)油效果研究

通過(guò)軟件計(jì)算不同分子量的聚合物，可視化薄片水驅(qū)與聚驅(qū)后采收率(表2)，計(jì)算聚合物驅(qū)提高采收率變化(圖7)。

表2 水驅(qū)與聚驅(qū)后采收率Tab.2 Water flooding and polymer flooding recovery

圖7 聚合物驅(qū)采收率增幅Fig.7 Increase in polymer flooding recovery

可以看出，水驅(qū)階段，低滲透薄片驅(qū)替速度低于高滲薄片，并且在優(yōu)勢(shì)通道打開(kāi)后，周邊區(qū)域難以被驅(qū)替，留下大塊剩余油；水驅(qū)階段結(jié)束后，低滲薄片采出程度約33.3%，高滲薄片采出程度約42.3%。聚驅(qū)階段，分子量1 200萬(wàn)～1 900萬(wàn)，高滲薄片驅(qū)替效果好于低滲薄片，并隨著分子量增大，采出程度上升。分子量2 500萬(wàn)，聚合物黏度過(guò)高，難以進(jìn)入低滲薄片小孔隙，導(dǎo)致驅(qū)替效果不如低分子量聚合物。

隨著滲透率增大，聚驅(qū)采收率增幅變大，這是因?yàn)殡S巖心滲透率的增大，滲流阻力減小，聚驅(qū)提采效果更好。隨著聚合物分子量增大，高滲薄片聚驅(qū)采收率增幅變大，低滲薄片聚驅(qū)采收率增幅先大后小。這是由于低滲薄片滲流阻力大，高分子量聚合物黏度過(guò)高，雖然可以增大與油相的剪切應(yīng)力，但是卻不能進(jìn)入細(xì)小的喉道，導(dǎo)致聚合物分子量在2 500萬(wàn)時(shí)采收率增幅減小。綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得最佳聚合物分子量在1 900萬(wàn)左右。

4 結(jié)論

(1)模型滲透率與簇狀剩余油動(dòng)用比例成正比，而其他類剩余油動(dòng)用比例與模型滲透率成反比。剩余油動(dòng)用比例隨聚合物分子量的增大而增大，這是由于聚合物分子量增大，黏度也隨之增大，聚合物剝離原油的效果增強(qiáng)，動(dòng)用比例隨之增大。

(2)聚合物驅(qū)初期容易推動(dòng)簇狀、盲端、柱狀剩余油，導(dǎo)致油滴狀與膜狀剩余油比例上升，中后期階段聚合物的黏彈性作用進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)簇狀剩余油等大塊剩余油，油滴狀與膜狀剩余油比例變化不大，相較前3種剩余油難以啟動(dòng)。

(3)隨著巖心滲透率的增大，滲流阻力減小，滲透率越高，聚驅(qū)提采效果更好。隨著聚合物分子量增大，高滲薄片聚驅(qū)采收率增幅變大，低滲薄片聚驅(qū)采收率增幅先大后小。這是由于低滲薄片滲流阻力大，高分子量聚合物黏度過(guò)高，雖然可以增大與油相的剪切應(yīng)力，但是卻不能進(jìn)入細(xì)小的喉道，導(dǎo)致聚合物分子量在2 500萬(wàn)時(shí)采收率增幅減小。綜合考慮本實(shí)驗(yàn)測(cè)得最佳聚合物分子量在1 900萬(wàn)左右。