劉傳平

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

0 引 言

大慶油田聚合物驅(qū)油技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)技術(shù)接替穩(wěn)產(chǎn)、提高采收率的重要手段，為保持油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起到重大作用[1－3]。聚合物驅(qū)技術(shù)已經(jīng)形成了油藏、工程、工藝系列配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從室內(nèi)研究到先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)、工業(yè)性礦場(chǎng)試驗(yàn)、大規(guī)模工業(yè)化推廣階段[4]。然而，開(kāi)發(fā)過(guò)程中聚合物溶液的注入勢(shì)必引起儲(chǔ)層電性、物性、潤(rùn)濕性等較大變化，使得污水驅(qū)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法對(duì)聚合物驅(qū)后的儲(chǔ)層不再適應(yīng)。為認(rèn)清聚合物驅(qū)后儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)的變化規(guī)律，有必要從室內(nèi)巖石物理實(shí)驗(yàn)入手，深入系統(tǒng)地研究聚合物驅(qū)儲(chǔ)層巖石物理響應(yīng)變化機(jī)理，從而建立有效的聚合物驅(qū)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法。這對(duì)特高含水期聚合物驅(qū)后儲(chǔ)層的剩余油挖潛、評(píng)價(jià)有著重要意義。注聚后的儲(chǔ)層巖石物理實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容多集中在2個(gè)方面：注聚儲(chǔ)層電阻率的變化規(guī)律研究[5－6]；注聚后儲(chǔ)層巖電參數(shù)變化規(guī)律研究[7－8]。關(guān)于注聚后的巖石物理實(shí)驗(yàn)往往只關(guān)注一個(gè)方面，對(duì)儲(chǔ)層巖石其他物理特性變化研究不夠系統(tǒng)全面，并且缺少與水驅(qū)儲(chǔ)層的對(duì)比。本文開(kāi)展的儲(chǔ)層巖石物理實(shí)驗(yàn)，通過(guò)室內(nèi)模擬，研究聚合物溶液本身的導(dǎo)電特性，研究注入聚合物后含油砂巖巖心的電學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)、聲學(xué)特性以及核磁共振物理性質(zhì)等變化規(guī)律，并且和水驅(qū)巖心規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括巖樣預(yù)處理、飽和水溶液、油驅(qū)水、聚合物驅(qū)替等。實(shí)驗(yàn)巖心采用大慶長(zhǎng)垣儲(chǔ)層巖心，預(yù)處理時(shí)將巖樣加工成直徑2.5cm、長(zhǎng)8cm的柱塞，按常規(guī)方法洗油、洗鹽、烘干后，測(cè)量巖心孔隙度、滲透率；在飽和過(guò)程中選取相應(yīng)巖樣飽和不同礦化度的模擬原始地層水；在模擬原油運(yùn)移過(guò)程即油驅(qū)水過(guò)程中，用密度為0.837g／cm3、黏度9.18 mPa·s的模擬油將飽和模擬地層水的巖心驅(qū)替至束縛水狀態(tài)；在模擬油田三次采油即聚合物溶液驅(qū)替原油過(guò)程中或某一狀態(tài)下記錄巖樣電阻抗、聲波速度、自然電位、核磁共振弛豫譜等參數(shù)的變化。

2 聚合物驅(qū)巖心電阻率實(shí)驗(yàn)

2.1 聚合物溶液導(dǎo)電特性實(shí)驗(yàn)

首先研究聚合物溶液本身的導(dǎo)電特性。在室溫20℃的條件下分別測(cè)量不同分子量（0.95、1.4、1.9、2.5）×108、不同濃度（1000、2000mg／L）、不同水溶液礦化度（500、1000、3000、5000、7000 mg／L）的聚合物溶液電阻率，并與同礦化度的NaCl溶液對(duì)比見(jiàn)圖1、圖2。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，①各種溶液均隨著溶液礦化度的增大，電阻率逐漸減小，礦化度大于3000mg／L后各溶液電阻率趨近一致；②同礦化度條件下的NaCl溶液電阻率要略高于聚合物溶液電阻率；③隨著聚合物溶液濃度增加，溶液電阻率略有減小；④聚合物分子量對(duì)聚合物溶液電阻率影響很小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出結(jié)論：聚合物溶液具有一般稀電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電特征，礦化度是影響聚合物溶液導(dǎo)電特性的主要因素。

2.2 聚合物驅(qū)巖心電阻率實(shí)驗(yàn)

選取長(zhǎng)垣北2－21－檢P51取心井樣品中孔隙度、滲透率相近的2塊巖樣，飽和7000mg／L的NaCl溶液，溶液電阻率0.75Ω·m，油驅(qū)至束縛水狀態(tài)（見(jiàn)表1）；再分別用配置好的清水聚合物和污水聚合物溶液驅(qū)替至殘余油狀態(tài)，驅(qū)替過(guò)程中測(cè)量飽和度與巖心電阻率變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖3）表明，污水聚合物驅(qū)巖樣電阻率隨含水飽和度的增加單調(diào)下降，而清水聚合物驅(qū)巖樣的電阻率隨飽和度的變化比較復(fù)雜。在清水聚合物注入巖心后，電阻率值開(kāi)始下降，當(dāng)含水飽和度超過(guò)一定值后，電阻率值隨含水飽和度值的增大先升后降，形成“S”形曲線(xiàn)。將清水聚驅(qū)“S”形變化曲線(xiàn)劃分為3個(gè)階段：①電阻率下降階段、②電阻率上升階段、③電阻率下降階段。在①階段，含水飽和度的增大對(duì)電阻率的影響居主導(dǎo)地位，巖樣電阻率隨含水飽和度的增大，電阻率逐漸降低；在②階段，注入聚合物溶液的淡化作用增強(qiáng)，混合液電阻率一直處于增大的趨勢(shì)，其對(duì)巖心電阻率的影響作用大于含水飽和度的影響，因此，隨著含水飽和度的增大，巖心電阻率出現(xiàn)了上升趨勢(shì)；在③階段，注入聚合物液和原始水離子交換趨于平衡，混合液電阻率接近于注入水電阻率，含水飽和度的增大對(duì)電阻率的變化居主導(dǎo)地位，因此，巖心電阻率出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。聚合物驅(qū)巖心電阻率變化趨勢(shì)類(lèi)似于水驅(qū)過(guò)程的巖心電阻率變化[9－10]。

表1 聚合物驅(qū)巖樣物性及溶液參數(shù)表

圖3 巖樣飽含NaCl溶液和聚合物溶液擴(kuò)散吸附電位對(duì)比

3 聚和物驅(qū)巖心自然電位實(shí)驗(yàn)

配置礦化度為7000mg／L的NaCl溶液，同樣配制聚合物溶液的污水礦化度為7000mg／L，模擬泥漿濾液的礦化度為1300mg／L（電阻率3.8Ω·m左右）（見(jiàn)表2）；測(cè)量巖心擴(kuò)散吸附電位應(yīng)用的是電化學(xué)方法，采用電極電位穩(wěn)定、精度高的甘汞電極，2個(gè)測(cè)量電極間的電位差很小，一致性較好。巖心兩端溶液的體積大于500mL，且通過(guò)排液孔閥門(mén)控制溶液以2mL／min的流速流動(dòng)，保持原始濃度。實(shí)驗(yàn)中用高輸入阻抗的電壓表進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)記錄儀表的電位值穩(wěn)定不變，即認(rèn)為巖心內(nèi)部的擴(kuò)散吸附作用達(dá)到了平衡，記錄該電位值。采用上述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量得到不同孔隙度巖樣在飽和NaCl溶液和飽和聚合物溶液擴(kuò)散吸附電位值見(jiàn)圖4。巖樣飽含水溶液的擴(kuò)散吸附電位明顯高于巖樣飽含聚合物溶液的擴(kuò)散吸附電位，其原因在于聚合物溶液黏度增加，溶液中離子活度降低；聚合物分子鏈吸附溶液中部分鈉離子，減少鈉離子擴(kuò)散數(shù)量，從而使巖樣擴(kuò)散吸附電位降低，所以對(duì)于相同條件下的儲(chǔ)層（鉆井泥漿液也相同），聚合物驅(qū)后儲(chǔ)層自然電位測(cè)井值要比水驅(qū)后的儲(chǔ)層自然電位測(cè)井值低。

測(cè)井中自然電位SP值由式（1）轉(zhuǎn)化

式中，Eda－E′da為擴(kuò)散吸附電位（或電動(dòng)勢(shì)），mV；rm為泥漿電阻，Ω；rsd為砂巖電阻，Ω；rsh為泥巖電阻，Ω。

表2 聚合物驅(qū)自然電位實(shí)驗(yàn)巖樣物性及溶液參數(shù)表

4 聚合物驅(qū)巖心聲波實(shí)驗(yàn)

為研究聚合物溶液對(duì)聲速的影響，實(shí)驗(yàn)首先研究聚合物溶液的質(zhì)量濃度變化對(duì)溶液聲速影響，設(shè)計(jì)聚合物溶液濃度從200mg／L變化到5000mg／L，通過(guò)測(cè)量縱波速度，轉(zhuǎn)換為時(shí)差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著聚合物濃度增大，聲速減小，時(shí)差增大；其變化規(guī)律見(jiàn)圖4。

圖4 不同質(zhì)量濃度聚合物溶液聲波時(shí)差變化

聲波測(cè)井能反映儲(chǔ)層的巖性、物性等信息，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖强疾熳⒕酆衔矧?qū)儲(chǔ)層和水驅(qū)儲(chǔ)層聲波曲線(xiàn)差異。實(shí)驗(yàn)選取研究區(qū)9塊不同物性巖樣，分成3組，分別飽和3000、5000、7000mg／L的地層水，將巖樣用油驅(qū)替至束縛水，再將巖樣用淡水驅(qū)替至殘余油；最后用配制的聚合物驅(qū)溶液驅(qū)替到不出油為止。實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)新英格蘭公司生產(chǎn)的多功能巖石聲波參數(shù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（AUTOLAB1000）在一定溫度和壓力下測(cè)量巖石縱波速度，并換算為不同狀態(tài)下的巖樣聲波時(shí)差，對(duì)比聚合物驅(qū)后殘余油巖樣和淡水驅(qū)替殘余油巖樣聲波時(shí)差的變化（見(jiàn)表3）。

表3 2000mg／L聚合物溶液驅(qū)后與淡水驅(qū)后聲波巖樣時(shí)差對(duì)比

表3中，Δt1為淡水驅(qū)替殘余油巖樣的聲波時(shí)差，Δt2為聚合物驅(qū)巖樣的聲波時(shí)差，Δt＝Δt2－Δt1為2個(gè)聲波時(shí)差之差。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，聚合物驅(qū)后殘余油巖樣和淡水驅(qū)替殘余油巖樣聲波時(shí)差的差別很小，平均絕對(duì)差值為5.1μs／m，聚合物驅(qū)巖石較水驅(qū)巖石的聲學(xué)特性變化不大，聚合物驅(qū)后儲(chǔ)層聲波測(cè)井解釋與水驅(qū)儲(chǔ)層基本一致。

5 聚合物驅(qū)巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用英國(guó)共振儀器公司生產(chǎn)的MARAN-2M型核磁共振巖心分析儀。實(shí)驗(yàn)中選擇聚合物分子量為1.9×108，聚合物溶液質(zhì)量濃度為1000 mg／L，配制聚合物溶液的水的礦化度為1000mg／L。巖樣首先飽和礦化度為7000mg／L的模擬原始地層水；用模擬油驅(qū)水至束縛水；用聚合物驅(qū)油至殘余油。制備了飽含水巖樣、束縛水巖樣、殘余油巖樣，分別測(cè)量不同飽和狀態(tài)下巖樣的弛豫譜，得到巖樣在飽含水、束縛水及聚合物驅(qū)后殘余油下的核磁共振T2譜（見(jiàn)圖5）。從圖5中可以看出，含油飽和度大，T2譜略有左移，但從T2譜的分布區(qū)間來(lái)看，聚合物驅(qū)殘余油巖樣與束縛水狀態(tài)下巖樣的T2譜差異較小。因此，單純利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)層聚合物驅(qū)受效與否存在較大的困難。

6 結(jié) 論

圖5 聚合物驅(qū)巖樣核磁共振T2譜分布圖

（1）聚合物溶液具有稀電解質(zhì)特性，在聚合物驅(qū)儲(chǔ)層所用的聚合物驅(qū)替液與水驅(qū)所用污水礦化度相同的情況下，注入聚合物溶液不會(huì)使儲(chǔ)層電阻率升高。

（2）清水配注聚合物驅(qū)巖樣同比物性相當(dāng)?shù)奈鬯?qū)巖樣電阻率高；在地層原始水礦化度與污水礦化度比值小于經(jīng)驗(yàn)值2.5左右的情況下，污水聚合物驅(qū)和污水驅(qū)巖樣均隨水飽和度的增大電阻率單調(diào)下降。聚合物溶液會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)降低，從而使自然電位幅度減小。

（3）與水驅(qū)相比，聚合物驅(qū)巖樣的聲波時(shí)差變化不明顯，這為水驅(qū)與聚合物驅(qū)后儲(chǔ)層聲波孔隙度測(cè)井解釋模型的統(tǒng)一建立奠定了基礎(chǔ)。

（4）單純利用核磁共振測(cè)井弛豫信息評(píng)價(jià)儲(chǔ)層聚合物驅(qū)受效與否存在較大困難。

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