薛新生 韓 明 張 嶺 高建崇 劉義剛 張 健

（1．海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2．中海油研究總院； 3．中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司）

渤海油田聚合物井下取樣試驗(yàn)研究＊

薛新生1，2韓 明1，2張 嶺3高建崇3劉義剛3張 健1，2

（1．海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2．中海油研究總院； 3．中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司）

采用連續(xù)油管氮?dú)廨o助返排技術(shù)，將井底聚合物溶液舉升到地面，能夠進(jìn)行取樣試驗(yàn)并直接測(cè)試地層中聚合物溶液的粘度和濃度。試驗(yàn)結(jié)果表明：在目前海上注水井完井條件下，聚合物溶液進(jìn)入地層發(fā)生了降解，地層粘度約為地面粘度的1／3；長(zhǎng)期注入聚合物會(huì)使部分未溶物在井筒內(nèi)部堆積，形成凝膠狀物。本文研究結(jié)果為聚合物驅(qū)數(shù)模研究和施工設(shè)計(jì)提供了第一手資料，也為進(jìn)一步開(kāi)展聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

聚合物 氮?dú)廨o助返排技術(shù) 井下取樣測(cè)試 粘度 濃度 渤海油田

以調(diào)節(jié)油藏中油水兩相流度比和擴(kuò)大波及體積為目的的聚合物驅(qū)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外陸上油田持續(xù)高產(chǎn)及高含水后期提高油田開(kāi)發(fā)水平的重要技術(shù)手段［1－2］，近些年我國(guó)海上油田也進(jìn)行了以聚合物驅(qū)為主的提高采收率措施并取得顯著成效［3］。實(shí)踐證明，成功實(shí)施聚合物驅(qū)技術(shù)的關(guān)鍵之一是保持聚合物溶液的粘度，化學(xué)反應(yīng)、生物作用和機(jī)械剪切都可能造成聚合物分子的降解而使聚合物溶液的粘度降低，其中機(jī)械剪切降解會(huì)發(fā)生在許多環(huán)節(jié)，如熟化罐中的機(jī)械攪拌使聚合物溶液通過(guò)泵和閥門的過(guò)程、聚合物溶液通過(guò)炮眼的過(guò)程以及進(jìn)入井筒附近地層的過(guò)程。由于聚合物溶液在地面部分的剪切降解程度可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)降低，并可以通過(guò)取樣測(cè)試獲得有關(guān)降解程度的信息，而在地下部分如炮眼和井筒附近的剪切降解非常嚴(yán)重，但卻無(wú)法用常規(guī)的手段獲得有關(guān)降解程度的信息，因此了解近井地帶驅(qū)油聚合物粘度的變化對(duì)于聚合物驅(qū)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用至關(guān)重要。

事實(shí)上，人們已試圖用實(shí)驗(yàn)室模擬或數(shù)值模擬的方法預(yù)計(jì)聚合物溶液進(jìn)入地層的粘度［4－9］，然而并沒(méi)有直接的證據(jù)可以說(shuō)明在地層中運(yùn)移的聚合物溶液的性質(zhì)。本研究采用連續(xù)油管向目的層注氮?dú)獾姆椒ǎ吹獨(dú)廨o助排聚合物取樣技術(shù)），將井底的聚合物溶液舉升到地面后測(cè)試其粘度，在實(shí)施過(guò)程中的不同時(shí)間取樣，反映進(jìn)入到井筒及地層不同位置的樣品的性質(zhì)，以此說(shuō)明聚合物溶液進(jìn)入地層的降解情況，從而為數(shù)值模擬研究和施工設(shè)計(jì)提供第一手資料，也為后續(xù)相關(guān)研究提供參比依據(jù)。

1 試驗(yàn)及準(zhǔn)備

1．1 試驗(yàn)原理及工藝流程

氮?dú)廨o助返排取樣的原理是液氮遇熱變?yōu)榈獨(dú)夂笏a(chǎn)生的氣體通過(guò)增壓泵經(jīng)連續(xù)油管沿油管注入，將連續(xù)油管底部以上的聚合物溶液攜帶出井口，同時(shí)由于井筒內(nèi)氣體的存在導(dǎo)致液柱壓力降低，使地層內(nèi)流體進(jìn)入井筒被氮?dú)鈹y帶返出井口，工藝流程如圖1所示。

圖1 注聚井返排聚合物取樣工藝示意圖

1．2 試驗(yàn)井選取

為配合我國(guó)海上油田進(jìn)行的聚合物驅(qū)油先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)，選取渤海某油田A井進(jìn)行氮?dú)廨o助返排取樣施工作業(yè)。A井是渤海某油田注聚的第一口井，其完井結(jié)構(gòu)（套管＋射孔）和防砂工藝（篩管＋礫石充填）在該油田均具有較強(qiáng)的代表性。由于聚合物溶液的剪切降解與注入井的完井結(jié)構(gòu)及防砂工藝密切相關(guān)，因此選擇A井實(shí)施氮?dú)廨o助返排取樣所獲得的結(jié)果對(duì)該油田隨后井組注聚、工業(yè)化應(yīng)用過(guò)程中認(rèn)知聚合物溶液在地層中的性能具有非常積極的作用。

1．3 試驗(yàn)條件

（1）A井為注水井，油管下入深度1 825 m。在作業(yè)實(shí)施之前，該井以500 m3／d的速度連續(xù)注入濃度為1 750 mg／L的疏水締合聚合物溶液，注入壓力6．6 MPa，地層溫度62℃，進(jìn)入井口前高壓取樣器所得到的溶液粘度為22 mPa·s。

（2）連續(xù)油管初始?xì)馀e深度500～600 m，具體深度根據(jù)井口返出情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）連續(xù)油管最大氣舉深度1 300 m。（4）連續(xù)油管下入速度5～20 m／min。（5）氮?dú)馀帕?～20 m3／min（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），具體排量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（6）注入氮?dú)鈮毫刂圃?5 MPa以下。

1．4 施工準(zhǔn)備

氮?dú)廨o助返排取樣施工包括以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)：移井架并用修井機(jī)吊防噴器至A井位置；吊鵝頸頭和注入器到修井機(jī)作業(yè)甲板并組合安裝；連接管線到注入器，連接油管短節(jié)并坐防噴器到A井口；連接防噴器到A井口，連接泥漿泵到連續(xù)油管的管線，連接返出到泥漿罐的管線；井口試壓；連續(xù)油管和防噴器試壓，20 MPa穩(wěn)定10 min；合格后停注聚泵，并關(guān)閉注水閥門。

為了判斷地層是否存在嚴(yán)重漏失或裂縫等情況，防止取樣不成功，首先進(jìn)行了A井壓降實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在停止注聚的最初5 min內(nèi)，壓力由注聚時(shí)的6．75 MPa迅速下降至4．16 MPa，之后緩慢下降，3 h后壓力為3．07 MPa，這說(shuō)明地層不存在嚴(yán)重漏失情況，施工可以按設(shè)計(jì)正常進(jìn)行。

1．5 取樣過(guò)程

圖2 渤海某油田A井壓降曲線

打開(kāi)A井頂甲板閥門，聚合物溶液返出到泥漿池（泥漿池可記錄排出液體的體積），返出速度逐漸變慢，取樣并測(cè)定粘度和濃度；累計(jì)返出量為2．2 m3時(shí)，聚合物溶液不再流出。下連續(xù)油管至500 m處，啟動(dòng)氮?dú)獗米⑷氲獨(dú)猓酆衔锶芤厚R上返出；返出量為5 m3時(shí)，取樣并測(cè)定粘度和濃度。下連續(xù)油管至1 300 m處，待溶液液面上升到一定高度時(shí)取樣；返出量為12、15、19 m3時(shí)再分別取樣并測(cè)定粘度和濃度。停止注氮?dú)?，恢?fù)注聚。整個(gè)施工歷時(shí)17 h。

2 結(jié)果與討論

表1為A井返出聚合物溶液性質(zhì)的測(cè)試結(jié)果，其中粘度采用Brookfield DV－II型粘度計(jì)0號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速3 r／min，在62℃下測(cè)試。由表1測(cè)試結(jié)果可以得出：1號(hào)樣品是通過(guò)井筒內(nèi)的壓力返排出來(lái)的聚合物溶液，測(cè)試粘度為21．53 mPa·s，與地面采集的樣品粘度基本一致。2號(hào)樣品是采用連續(xù)油管至井下500 m處注入氮?dú)夂罄^續(xù)排出的聚合物溶液，返吐液量為5 m3，測(cè)試粘度為21．27 mPa·s，反映進(jìn)入地層前溶液狀態(tài)。3號(hào)樣品是將連續(xù)油管下至目的層的上方1 300 m處（目的層深度為1 337～1 370 m）排空一次后再等待1 h，繼續(xù)注入氮?dú)庵练蹬乓毫窟_(dá)12 m3時(shí)的聚合物溶液，用2號(hào)轉(zhuǎn)子測(cè)試粘度為1 754．3 mPa·s，濃度超過(guò)4 000 mg／L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于注入濃度；此時(shí)的溶液反映聚合物溶液通過(guò)井筒進(jìn)入地層0．1 m處的情況（聚合物溶液進(jìn)入地層位置通過(guò)求解方程（V－V0）＝πhφ（2r L＋L2）獲得，式中：L為聚合物溶液進(jìn)入地層的位置，m；V為返吐液量，m3；V0為井筒容積，m3；h為注聚地層厚度，m；φ為注聚地層平均孔隙度，%；d為水泥環(huán)外徑，m），聚合物溶液成凝膠狀，非常粘稠，說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后部分注入聚合物沒(méi)有進(jìn)入地層，而是在井筒上形成了堵塞。5號(hào)樣品是在堵塞物排出之后返吐液量為19 m3時(shí)的聚合物溶液，測(cè)試粘度為7．66 mPa·s，反映聚合物溶液在進(jìn)入地層0．24 m的狀況。本次取樣試驗(yàn)注聚管柱內(nèi)徑76．00 mm，連續(xù)油管外徑31．75 mm，井筒容積約5．65 m3，因此進(jìn)入地層0．24 m時(shí)的聚合物溶液性質(zhì)可以代表地層中的聚合物溶液性質(zhì)。由此可見(jiàn)，聚合物溶液進(jìn)入地層后，確實(shí)經(jīng)歷了機(jī)械剪切而發(fā)生了聚合物機(jī)械降解，降解后的聚合物溶液粘度約為地面聚合物溶液的1／3。

表1 渤海某油田A井返排聚合物溶液性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

采用連續(xù)油管氮?dú)廨o助返排技術(shù)成功地采集到了聚合物溶液通過(guò)井筒進(jìn)入地層后的樣品，樣品測(cè)試結(jié)果說(shuō)明在海上注水井完井條件下，聚合物溶液進(jìn)入地層發(fā)生降解，地層粘度約為地面粘度的1／3。這一試驗(yàn)結(jié)果為聚合物驅(qū)數(shù)模研究和施工設(shè)計(jì)提供了第一手資料，也為進(jìn)一步開(kāi)展聚合物驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，試驗(yàn)中測(cè)得部分未溶物在井筒內(nèi)部堆積而形成凝膠狀物，這對(duì)聚合物溶液注入過(guò)程中壓力上升有影響，有必要定期對(duì)聚合物溶液注入井井底進(jìn)行清理。

［1］ 王德民，程杰成，吳軍政，等．聚合物驅(qū)油技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用［J］．石油學(xué)報(bào)，2005，26（1）：74－78．

［2］ 劉玉章．聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2006．

［3］ 周守為，韓明，向問(wèn)陶，等．渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)研究及應(yīng)用［J］．中國(guó)海上油氣，2006，18（6）：386－389．

［4］ 劉富，阿力木江．聚合物溶液通過(guò)φ10孔眼時(shí)的剪切降解試驗(yàn)研究［J］．新疆石油科技，1993（4）：30－32，38．

［5］ 謝峰，皇海權(quán)．聚合物溶液高速流經(jīng)巖心后的粘度損失研究［J］．油田化學(xué)，1997，14（3）：277－279．

［6］ 陳會(huì)軍，武力強(qiáng)，張軍，等．聚合物溶液流經(jīng)不同孔徑水嘴前后的粘度損失［J］．大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，23（3）：23－24．

［7］ 王永江．奈莫泵在中國(guó)油田聚合物溶液的輸送［J］．中國(guó)石油石化，2007（11）：68－69．

［8］ 雷光倫．聚合物溶液的流變性及其在多孔介質(zhì)流動(dòng)中的應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，1995，17（1）：90－92．

［9］ 陳定朝，曹寶格，戴茜．疏水締合聚合物溶液的抗剪切性研究［J］．新疆石油地質(zhì)，2006，27（4）：91－94．

（編輯：孫豐成）

The down hole sampling investigation of polymer solutions in Bohai oilfield

Xue Xinsheng1，2Han Ming1，2Zhang Ling3Gao Jianchong3Liu Yigang3Zhang Jian1，2
（1．State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation，Beijing，100027；2．CNOOC Research Institute，Beijing，100027；3．Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452）

The down hole polymer solution was lifted to the ground by coiled tube with the nitrogen assistant flowback technique，by which the down hole polymer solution sampling investigation was carried out，and the concentration and viscosity of the polymer solution could be measured directly in the down hole．It is revealed that the polymer solution have been degraded after entering the formation under the current conditions of completed water injection wells，with the viscosity of polymer reduced to the one－third of injected one．The undissolved polymer has been accumulated along with the polymer flooding period，and plenty of gel was formed．The study has provided the first hand parameters for the construction design and the numerical simulation of polymer flooding，and also laid the foundation for further application of polymer flooding．

polymer；the nitrogen assistant flowback technique；the down hole sampling investigation；viscosity；concentration；Bohai oilfield

＊國(guó)家863項(xiàng)目“渤海油田聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)研究（編號(hào)：2007AA090701）”和國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”課題“海上稠油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)（編號(hào)：2011ZX05024－004）”資助。

薛新生，1994年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，2009年獲工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)在中海油研究總院提高采收率室從事相關(guān)研究工作。地址：北京市東城區(qū)東直門外小街6號(hào)海油大廈（郵編：100027）。E－mail：xuexsh＠cnooc．com．cn。

2011－12－10 改回日期：2012－02－14