郝明耀， 郭 艷，王 熙，朱江海，楊海濤

(1.中國(guó)石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化河南油田分公司第一采油廠)

雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物性能實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)

郝明耀1， 郭 艷1，王 熙1，朱江海2，楊海濤2

(1.中國(guó)石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南南陽(yáng) 473132；2.中國(guó)石化河南油田分公司第一采油廠)

為了保證雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物驅(qū)取得成功，通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了影響耐溫聚合物溶液黏度的各種因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耐溫聚合物BHY適合作為雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物驅(qū)用劑；推薦聚合物最佳注入濃度為1 500 mg/L、注入段塞量為0.4～0.6 PV；在最佳注入?yún)?shù)下，對(duì)于滲透率為600×10-3μm2的均質(zhì)巖心，聚合物驅(qū)室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可提高采收率17.75個(gè)百分點(diǎn)；在滲透率極差為3的雙管并聯(lián)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，可提高采收率10.57個(gè)百分點(diǎn)。

雙河油田；耐溫聚合物；性能評(píng)價(jià)

雙河油田Ⅶ1-3單元為河南油田Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)量，油藏溫度為93.7 ℃，滲透率0.587 μm2。目前，該單元采出程度已接近水驅(qū)標(biāo)定采收率，為進(jìn)一步提高區(qū)塊采收率，考慮在該區(qū)塊進(jìn)行三次采油。目前，稀油油藏在水驅(qū)過(guò)后進(jìn)行三次采油的技術(shù)主要有聚合物驅(qū)、復(fù)合驅(qū)、泡沫驅(qū)等[1]?？v觀國(guó)內(nèi)外各大油田進(jìn)行三次采油的應(yīng)用效果，聚合物驅(qū)是應(yīng)用最為成功的一種三次采油技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DV-III型Brooker黏度計(jì)(美國(guó)Brooker公司)；微觀驅(qū)替物理模擬裝置(江蘇省海安石油科研儀器有限公司)；鼓風(fēng)干燥箱(北京恒泰豐科試驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

人造巖心:柱狀巖心(φ2.5 cm×8 cm)，方巖心(2.5 cm×2.5 cm×30 cm)；聚合物：耐溫聚合物BHY(北京化工研究院提供，質(zhì)量分?jǐn)?shù)90.31%，水解度20.58%，分子量2265萬(wàn))，3630S(法國(guó)聚合物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)90.21%，水解度24.56%，分子量2100萬(wàn))；實(shí)驗(yàn)用油：雙河油田Ⅶ1-3層單元脫水原油；實(shí)驗(yàn)用水：雙河清水、雙河江河陳化污水。實(shí)驗(yàn)用水離子組成如表1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

用DV-III型Brooker黏度計(jì)測(cè)試體系黏度(轉(zhuǎn)速6 r/min,剪切速率7.34 s-1)。用巖心驅(qū)油裝置進(jìn)行巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，驅(qū)替流程為：用0.45μm膜濾過(guò)的單元地層水飽和巖心24 h，然后飽和單元模擬油至巖心含油飽和度為70%，水驅(qū)至含水100%，注入耐溫聚合物溶液，水驅(qū)至含水100%，計(jì)算采收率(所有過(guò)程都在抽空條件下進(jìn)行)。

表1 實(shí)驗(yàn)用水的離子組成 (mg/L)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 耐溫聚合物溶液黏度影響因素

聚合物溶液的黏度是影響聚合物驅(qū)效果最重要的因素，但是諸多因素都影響著聚合物溶液的黏度，特別是濃度、溫度、礦化度、剪切、高溫老化等因素影響較大[2]。

2.1.1 濃度對(duì)耐溫聚合物溶液黏度的影響

先用雙河清水配制4 500 mg/L的聚合物母液，再用雙河陳化污水稀釋至需要濃度。測(cè)試溶液在某一溫度下的黏度，結(jié)果見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯蜏鼐酆衔镳怅P(guān)系與普通聚合物相似：隨著濃度的增加，聚合物溶液的黏度呈乘冪式增加。從微觀上分析，聚合物的濃度越高，單位體積內(nèi)的聚合物分子數(shù)越多，分子之間相互吸引和相互纏結(jié)的能力越強(qiáng)，所以黏度越大[3]。當(dāng)聚合物溶液的濃度較低時(shí)，黏度隨濃度增加而增大的速率較小，當(dāng)濃度較高時(shí)，增加速率變大。原因是由于聚合物大分子具有較強(qiáng)的分子間引力，隨著聚合物溶液濃度的增加，聚合物分子間的距離逐漸縮短，分子間引力逐漸加強(qiáng)，加劇了分子鏈段間及分子間相互纏結(jié)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，從而使黏度急劇增大[3]。

圖1 耐溫聚合物黏濃關(guān)系曲線

2.1.2 溫度對(duì)耐溫聚合物溶液黏度的影響

將耐溫聚合物BHY和油田在用的普通聚合物3630S先用雙河清水配制4 500 mg/L的母液，然后用雙河陳化污水稀釋至需要濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2?？梢钥闯?，兩種聚合物溶液黏度隨著溫度的變化趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)出緩慢減小的趨勢(shì)。聚合物溶液濃度越大，黏度下降的趨勢(shì)越明顯[3]。相比普通聚合物3630S，耐溫聚合物不僅黏度要高一些，而且隨溫度的升高黏度下降的幅度也緩和得多，這也正是耐溫聚合物耐溫性能表現(xiàn)之所在。

2.1.3 礦化度對(duì)耐溫聚合物溶液黏度的影響

模擬雙河油田Ⅶ1-3單元地層水鈣鎂離子含量，固定鈣離子濃度為41 mg/L，鎂離子濃度為7 mg/L，通過(guò)改變氯化鈉的濃度來(lái)調(diào)節(jié)礦化度，考察礦化度變化對(duì)聚合物溶液黏度的影響(用去離子水配制4 500 mg/L聚合物母液)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢钥闯觯S著礦化度的增加，聚合物黏度逐漸降低，當(dāng)?shù)V化度超過(guò)10 000 mg/L以后，聚合物溶液黏度趨于平穩(wěn)。

圖2 兩種聚合物的黏溫關(guān)系曲線

圖3 礦化度對(duì)聚合物溶液黏度的影響

2.1.4 剪切對(duì)耐溫聚合物溶液黏度的影響

耐溫聚合物溶液具有較高黏度行為，主要是因?yàn)槟蜏鼐酆衔锓肿訛榇蟪叽绲姆肿渔?，而這種分子鏈在受到高速剪切時(shí)容易斷裂引起黏度的降低。配制不同濃度的聚合物溶液，分別用不同的流速注入，在30 ℃、6 r/min條件下測(cè)定剪切降解前后的黏度，計(jì)算聚合物溶液黏度損失率。選用濃度為1 800 mg/L聚合物的溶液，測(cè)試剪切前后分子量的變化，計(jì)算剪切后分子量保留率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。由表2可以看出，隨著注入速度的增加，聚合物黏度損失率逐漸增大，同一注入速度下，聚合物的濃度越高，黏度損失率越低。由表3可以看出，聚合物經(jīng)過(guò)剪切后，分子量變小，隨著注入速度的增加，分子量保留率呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

表2 聚合物經(jīng)過(guò)巖心剪切后黏度損失率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 %

表3 聚合物經(jīng)過(guò)巖心剪切后黏度和分子量保留率統(tǒng)計(jì)(1 800 mg/L)

2.1.5 溶解氧對(duì)高溫聚合溶液物穩(wěn)定性的影響

聚合物溶液在地層中進(jìn)行驅(qū)替的過(guò)程其實(shí)是一個(gè)高溫老化的過(guò)程。聚合物溶液經(jīng)過(guò)高溫老化后黏度一般會(huì)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。用雙河清水配制4 500 mg/L聚合物母液，用雙河陳化污水稀釋至1 800 mg/L，在95 ℃下老化，30 ℃下測(cè)試其黏度,考察不同氧含量對(duì)聚合物溶液黏度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，氧含量對(duì)耐溫聚合物溶液長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性有重大影響，隨著氧含量的增加，耐溫聚合物溶液老化后的黏度保留率呈下降趨勢(shì)。

2.1.6 穩(wěn)定劑對(duì)高溫聚合物長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響

為消除溶液中溶解氧對(duì)聚合物溶液黏度的影響，可向溶液中添加穩(wěn)定劑。本次研究了向聚合物溶液添加穩(wěn)定劑1(還原體系)與穩(wěn)定劑2(有機(jī)體系)，以考察穩(wěn)定劑含量對(duì)耐溫聚合物長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5、表6。由表5可以看出，氧含量在0.5 mg/L時(shí)，穩(wěn)定劑1對(duì)聚合物溶液的穩(wěn)定性能起到一定的作用，但當(dāng)氧含量較高時(shí)，此作用并不明顯。由表6可以看出，穩(wěn)定劑2的加入，對(duì)聚合物溶液能起到增黏作用，但氧含量為4.5 mg/L時(shí)，穩(wěn)定劑的加入對(duì)聚合物溶液幾乎沒(méi)有作用。

表4 不同氧含量對(duì)聚合物溶液黏度影響 mPa·s

表5 穩(wěn)定劑1對(duì)聚合物溶液黏度影響 mPa·s

表6 穩(wěn)定劑2對(duì)聚合物溶液黏度影響 mPa·s

2.2 耐溫聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

2.2.1 均質(zhì)巖心模型聚合物驅(qū)聚合物濃度優(yōu)選

選用滲透率為600×10-3μm2的均質(zhì)人造巖心進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可以看出，隨著聚合物濃度的增加，聚合物提高采收率的幅度有所增加，但增加幅度不是很大，考慮到噸聚換油率因素，確定聚合物最佳注入濃度為1 500 mg/L。

2.2.2 均質(zhì)巖心模型聚合物驅(qū)聚合物段塞的優(yōu)選

聚合物濃度為1 500 mg/L，驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8，可以看出，段塞量從0.2 PV增加至0.6 PV時(shí)，提高采收率3.05%，當(dāng)從0.6 PV增加至1.0 PV，提高采收率的幅度不大，僅提高采收率1.02%。

表7 不同聚合物濃度驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上室內(nèi)研究，推薦雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物最佳注入尺寸為：聚合物濃度為1500mg/L，段塞量0.4～0.6PV，控制氧含量0.5mg/L以下。

表8 不同段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 不同滲透率級(jí)差并聯(lián)巖心模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9，由表9可以看出，隨著滲透率級(jí)差的逐步增大，水驅(qū)采收率、聚驅(qū)采收率和總提高采收率都呈逐步減少趨勢(shì)，但在滲透率級(jí)差為3處出現(xiàn)拐點(diǎn)，當(dāng)滲透率級(jí)差大于3以后提高采收率降低的幅度開(kāi)始增加。因此聚合物驅(qū)應(yīng)考慮滲透率級(jí)差的影響。

表9 并聯(lián)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)濃度、溫度、礦化度、剪切、高溫老化都對(duì)耐溫聚合物溶液黏度有著明顯的影響作用，特別是溶液中溶解氧含量對(duì)耐溫聚合物溶液高溫老化后的黏度影響顯著。

(2)通過(guò)對(duì)耐溫聚合物溶液進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)聚合物溶液在含氧量小于0.5 mg/L條件下，在95 ℃下老化180 d后黏度保留率都能達(dá)到80%以上。

(3)評(píng)價(jià)表明，耐溫聚合物BHY適合作為雙河油田Ⅶ1-3單元高溫聚合物用劑。

(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，雙河油田Ⅶ1-3單元進(jìn)行聚合物驅(qū)時(shí)最佳注入濃度為1 500 mg/L，最佳注入段塞量為0.4～0.6 PV。

[1] 崗秦麟.化學(xué)驅(qū)油論文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，1998：1-28.

[2] 趙福麟.采油化學(xué)[M].北京：石油大學(xué)出版社,1989：1-33.

[3] 周恩樂(lè),李虹.聚丙烯酰胺的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究[J].高分子學(xué)報(bào), 1991，12(1)：51-56．

編輯：李金華

1673-8217(2015)01-0133-04

2014-08-20

郝明耀，油藏工程師，1980年生，2007年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事提高原油采收率方面的研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。

TE357

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