王　偉，柳　敏

(中國石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津大港 300280)

聚/表二元驅(qū)體系配方優(yōu)化研究

王偉，柳敏

(中國石油大港油田分公司采油工藝研究院，天津大港 300280)

摘要：室內(nèi)開展了聚合物與聚/表二元體系物理模擬實驗，對驅(qū)油體系在多孔介質(zhì)中的黏度和滲流運移特征研究表明，聚/表二元體系具有良好的增黏性，同時二元復(fù)合驅(qū)采收率增幅大于聚驅(qū)與表活劑驅(qū)采收率增幅之和，并確定了最優(yōu)二元驅(qū)體系配方，即聚合物濃度1 750 mg/L，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，注入段塞尺寸0.4 PV。

關(guān)鍵詞：二元復(fù)合驅(qū)；阻力系數(shù)；動態(tài)特征；驅(qū)油效果

聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)(簡稱為聚/表二元復(fù)合驅(qū))是一種可以充分發(fā)揮表面活性劑和聚合物的協(xié)同作用來提高原油采收率的強化采油方法[1-2]。聚/表二元復(fù)合體系可以最大限度地發(fā)揮聚合物的黏度和彈性，表活劑的強洗油效率來提高原油采收率[3-5]。為了進一步研究聚/表二元體系在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律，本文系統(tǒng)考察了聚合物、表活劑和聚/表二元復(fù)合體系注入孔隙體積倍數(shù)與注入壓力、提高采收率幅度及含水率降低幅度三者關(guān)系，優(yōu)化了最佳二元驅(qū)體系配方，以期為聚/表二元復(fù)合驅(qū)的礦場應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1實驗準(zhǔn)備

1.1實驗材料

聚合物為部分水解聚丙烯酰胺HTPW-112，相對分子質(zhì)量為2 500×104，固含量88%，水解度為23.6%；表面活性劑為石油磺酸鹽表活劑，有效含量為40%；大港港西油田采出污水的礦化度為6 726 mg/L，鈣鎂離子含量58 mg/L；模擬油由大港港西油田脫氣原油與煤油混合而成，53℃下黏度為19.6 mPa·s。滲流特性實驗用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造柱狀巖心[6]，尺寸為φ2.5 cm×10 cm，滲透率分別為 90×10-3μm2、140×10-3μm2和250×10-3μm2。驅(qū)油效果實驗用物理模型由高滲透、中滲透和低滲透三個層組成，滲透率變異系數(shù)0.72，平均滲透率1 200×10-3μm2；模型幾何尺寸為：4.5 cm×4.5 cm×30 cm[7]。

1.2實驗儀器

采用 DV-Ⅲ型布氏黏度儀(美國 Brook-field 公司)測試黏度，轉(zhuǎn)速 6 r/min， 測試溫度53 ℃；采用TX-500C型界面張力儀(美國CNG公司)測試驅(qū)油劑與原油間的界面張力；流動特性測試儀器設(shè)備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。除平流泵和手搖泵外，其它部分置于溫度為53 ℃恒溫箱內(nèi)。

1.3實驗步驟

(1)滲流特性實驗：①巖心抽空飽和注入水，注污水直至壓力穩(wěn)定，記錄壓力Δp1；②注聚合物溶液5～ 7 PV，記錄壓力Δp2；③后續(xù)水驅(qū) 5～ 7 PV，記錄壓力Δp3。

(2)驅(qū)油效果實驗：①在室溫下，對模型抽真空并飽和注入水，計算模型孔隙體積和孔隙度；②模型飽和模擬油，計算含油飽和度；③水驅(qū)至含水率98%，得到水驅(qū)采收率；④注入驅(qū)油劑0.6 PV，后續(xù)水驅(qū)至含水率98%停止，計算采收率。實驗溫度53℃。

實驗過程注入速度為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min。

2結(jié)果與討論

2.1驅(qū)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與界面張力

表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系黏度及界面張力的影響見表1，可見，隨表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，體系黏度基本維持不變，界面張力先下降后趨于穩(wěn)定，說明表活劑在較寬的濃度范圍內(nèi)能使界面張力穩(wěn)在10～3 mN/m數(shù)量級，同時與聚合物具有良好的配伍性。

2.2驅(qū)油劑的滲流特性

表1　表活劑對驅(qū)油體系黏度及界面張力的影響

注：聚合物濃度2 000 mg/L。

2.2.1阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)

驅(qū)油劑阻力系數(shù)(FR)和殘余阻力系數(shù)(FRR)測試結(jié)果見表2。表面活性劑對聚合物溶液流動性質(zhì)即阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)存在影響。在滲透率相同條件下，與聚合物溶液相比，二元復(fù)合體系的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較大。

表2　表活劑對驅(qū)油劑流動性的影響

注：聚合物溶液CP=1 200 mg/L；二元復(fù)合體系CP=1 200 mg/L，CS=2 000 mg/L。

另外，巖心滲透率對聚合物溶液和二元復(fù)合體系阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)存在影響，隨巖心滲透率降低，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增加。

2.2.2動態(tài)特征

在巖心滲透率不同條件下，聚合物及二元復(fù)合體系注入壓力與注入孔隙體積(PV)倍數(shù)關(guān)系見圖1、圖2。巖心滲透率對聚合物及二元復(fù)合體系注入壓力存在影響。隨巖心滲透率降低，注入壓力升高。當(dāng)滲透率分別為90×10-3μm2和110×10-3μm2時，隨PV數(shù)增加，注入壓力持續(xù)升高，表明聚合物在巖心內(nèi)運移困難，發(fā)生了堵塞。綜上所述，二元復(fù)合體系在巖心不發(fā)生堵塞的最低滲透率(即滲透率極限)比相同濃度聚合物溶液的高，約為110×10-3μm2。

2.3驅(qū)油效果

2.3.1驅(qū)油劑類型對比

(1)采收率增幅。驅(qū)油劑類型對驅(qū)油效果(采收率)影響實驗結(jié)果見表3。驅(qū)油劑類型對化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效率存在影響。在3種驅(qū)油劑中，二元復(fù)合體系采收率增幅最大，其次是聚合物溶液，再其次是表面活性劑溶液。與聚合物溶液和二元復(fù)合體系相比較，表面活性劑溶液黏度低、洗油效率高，它不僅不能增加流動阻力，而且導(dǎo)致注入壓力降低，表面活性劑溶液仍然沿水流通道流動，沒有擴大波及體積作用，采收率增幅僅2.1%。進一步分析發(fā)現(xiàn)，二元復(fù)合驅(qū)采收率增幅大于聚合物驅(qū)與表面活性劑驅(qū)采收率增幅之和。由此可見，聚合物攜帶表面活性劑進入更多巖心孔隙體積，使表面活性劑洗油作用得到有效發(fā)揮，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

圖1　聚合物注入壓力與PV數(shù)關(guān)系

圖2　二元體系注入壓力與PV數(shù)關(guān)系

(2)動態(tài)特征。實驗過程中采收率、含水率和壓力與PV數(shù)關(guān)系見圖3，在3種驅(qū)油劑中，二元復(fù)合體系和聚合物溶液注入壓力升幅大，說明液流轉(zhuǎn)向能力增強，波及范圍擴大，含水下降幅度大，所以采收率增幅大；而表活劑驅(qū)注入壓力呈下降趨勢，說明未增加滲流阻力建立壓差，含水降幅小。

2.3.2驅(qū)油體系配方優(yōu)化

(1)聚合物濃度確定。聚合物濃度對體系采收率影響見表4?？梢?，在表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的條件下，隨聚合物濃度增加，采收率增加，當(dāng)聚合物濃度達(dá)到1 750 mg/L時，采收率增幅變緩，確定最優(yōu)聚合物濃度為1 750 mg/L，采收率增幅16.7%。

表3　不同驅(qū)油劑提高采收率幅度對比

圖3　不同驅(qū)替技術(shù)驅(qū)油效果

驅(qū)油劑組成聚合物/(mg·L-1)表面活性劑/%工作黏度/(mPa·s)界面張力/(mN·m-1)含油飽和度/%采收率/%水驅(qū)化學(xué)驅(qū)采收率增幅/%72.539.28500.2011.11.845×10-372.437.949.210.012000.2015.43.241×10-371.637.153.113.917500.2019.74.261×10-371.937.655.916.720000.2024.64.673×10-372.638.656.817.625000.2035.45.641×10-374.438.157.318.1

(2)表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定。表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對體系采收率影響見表5，可見，在聚合物濃度相同的條件下，隨表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，采收率增加，當(dāng)表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.20%時，采收率增幅變緩，確定最優(yōu)表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%。

(3)段塞尺寸大小確定。段塞大小對體系采收

表5　表活劑濃度對驅(qū)油體系采收率的影響

率影響見表6?？梢?，隨段塞尺寸增加，采收率增加，當(dāng)段塞達(dá)到0.4 PV時，采收率增幅變緩，確定最優(yōu)段塞大小為0.4 PV。

3結(jié)論

(1)在滲透率相同條件下，與聚合物溶液相比，二元復(fù)合體系能建立更高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)。

表6　段塞尺寸大小對驅(qū)油體系采收率的影響

(2)從驅(qū)油劑類型上看，二元驅(qū)提高采收率幅度最大，高于單純聚驅(qū)和表活劑驅(qū)二者之和，說明聚合物可以攜帶表面活性劑進入更多巖心孔隙體積，使表面活性劑洗油作用得到有效發(fā)揮，進而產(chǎn)生有利于提高采收率的協(xié)同效應(yīng)。

(3)確定了最優(yōu)二元驅(qū)體系配方，即聚合物濃度1 750 mg/L，表活劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，注入段塞尺寸0.4 PV。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)01-0136-04

收稿日期：2015-08-10

作者簡介：王偉，工程師，1979年生，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，現(xiàn)從事三次采油化學(xué)品研究與應(yīng)用工作

中圖分類號：TE357

文獻標(biāo)識碼：A