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        雙河油田高溫油藏低度交聯(lián)聚合物體系性能研究

        2018-08-18 06:07:34李洪生唐金星閆永芳朱益鋒余慶中
        石油地質(zhì)與工程 2018年4期
        關(guān)鍵詞:成膠低度交聯(lián)劑

        李洪生,唐金星,尤 越,閆永芳,朱益鋒,余慶中

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        雙河油田高溫油藏低度交聯(lián)聚合物體系性能研究

        李洪生1,唐金星1,尤 越2,閆永芳1,朱益鋒3,余慶中4

        (1.中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院,河南鄭州 450000;2.中國石化河南油田分公司采油二廠;3.中國石化河南油田分公司采油一廠;4.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

        根據(jù)有機(jī)酚醛/聚合物交聯(lián)體系的成膠反應(yīng)機(jī)理,配制出低度交聯(lián)聚合物體系(聚合物1 000~1 500 mg/L+交聯(lián)劑100~150 mg/L),模擬雙河油田95 ℃高溫油藏條件,實驗研究了低度交聯(lián)聚合物體系的成膠性能和長期熱穩(wěn)定性、注入性、流動成膠性能和驅(qū)油效果,結(jié)果表明,低度交聯(lián)聚合物體系驅(qū)油效果明顯,改善剖面作用和驅(qū)油效果均優(yōu)于聚合物驅(qū),能在一定程度上改善層狀非均質(zhì)油藏的吸水剖面,從而能夠較大幅度提高層狀非均質(zhì)油藏的采收率。

        雙河油田;低度交聯(lián)聚合物;成膠性能

        聚合物驅(qū)油是一項有效提高采收率的技術(shù),是河南油田三次采油的主要方法[1-2]。截至2016年12月,河南油田已投入聚合物驅(qū)19個區(qū)塊,面積44.3 km2,動用地質(zhì)儲量5 023.5×104t。目前適合聚合物驅(qū)的80 ℃以下Ⅰ、Ⅱ類油藏儲量基本上已動用。聚合物驅(qū)技術(shù)適應(yīng)的油藏溫度普遍小于80 ℃,80 ℃以上的Ⅲ類高溫油藏靠現(xiàn)有的聚合物驅(qū)和復(fù)合驅(qū)技術(shù)無法動用。

        低度交聯(lián)聚合物驅(qū)油體系是在交聯(lián)聚合物調(diào)剖基礎(chǔ)上,通過控制交聯(lián)反應(yīng)程度,研制出的黏度適中、流動性好的驅(qū)油體系[3-5],可為Ⅲ類高溫油藏化學(xué)驅(qū)提高采收率提供技術(shù)支持的新型驅(qū)油劑[6-7]。本文模擬雙河油田95 ℃高溫油藏條件,系統(tǒng)評價了低度交聯(lián)聚合物體系的成膠性能和長期熱穩(wěn)定性,優(yōu)化了低度交聯(lián)聚合物體系配方,研究了體系的注入性、地下成膠性能、流動性和驅(qū)油效果。

        1 實驗條件

        實驗條件包括:①交聯(lián)劑:河南油田研制并生產(chǎn)的有機(jī)醛交聯(lián)劑,有效含量15%;②聚合物:部分水解聚丙烯酰胺聚合物1 630 s,分子量1 965×104,水解度19.5%,固含量89.5%;③實驗用水:清水、陳化污水和新鮮污水,水質(zhì)組成見表1;④溫度:油藏溫度95 ℃。

        表1 江河污水和清水組成成分 mg/L

        2 低度交聯(lián)聚合物體系優(yōu)化配方

        2.1 低度交聯(lián)聚合物體系的交聯(lián)反應(yīng)特征

        交聯(lián)聚合物體系中的聚合物濃度和交聯(lián)劑濃度是決定體系成膠性能和成膠后結(jié)構(gòu)狀態(tài)的關(guān)鍵因素[8-9]。交聯(lián)聚合物體系的黏度主要取決于聚合物的濃度,交聯(lián)反應(yīng)速度主要取決于交聯(lián)劑濃度,表征體系交聯(lián)反應(yīng)程度的聚交比(聚合物濃度:交聯(lián)劑濃度)則影響所形成凝膠的結(jié)構(gòu)形態(tài)[10-12]。

        從交聯(lián)聚合物體系的黏度變化曲線(圖1)特征看出,低濃度微凝膠體系(聚合物400 mg/L+交聯(lián)劑250 mg/L,聚交比1.6)的成膠反應(yīng)過程分為三個階段:誘導(dǎo)期、成膠突變期和穩(wěn)定期[13-14]。

        低度交聯(lián)體系(聚合物1 000 mg/L+交聯(lián)劑100 mg/L)的聚交比高達(dá)10,成膠時間長(5~10 d),沒有出現(xiàn)成膠突變,交聯(lián)反應(yīng)終止在誘導(dǎo)期,HPAM(陰離子型聚丙烯酰胺)聚合物與交聯(lián)劑反應(yīng)生成HPAM的二聚體等小尺寸膠團(tuán),形成低度交聯(lián)體系。低度交聯(lián)體系的交聯(lián)反應(yīng)程度低,交聯(lián)點密度低,單個HPAM分子鏈上的反應(yīng)交聯(lián)點密度低,形成與HPAM聚合物類似的無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu),生成小尺寸膠團(tuán),成膠黏度適中,與聚合物溶液黏度相比有所上升,流動性得到明顯改善,有流度控制和驅(qū)油作用。

        圖1 低度交聯(lián)聚合物體系與中度交聯(lián)體系的交聯(lián)反應(yīng)特征

        2.2 低度交聯(lián)聚合物體系配方優(yōu)化

        油田新鮮污水配制的低度交聯(lián)聚合物體系的優(yōu)化配方為聚合物1000~1 500 mg/L+交聯(lián)劑100~150 mg/L。聚交比6.7~15,成膠時間5~15 d成膠黏度最高可達(dá)68 mPa·s,在95 ℃高溫條件下老化180 d,成膠黏度保持在28~55 mPa·s,低度交聯(lián)體系的成膠黏度適中,在95 ℃高溫下長期熱穩(wěn)定性好。體系配方的交聯(lián)劑濃度應(yīng)控制為小于200 mg/L,阻止體系發(fā)生成膠突變。

        3 低度交聯(lián)聚合物體系的滲流特性和流動成膠性能

        3.1 低度交聯(lián)聚合物體系的注入性

        相同配方低度交聯(lián)聚合物體系在不同滲透率巖心里的注入壓力變化曲線如圖2所示,不同配方低度交聯(lián)特性在滲透率相近巖心里的注入壓力變化曲線見圖3。

        從圖2所示的注入壓力變化曲線看出,低度交聯(lián)聚合物體系的注入壓力緩慢上升,注入1.5~2 PV趨于平穩(wěn),表明低度交聯(lián)體系與聚合物溶液在巖石多孔介質(zhì)中的流動阻力和滲流特征相似。巖心滲透率越高,注入壓力變化越平緩;注入壓力越低,注入性越好;隨著巖石滲透率降低,注入壓力升高,注入性變差;當(dāng)巖石滲透率低于0.300 μm2時,低度交聯(lián)聚合物體系的注入壓力明顯升高,如在0.279 μm2的低滲透巖心里,注入壓力急劇升高,雖然注入2 PV后壓力趨于平緩,但比在0.576 μm2巖心的注入壓力高2倍以上。實驗結(jié)果表明,低度交聯(lián)體系在油層平均滲透率(0.600 μm2)以上的中、高滲透層段注入性好,但在低滲透(0.3 μm2)油層的注入性差。

        圖2 低度交聯(lián)體系在不同滲透率巖心里的注入壓力隨注入孔隙體積倍數(shù)變化

        圖3 不同配方低度交聯(lián)體系在相同滲透率巖心里的注入壓力變化

        圖3的注入壓力變化曲線表明:在滲透率相近的巖心里,體系配方中交聯(lián)劑濃度(120 mg/L)一定時,聚合物濃度越高(聚合物800上升到1 500 mg/L),注入壓力越高,流動阻力越大;聚交比越大,注入壓力變化越易趨于平緩;體系配方中聚合物濃度(1 200 mg/L)一定時,交聯(lián)劑濃度提高(100上升到150 mg/L),注入壓力變化趨勢和上升幅度都比較相近,說明在優(yōu)化的低度交聯(lián)體系配方范圍內(nèi),交聯(lián)劑濃度對低度交聯(lián)體系的注入性和流動性影響不大。

        3.2 低度交聯(lián)體系與聚合物溶液、低濃度微凝膠體系注入性的差別

        3.2.1 低度交聯(lián)體系與聚合物溶液的注入性相似

        從圖2和圖3所示低度交聯(lián)聚合物體系的注入壓力變化曲線看出,低度交聯(lián)聚合物體系和聚合物溶液的注入壓力曲線變化特征相似,注入壓力緩慢上升,注入1.5~2.0 PV,注入壓力趨于平穩(wěn),然后保持穩(wěn)定。表明低度交聯(lián)體系與聚合物溶液在巖石多孔介質(zhì)中滲流特征相似,但低度交聯(lián)體系在多孔介質(zhì)中的流動阻力更大。

        3.2.2 低度交聯(lián)體系的注入性和流動性優(yōu)于低濃度微凝膠體系

        低濃度微凝膠體系(聚合物400 mg/L+交聯(lián)劑250 mg/L)在大于0.6 μm2的中、高滲透油層里注入性和流動性較好,注入2~3 PV后注入壓力趨于平緩(圖4),但在低于0.6 μm2的中低滲透油層里注入性差;微凝膠體系的配方濃度越高,在多孔介質(zhì)里的注入性和流動性越差。

        圖4 低濃度微凝膠體系(聚合物400~600 mg/L +交聯(lián)劑250~300 mg/L)的注入壓力變化

        對比圖2、圖3與圖4的注入壓力變化曲線特征,可見低度交聯(lián)體系的注入性比低濃度微凝膠體系好,說明低度交聯(lián)聚合物體系的注入性和流動性得到了明顯改善。

        3.3 低度交聯(lián)聚合物體系的流動成膠特征

        常規(guī)天然巖心、Berea巖心或人工膠結(jié)巖心的標(biāo)準(zhǔn)幾何尺寸小,一般直徑為2.5 cm,長度僅8~10 cm,不能滿足模擬評價交聯(lián)聚合物體系流動成膠性能評價的要求。

        在調(diào)研國內(nèi)外可動凝膠和膠態(tài)分散凝膠體系的巖心流動實驗研究方法基礎(chǔ)上,自行設(shè)計研制了全自動長巖心模擬流動實驗?zāi)P停⒘私宦?lián)聚合物體系模擬流動成膠實驗流程裝置。長巖心模型內(nèi)徑3.8 cm,長度150~300 cm,沿流動方向設(shè)置5~6個測壓孔或取樣口,可連續(xù)監(jiān)測交聯(lián)聚合物驅(qū)過程中的壓力變化和地下黏度變化。長巖心流動實驗?zāi)P湍蜏?20 ℃,耐壓25 MPa。長巖心填砂模型的基礎(chǔ)參數(shù)見表2。

        表2 聚合物驅(qū)、交聯(lián)聚合物驅(qū)長巖心的幾何尺寸和物性參數(shù)

        3.3.1 低度交聯(lián)聚合物體系的流動成膠特征

        低度交聯(lián)聚合物溶液(配方HPAM 1 200 mg/L+交聯(lián)劑100~150 mg/L)在長巖心里各測壓點的壓力變化特征如圖5所示。5個測壓點的壓力都明顯同步升高,表明低度交聯(lián)體系具有良好的流動性。

        在后續(xù)水驅(qū)階段初期,低度交聯(lián)體系的注入壓力繼續(xù)升高,特別是長巖心后端第5、6個測壓點的壓力明顯升高,然后保持平穩(wěn)。表明低度交聯(lián)聚合物體系能在長巖心流動過程中產(chǎn)生交聯(lián)作用,形成凝膠結(jié)構(gòu),而且低度交聯(lián)體系能夠運移到長巖心中后端,在多孔介質(zhì)中的流動性良好,并在長巖心內(nèi)部產(chǎn)生較大的剩余流動阻力。

        3.3.2 低度交聯(lián)體系與聚合物溶液流動特征對比

        對比圖5與圖6的注入壓力變化曲線特征可以看出:低度交聯(lián)聚合物體系(聚合物 1 200 mg/L+交聯(lián)劑100~150 mg/L)與相同濃度聚合物溶液(聚合物 1 200 mg/L)在長巖心里的注入壓力變化比較相似,但在后續(xù)水驅(qū)階段產(chǎn)生的殘余流動阻力更大。

        圖5 低度交聯(lián)聚合物溶液的注入壓力隨注入孔隙體積的變化

        圖6 聚合物溶液注入壓力隨注入孔隙體積的變化曲線

        4 低度交聯(lián)聚合物體系的驅(qū)油效果

        在滲透率級差為2.4~4.8的并聯(lián)巖心模型上,進(jìn)行了聚合物驅(qū)油實驗和不同配方、不同段塞尺寸(0.2~0.5 PV)低度交聯(lián)聚合物驅(qū)油實驗。

        4.1 水驅(qū)采收率

        水驅(qū)油實驗結(jié)果表明,并聯(lián)巖心的水驅(qū)采收率為48.8%~59.8%,其中,高滲透巖心的水驅(qū)采收率高達(dá)52.4%~68.5%,明顯高于低滲透巖心的水驅(qū)采收率(36.4%~57.3%)。說明水驅(qū)油階段主要動用的是中、高滲透層段,水驅(qū)后提高采收率的潛力應(yīng)該在中、低滲透層段。

        4.2 低度交聯(lián)聚合物的驅(qū)油效果

        實驗結(jié)果顯示,在滲透率級差為2.4~4.9的并聯(lián)巖心上,0.2~0.5 PV不同配方低度交聯(lián)聚合物驅(qū)比水驅(qū)采收率提高12.9%~20.6%,其中,高滲透巖心提高采收率10.7%~19.3%,低滲透巖心提高采收率9.7%~26.6%。而在滲透率級差為4.6的并聯(lián)巖心上,0.5 PV聚合物驅(qū)僅比水驅(qū)采收率提高7.3%,其中,高滲透率巖心提高采收率10.1%,而低滲透率巖心僅提高采收率4.4%。

        低度交聯(lián)聚合物驅(qū)改善層狀非均質(zhì)油藏的吸水剖面的能力比聚合物驅(qū)強(qiáng),不僅明顯提高了高滲透層段的采收率,而且顯著提高了低滲透層段的采收率。聚合物驅(qū)只在注聚階段具有一定的調(diào)剖分流效果,后續(xù)注入水快速突破聚合物段塞,導(dǎo)致聚合物驅(qū)很快失效,是層狀非均質(zhì)油藏中聚合物驅(qū)油效果比低度交聯(lián)聚合物驅(qū)差的主要原因。

        5 結(jié)論

        (1)模擬油藏條件優(yōu)化了低度交聯(lián)聚合物體系配方(聚合物1 000~1 500 mg/L+交聯(lián)劑100~150 mg/L),在95 ℃高溫下老化180 d后,成膠黏度保持在25~55 mPa·s,長期熱穩(wěn)定性好。

        (2)低度交聯(lián)聚合物體系的注入性和流動性與聚合物溶液相似,在中、高滲透巖心(≥0.6 μm2)注入性良好;低度交聯(lián)體系的注入性和流動性優(yōu)于低濃度微凝膠體系。

        (3)低度交聯(lián)聚合物體系通過中高滲透率(0.69~0.86 μm2)長巖心流動過程中能夠成膠,成膠后具有良好的流動性;后續(xù)水驅(qū)階段低度交聯(lián)體系在長巖心內(nèi)部的剩余流動阻力高于聚合物。

        (4)低度交聯(lián)聚合物體系驅(qū)油效果明顯,改善剖面作用和驅(qū)油效果均優(yōu)于聚合物驅(qū),能在一定程度上改善層狀非均質(zhì)油藏的吸水剖面,從而能夠較大幅度提高層狀非均質(zhì)油藏的采收率。

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        編輯:趙川喜

        2017–09–26

        李洪生,高級工程師,1976年生,1999年畢業(yè)于成都理工學(xué)院油藏工程專業(yè),2009年碩士畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)石油與天然氣工程專業(yè),現(xiàn)從事油氣藏開發(fā)工作。

        中國石油化工股份有限公司“十條龍”重點科技攻關(guān)項目“耐溫抗鹽低濃度交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)研究”(P04056)。

        1673–8217(2018)04–0087–05

        P631.4

        A

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