聚驅滯留聚合物對無堿二元復合體系影響研究

于　群

(中國石化勝利油田地質科學研究院，山東東營 257061)

水驅后實施聚合物驅能夠進一步提高采收率。作為聚合物驅接替技術之一，聚合物表面活性劑二元復合驅油體系得到更多的重視。聚合物驅滯留聚合物是研究接替技術過程中不可避免的問題[1-2]。驅后滯留聚合物分布規律得到一系列研究。通過礦場實踐證實聚驅后油層滯留大量聚合物[3]。通過三維微觀網絡孔隙模型研究聚驅后滯留聚合物的微觀分布規律[4]。經過理論分析和試驗研究發現，滯留聚合物多以吸附和溶液狀態殘存于地層[5-6]。已有學者提出充分利用滯留聚合物進一步提高聚驅后采收率的多種技術思路[7-10]。但針對聚驅滯留聚合物的研究以及滯留聚合物對后續接替技術影響的研究相對較少。筆者通過室內物理模擬試驗研究了聚驅聚合物滯留規律，并討論了滯留聚合物對后續聚合物表面活性劑復合體系的影響，為聚驅后聚表復合體系的研究提供思路，為進一步處理滯留聚合物，提高采收率提供思路。

1　試驗部分

1.1　試劑和儀器

聚合物為部分水解聚丙烯酰胺，平均相對分子質量1 200×104，水解度34%；模擬水：礦化度8 460.64mg/L；表面活性劑：陰離子型石油磺酸鹽；淀粉-碘化鎘溶液。

平流泵，填砂管(2.5 cm×100 cm)，UV765紫外-可見光分光光度計，壓力傳感器，試驗自動采集系統。

1.2　滯留聚合物分布規律的測定

采用濕填法，用55～60目石英砂填制滲透率0.6 μm2填砂管巖心，測其孔隙度和滲透率；向巖心注入1 Vp100聚合物溶液(Vp100為長100 cm填砂管巖心孔隙體積，聚合物溶液濃度1 750 mg/L)；試驗注入速度為0.3 mL/min，根據驅替速度估算聚合物溶液前緣推進位置，當聚合物前緣到達測點時測試聚合物前緣濃度，從而確定聚合物前緣濃度隨推進距離變化規律。

1.3　滯留聚合物對聚表復合體系的影響

采用濕填法填制滲透率0.6 μm2不同長度(20，50，70，100 cm)的填砂管巖心，測其孔隙度和滲透率。首先向巖心中注入1 Vp100聚合物溶液；而后水驅至出口端聚合物濃度為0，計量出口端采出液體積，檢測采出液中聚合物濃度，計算滯留聚合物質量; 再注入1 Vp100聚合物表面活性劑復合體系；最后進行水驅至出口端檢測不到聚合物和表面活性劑成分，計量出口端采出液體積，檢測采出液中聚合物、表面活性劑濃度，計算滯留聚合物和表面活性劑。試驗過程中聚表復合體系注入速度均為0.3 mL/min。

2　結果與討論

2.1　滯留聚合物分布規律

聚合物溶液在多孔介質中滲流，經過吸附捕集作用其濃度逐漸降低，通過室內試驗研究滯留聚合物濃度與聚合物推進距離的關系，結果見圖1。

圖1　聚合物溶液濃度與推進距離關系

結果表明，隨著聚合物溶液在巖心中推進，其濃度逐漸降低，并且在巖心的前半段聚合物溶液濃度降低速度快，后半段降低速度變慢直至聚合物溶液濃度平穩。聚合物溶液濃度f(x)與推進距離d間近似呈指數函數關系：f(x)=dx，0

2.2　滯留聚合物對聚表復合體系的影響

2.2.1滯留聚合物對復合體系聚合物的影響

為研究聚驅殘留聚合物對聚合物表面活性劑二元體系的影響，對比研究了無聚驅復合體系聚合物滯留量與聚驅后復合體系聚合物滯留量隨推進距離的變化規律。

無聚驅：注入聚合物表面活性劑二元體系溶液，再進行后續水驅。聚驅后：注入聚合物溶液，水驅，再注入復合體系，再水驅。通過測量巖心不同長度處的聚合物濃度，研究聚合物表面活性劑二元體系中聚合物在巖心中的滯留規律，其結果見圖2。圖2中距離比例是指從注入端到采出端的距離(20，50，70，100 cm)與巖心總長度(100 cm)的比值；累計滯留聚合物比例是指累計滯留的聚合物質量與注入聚合物總質量的比值。

圖2　聚合物滯留規律

由圖2可以看出，注入二元體系前不論有無聚合物驅，二元復合體系中聚合物總滯留量都隨著推進距離的增加而增加。其中，距離比例為20%時，聚合物滯留量增加幅度最大，20%～50%時聚合物滯留量增加幅度次之，大于50%的后半段巖心聚合物滯留量增加幅度相對平穩。

聚驅后二元體系中聚合物滯留量比無聚驅情況滯留量普遍偏低。聚驅過程中聚合物分子通過吸附捕集作用在多孔介質中達到滯留飽和狀態，聚驅滯留聚合物將會減少后續二元體系中聚合物滯留量；離注入端越近，聚驅后二元體系聚合物滯留損失越少。

根據Langmuir等溫吸附理論，聚合物溶液濃度越高其滯留量越大。由于初始注入的聚合物溶液濃度最高，分子鏈保持得最完整，靠近注入端巖心部分吸附捕集作用最強烈，聚合物滯留量最多，相應聚合物溶液濃度降低幅度最大。隨著注入聚合物在巖心中推移距離的增加，由于捕集吸附作用導致聚合物推移前緣濃度明顯降低，同時剪切作用造成長分子鏈機械降解使聚合物分子在多孔介質中的滯留作用降低，因此，在遠離注入端部分的滯留量增加幅度降低。

聚驅后由于近注入端已經滯留吸附較多聚合物，后續聚合物表面活性劑二元體系中的聚合物的滯留量相應下降，促使剩余較高濃度的聚合物溶液向多孔介質內部推移，在巖心中后部滯留吸附，因此聚驅后注入二元體系后前部滯留量下降，中部滯留量明顯增加。

2.2.2滯留聚合物對復合體系表面活性劑影響

在有無聚合物驅條件下，注入聚合物表面活性劑二元體系，研究表面活性劑滯留量變化規律，結果見圖3。

圖3　表面活性劑吸附量隨推進距離的關系

由圖3可以看出，無聚合物驅時，隨著測試距離的增加，聚合物表面活性劑二元體系中表面活性劑滯留量呈現降低的趨勢，并且降低速率先快后慢；可見聚驅后殘留聚合物對后續二元體系中的表面活性劑組分有明顯的影響。與無聚驅相比，對于巖心前20%段，聚驅后復合體系中表面活性劑滯留量大幅度降低。對于巖心20%～50%段，聚驅后表面活性劑滯留量明顯偏高。對于巖心50%以后部分聚驅后表面活性劑滯留量偏低。

通常在多孔介質中滲流過程中，由于靜電力、色散力、氫鍵等微觀力作用，體積較小的表面活性劑分子容易大量吸附到多孔介質表面。對于小孔隙，聚合物分子可能無法進入，但是表面活性劑分子就可以順利進入并吸附到其內表面。因此相同條件下，表面活性劑比聚合物溶液更容易在近注入端區域大量消耗。這也是常規聚合物表面活性劑二元體系在滲流過程中產生色譜分離效應的根本原因之一。一般近注入端剩余油飽和度相對較低，在此區域大量吸附價格昂貴的表面活性劑就會造成資源的浪費，降低油田開發的經濟效益。

聚合物驅后溶劑化的聚合物分子吸附在巖石壁面，由于聚合物分子自身某些基團水解電離帶電，排斥表面活性劑分子靠近多孔介質表面。同時聚合物分子通過卡堵或捕集作用封堵一部分孔道孔喉，表面活性劑分子不能進入，避免了在這些孔隙內表面的吸附損失。聚合物滯留量越多，表面活性劑損失越少。在注入端聚合物滯留量最大，所以該區域表面活性劑損失最少。與無聚驅情況相比，巖心前20%段表面活性劑損失量大幅度降低。大量表面活性劑有效成分仍留在二元體系中，使驅替液保留較高的表面活性劑濃度并隨著驅替液進入20%～50%段巖心部分，滯留聚合物保護后續二元體系機理在無聚驅條件下是不存在的。根據Langmuir等溫吸附理論，在溫度不變的條件下，表面活性劑吸附量隨其濃度增加而增加。因此，較高表面活性劑濃度的二元復合體系經過巖心20%～50%段產生較高吸附。由于聚驅時在該段滯留量降低，且因剪切作用造成聚合物分子的機械降解，滯留聚合物對二元體系的保護作用減弱，表面活性劑損失增加，故巖心20%～50%段表面活性劑損失量較無聚合物驅時偏高。在巖心大于50%段時，表面活性劑濃度降低起主導作用，所以其吸附量又呈現偏低狀態。

總之，滯留聚合物分子的存在有效地降低了聚合物表面活性劑復合體系中表面活性劑成分的損失。從聚驅后剩余油分布規律研究中可以知道，注入端剩余油飽和度較低，不需要過多的表面活性劑提高洗油效率。同時，注入端附近由于聚合物滯留量較多，表面活性劑在這段區域損失大幅度降低，避免其低效損耗。這就保證了較高表面活性劑剩余濃度能夠進入剩余油較多的地層深部，真正作用于殘余油，起到提高原油采收率的作用。

3　結論

1)聚驅聚合物滯留量與其推進距離近似成指數函數關系：f(x)=dx，0

2)聚驅滯留聚合物影響后續復合體系聚合物的損耗。聚驅滯留聚合物減緩復合體系聚合物在近井地帶的損失，保證復合體系具有較好的黏彈性和流度控制能力，并能深入地層發揮作用。

3)聚驅影響后續復合體系表面活性劑的吸附作用。聚驅滯留聚合物降低了復合體系表面活性劑在剩余油飽和度較低的注入端區域的低效損耗，促使更多表面活性劑有效成分進入剩余油飽和度較高的區域，發揮其提高洗油效率的作用。

[1]郭萬奎，程杰成，廖廣志.大慶油田三次采油技術研究現狀及發展方向[J].大慶石油地質與開發，2002，21(3)：1-7.

[2]劉合.大慶油田聚合物驅后采油技術現狀及展望[J].石油鉆采工藝，2008，30(3)：1-6.

[3]苗建生，趙福麟，李爽.地層中殘留聚合物的存在形式和分布狀態探討[J].特種油氣田，2005，32( 3)：88- 90.

[4]侯健.利用三維網絡模型研究滯留聚合物微觀分布規律[J].計算力學學報，2006，23(4)：453-458.

[5]范森，侯吉瑞，李宜強，等.聚合物驅后熱化學沉淀調剖提高采收率技術研究[J].油氣地質與采收率，2005，12(2)：66-68.

[6]石步乾.下二門油田注聚后地層殘留聚合物再利用技術探索[J].油田化學，2004，21( 3)：255-257.

[7]趙福麟，王亞飛，戴彩麗，等.聚驅后提高采收率技術研究[J].石油大學學報：自然科學版，2006，30(1)：86-89.

[8]石步乾. 下二門油田注聚后地層殘留聚合物再利用技術探索[J].油田化學，2004，21(3)：255-279.

[9]李爽，毛為成，苗建生，等.聚驅后注聚合物再利用劑的室內試驗研究[J].精細石油化工進展，2005，6(2)：18-19.

[10]由慶. 聚合物驅后地層殘留聚合物相對分子質量和水解度變化對其再利用效果的影響[J].鉆采工藝，2007，30(5)：121-122.