等黏度條件下水質對聚驅效果的影響研究

路春楠 (中石油大慶油田有限責任公司第二采油廠試驗大隊,黑龍江大慶 163414)

等黏度條件下水質對聚驅效果的影響研究

路春楠 (中石油大慶油田有限責任公司第二采油廠試驗大隊,黑龍江大慶 163414)

聚合物驅油技術使用污水稀釋聚合物溶液,解決了油田采出污水外排的問題,并且取得了較好的開發效果。在相同濃度條件下,水質礦化度越高,初始黏度越低,聚合物溶液的黏彈性作用發揮越弱,驅油效果越差。從污水稀釋聚合物體系的現場實際做法入手,為保證與清水稀釋的聚合物體系具有相似的驅油效果,采用與清水稀釋體系相同的初始黏度,即相同的井口黏度,開展了等黏度條件下清水與污水稀釋的聚合物溶液的微觀形態、理化性能、滲流特性和物模驅油對比試驗,系統評價了相同油層條件、相同初始黏度條件下不同水質對聚驅效果的影響。

等黏度;水質;聚驅效果;微觀形態;理化性能;滲流特性;物模驅油

油田采出污水是指水驅、聚驅、三元驅采出水經過處理后的統稱(以下簡稱污水)。與清水對比,污水的水質礦化度高、高價陽離子含量高,硫化物、固體懸浮物、細菌的存在使其組分更加復雜。

為了保證與清水體系具有相同的初始黏度,通過增大聚合物分子量或者調高注入濃度2種方法可以得到黏度相同的污水聚合物溶液[1-2]。筆者以現場常用的井口黏度40mPa·s為等黏條件,評價了清水、污水稀釋條件下,聚合物溶液理化性能和驅油效果。

1 水動力學尺寸差異

聚合物溶液水動力學尺寸指的是聚合物水溶液中包裹著的聚合物分子水化層的尺寸[3]。利用微孔濾膜試驗方法,即讓聚合物溶液在恒定壓力梯度0.05MPa/m條件下,分別通過不同孔徑的微孔濾膜,將采出液黏度下降的拐點所對應的孔徑確定為其水動力學尺寸,測定不同水質條件下,聚合物溶液的水動力學尺寸變化特征。測試結果表明(見表1),污水稀釋的高濃度體系水動力學尺寸較大,清水稀釋的低濃度體系水動力學尺寸相對較小,這主要是因為等黏度的污水體系需要的聚合物濃度相對較高,聚合物溶液容易互相纏繞,因而導致線團尺寸越大[4-8]。

表1 等黏聚合物溶液水動力學尺寸測試結果

2 微觀形態差異

將中分子量聚合物分別用清水、污水稀釋至相同初始黏度40m Pa·s,分裝3份:第1份利用掃描電鏡觀察其微觀形態;第2份經過剪切裝置預剪切,剪切強度設定為清配清稀中分聚合物溶液黏損35%[9],以模擬近井地帶經過炮眼等處的高速剪切;第3份是把第2份溶液經過微孔濾膜裝置再剪切,微孔濾膜孔徑為0.22μm,以模擬經過油層多孔介質的低速剪切。電鏡掃描結果(見圖1)表明,由于污水體系水質礦化度較高,聚合物分子鏈卷曲收縮,致使分子鏈線團體積增加;并且污水體系聚合物溶液濃度較高1500mg/L,使得聚合物線團纏繞程度加劇,由鏈束、網孔、節點構成多層立體空間網狀結構相對密集;尤其是經過尺寸遠小于本身尺寸的微孔濾膜剪切后,污水體系的網狀結構排列更加致密規則,在油層中更有益于發揮黏彈性驅油作用。

圖1 等黏度條件下不同水質稀釋聚合物溶液微觀形態(電鏡掃描放大100倍)

3 黏度穩定性差異

聚合物溶液黏度的穩定性用黏度保留率表示,即聚合物溶液經過一段時間后的黏度與聚合物溶液初始黏度的比值[12]。等黏度條件不同水質稀釋聚合物黏度穩定性試驗結果(見表2)表明,在相同黏度條件下,隨著老化時間的增加,污水稀釋體系黏度保留率高于清水稀釋體系。剪切前60d黏度保留率為88.9%,剪切后黏度保留率85.9%,經過微孔濾膜剪切后黏度保留率89.9%,均高于清水體系,即濃度較高的污水體系經過近井地帶的高速剪切、油層中多孔介質剪切后,抗老化性相對較強,在油層中更能發揮流度控制作用。

表2 等黏度條件不同水質稀釋聚合物黏度穩定性試驗結果

4 滲流特性(阻力系數和殘余阻力系數)差異

用恒壓法在人造巖心上(4.5cm×4.5cm×30cm,水測滲透率250mD,距離入口端15cm設有測壓點),測試阻力系數RF和殘余阻力系數RRF[13]。結果表明(見表3),濃度較高的污水體系阻力系數大于濃度較低的清水體系,即污水體系注入性要比等黏的清水體系差;而污水體系的殘余阻力系數相對清水體系高,說明在巖心中發揮的流度控制作用好于清水體系。

表3 等黏度條件阻力系數和殘余阻力系數(中分子量)

5 驅油試驗效果差異

用恒壓法在人造巖心上(4.5cm×4.5cm×30cm,水測滲透461～580m D,含油飽和度70.9%～74.1%,孔隙度25.7%～26.7%)開展驅油試驗。在水驅采收率相似的條件下,以聚驅階段提高采收率值為評價標準,試驗結果表明,污水體系驅油效果比清水體系聚驅階段提高采收率值高。結合前面的分析結論,主要原因有3個方面:等黏度條件下,聚合物溶液在抵抗剪切應力和油層中的自然老化時,黏度發揮著較大作用,評價驅油效果應該看黏度保留率;等黏度條件下,污水體系黏度保留率相對清水體系高,微觀形態也表明污水體系具有相對密集的空間網狀結構,在油層中的發揮的黏彈性作用也較強;巖心中飽和的污水環境會降低清水稀釋聚合物體系的黏度,在油層中發揮的作用也會降低。

6 結論

1)評價水質對聚合物溶液驅油效果的影響,應該根據現場實際情況,評價相同初始黏度條件下不同水質稀釋的聚合物溶液的理化性能和驅油效果,試驗更能模擬現場實際,更能指導現場應用。

2)等黏度條件下,污水體系由于具有相對較高的濃度,其黏度穩定性和空間結構優于清水體系,在油層中更易發揮黏彈性驅油作用。

3)對于同一滲透率油層,等黏度條件下,雖然污水體系驅油效果好于清水體系,但由于其濃度高,水動力學尺寸大,注入性能比清水體系差。因此,需要考慮合理的注入參數,保證其具有良好的注入能力,才能取得較高的驅油效率。

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[編輯] 洪云飛

TE357.46

A

1673-1409(2014)32-0097-03

2014-07-01

路春楠(1979-),女,工程師,現主要從事三次采油現場試驗方面的研究工作。