高分子質量聚合物溶液與二類油層匹配性研究

付 京，宋考平，王志華，尹洪軍，王美楠

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318;2.Geological Science ＆ Engineering of Missouri University of Science and Technology，Rolla，Missouri 65401 －6540，USA;3.中海油(中國)有限公司，天津 塘沽 300452)

引 言

S區塊二類油層位于M油田背斜構造西端，含油面積約為4.59 km2，石油地質儲量為584×104t，孔隙體積為1110×104m3，平均滲透率為408×10－3μm2，平均射開砂巖厚度為 16.3 m，有效厚度為10.8 m。其單砂體發育規模小、油層非均質性強、井組綜合含水分布不均、產液強度差異大、各單元吸水差異明顯、薄差層吸入比例較低，區塊具有綜合挖潛、提效的潛力。在大力應用聚合物驅成熟配套技術基礎上，進一步針對性地研究該類油層與高分子質量聚合物溶液匹配關系，對于二類油層聚合物驅個性化、精細化方案的設計及其高效開發具有重要指導意義［1－4］。近年來，一些學者針對 M油田一類油層模擬了聚合物相對分子質量的篩選［5－6］、聚合物注入速度對驅油效果的影響［7－8］、阻力系數和聚合物用量對驅油效果的影響［9－13］、聚合物注入方式的優化［14－17］等，但關于二類油層高分子質量聚合物驅的研究不多見，為此，考慮阻力系數、殘余阻力系數及流動特征，開展高分子質量聚合物溶液與二類油層的匹配性實驗研究，為二類油層實施開發調整措施提供科學依據。

1 聚合物匹配性研究方法

對于發育條件較好的一類主力油層，其聚驅匹配性研究中應重點考察聚合物的殘余阻力，力求達到相對較高一些的殘余阻力，以保證在實際注入過程中起到調整剖面的目的;而對于發育規模小、物性較差的二類油層，則應重點考察聚合物體系的注入能力。

1.1 阻力系數和殘余阻力系數

阻力系數是水的流度與聚合物溶液流度之比，可以表征當聚合物溶液流過巖心時流度變化效應。如果巖心長度一定，在流速恒定情況下，阻力系數就是聚合物溶液流經巖心兩端壓降與水流經巖心兩端壓降之比。

殘余阻力系數是聚合物注入前后水的流度比，可以表征聚合物溶液流過巖心后引起的滲透率持久下降效應。對于同一巖心樣品，當注聚合物溶液前后的注入速率保持恒定，則殘余阻力系數就是聚合物溶液流經巖心前、后用水測得的巖心兩端壓降之比。

1.2 流動特征

聚合物溶液在多孔介質流動過程中，除了剪切降解，由于其特殊的分子結構，當流速達到一定值時，有效黏度增加，滲流阻力增大，呈現黏彈效應，其流量與注入壓差的流動關系表現出2種特征，見圖1。

圖1 聚合物溶液的流動特征

(1)流量隨壓差的增加而增加的幅度變緩(圖1中Ⅰ型曲線)，聚合物分子在孔隙中伸縮、舒張產生黏彈效應所引起的壓力增加大于機械降解所引起的壓力降低，注入能力降低。

(2)流量隨壓差的增加而增加的趨勢加快(圖1中的Ⅱ型曲線)，機械降解作用所引起的壓力降低大于聚合物分子在孔隙中伸縮、舒張產生黏彈效應所引起的壓力增加，注入能力增強。

2 聚合物匹配性實驗條件

(1)實驗用水。BⅢ五清水(母液配制水)，B14－9清水(聚合物溶液稀釋水)。

(2)實驗巖心。人造膠結柱狀巖心，幾何尺寸為?2.5 cm×10.0 cm，空氣滲透率約為630×10－3μm2，有效滲透率約為 400 ×10－3μm2，平均孔隙度為26.5%。

(3)聚合物。B18配制站聚合物干粉，分子質量為1600×104～1900×104，利用清水配制、清水稀釋，注入前經由高滲透率巖心(Kg=3000×10－3μm2)過濾。其中濃度為1000 mg/L的聚合物黏度為54.8 mPa·s，濃度為1200 mg/L的聚合物黏度為 81.6 mPa·s。

(4)實驗溫度為43℃。

(5)注入方式。阻力系數的測定采用恒速注入方式，殘余阻力系數測定及流動特征的評價采用恒壓注入方式。

3 聚合物匹配性實驗結果及分析

3.1 阻力系數

針對有效滲透率為400×10－3μm2的巖樣，測定2種濃度的高分子聚合物的阻力系數，結果見表1。由表1可知，在不同注入速度下，高分子聚合物濃度為1000 mg/L的阻力系數值低于46，高分子聚合物濃度為1200 mg/L的阻力系數值約為70。可見，2種濃度下高分子聚合物改變油水流度比的能力較強，在二類油層中的波及效果較好。

表1 阻力系數測定結果

3.2 殘余阻力系數

針對有效滲透率為400×10－3μm2的巖樣，測定2種濃度高分子聚合物的殘余阻力系數，結果見表2。由表2可知，聚合物濃度為1000 mg/L的殘余阻力系數值平均為15.4，聚合物濃度為1200 mg/L的殘余阻力系數值平均約為20.2，聚合物濃度升高，在孔隙介質中的吸附、滯留程度增強，相應殘余阻力系數增大。可見2種濃度下高分子聚合物降低多孔介質滲透率的能力較強，驅油效果較好。

表2 殘余阻力系數測定結果

3.3 流動特征

以不同恒壓注入分子質量為1600×104～1 900×10、濃度為1000 mg/L的聚合物，至相應穩定流量時壓差與流量的關系見表3。分子質量為1600×104～1900×104的不同濃度聚合物流動特征對比見圖2。可見，2種濃度的高分子聚合物在巖心中的流動特征介于圖1中2種曲線形態之間，但流量隨注入壓差變化的總體趨勢更接近于Ⅱ型曲線形態，即流量隨壓差的增加而增加的趨勢變快，或近似線性增長，說明隨注入壓力升高(流速增大)，聚合物剪切流動產生機械降解作用所引起的壓力降低要大于其分子在孔隙中伸縮、舒張產生黏彈效應所引起的壓力增加。不同濃度的高分子聚合物的注入壓差與流量測量結果見表3、4。

圖2 不同濃度聚合物注入壓差與流量關系

表3 聚合物濃度為1000mg/L的注入壓差與流量

表4 聚合物濃度為1200mg/L的注入壓差與流量

3.4 孔隙微觀結構

圖3為巖心切片電鏡掃描照片。切片觀察了2種濃度(1000、1200 mg/L)高分子聚合物注入前后巖樣的孔隙微觀結構，發現孔喉全貌特征變化不大，形成的殘余阻力不足以造成堵塞。

綜上可以看出，高分子質量聚合物驅油體系在二類油層中具有較好的注入能力，注入過程中不會造成不可逆的堵塞，實驗巖樣中1000、1200 mg/L濃度的平均注入能力因子分別為2.0850×10－3、1.7538×10－3m3/(d·MPa)，二類油層聚合物驅高分子質量前置段塞實驗方案可行。

4 結論

(1)對于發育規模小、物性較差的二類油層與聚合物驅匹配性研究中，應重點考察聚合物體系的注入能力。通過實驗確定出二類油層聚合物驅阻力系數和殘余阻力系數，分析其流動特征，給出了高分子聚合物溶液與二類油層的匹配性研究方法。

圖3 巖心切片電鏡掃描照片(放大200倍)

(2)在不同注入速度下，濃度為1000 mg/L的高分子聚合物的阻力系數值低于46，殘余阻力系數值平均為15.4，濃度為1200 mg/L的高分子聚合物的阻力系數值約為70，殘余阻力系數值平均約為20.2;在二類油層中，2種濃度下高分子聚合物改變油水流度比和多孔介質滲透率的能力均較強，波及效果和驅油效果均較好。

(3)2種濃度高分子聚合物在巖心中的流動特征介于2種流動形態之間，但流量隨注入壓差變化的總體趨勢更接近于Ⅱ型曲線形態，即流量隨壓差的增加而增加的趨勢變快，或近似線性增長;實驗表明高分子聚合物在二類油層中可有效改變油水流度比，驅油效果較好，且注入過程中不會造成不可逆堵塞，高分子聚合物在二類油層中具有較高的匹配性。

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