聚/表二元驅體系配方優化研究

2016-06-25 07:13:41王偉，柳敏

石油地質與工程 2016年1期

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/表二元驅體系配方優化研究

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：室內開展了聚合物與聚/表二元體系物理模擬實驗，對驅油體系在多孔介質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，同時二元復合驅采收率增幅大于聚驅與表活劑驅采收率增幅之和，并確定了最優二元驅體系配方，即聚合物濃度1 750 mg/L，表面活性劑質量分數0.2%，注入段塞尺寸0.4 PV。

關鍵詞：二元復合驅；阻力系數；動態特征；驅油效果

聚合物/表面活性劑二元復合驅(簡稱為聚/表二元復合驅)是一種可以充分發揮表面活性劑和聚合物的協同作用來提高原油采收率的強化采油方法[1-2]。聚/表二元復合體系可以最大限度地發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中的滲流規律，本文系統考察了聚合物、表活劑和聚/表二元復合體系注入孔隙體積倍數與注入壓力、提高采收率幅度及含水率降低幅度三者關系，優化了最佳二元驅體系配方，以期為聚/表二元復合驅的礦場應用提供指導。

1實驗準備

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氧樹脂膠結人造柱狀巖心[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)測試驅油劑與原油間的界面張力；流動特性測試儀器設備主要包括平流泵、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。

1.3實驗步驟

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

(2)驅油效果實驗：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水驅至含水率98%，得到水驅采收率；④注入驅油劑0.6 PV，后續水驅至含水率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結果與討論

2.1驅油劑質量分數與界面張力

表活劑質量分數對體系黏度及界面張力的影響見表1，可見，隨表活劑質量分數增加，體系黏度基本維持不變，界面張力先下降后趨于穩定，說明表活劑在較寬的濃度范圍內能使界面張力穩在10～3 mN/m數量級，同時與聚合物具有良好的配伍性。

2.2驅油劑的滲流特性

表1　表活劑對驅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阻力系數與殘余阻力系數

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

表2　表活劑對驅油劑流動性的影響

注：聚合物溶液CP=1 200 mg/L；二元復合體系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合體系阻力系數和殘余阻力系數存在影響，隨巖心滲透率降低，阻力系數和殘余阻力系數增加。

2.2.2動態特征

在巖心滲透率不同條件下，聚合物及二元復合體系注入壓力與注入孔隙體積(PV)倍數關系見圖1、圖2。巖心滲透率對聚合物及二元復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。當滲透率分別為90×10-3μm2和110×10-3μm2時，隨PV數增加，注入壓力持續升高，表明聚合物在巖心內運移困難，發生了堵塞。綜上所述，二元復合體系在巖心不發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驅油效果

2.3.1驅油劑類型對比

(1)采收率增幅。驅油劑類型對驅油效果(采收率)影響實驗結果見表3。驅油劑類型對化學驅驅油效率存在影響。在3種驅油劑中，二元復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%。進一步分析發現，二元復合驅采收率增幅大于聚合物驅與表面活性劑驅采收率增幅之和。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揮，產生協同效應。

圖1　聚合物注入壓力與PV數關系

圖2　二元體系注入壓力與PV數關系

(2)動態特征。實驗過程中采收率、含水率和壓力與PV數關系見圖3，在3種驅油劑中，二元復合體系和聚合物溶液注入壓力升幅大，說明液流轉向能力增強，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驅油體系配方優化

(1)聚合物濃度確定。聚合物濃度對體系采收率影響見表4。可見，在表活劑質量分數相同的條件下，隨聚合物濃度增加，采收率增加，當聚合物濃度達到1 750 mg/L時，采收率增幅變緩，確定最優聚合物濃度為1 750 mg/L，采收率增幅16.7%。

表3　不同驅油劑提高采收率幅度對比

圖3　不同驅替技術驅油效果

驅油劑組成聚合物/(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/%水驅化學驅采收率增幅/%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)表活劑質量分數確定。表活劑質量分數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，隨表活劑質量分數增加，采收率增加，當表活劑質量分數達到0.20%時，采收率增幅變緩，確定最優表活劑質量分數為0.2%。

(3)段塞尺寸大小確定。段塞大小對體系采收