聚合物驅(qū)后復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系提高采收率技術(shù)

雷錫岳，曲占慶，郝 彤，葉衛(wèi)保，溫鴻濱

(1.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266555；2.山東石大油田技術(shù)服務(wù)股份有限公司，山東 東營 257061)

0 引 言

聚合物驅(qū)采收率提高幅度一般為6%～10%，僅依靠后續(xù)水驅(qū)無法動(dòng)用聚合物驅(qū)后大量滯留在地層中的原油。針對(duì)聚合物驅(qū)后的剩余儲(chǔ)量，需實(shí)施二次聚合物驅(qū)，以提高最終采收率[1-3]。由于一次聚合物驅(qū)后地層非均質(zhì)性加劇，二次聚合物驅(qū)溶液極易竄流[4]，嚴(yán)重影響二次聚合物驅(qū)提高采收率的效果。礦場(chǎng)實(shí)踐表明，竄流控制技術(shù)[5]與聚合物驅(qū)技術(shù)配套使用，可有效抑制聚合物溶液竄流問題，改善聚合物驅(qū)效果。為此，對(duì)聚合物驅(qū)竄流控制劑和聚合物溶液復(fù)配后提高采收率技術(shù)進(jìn)行了研究，以期為二次聚合物驅(qū)開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系調(diào)驅(qū)機(jī)理

復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系由聚合物驅(qū)竄流控制劑(VPG)和聚合物(HPAM)溶液組成。VPG由不同尺寸的黏彈性顆粒組成，根據(jù)地層孔喉直徑匹配VPG粒徑，能夠滿足“進(jìn)得去”的要求；VPG經(jīng)水化膨脹，達(dá)到大于地層孔喉直徑的設(shè)計(jì)尺寸，滿足“堵得住”的要求；具有黏彈性的VPG在一定壓力下變形并移動(dòng)，迫使液流改向，滿足“能移動(dòng)”的要求，即VPG滿足了深部調(diào)驅(qū)劑[6-8]應(yīng)具有的特征。VPG和聚合物溶液復(fù)配使用時(shí)，VPG能有效封堵大孔道或高滲層，減少聚合物溶液竄流，提高聚合物驅(qū)的采收率。

2 VPG匹配性研究

2.1 VPG的合成及性能

VPG是通過多點(diǎn)引發(fā)法將丙烯酰胺、交聯(lián)劑、支撐劑等聚合形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，后經(jīng)切割、烘干、粉碎、造粒、篩分等工藝加工而成的高分子材料。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：VPG溶于水后吸水溶脹(粒徑膨脹倍數(shù)大于1.5倍)，具有良好的黏彈性(儲(chǔ)能模量為2 408.0 MPa、損耗模量為473.7 MPa)，且彈性特征明顯高于黏性特征，可變形通過多孔介質(zhì)，運(yùn)移能力較強(qiáng)。

2.2 VPG與巖心孔喉匹配關(guān)系研究

通過微孔濾膜實(shí)驗(yàn)(未加壓)[9-11]評(píng)價(jià)不同粒徑VPG通過不同滲透率巖心的運(yùn)移能力[12]，通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)VPG與巖心孔喉匹配關(guān)系。實(shí)驗(yàn)用填砂管巖心滲透率分別為1.2 μm2和2.5 μm2，VPG顆粒粒徑分別為60～80目和80～130目。微孔濾膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)VPG粒徑與孔喉直徑比大于3時(shí)，過膜時(shí)間增加，端面殘留率大于50%，即在未加壓情況下，VPG粒徑與孔喉直徑比小于3時(shí)，有較好的通過能力。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明：粒徑為80～130目的VPG顆粒能有效封堵滲透率為1.2 μm2的巖心管，粒徑為60～80目的VPG顆粒能有效封堵滲透率為2.5 μm2的巖心管，即在一定驅(qū)替壓力情況下，VPG粒徑與孔喉直徑比約為10時(shí)匹配關(guān)系較好。

3 復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系配方優(yōu)化研究

3.1 VPG濃度優(yōu)化

制備滲透率為1.2 μm2的填砂管巖心，聚合物溶液濃度為1 500 mg/L，VPG濃度分別為0、500、1 000、1 300、1 500、2 000 mg/L，評(píng)價(jià)不同配方的封堵效果[13-14](表1)。由表1可知：隨VPG濃度提高，不同水驅(qū)量時(shí)的巖心封堵率都相應(yīng)提高，且隨水驅(qū)量增加，封堵率提高幅度增大，水驅(qū)量為3.0倍孔隙體積時(shí)，巖心封堵率由91.33%提高至97.44%，巖心殘余阻力系數(shù)由12.07提高至38.86；隨VPG濃度提高，水驅(qū)量由1.0倍孔隙體積增至3.0倍孔隙體積，巖心封堵率下降幅度顯著降低，耐沖刷性能增強(qiáng)。分析認(rèn)為：當(dāng)VPG濃度過低時(shí)，溶液中VPG顆粒較少，對(duì)巖心管的封堵能力差，水驅(qū)時(shí)耐沖刷性能降低；VPG濃度過高時(shí)，VPG運(yùn)移性能變差，在巖心管入口處滯留封堵，不能進(jìn)入深部發(fā)揮調(diào)驅(qū)作用。因此，調(diào)驅(qū)體系中VPG的濃度以1 500 mg/L為宜。

3.2 聚合物濃度優(yōu)化

制備滲透率為1.2 μm2的填砂管巖心，VPG濃度為1 500 mg/L，聚合物的濃度分別為1 000、1 300、1 500、2 000 mg/L，評(píng)價(jià)不同配方的封堵效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知：隨聚合物濃度提高，水驅(qū)量達(dá)到3.0倍孔隙體積時(shí)，巖心封堵率由93.46%提高至96.35%，殘余阻力系數(shù)由15.33提高至27.68；聚合物濃度由1 000 mg/L提高至1 500 mg/L，對(duì)巖心封堵率和殘余阻力系數(shù)影響較大，聚合物濃度大于1 500 mg/L后，巖心封堵率和殘余阻力系數(shù)一定程度上降低。分析認(rèn)為：聚合物濃度過低，聚合物溶液黏度低，懸浮能力差，大量VPG顆粒在巖心孔道處滯留封堵，充分發(fā)揮了VPG的封堵作用；當(dāng)聚合物濃度過高時(shí)，懸浮攜帶能力增強(qiáng)，VPG被溶液攜帶至巖心深部發(fā)揮調(diào)驅(qū)作用。因此，最佳聚合物溶液濃度為1 300～1 500 mg/L。

3.3 注入段塞組合優(yōu)化

復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系有2種配方：配方A為1 500 mg/L VPG(60～80目)+1 500 mg/L HPAM；配方B為1 500 mg/L VPG(80～130目)+1 500 mg/L HPAM。雙管非均質(zhì)巖心滲透率分別為1.2、2.5 μm2。配方A與配方B的段塞體積比分別為2∶1、1∶1、1∶2，總注入量為0.5倍孔隙體積。后續(xù)水驅(qū)至壓力平穩(wěn)，測(cè)試各巖心的分流率[15]，評(píng)價(jià)不同段塞組合的封堵效果(圖1～3)。

圖1 段塞體積比為2∶1時(shí)的分流率曲線

由圖1～3可知：注入復(fù)合相態(tài)體系后，高滲巖心產(chǎn)液量降低，低滲巖心產(chǎn)液量增加；隨著體系A(chǔ)體積增加，低滲巖心產(chǎn)液量增加幅度變大。分析認(rèn)為：高滲巖心含水飽和度較高，復(fù)合相態(tài)體系在高滲巖心中的流動(dòng)阻力小，VPG顆粒優(yōu)先在高滲巖心喉道處產(chǎn)生封堵滯留，降低高滲巖心產(chǎn)液量；隨滲透率減小，填砂管巖心喉道直徑逐漸減小，VPG粒徑越大，對(duì)高滲巖心的封堵效果越好，在喉道中的運(yùn)移性能變差。為保證復(fù)合相態(tài)體系對(duì)高滲巖心的封堵效果，選擇段塞體積比以2∶1為宜。

圖2 段塞體積比為1∶1時(shí)的分流率曲線

圖3 段塞體積比為1∶2時(shí)的分流率曲線

4 復(fù)合相態(tài)調(diào)驅(qū)體系驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

制作2組并聯(lián)三管巖心，三根巖心管的滲透率分別為0.5、1.2、2.5 μm2；將并聯(lián)巖心①水驅(qū)至含水率為95%，注入0.5倍孔隙體積的復(fù)合體系(3 000 mg/L)；并聯(lián)巖心②水驅(qū)至含水率為80%，注入0.3倍孔隙體積的聚合物溶液(25 mPa·s)，轉(zhuǎn)水驅(qū)至含水率為95%，再注入0.5倍孔隙體積復(fù)合體系(3 000 mg/L)。研究水驅(qū)后注入復(fù)合體系、聚合物驅(qū)后注入復(fù)合體系2種注入方式的封堵效果[18-20](表3、4，圖4、5)。

由表3、4可知：聚合物驅(qū)后注入復(fù)合相態(tài)體系采收率提高幅度大于8.0%，低滲巖心的采收率提高幅度達(dá)到25.0%，注入復(fù)合相態(tài)體系主要改善低滲巖心的采收率[21-24]，高滲巖心采收率提高幅度小于低滲巖心。分析認(rèn)為：粒徑較大的VPG顆粒能有效封堵高滲巖心，控制高滲巖心中聚合物溶液的竄流，復(fù)合相態(tài)體系中的聚合物與聚合物驅(qū)后殘留在巖心中的聚合物溶液共同進(jìn)入低滲巖心，起到深部調(diào)驅(qū)的作用，達(dá)到殘留聚合物再利用，提高采收率的目的。

表3 水驅(qū)后注入復(fù)合相態(tài)體系的采收率

表4 聚合物驅(qū)后注入復(fù)合相態(tài)體系的采收率

圖4 水驅(qū)后注入復(fù)合體系巖心分流曲線

由圖4、5可知：注入復(fù)合體系后，并聯(lián)巖心管的非均質(zhì)性得到明顯改善。原因?yàn)椋簭?fù)合體系中的VPG顆粒能在巖石喉道處產(chǎn)生封堵滯留，進(jìn)而有效封堵高滲巖心，增加高滲巖心的驅(qū)替壓力，減少聚合物溶液在高滲巖心中的竄流，擴(kuò)大聚合物溶液的波及體積，在一定的驅(qū)替壓力下，較小的VPG顆粒在低滲巖心中的運(yùn)移性較好，能有效增加微觀驅(qū)油效率。

圖5 聚合物驅(qū)后注入復(fù)合體系巖心分流曲線

5 結(jié) 論

(1) 復(fù)合相態(tài)深部調(diào)驅(qū)體系由聚合物驅(qū)竄流控制劑(VPG)和聚合物(HPAM)溶液組成，兩者復(fù)配使用時(shí)，VPG能有效封堵大孔道或高滲層，減少聚合物溶液竄流，提高聚合物驅(qū)的采收率。

(2) 當(dāng)VPG粒徑小于喉道直徑時(shí)，VPG的運(yùn)移性能較好；當(dāng)VPG粒徑大于喉道直徑時(shí)，VPG的封堵能力較好。為充分發(fā)揮VPG的封堵和深部調(diào)驅(qū)作用，60～80目VPG與80～130目VPG體積比以2∶1為宜。

(3) 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，選擇不同粒徑的段塞組合能有效擴(kuò)大聚合物溶液波及體積，改善VPG顆粒的深部調(diào)驅(qū)能力，解決了二次聚合物驅(qū)溶液沿著高滲層竄流的問題，為二次聚合物驅(qū)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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