聚合物溶液在高鹽中低滲透油藏中的適應性
——以吐哈雁木西油田為例*

陳 超，張立東，尹玉川，王崇先，盧祥國，呂金龍，王 威，閆 陽

（1.中國石油吐哈油田分公司采油工程院，新疆鄯善838200；2.提高油氣采收率教育部重點實驗室（東北石油大學），黑龍江大慶163318；3.大港油田石油工程研究院，天津300450）

吐哈雁木西油田為高鹽中低滲透油藏，注入水礦化度高達15.0×104mg/L，Ca2+和Mg2+質量濃度超過7000 mg/L。目前，雁木西油田開發已經進入特高含水開發階段，“穩油控水”形勢十分嚴峻。近年來，隨著國內油田開發采出程度和含水率不斷升高，聚合物驅油技術已經成為高含水油田提高采收率的重要措施之一［1-5］。聚合物驅油技術原理是通過向非均質油藏中注入聚合物溶液，利用聚合物在高滲透層中滯留來增加滲流阻力，進而達到提高注入壓力以及增加中低滲透層吸液壓差和吸液量的目的。目前，驅油用聚合物主要是部分水解聚丙烯酰胺（水溶性高分子材料）。高分子材料在水溶液中會形成聚合物線團，其尺寸大小與溶劑水礦化度、聚合物相對分子質量和聚合物濃度等參數有關。為使聚合物驅油技術達到預期增油降水效果，必須確保聚合物溶液與儲層間具有良好的適應性［6-7］，即聚合物溶液中聚合物分子線團尺寸與巖石孔隙尺寸間保持良好匹配關系。否則，聚合物溶液通過巖心時就會受到孔喉結構的剪切作用，致使聚合物分子鏈發生斷裂即聚合物分子線團尺寸減小，聚合物原有滯留功能遭到削弱甚至完全喪失［8-12］。近年來，聚合物溶液油藏適應性研究受到石油科技工作者的高度重視［13-14］，但研究工作主要集中在低礦化度溶劑水油田，特高礦化度溶劑水條件下聚合物溶液油藏適應性研究還未見文獻報道。本文以雁木西油田儲層地質特征和流體性質為模擬對象，開展了聚合物溶液油藏適應性研究，為后續提高采收率技術決策提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質量分別為800×104、1400×104、1700×104和2000×104，固含量為88%，大慶煉化公司；雁木西油田模擬注入水，礦化度151453 mg/L，離子組成（單位mg/L）為：向注入水中添加氫氧化鈉-碳酸鈉消除水中鈣鎂離子即得到軟化水，用軟化水配制聚合物溶液；石英砂環氧樹脂膠結人造柱狀巖心［15-16］，直徑2.5 cm、長10 cm。

DV-Ⅱ型布氏黏度儀，布魯克菲爾德公司；NanoZS90 激光粒度儀，英國馬爾文儀器有限公司；阻力系數和殘余阻力系數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，其他部分置于55℃恒溫箱內，實驗設備流程見圖1。

圖1 實驗設備及流程示意圖

1.2 實驗方法

（1）黏度與分子線團尺寸的測定

在6 r/min轉速下，用布氏黏度儀測定驅油劑黏度。用激光粒度儀測定聚合物分子線團尺寸Dh。

（2）滲流特性評價

通常用阻力系數和殘余阻力系數評價聚合物溶液的滲流特性。它們是描述聚合物在多孔介質內滯留量大小的技術指標，通常用符號Fr和Frr來表示，其定義為：

其中，δp1—巖心水驅壓差，δp2—聚合物驅壓差，δp3—后續水驅壓差。上述注入過程必須保持注液速度相同，且液體注入量應當達到4數5 PV。當聚合物溶液通過巖心孔隙時，注入壓力與注入體積關系、阻力系數和殘余阻力系數反映了它們在多孔介質內滯留量水平，代表了聚合物溶液與巖石孔隙間的配伍性或適應性。從注入壓力升高趨勢來看，可以分為兩類。一類是隨聚合物溶液注入體積增加，注入壓力升幅逐漸減小并趨于穩定，表明聚合物與巖心間配伍性較好。通常把聚合物溶液通過巖心不發生堵塞的最低滲透率稱為該聚合物溶液的滲透率極限。另一類是隨聚合物溶液注入體積增加，注入壓力持續升高，表明聚合物在巖心孔隙內發生了堵塞，聚合物與巖心間配伍性較差［17］。

實驗步驟如下：巖心抽真空飽和注入水，注注入水，記錄壓力；聚合物溶液驅4數5 PV，記錄壓力；后續水（軟化水）驅4數5 PV，記錄壓力。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 聚合物溶液與巖心配伍性

在聚合物溶液注入巖心的過程中，隨注入體積增加，若注入壓力升幅逐漸減小并趨于穩定，表明聚合物分子線團與巖心孔隙間具有良好的匹配性。聚合物溶液的滲透率極限（聚合物溶液通過巖心不發生堵塞的最低滲透率）見圖2（聚合物相對分子質量800×104）中菱形曲線對應的滲透率值。否則，聚合物分子線團與巖心孔隙配伍性較差，即聚合物溶液在巖心內發生了堵塞。

依據上述配伍性原則，通過巖心驅替實驗確定了聚合物溶液（聚合物相對分子質量和聚合物濃度）的滲透率極限，結果見表1。表中的“能夠”對應圖2每幅圖中的中間曲線，注聚合物后期壓力較低且升幅趨于穩定，此時代表的即滲透率極限；“順利”對應最下面的曲線，后期壓力低且升幅穩定；“堵塞”對應最上面的曲線，后期壓力較高且升幅仍較大。當聚合物質量濃度為300、500、700 和900聚合物溶液對應的滲透率極限分別為1400×104分別為25×10-3、30×10-3、35×10-3和45×10-3分別為30×10-3、40×10-3、45×10-3和分別為 40×10-3、50×10-3、60×10-3和 70×10-3μm2。聚合物相對分子質量和濃度對滲透率極限均有影響。在聚合物相對分子質量一定的條件下，隨聚合物濃度增加，滲透率極限增加。在聚合物濃度一定的條件下，隨聚合物相對分子質量增加，滲透率極限增大［18-19］。

圖2 注入壓力與注入量的關系

2.2 聚合物溶液滲流特性

在聚合物相對分子質量和濃度不同的條件下，聚合物溶液阻力系數（Fr）和殘余阻力系數（Frr）測定結果見表2。在聚合物相對分子質量和濃度不變的情況下，隨巖心滲透率降低，阻力系數和殘余阻力系數增加。巖心滲透率一定時，隨聚合物相對分子質量和濃度增加，阻力系數和殘余阻力系數增加。

表1 滲透率極限與聚合物相對分子質量和濃度的關系

2.3 聚合物分子線團尺寸與孔隙孔喉半徑中值匹配關系

2.3.1 聚合物分子線團尺寸

聚合物溶液中聚合物分子線團尺寸（Dh）與聚合物濃度的關系曲線見圖3。在聚合物相對分子質量一定的條件下，隨聚合物濃度增大，Dh呈指數型增加。在聚合物濃度一定的條件下，Dh隨聚合物相對分子質量的增加而增大，Dh變化范圍為148數528 nm。

2.3.2 滲透率極限與聚合物相對分子質量和濃度的關系

依據表1和圖2確定滲透率極限與聚合物相對分子質量和濃度的關系，結果見圖4。在聚合物相對分子質量一定的條件下，滲透率極限與聚合物濃度幾乎呈線性關系。

表2 聚合物相對分子質量和濃度對阻力系數和殘余阻力系數的影響

圖3 Dh與聚合物相對分子質量和濃度的關系

圖4 滲透率極限與聚合物相對分子質量和濃度的關系

圖5 巖心滲透率與孔隙半徑中值的關系

圖6 滲透率極限巖心孔喉半徑中值與Dh的關系

2.3.3 巖心孔喉尺寸與聚合物分子線團尺寸的關系

利用巖心壓汞實驗［20］數據建立目標油藏儲層巖石滲透率與孔隙半徑中值的統計關系，結果見圖5。隨巖石滲透率增加，孔隙半徑中值呈對數型增長。將圖3數圖5整理得到滲透率極限巖心孔隙半徑中值與Dh間的關系曲線，結果見圖6。曲線將坐標區域劃分為配伍區和堵塞區上下兩部分。

2.4 聚合物溶液油藏適應性

雁木西油田儲層非均質性嚴重，聚合物溶液不必進入全部儲層。事實上，聚合物進入低滲透層會大幅提高其吸液啟動壓力，不利于后續驅油劑進一步擴大波及體積。參照大慶油田規定聚合物溶液進入70%儲層厚度的做法［21-22］，確定聚合物溶液進入雁630 區塊60%儲層厚度。雁630 區塊儲層累積厚度比與滲透率統計關系見圖7。儲層累積厚度比達到60%時對應的儲層滲透率為60.5×10-3μm2。由表1、表2可知，兼顧注入性（Fr）和滯留特性（Frr），選擇相對分子質量1700×104和質量濃度900 mg/L 的聚合物溶液進入滲透率大于60.5×10-3μm2的儲層。若采用相對分子質量較低的聚合物，則聚合物濃度可以相應提高。

圖7 油層累積厚度比與滲透率統計關系

3 結論

聚合物相對分子質量和濃度對滲透率極限均有影響。在聚合物相對分子質量一定的條件下，隨聚合物濃度增加，滲透率極限增加，聚合物分子線團尺寸Dh呈指數型增加；在聚合物濃度一定的條件下，隨聚合物相對分子質量增加，滲透率極限和Dh增大。由滲透率極限巖心孔隙半徑中值與Dh間的關系可以得到對應的配伍區和堵塞區。對于雁木西油田，油層累積厚度比達到60%時對應儲層滲透率為60.5×10-3μm2。當采用相對分子質量1700×104和質量濃度900 mg/L的聚合物溶液時，可以滿足進入規定儲層厚度的要求。若采用相對分子質量較低的聚合物，則聚合物濃度需相應提高。