分壓注入工具對三元復合體系儲層適應性影響研究*

張志堅，閆 坤，程翹楚，蒲詠春，王奕杰

（1.東北石油大學，黑龍江 大慶163318；2.中國石油天然氣管道科學研究院有限公司, 河北 廊坊065000）

近年來，以大慶油田為代表的陸地油田在聚合物驅成功工業化應用后，開展了大量三元復合驅室內研究和礦場實踐，并取得了良好的增油降水效果，較水驅可提高原油采收率20%左右[1-4]。目前，大慶油田一類儲層已經普遍開展了化學驅，三元復合驅的實施層位已逐漸轉向儲層物性較差的二、三類儲層。受層間矛盾和二、三類儲層滲透率較低等因素影響，三元復合驅過程中也面臨著高滲透無效循環、中低滲透層動用程度差的問題[5,6]。為改善該類問題對三元復合驅開發效果的影響，石油科技工程者提出了利用分壓注入工具進行分層開采，并在現場取得了良好效果[7-9]。目前，關于分壓注入工具對三元復合體系的影響研究主要集中于溶液基礎性能研究，在油藏條件下探討分壓注入工具對三元復合體系性能影響的研究較少。為此，本文在研究分壓注入工具對溶液基礎性能影響基礎上，開展了分壓注入工具對三元復合溶液儲層適應性的影響實驗研究，為現場提高采收率技術決策提供了理論依據。

1 實驗部分

1.1 藥劑、水和油

聚合物為中國石油大慶煉化公司生產部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質量1900×104，有效含量90%，簡稱“高分”聚合物；表面活性劑為大慶東昊公司生產重烷基苯磺酸鹽，有效含量50%；堿為國藥集團公司生產NaOH，有效含量為96%。三元復合體系組成為：1200mg·L-1高分聚合物，0.3% NaOH，1.2%重烷基苯磺酸鹽。

實驗用水為大慶油田現場污水，離子組成見表1。

表1 水質分析Tab.1 Water quality analysis

實驗用油由大慶油田脫水脫氣原油與煤油混合而成，45℃時黏度為9.8mPa·s。

1.2 巖心

實驗巖心為石英砂環氧樹脂膠結巖心[10,11]，巖心外觀幾何尺寸：高×寬×長=4.5cm×4.5cm×30cm，氣測滲透率分別為50、100、200 和600mD。

1.3 實驗設備

（1）分壓工具 實驗使用流線型降壓槽結構的分壓注入工具。

（2）黏度 采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測試黏度，測試溫度45℃。

（3）粘均分子量 采用烏氏粘度計計算流經分壓工具后三元復合體系的粘均分子量[12]。

（4）聚集體尺寸Dh 聚合物分子聚集體尺寸Dh采用美國布魯克海文BI-200SM 型廣角動/靜態光散射儀系統（Brookhaven Instruments Cop，USA）測試，測定散射角為90°。測試前，所有樣品經0.8m 核微孔濾膜過濾，測試后，采用CONTIN 數學模型進行數據處理。

（5）驅油效果 驅油效果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45℃的恒溫箱內[13]。

2 結果分析

2.1 粘均分子量

降壓槽數為6 時，在不同噴嘴直徑條件下，三元復合體系以不同流量流經分壓注入工具后粘均分子量測試結果見表2。

表2 三元復合體系流經分壓注入工具后粘均分子量測試結果Tab.2 Test results of viscosity average molecular weight of ASP composite system that flow through partial pressure injection

由表2 可以看出，在噴嘴直徑一定條件下，隨流量增加，三元復合體系溶液在通過噴嘴時流速增加，受剪切強度增大，聚合物分子鏈受破壞程度增加，包裹水分子能力降低，粘均分子量減小。在流量一定條件下，隨噴嘴直徑增加，三元復合體系溶液在通過噴嘴時流速降低，受剪切強度降低，聚合物分子鏈受破壞程度減弱，包裹水分子能力增強，粘均分子量增大。

2.2 聚合物分子聚集體尺寸

噴嘴直徑為6mm 時，在不同降壓槽數條件下，三元復合體系以不同流量流經分壓工具后聚合物分子聚集體尺寸測試結果見表3。

表3 三元復合體系流經分壓工具后聚合物分子聚集體尺寸測試結果Tab.3 Test results of polymer molecular aggregates of ASP composite system that flow through partial pressure injection

由表3 可以看出，在槽數一定條件下，隨注入流量增加，三元復合體系溶液在分壓工具中流動速率增加，聚合物分子鏈受剪切程度增加，原有的聚合物長鏈結構被剪斷變為短鏈，聚合物分子之間的纏結程度也降低，聚合物分子聚集體由密實的孔-網狀結構轉變為稀疏的小尺寸網狀結構，聚合物分子聚集體尺寸減小。類似地，在注入流量一定條件下，隨分壓工具槽數增加，三元復合體系溶液在分壓工具中流經的剪切帶距離增加，受剪切強度增加，聚合物分子鏈受破壞程度增加，聚合物分子聚集體尺寸減小。槽數為5。

2.3 驅油效果

在巖心滲透率和分壓工具剪切后分子量不同的條件下，三元復合體系最高注入壓力和驅油效率測試結果見表4、5，圖1、2。

表4 不同剪切程度三元復合體系驅油效率測試結果Tab.4 Test results of displacement effect of ASP composite system under the different shearing degree

表5 不同剪切程度三元復合體系驅替階段最高壓力Tab.5 Highest injection pressure of ASP composite system under the different shearing degree

圖1 不同剪切程度三元復合體系提高采收率幅度Fig.1 Enhanced recovery ratio of ASP composite system under the different shearing degree

圖2 不同巖心滲透率條件下，不同剪切程度三元復合體系提高采收率幅度的增幅Fig.2 Under the different permeability, recovery amplification of ASP composite system under the different shearing degree

從表4、5 和圖1、2 可以看出，分壓注入工具的剪切作用對三元復合體系的儲層適應性存在影響。在巖心滲透率一定的條件下，隨分壓剪切后保留分子量增加（即剪切強度降低），三元復合驅提高采收率幅度增加；在分壓工具剪切后保留分子量一定的條件下（即剪切強度一定的條件下），隨巖心滲透率增加，三元復合驅提高采收率幅度增加，但不同滲透率巖心間三元復合驅提高采收率幅度的增幅受保留分子量與巖心滲透率間匹配性的影響。分析認為，在保留分子量為800×104條件下，聚合物分子聚集體尺寸較小，具有良好的注入性，但受粘度較低的影響，其在多孔介質流動過程中的流度控制能力隨巖心滲透率增加而逐漸減弱。因此，隨巖心滲透率增加，三元復合驅提高采收率幅度的增幅逐漸降低。在保留分子量為1200×104條件下，聚合物分子聚集體尺寸增加，注入性減弱，巖心滲透率小于100mD 時，巖心孔喉尺寸較小，三元復合體系注入壓力較高（可注入性較差），聚合物分子聚集體受剪切較強，在多孔介質中流度控制能力較弱，所以提高采收率幅度的增幅較低。當巖心滲透率為200mD 時，巖心孔喉尺寸增加，聚合物分子聚集體受剪切減弱，三元復合體系在多孔介質中流度控制能力增強，提高采收率幅度的增幅升高。當巖心滲透率為600mD 時，巖心孔喉尺寸進一步增加，三元復合體系受剪切強度減弱，流度控制能力進一步增強但變化不大，因此，提高采收率幅度的增幅有所降低。在保留分子量為1600×104條件下，聚合物分子聚集體尺寸較大，在巖心滲透率較低時，可注入性較差，聚合物分子聚集體在多孔介質中流動時受剪切作用較強，流度控制能力減弱，采收率增幅較低。隨巖心滲透率增大，巖心孔喉尺寸增大，聚合物分子聚集體在多孔介質中流動時受剪切作用較弱，流度控制能力增強，因此，三元復合驅提高采收率幅度的增幅隨巖心滲透率增加而逐漸升高。現場實際三元復合驅施工過程中，當同一驅油劑在中低滲透層中的滲流阻力與其在高滲透率層中的滲流阻力差異較大時，驅油劑則會主要在滲流阻力較小和含有飽和度較低的高滲透層中流動，中低滲透層的動用程度便會減弱。所以，實際開發過程中，應在兼顧驅油劑的注入性和驅油效率基礎上，針對不同儲層物性選擇與之相適應的三元復合體系。

綜上所述，在利用分壓注入工具開展三元復合驅時，可通過改變相關工藝參數（噴嘴直徑、槽數和流量）來控制進入不同物性儲層驅替液的受剪切強度，在保證層間吸液壓差平衡的基礎上，滿足不同滲透率儲層的流度控制需求，進而得到最佳增油效果。

3 結論

（1）分壓注入工具的結構參數（噴嘴直徑、槽數）和施工參數（流量）與其對三元復合體系的剪切作用強度密切相關，當分壓注入工具對三元復合體系剪切作用增大時，原有的聚合物長鏈結構被剪斷變為短鏈，聚合物分子之間的纏結程度也降低，聚合物分子聚集體由密實的孔-網狀結構轉變為稀疏的小尺寸網狀結構，聚合物分子聚集體尺寸減小，包裹水分子能力下降，粘均分子量也隨之下降。

（2）分壓注入工具的剪切作用對三元復合體系的儲層適應性存在影響。在利用分壓注入工具開展三元復合驅時，可通過改變相關工藝參數（噴嘴直徑、槽數和流量）來控制進入不同物性儲層驅替液的受剪切強度，在保證層間吸液壓差平衡的基礎上，滿足不同滲透率儲層的流度控制需求，進而得到最佳增油效果。