高溫高鹽油藏增黏型聚合物驅室內實驗評價——以衛58塊為例

董炳陽

（中國石化中原油田分公司勘探開發研究院，河南濮陽 457000）

化學驅油技術是目前最有效的三次采油技術之一，技術類型以聚合物驅和復合驅為主[1–2]，聚合物驅在大慶油田和勝利油田得到了工業化推廣應用[3–5]。部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）具有水溶性良好、原料易得和成本低廉等特點，成為應用最廣泛的三次采油用聚合物[6]。但隨著三次采油轉向高溫高鹽油藏，現有的HPAM已難以滿足應用要求，目前國際上針對高溫高鹽油藏有可控自由基聚合物和溫敏鹽敏型聚合物兩個新的發展方向[7–8]，其中，溫敏鹽敏型聚合物可適應更寬的溫度和礦化度范圍。國內關于高溫高鹽油藏聚合物驅研究較多，但主要集中在聚合物分子的耐溫抗鹽改性、交聯聚合物、疏水締合聚合物等方面[9–13]，而對于利用油藏的高溫高鹽特性，將其對聚合物的副作用轉化為正作用，通過增加聚合物溶液黏度的溫敏鹽敏型聚合物體系，以此用于高溫高鹽油藏提高采收率的研究在國內外文獻中鮮有報道。

中原油田東濮老區各油藏大都具有30多年的注水開發歷程，目前整體處于高含水、高采出程度、接近水驅廢棄油藏邊緣階段，并且其“三高”（高溫、高鹽、高鈣鎂離子）特點限制了化學驅技術的發展，急需一種新的驅動方法提高開發效果。本文以衛58塊高溫高鹽油藏為例，開展增黏型聚合物驅油研究，為中原油田高溫高鹽油藏水驅后的高效開發提供技術支持。

1 油藏儲層物性

衛58塊油藏是中原油田淺層中滲普通稠油油藏的典型代表，油藏埋深1 537～1 648 m，滲透率318×10–3μm2，地層水礦化度12.5×104mg/L，地層溫度70 ℃，地下原油黏度40.6 mPa·s，地質儲量261×104t，標定采收率24.9%，該區塊自試注以來，經過注采井網完善、井網加密調整、常規調剖以及周期注水、井網損壞油水井利用率下降等階段后，水流優勢通道基本形成，水動力滯留區相對固定，采出程度已接近水驅采收率，常規方法已很難大幅度提高采出程度。目前采油速度0.32%，采出程度22.59%，綜合含水96.09%，自然遞減10.74%，綜合遞減5.08%，已達水驅廢棄油藏邊緣。

2 增黏型聚合物性能

2.1 實驗儀器及材料

實驗儀器：Brookfield DV–Ⅲ黏度計（ULA轉子，6 rpm）、干燥箱、物理模擬實驗裝置（揚州華寶石油儀器有限公司）。

實驗材料：增黏型聚合物（工業品）、實驗用水均為油田模擬水。

2.2 溶解性

參考衛58塊現場水水質分析資料，用質量分數為99.5%NaCl、CaCl2、MgCl2溶液配制成礦化度為12.5×104mg/L的模擬水，過濾后存放于密閉容器內。將增黏型聚合物干粉溶解在該模擬水中，配制濃度為2 000 mg/L的聚合物溶液，觀察增黏型聚合物的溶解性。在室溫條件下，于攪拌的模擬水旋渦中慢慢加入增黏型聚合物干粉，攪拌3 h，再靜置24 h后，發現該聚合物溶液溶解均勻。從室內實驗方面驗證了增黏型聚合物在污水中具有較好的溶解性，為此在先導試驗中可用高礦化度水直接配制，以節約開發成本。

2.3 穩定性

將增黏型聚合物干粉分別溶解在礦化度為7.0×104mg/L和12.5×104mg/L的模擬水中，配制成濃度為2 000 mg/L的溶液，取出部分溶液先測其初始黏度，然后將剩余的溶液分別注入12個50 mL安培瓶中，抽真空、除氧后封口，定期取出，測定樣品在70 ℃下的黏度。實驗結果表明，老化180 d后，在70 ℃條件下，礦化度為12.5×104mg/L增黏型聚合物溶液黏度保持率與礦化度為7.0×104mg/L增黏型聚合物溶液黏度保持率都高于70.0%，說明增黏型聚合物熱穩定性較好（表1）。

表1 增黏型聚合物在不同條件下的熱穩定性

2.4 黏濃性

聚合物溶液黏濃性通過黏濃曲線來表征，模擬地層條件下（礦化度12.5×104mg/L）不同濃度的增黏型聚合物溶液的黏度（圖1）。從圖中可以看出，在溫度30 ℃和90 ℃下，增黏型聚合物溶液黏度都隨著溶液濃度的升高而增大，且在90 ℃條件下，濃度為2 000 mg/L的聚合物溶液黏度已達到36.6 mPa·s。因此，增黏型聚合物具有良好的黏濃性。

圖1 礦化度為12.5×104 mg/L下增黏型聚合物溶液黏度–濃度關系

2.5 黏溫性

目前油藏采出水礦化度為12.5×104mg/L，因此選擇在礦化度為12.5×104mg/L的鹽水中分別配制濃度為2 000，3 000，4 000 mg/L增黏型聚合物溶液。重點分析了溫度為30～90 ℃條件下不同濃度的增黏型聚合物黏度變化情況（圖2）。從圖中可以看出，在30～80 ℃時，3種溶液的黏度都隨著溫度的增加而增大，呈現出良好的溫增黏特性；而當溫度大于80 ℃后，增黏趨勢減緩甚至減退。研究區塊油藏溫度為70 ℃，因此，增黏型聚合物能夠滿足需求。

圖2 礦化度為12.5×104 mg/L增黏型聚合物溶液不同濃度下黏度–溫度關系

2.6 鹽敏性

實驗研究了濃度為2 000 mg/L的增黏型聚合物溶液在礦化度分別為5.0×104，7.0×104，9.0×104，12.5×104mg/L的水中黏度隨溫度的變化情況（圖3）。從圖中可以看出，增黏型聚合物溶液黏度隨溫度的升高而增大；另外在相同溫度下，增黏型聚合物溶液黏度也隨礦化度的升高而增大，呈現出鹽增黏特性，增黏型聚合物在礦化度為12.5×104mg/L條件，黏溫曲線出現“黏度平臺”，黏度平臺的出現意味著增黏型聚合物在高溫條件下黏度能保持在較高水平，滿足中原油田的高溫油藏條件。

圖3 濃度為2 000 mg/L增黏型聚合物溶液鹽敏關系

增黏型聚合物在低濃度區增黏性較差，但是當濃度超過起始低濃度區后，隨著濃度的增加，黏度也會增大；當超過締合濃度后，增黏型聚合物黏度隨濃度增加的幅度更加明顯。分析研究了礦化度為12.5×104mg/L增黏型聚合物溶液在不同溫度下締合濃度的變化情況（圖4）。從圖中可以看出，當濃度達到500 mg/L時，增黏型聚合物溶液開始出現締合濃度；當濃度超過締合濃度后，分子鏈上的締合基團使增黏型聚合物溶液內形成了具有一定黏度的締合網狀結構，這些網狀結構使其表觀黏度快速增加。增黏型聚合物的最小締合濃度隨著溫度和礦化度的變化而變化，在相同礦化度條件下，溫度升高，最小締合濃度減小。

圖4 礦化度為12.5×104 mg/L增黏型聚合物不同溫度下締合濃度

通常聚合物溶液的黏度隨礦化度的增加而降低，這主要是由于地層水中陽離子比水分子的親電性更強，陽離子能優先取代水分子，與聚合物分子鏈上的羧基形成電子對，導致高分子鏈上的負電荷被屏蔽，從而使高分子聚合物線團間的靜電斥力減弱，溶液中的聚合物分子也由之前的伸展狀態逐漸變成卷曲狀態。分子有效體積的減小和分子線團的緊密造成了聚合物溶液黏度下降，但是，增黏型聚合物由于加入了溫敏鹽敏基團，聚合物分子間隨溫度的升高而發生熱誘導締合和鹽誘導締合，從宏觀上表現為黏度隨溫度和礦化度的升高而升高的特性。

2.7 注入性

選擇滲透率為300×10–3μm2的天然巖心開展注入性實驗，結果如圖5所示。從圖5a中可以看出，對于濃度為2 000 mg/L的增黏型聚合物溶液，分別采用30，60，120，300，600，1 200 mL/h的注入速度將其注入巖心，發現其注入壓力均不超過0.25 MPa，表明增黏型聚合物在不同注入速度下均保持良好的注入性。從圖5b中可以看出，分別將濃度為500，1 000，1 500，2 000 mg/L的增黏型聚合物溶液注入巖心，其注入壓力均不超過0.45 MPa，這表明不同濃度的增黏型聚合物溶液均具有良好的注入性。

圖5 增黏型聚合物在不同濃度及注入速度下的注入壓力隨注入倍數的變化

3 物理模擬驅油實驗

驅油實驗主要是使用驅替儀模擬衛58塊地層高溫高壓條件，開展增黏型聚合物驅物理模擬實驗，來評價增黏型聚合物開發效果。實驗溫度70 ℃，原油黏度40 mPa·s，利用人造巖心模型在飽和模擬水后，再用模擬油飽和，老化24 h，然后進行驅油實驗。首先水驅至采出液含水達95.0%以上，再轉注0.50 PV增黏型聚合物溶液，最后轉水驅至采出液含水達98.0%以上，結束實驗，實驗結果如表2所示。從表中可以看出，隨著增黏型聚合物溶液濃度的增加，聚合物驅提高采收率的幅度有所增加，在增黏型聚合物溶液濃度相同條件下，礦化度增大會導致聚合物溶液黏度增大，從而提高驅油效率。

表2 增黏型聚合物驅物理模擬實驗數據

礦化度為12.5×104mg/L的不同濃度的聚合物驅驅油效果如圖6所示，從圖中可以看出，注入0.45 PV濃度為1 000 mg/L增黏型聚合物溶液，聚合物驅含水下降6.0%，采收率提高7.0%，這說明在低濃度區域也具有一定的驅油能力，可降低現場試驗風險；水驅1.75 PV后，注入0.50 PV濃度為2 000 mg/L增黏型聚合物溶液，含水下降25.0%，采收率提高13.0%；水驅1.85 PV后，注入0.50 PV濃度為3 000 mg/L增黏型聚合物溶液，含水下降27.0%，采收率提高15.0%，可形成油墻，這說明增黏型聚合物具有一定的提高驅油效率性能。

圖6 不同濃度下增黏型聚合物驅油采收率/含水率隨注入倍數關系

綜合考慮增黏型聚合物成本及驅油實驗效果，認為采用濃度為2 000 mg/L的聚合物溶液作為衛58塊驅油劑比較合適。因此，進一步對其進行了非均質驅油實驗，以驗證其驅油效果。實驗結果表明，在礦化度為12.5×104mg/L、溫度為70 ℃油藏條件下，水驅1.82 PV后，注入0.45 PV濃度為2 000 mg/L增黏型聚合物溶液，含水下降15.3%，采收率提高18.3%，說明該濃度的增黏性聚合物具有較好的驅油效果。

綜上所述，在衛58塊油藏條件下（礦化度12.5×104mg/L、溫度70 ℃），增黏型聚合物顯示出良好的溶解性、增黏性、穩定性、注入性及較高的驅油效率，為開展該區塊增黏型聚合物驅先導試驗提供了數據支撐。

4 結論

（1）增黏型聚合物具有良好的黏溫性，其黏度具有隨溫度升高而升高、隨礦化度升高而升高的特性，同時還具有較好的溶解性和穩定性，可采用高礦化度注入水直接配制，且高溫老化180 d后，黏度保持率為70%以上。

（2）天然巖心注入性實驗表明，增黏型聚合物在不同注入速度下均保持良好的注入性，不同濃度的增黏型聚合物溶液也均具有良好的注入性。

（3）優選濃度為2 000 mg/L的聚合物溶液作為衛58塊驅油劑，水驅1.82 PV后，注入0.45 PV濃度2 000 mg/L增黏型聚合物溶液，含水率下降15.3%，采收率提高18.3%，增黏性聚合物具有較好的驅油效果。