三類油層聚合物驅配制工藝參數研究

王端陽

大慶油田勘探開發研究院

大慶油田三類油層地質儲量18.6×108t，其中集中分布儲量16.15×108t，主要分布在北部的高臺子和南部的薩葡油層，類型以ⅢA、ⅢB 為主；與二類油層交互分布儲量2.45×108t，主要分布在薩北、薩中和薩南的薩葡油層[1]，三類油層剩余地質儲量很大。目前化學驅工藝處于試驗階段，是油田未來化學驅重要接替潛力，但由于三類油層儲層滲透率低、物性差，現場試驗暴露出聚合物注入困難的問題。目前三類油層現場試驗中的聚合物溶液配制都采用一二類油層的配制工藝和參數，為了探索并改進工藝、優化配制參數對三類油層聚合物注入能力的影響，通過室內實驗模擬不同的配制工藝、熟化時間以及母液濃度對三類油層注入能力的影響，同時與二類油層進行對比，進而得出定性結論[2-4]。

1 三類油層聚合物驅注入能力分析

與二類油層相比，整體上三類油層物性和滲流能力變差、有效開采更難[5-7]（表1）。滲透率整體較低，主要集中在10～100×10-3μm2以下，根據20 支天然巖心實驗數據可以看出，三類與二類油層油水相滲曲線相比油水共滲范圍小，水相相對滲透率低，滲流能力明顯低于二類油層。

表1 二類油層與三類油層儲層物性特征對比表Tab.1 Comparison table of the physical properties of the classⅡand classⅢreservoirs

三類油層聚合物現場試驗表明，近50%注入井在化學驅前的空白水驅階段注入壓力高，需要實施壓裂改造提高注入能力。注入過程中，盡管注入體系采用了相對分子質量較低、濃度較低的聚合物溶液，但注入聚合物后注入壓力回升速度快。注入0.1 PV 時，90.5%的注入井達到破裂壓力，通過采取壓裂措施提高注入能力，壓裂比例近100%，壓裂后有效期在90 天左右；而二類油層聚合物驅過程中，注入0.38 PV 時，注入壓力接近破裂壓力，全過程壓裂比例在35%左右。這說明與二類油層對比，三類油層注聚合物能力較差，因此，探索提高三類油層聚合物驅注入能力的措施成為提高聚合物驅效果的關鍵（圖1）。

圖1 三類油層化學驅階段注入壓力曲線Fig.3 Injection pressure curve of the classⅢreservoirs during chemical flooding

2 配注工藝及參數對滲流能力的影響

大慶油田聚合物驅配制工藝技術的研究，始于一類油層大規模工業化推廣應用時期。目前聚合物配制工藝包括分散、熟化、增壓、過濾等環節。“十五”（2001—2005）期間為保證油田持續穩產，聚合物驅油藏開發對象由一類油層轉向二類油層，經研究證明，一類油層的配制工藝及各項參數對于二類油層也具有較好的適應性。但配制過程中還存在幾方面問題：分散過程中如聚合物混合不均勻會引起水包粉，導致溶液中“魚眼”和黏團增多，造成低滲透油層注入能力變差或油層堵塞，因此對分散系統的穩定性要求更高；熟化過程中熟化效果差會出現未熟化膠粒，導致低滲透地層堵塞，最終使聚合物溶液注入壓力升高，聚合物溶液注入能力變差，因此對熟化效果的要求更高[8-16]。

考慮現有配制工藝參數在三類油層應用中可能會出現的問題，通過室內實驗，從配制工藝、熟化時間、配制濃度及聚合物類型等影響因素考察了現有配制工藝及配制參數對于三類油層的適應性。

2.1 試驗材料及試驗方法

室內實驗采用1 200 萬、800 萬（DS800 抗鹽型）兩種相對分子質量的聚合物，配制工藝采用現場在用配制工藝和超重力工藝，母液濃度分別為5 000 mg/L 和3 000 mg/L，熟化時間為120 min 和240 min，目的液濃度為1 000 mg/L，全過程采用清水，巖心選擇4.5×4.5×30 cm 人造巖心柱，三類油層巖心滲透率為0.1×10-3μm2，二類油層巖心滲透率為0.3×10-3μm2。

將兩種聚合物分別按照Q/SY 119—2005《驅油用部分水解聚丙烯酰胺技術要求》附錄H中溶解速度的測定方法，采用相應的配制工藝，配制成設計要求的母液濃度，再分別將熟化好的母液與清水稀釋成濃度為1 000 mg/L 的目的液，攪拌15 min。然后進行巖心驅替，即將巖心抽真空后飽和水，測水相滲透率，分別注入目的聚合物溶液至注入壓力穩定，計錄注入穩定后壓力值。

2.2 影響三類油層滲流能力的因素

2.2.1 配制工藝

分別選取常規配制工藝和超重力工藝配制1 200 萬相對分子質量聚合物溶液，模擬二類油層進行巖心實驗，注入常規配制工藝配制體系時，隨著注入PV數增加，注入壓力上升，在注入0.5 PV 后注入壓力接近穩定，穩定壓力值為0.054 MPa；注入超重力配制工藝配制體系時，隨著注入PV 數增加，注入壓力上升，在注入0.5 PV后注入壓力接近穩定，穩定壓力值為0.053 MPa。兩種體系注入壓力穩定值相差1.85%，說明不同配制工藝配制的聚合物溶液對二類油層適應很好，均能夠形成有效驅動，未造成堵塞，對注入能力影響不大。將巖心換成模擬三類油層滲透率的巖心進行上述實驗，注入常規配制工藝配制體系時，穩定壓力值為0.1 MPa；注入超重力配制工藝配制體系時，穩定壓力值為0.09 MPa。兩種體系注入壓力穩定值相差10.0%，注入壓力相差很大，常規工藝產生的注入壓力明顯大于超重力配制工藝，說明在低滲透條件下，常規配制工藝中未完全溶解膠粒對滲流能力產生較大影響；而超重力配制工藝混合均勻，溶液中未溶膠粒相對較少，明顯改善了滲流能力。將聚合物換成DS800抗鹽聚合物重復進行上述對比實驗，二類油層2 種配制體系穩定注入壓力分別是0.064、0.062 MPa，注入壓力穩定值相差3.13%，而三類油層2種配制體系穩定注入壓力分別是0.13、0.1 MPa，注入壓力穩定值相差23.07%，結論與1 200萬相對分子質量聚合物實驗時相同。

2.2.2 熟化時間

常規配制工藝配制1 200 萬相對分子質量的聚合物，采用熟化時間分別2 h和4 h的母液進行模擬二類油層滲透率巖心實驗。熟化時間2 h 的巖心實驗注入壓力穩定值為0.054 MPa，熟化時間4 h的巖心實驗注入壓力穩定值為0.051 MPa，兩種體系注入壓力穩定值相差5.55%，說明二類油層注入1 200萬相對分子質量聚合物時，不同熟化時間的聚合物溶液對注入能力影響不大，即熟化2 h 的體系與二類油層條件相適應。將巖心調整為模擬三類油層巖心進行上述實驗，熟化時間2 h 的巖心實驗注入壓力穩定值為0.1 MPa，熟化時間4 h的巖心實驗注入壓力穩定值為0.086 MPa，兩種體系注入壓力穩定值相差14.0%，說明三類油層條件下，通過延長熟化時間，提高聚合物溶解質量，可以進一步提高注入能力。將聚合物換成DS800抗鹽聚合物重復進行上述對比實驗，二類油層2種熟化體系穩定注入壓力分別是0.064 MPa、0.061 MPa，注入壓力穩定值相差4.68%，而三類油層2 種熟化體系穩定注入壓力分別是0.13 MPa、0.092 MPa，注入壓力穩定值相差29.23%，結論與12 00萬相對分子質量聚合物實驗時相同。

2.2.3 母液濃度

常規配制工藝配制1 200 萬相對分子質量的聚合物，分別配制濃度5 000 和3 000 mg/L 的母液，熟化2 h 后稀釋到目的液濃度1 000 mg/L，模擬二類油層巖心實驗。母液濃度5 000 mg/L稀釋體系穩定壓力為0.054 MPa，母液濃度3 000 mg/L 稀釋體系穩定壓力為0.053 MPa，兩種體系注入壓力穩定值相差1.85%，說明二類油層條件下，母液濃度5 000 mg/L完全滿足注入要求，不必要降低母液濃度。將巖心調整為模擬三類油層巖心進行上述實驗，母液濃度5 000 mg/L 稀釋體系穩定壓力為0.1 MPa，母液濃度3 000 mg/L稀釋體系穩定壓力為0.08 MPa，兩種體系注入壓力穩定值相差20.0%，說明三類油層采用現有配制工藝條件，在滿足單井注入濃度前提下，可通過進一步降低母液濃度，提高溶液質量，提高注入能力。將聚合物改為DS800抗鹽聚合物重復進行上述對比試驗，二類油層注入2 種母液濃度體系穩定注入壓力分別為0.064 MPa、0.063 MPa，注入壓力穩定值相差1.85%，而三類油層2 種母液濃度體系穩定注入壓力分別是0.13、0.115 MPa，注入壓力穩定值相差11.54%，結論與1 200萬相對分子質量聚合物試驗時相同。

2.2.4 聚合物類型

DS800抗鹽聚合物與常規聚合物相比，由于抗鹽單體的加入，聚合物分子鏈更舒展，尺寸更大；疏水單體的加入，使聚合物與砂巖表面發生范德華力作用，吸附量增加，導致DS800聚合物溶液滲流阻力高于常規聚合物。DS800抗鹽聚合物與中分煉化聚合物濃黏關系曲線表明，相同濃度條件下，DS800 抗鹽聚合物黏度明顯高于中分煉化聚合物（圖2），特別在高濃條件下，DS800 抗鹽聚合物自身分子結構及高黏特性將會導致目的液快速、均勻溶解更加困難。室內實驗結果表明（圖3），DS800抗鹽聚合物在二、三類油層中均表現出較高的滲流阻力，特別是在滲透性更差的三類油層中，與普通中分聚合物相比注入壓力更高，因此，要提高抗鹽聚合物配制熟化質量，減少溶液不均一對注入能力的影響。

圖2 不同類型聚合物濃黏關系曲線Fig.2 Concentration and viscosity relation curves of different types of polymers

圖3 不同類型聚合物穩定壓差Fig.3 Stable pressure difference of different types of polymers

3 結論

室內模擬實驗表明，三類油層由于油層滲透率低，對聚合物溶液溶解質量要求更高，對現場配制工藝和參數有更高要求。針對不同性能聚合物，通過優化配制工藝、設定合理熟化時間及母液濃度，可以提高聚合物溶液溶解質量，減輕對三類油層滲流能力的影響。