海上智能測調注聚工具對聚合物性能影響實驗分析

王良杰，黃宇軒，蔣暢，牛貴鋒，魏來

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457）

油田注聚是提高采收率常用的方式之一，聚合物從增壓泵經地面設備管匯、油管和井下注聚工具最終注入到地層[1]。聚合物黏度是驅油效果的一項關鍵技術指標[2]，實際上，聚合物從地面到進入地層，由于壓降剪切的作用，最終注入地層的聚合物黏度與最初配制好的聚合物黏度值有一定程度的差別[3]。因此有必要了解油田上采用的注聚工藝技術以及配套的測調注聚工具，并通過實驗分析井下注聚工具對聚合物黏度值的影響，為選擇注聚工藝方式和注聚工具提供指導建議[4-5]。國內油田井下分層注聚主要有三種方式，分別采用不同的工具進行注聚，包括螺旋槽式分層注聚、同心雙管分層注聚、智能測調分層注聚，這些工具對聚合物黏度均有不同效果的影響[6-7]。螺旋式分層注聚工藝在陸地油田應用較多，由于采用螺旋流道結構，對聚合物剪切作用較小，具有較好的保黏效果[8]。該工具單層最大注聚量不超過260 m3·d-1，而海上油田單層最大配注量可達800 m3·d-1，螺旋式分層注聚工具不適用于海上油田注聚井。同心雙管分層注聚方式在渤海油田應用廣泛，早期所有的分層注聚井均采用該方式，具有注聚排量大、注聚量調節簡便的優勢，同時油管環空形成的流道結構對聚合物的降黏影響較小[9-10]。智能測調分層注聚工藝是一種最新的分層注聚方式，具有注聚層數多、注聚量大的優勢，也可滿足海上油田注聚井注聚要求，由于智能測調注聚工作筒屬于一種新型的注聚工具，需要研究該工具對聚合物降黏效果影響[11]。

1 智能測調注聚技術原理

根據注聚井防砂與否，注聚井完井方式包括防砂完井和不防砂完井情況，海上油田注聚井選用防砂完井分層注聚管柱。管柱主要包括外防砂管柱和內分層注聚管柱，分層注聚管柱包括測調注聚工作筒和分層隔離密封工具，管柱示意圖如圖1所示。

圖1 智能測調分層注聚管柱示意圖

智能測調注聚工藝技術，滿足海上油田大排量、多層段分層注入聚合物溶液的需求，解決油田籠統注聚開發過程中油層物性非均質性導致的層間矛盾，提高聚驅效果和聚合物驅采收率。采用礫石充填防砂完井管柱,根據分層注聚層段數的要求，連接對應數量的智能測調注聚工具。通過電纜下入儀器調節工作筒內的環形螺旋配合，控制注聚工具出液口的開度，達到改變不同層段配注量的目的，實現分層調配，聚合物黏度損失主要產生在智能測調工具內[12]。

2 聚合物降黏實驗方案及數據記錄

聚合物經過注聚測調工作筒會產生剪切而黏度值降低，本次實驗主要驗證聚合物溶液經過注聚測調工作筒后的保黏率。實驗在不同流量、壓力的情況下對工具前、后的聚合物溶液進行取樣，對工具前、后聚合物溶液黏度的變化進行分析。通過實驗數據對比分析聚合物在注聚測調工作筒前后的黏度損失情況[13-14]。

2.1 實驗內容

實驗內容主要研究測調注聚工作筒對流經通過的聚合物黏度影響，定量獲得不同壓降條件下黏度損失狀況，以及測調注聚工作筒不同開度條件下的黏度損失值，進一步獲得不同工況下的聚合物黏度損失值[15]。

2.2 實驗流程介紹

黏度損失實驗分析流程如圖2所示，上圖是整體流程示意圖，下圖是聚合物通過測調注聚工作筒的流程示意圖。

圖2 智能測調注聚工作筒黏度損失實驗流程示意圖

聚合物原樣儲存在聚合物罐2 內，經泵加壓后流經注聚工作筒，最終進入聚合物罐1 內，在注聚工作筒的前端和后端分別安裝壓力表和取樣口。在流程注聚工作筒內安裝測調儀器，可隨時改變注聚工作筒的出液口開度，調節聚合物通過注聚工作筒的壓降值，進一步分析壓降值與聚合物黏度損失的關系[16-17]。

2.3 實驗步驟

實驗步驟包括實驗準備、啟泵循環和數據記錄幾個重要環節，并在啟泵循環過程中，調節注聚測調工作筒開度，測試不同壓降條件下的黏度損失數據，選用聚合物類型KY-6。

1）實驗準備。首先給2 號熟化罐裝滿清水。使用清水試驗，啟動柱塞泵，進行注聚測調工作筒的測調功能試驗。測定注聚工作筒水嘴從全開至全關的時間，并按照水嘴開度5 等分進行開關時間標定。

2）啟動循環。啟動注聚設備，配液/熟化系統，把1 號熟化罐的水由柱塞泵打到循環罐中，再由配液系統把循環罐中的水和聚合物混合后配成目標溶液進入2 號熟化罐熟化。配液20 m3完畢后開始熟化，熟化時間大約為30 min。試驗采取倒灌方式開展，當2 號熟化罐聚合物溶液使用完后，將流程切換到1 號熟化罐繼續試驗。

3）取樣并記錄數據。工具前取樣，從工具進液端取樣口取樣；工具后取樣，經過井下分注工具后從取樣口取樣。

4）不同排量條件下黏度實驗，分別在流量為6、10、15、19 m3·h-1條件下取樣并記錄數據。記錄水嘴前后壓力、黏度值。

①水嘴全開，起泵，排量穩定在6 m3·h-1，記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

②執行水嘴關閉指令，水嘴開度為80%，再次記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

③繼續執行水嘴關閉指令，水嘴開度為60%，再次記錄水嘴前后壓力及流量并取樣，水嘴前后各取樣3 組；

④重復②和③操作方法，水嘴開度分別保持40%和20%，記錄水嘴前后壓力及流量，并水嘴前后各取樣3 組，待水嘴即將關閉時，泵壓若超過15 MPa，則立即停泵。

⑤采用①②③④步驟，分別完成排量在10、15、19 m3·h-的實驗。所有實驗數據見表1。

表1 不同注聚排量和水嘴開度條件下的出液口前后黏度測試數據

3 實驗結果分析

實驗聚合物采用普通聚丙烯酰胺，目標液配制濃度2 000 mg·L-1，環境溫度為29 ℃，溶解熟化時間45 min，測得聚合物母液黏度在1 654～1 670 mPa·s。分別對注聚測調工作筒水嘴不同開度在不同注入量的條件下試驗，實驗結果見圖3[18-19]。

圖3 注入量6 m3·h-1時不同開度下保黏率和壓降值

注入量在6 m3·h-1時，測調工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在93%以上，其中開度為1/5 時，保黏率最低。

注入量在10 m3·h-1時，測調工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在95%以上。見圖4。

圖4 注入量10 m3·h-1時不同開度下保黏率和壓降值

注入量在15 m3·h-1時，測調工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在92%以上，開度最小是保黏率最低，見圖5。

圖5 注入量15 m3·h-1時不同開度下保黏率和壓降值

注入量在19 m3·h-1時，測調工作筒水嘴開度從開度1/5 至全開，工作筒保黏率均在86%以上，開度最小是保黏率最低。

圖6 注入量19 m3·h-1時不同開度下保黏率和壓降值

從圖7可以看出，開度為1/5，注入量19 m3·h-1時，保黏率最低。

圖7 注聚測調工作筒不同開度下排量對應的保黏率

由圖8可以看出，注入量19 m3·h-1，開度為1/5時，注聚測調工作筒降壓效果較明顯，壓損在6 MPa左右，滿足注聚測調工作筒多層使用的要求。

圖8 注聚測調工作筒不同開度下排量-壓降關系

4 結 論

1）注聚測調工作筒不同排量下不同水嘴開度均能滿足工作筒保黏86%以上的要求[20]。

2）工作筒的降壓效果明顯，水嘴開度最小的情況下，500 m3·d-1時降壓約6 MPa，滿足現場使用的要求。

3）現場使用過程中，建立匹配井口注聚壓力值和井下測調注聚工作筒開度，盡量減少聚合物流經工作筒的壓降值[21-22]。