二元复合驱采出液性能变化规律实验研究

2013-09-20闫文华王鹏姚振杰郑晓松付良佳

断块油气田 2013年1期

闫文华，王鹏，姚振杰，郑晓松，付良佳

（1.东北石油大学提高采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318；2.中国石油辽河油田公司锦州采油厂，辽宁盘锦 121209；3.中国石化中原油田分公司采油五厂，河南濮阳 457001）

三元复合驱是20世纪80年代发展起来的三次采油技术［1］。国内已有大庆、胜利、新疆和河南等油田进行了矿场试验或工业化推广应用［2］。三元复合驱大多采用强碱三元复合体系，虽然提高了采出程度，但也带来了较多不利影响，例如油层结垢、破坏油层岩石骨架、腐蚀设备、卡泵等［3-5］。为减少三元复合体系带来的不利影响，就要减少三元复合驱体系中碱的用量或不用。为此，辽河油区锦16块实施了无碱二元复合驱，主要是通过增大波及体积和提高洗油效率，进而提高原油采收率［6］。目前关于无碱二元复合驱采出液性能变化规律研究较少［7-9］。本文通过室内实验对二元复合体系采出液性能变化规律进行了研究，对于二元复合体系驱油现场试验具有重要意义［7-13］。

1 实验准备

1.1 岩心

根据锦16块油层物性参数制作的人造非均质岩心，几何尺寸为30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm，平均渗透率为 1 100×10-3μm2。

1.2 仪器

Brookfield-Ⅱ黏度计、Model TX500C界面张力仪、HAAKE-150型流变仪、恒温箱等。

1.3 实验用液

1）通过室内驱替实验模拟锦16块实施无碱二元复合驱，岩心出口端收集不同注入阶段的采出液。无碱二元复合体系注入方式：0.10 PV高质量浓度（1 500 mg/L）聚合物前置段塞+0.30 PV无碱二元复合体系段塞（1 300 mg/L聚合物+0.3%表面活性剂）+0.20 PV低质量浓度（600 mg/L）聚合物保护段塞。

2）实验用水为锦州采油厂欢三联深度处理污水，经0.22 μm微孔过滤，除去杂质，矿化度2 935.3 mg/L。

3）实验用油为锦州采油厂井口原油经脱水、除杂质后与煤油按一定比例配制而成。

2 实验结果及分析

2.1 聚合物质量浓度的变化

聚合物质量浓度检测采用淀粉-碘化物比色法。

开始注入二元复合体系时，采出液未检测到聚合物；注入0.20 PV后，聚合物质量浓度随着注入量的增加而增加，达到最高值后，随着注入量的增加而降低。这是因为：二元复合体系刚进入岩心，驱替前缘没有到达岩心出口端；注入0.20 PV时，二元复合体系驱替前缘在岩心中沿着大孔道突进，到达岩心出口端，采出液中检测到了聚合物，聚合物质量浓度随着注入量的增加而增大并达到最大值；注入后续水，注入水沿着岩心大孔道突进，聚合物质量浓度降低。

2.2 表面活性剂质量分数及界面张力变化

表面活性剂的质量分数比较低，变化趋势与聚合物一致，也是先升高再降低。在注入量达到0.20 PV后，表面活性剂到达岩心出口端；注入0.54 PV时，采出液中表面活性剂的质量分数最高，为0.071%；注入后续水，表面活性剂质量分数降低；随着注入孔隙体积倍数的增加，界面张力先降低后升高。不同注入阶段的采出液界面张力介于0.8～7.0 mN/m（见图1）。

2.3 采出液黏弹性

黏弹性运用动态力学实验测定，聚合物材料在交变应力或交变应变作用下，观察其应变或应力随时间的变化。储能模量表征黏弹性流体的弹性大小，而耗能模量则表征黏性大小。结果见图2、图3。

图1 表面活性剂质量分数和界面张力的变化

图2 采出液储能模量与角频率关系

图3 采出液耗能模量与角频率关系

由图2可知，储能模量随着角频率的增加而增加，说明采出液的弹性也是逐渐增大的。在对不同注入阶段的采出液进行实验时，只能测出注入孔隙体积倍数是0.46，0.54和0.67时的储能模量。这是因为二元复合体系流经岩心后，经过岩心孔隙的剪切，聚合物分子链发生断裂，失去弹性。只有采出液中聚合物质量浓度较高时，采出液中保留了一些长链的聚合物分子，表现出了一定的弹性。

耗能模量随着角频率的增加而增加。注入量0.46，0.54，0.67 PV时的采出液耗能模量较大，其他注入阶段，采出液的耗能模量均较低。随着角频率的增加，耗能模量逐渐增大，而且不同注入阶段的采出液耗能模量差异更大。由于二元复合体系流经岩心后，经过岩心孔隙的剪切，失去了弹性，但是黏性还是存在的，只是在聚合物质量浓度低时，黏性比较差。

2.4 不同注入阶段采出液的流变性

稳态剪切实验通过测定溶液的法向应力差揭示溶液的流变性。不同注入阶段采出液的流变性实验结果如图4所示。

图4 采出液黏度与剪切速率关系曲线

随着剪切速率的增大，采出液的视黏度呈现先降低后增大的趋势，表现出剪切稀释和剪切增稠的流变规律。不同注入阶段，采出液黏度随剪切速率变化的幅度不同。相同剪切速率下，聚合物越多，黏度越高。

在足够低的剪切速率下，大分子处于高度缠结的拟网状结构，流动阻力很大。此时，由于剪切速率很小，虽然缠结结构能被部分破坏，但是破坏的速度等于重新形成的速度，故黏度保持恒定的最高值，表现为牛顿流体的流动行为；当剪切速率增加时，大分子在剪切力作用下发生构象变化，开始解缠结并沿着流动方向取向。随着剪切速率的增大，缠结结构被破坏的速度大于其形成的速度，故黏度不为常数，而是随剪切速率的增加而减小，表现出假塑性流体的流动行为；当剪切速率再增大，达到强剪切的状态时，大分子中的缠结结构几乎完全被破坏，剪切速率很高，来不及形成新的缠结，取向程度也达到极限状态，大分子的相对运动变得很容易。体系黏度达到恒定的最低值，而且黏度与拟网状结构不再有关，只和分子本身的结构有关，分子表现出了明显的黏弹性，其流变性表现出了剪切增稠的趋势。