交联聚合物微球-聚合物复合调驱注入参数优化设计

杨俊茹，谢晓庆，张健，郑晓宇，未志杰

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室；2.中海油研究总院；3.中国石油大学（北京））

交联聚合物微球-聚合物复合调驱注入参数优化设计

杨俊茹1,2，谢晓庆1,2，张健1,2，郑晓宇3，未志杰1,2

（1.海洋石油高效开发国家重点实验室；2.中海油研究总院；3.中国石油大学（北京））

针对渤海S油田聚合物驱后吸水剖面改善不明显、油井含水无明显下降等现象，采用交联聚合物微球-聚合物复合调驱技术进行物理模拟实验，研究复合体系组成、驱替速度、注入量等对驱油效果的影响，并优化了复合体系注入参数。研究表明，在复合体系总浓度为1 750 mg/L的前提下，体系中交联聚合物微球的浓度越大，采收率提高幅度越大，交联聚合物微球浓度在400～100 mg/L、缔合型聚合物浓度在1 350～1 650 mg/L范围内，都能取得较好的增油效果；交联聚合物微球-聚合物复合体系驱较单纯聚合物驱可以提高采收率8%～11%。复合体系驱替速度在3.5 m/d左右、注入量为530 mg/L·PV左右时，交联聚合物微球-聚合物复合调驱体系能较好地改善聚合物驱效果。图7参10

交联聚合物微球；聚合物；复合调驱体系；注入参数；深部调驱；海上油田

0 引言

油藏注水开发过程中，油藏的非均质性和不利的油水流度比造成注入水沿高渗透层突进，通过注入井调剖可以有效解决这一问题[1-3]，与聚合物驱相配合可以改善油水流度比，扩大波及体积，从而提高原油采收率[4-7]。陆上油田井距较小（一般小于250 m），且多为一个层系一套井网，而海上油田开采井距大（一般大于350 m）、单井控制层系多（多油层组合采），使得油层纵向和平面非均质性更加严重，加之受到海上平台空间及油水井完井方式的限制，缩小井距和细分层系注入较困难，使得海上油田油藏非均质性对聚合物驱效果产生明显不利影响。

聚合物微球调剖技术是近年发展起来的新型深部调剖技术，在陆上油田调剖堵水中发挥了有效的作用[8-10]。对已经实施聚合物驱的油田，使聚合物微球与聚合物形成复合体系，利用聚合物微球的深部调剖作用，加强聚合物的液流转向能力、延缓聚合物在应用过程中的单向突破、提高化学驱的波及系数，可进一步改善聚合物驱效果，但目前这方面研究较少。

渤海S油田于1993年投入开发，平均原油黏度70 mPa·s，储集层渗透率3 000×10−3μm2，平均油层厚度32 m，油藏温度65 ℃，地层水矿化度6 000～20 000 mg/L，反九点井网注水，井距350～590 m。该油田于2003年9月开始单井注聚先导性试验，2005年10月开始井组注聚合物试验，2008年10月扩大试验，至2014年2月已有23口井注聚合物。S油田注聚合物初期油田含水68%。驱替用聚合物为缔合型聚合物PA（黏均相对分子质量1 100×104），浓度为1 750 mg/L。聚合物驱后，S油田开发效果得到改善，截至2013年底，累计增油约200×104m3。

虽然S油田聚合物驱取得了一定的效果，但注聚后吸水剖面改善不明显，生产井含水也未出现明显下降。为此，本文提出交联聚合物微球-聚合物复合调驱技术，将交联聚合物微球与聚合物组成复合体系，根据试验区块的储集层性质、流体性质及开发现状，通过物理模拟实验，研究交联聚合物微球-聚合物复合调驱体系的驱替性能和驱油效果，对复合体系注入参数进行优化，以指导矿场实施，改善聚合物驱效果。

1 复合体系组成及基本性能

复合体系由乳液聚合形成的交联聚合物微球（ESS）与缔合型聚合物（PA）组成，ESS分子结构为两性，与PA之间具有较好的相容性，ESS粒径为1.0～4.0 μm。

ESS与PA组成的复合体系在S油田地层条件下，具有较好的增黏性能、剪切稳定性和封堵性能。

1.1 复合体系的增黏性

交联聚合物微球（浓度300 mg/L）与不同质量分数缔合型聚合物的复合体系黏度变化见图1。复合后体系在较宽浓度范围内黏度高于相应浓度的聚合物溶液的黏度。

图1 PA+ ESS复合体系的黏度浓度曲线

1.2 复合体系的剪切稳定性

根据海上油田驱油用丙烯酰胺类耐盐聚合物的性能指标和检测方法配制目标溶液，采用Waring Laboratory Blender定时搅拌器将目标溶液在3 500 r/min转速、65 ℃下搅拌不同时间后测试溶液的表观黏度，计算表观黏度保留率，结果见图2。ESS+PA复合体系剪切后的黏度保留率高于相应浓度的PA，表明该复合体系具有较好的剪切稳定性。

图2 PA+ ESS复合体系剪切稳定性

1.3 复合体系的封堵性能

用长度为60 cm、直径为2.5 cm的填砂管（渗透率3 275×10−3μm2），模拟S油田条件进行封堵实验。将缔合型聚合物（1 450 mg/L）与交联聚合物微球（300 mg/L）复合体系在室温下注入到填砂管内，测定填砂管不同位置流动压差随复合体系注入量（注入孔隙体积倍数）的变化，实验结果见图3。图中AB、BC、CD曲线分别对应填砂管前端（20 cm）、中段（20 cm）和末端（20 cm）压差，由其变化判断微球在填砂管中封堵位置的变化。实验表明，ESS+PA复配体系封堵性能强，并能进行深部封堵，AB、BC和CD段均能实现封堵（见图3）。

图3 PA+ ESS复合体系流动压差曲线

复合体系对高渗透储集层调驱效果好。由图4可见，PA驱油时受岩心渗透率影响较大，当渗透率大于500×10−3μm2时，随渗透率增加，对应采收率下降较快。复合体系在岩心渗透率为（150～3 500）×10−3μm2时，采收率均较高，说明复合体系受岩心渗透率影响相对较小，满足S油田高渗透性储集层的要求。

2 实验方法

为了使复合体系能尽快应用到油田现场，本文通过室内物模实验对复合体系组成、注入速度、注入量等进行研究和优化。

图4 不同渗透率下复合体系驱采收率变化

2.1 空白水驱实验

首先将30 cm人造长岩心和7 cm人造短岩心（渗透率2 700×10−3μm2）饱和水，再在地层温度下饱和油（原油黏度70 mPa·s）。

水驱至含水95%，记录驱替过程中注入压力、含水率、采收率及产液量变化。

2.2 复合体系组成浓度优化实验

采用30 cm人造长岩心（渗透率2 700×10−3μm2），先饱和水，再在地层温度下饱和油。

水驱至含水60%（S油田注聚合物时，油田含水68%），切换驱替剂，分别切换为不同浓度组成的化学驱体系（共5种），驱替剂注入量为0.3 PV，再水驱至含水95%。

记录驱替过程中注入压力、含水率、采收率及产液量变化，考察在相同驱替剂注入量条件下，不同浓度组成的复合体系与空白水驱相比采收率提高幅度。

2.3 复合体系注入量优化实验

采用30 cm人造长岩心（渗透率2 700×10−3μm2），先饱和水，再在地层温度下饱和油。

水驱至含水60%，然后分别注入不同孔隙体积倍数的复合体系（复合体系组成：1 650 mg/L PA+ 100 mg/L ESS），再水驱至含水95%。

记录驱替过程中注入压力、含水率、采收率及产液量变化，考察在不同驱替剂注入量条件下，与空白水驱相比采收率提高幅度。

2.4 注入速度优化实验

采用7 cm人造短岩心（渗透率2 700×10−3μm2），首先饱和水，再在地层温度下饱和油。

水驱至含水60%，然后在不同驱替线速度下注入复合体系（复合体系组成： 1 450 mg/L PA+ 300 mg/L ESS），复合体系用量0.5 PV，再水驱至含水95%。

记录驱替过程中注入压力、含水率、采收率及产液量变化，考察在不同驱替剂注入速度下，与空白水驱相比采收率提高幅度。

3 实验结果与讨论

3.1 复合体系组成浓度优化

S油田聚合物注入浓度为1 750 mg/L，为了保证聚合物驱的经济效益，在不提高总的化学剂注入浓度的前提下，调整复合体系中交联聚合物微球与聚合物的浓度，使二者浓度之和等于1 750 mg/L。复合体系组成设计为：体系1，1 350 mg/L PA+400 mg/L ESS；体系2，1 450 mg/L PA+300 mg/L ESS；体系3，1 550 mg/L PA+200 mg/L ESS；体系4，1 650 mg/L PA+100 mg/L ESS；体系5，纯聚合物PA，浓度1 750 mg/L。

图5为不同浓度组成的复合体系的采收率值及与空白水驱相比提高采收率幅度值。

图5 复合体系组成与采收率关系曲线

由图5可见，体系中ESS浓度越高，采收率增幅越大。在总浓度为1 750 mg/L的前提下，ESS浓度在400～100 mg/L、PA浓度在1 350～1 650 mg/L范围内，都能取得较好的增油效果。

由实验结果可知，总浓度为1 750 mg/L的ESS+PA复合体系较相同浓度的聚合物提高采收率8%～11%。

3.2 注入量优化

针对体系4，研究了不同注入孔隙体积倍数（0.1～0.6 PV），即注入量为175～1 050 mg/L·PV时，复合体系驱的采收率及其与空白水驱相比的采收率提高幅度（见图6）。

图6 复合体系驱采收率与注入孔隙体积倍数的关系

图6表明，随复合体系驱替剂注入量的增加，在注入0.3 PV之前采收率提高较快，0.3 PV之后采收率提高幅度趋缓。

实验时复合体系浓度为1 750 mg/L，根据实验结果，建议复合体系注入量为530 mg/L·PV左右。油田现场注入时，可参考实验结果确定复合体系注入量。

3.3 注入速度优化

水驱至含水60%转复合体系驱，研究不同驱替线速度下复合体系驱采收率及其与空白水驱相比采收率提高幅度（见图7）。

图7 驱替速度变化对采收率的影响

由图7可见，在实验驱替速度范围内，随着驱替速度增加，采收率先增加后降低，存在一个最佳值（3.5 m/d），驱替速度大于3.5 m/d后，采收率增幅减小。实际矿场注入时，建议根据具体情况调整注入速度，既满足井口压力限制的要求，又能取得较好的交联聚合物微球-聚合物复合体系驱替效果。

4 结论

室内研究显示，交联聚合物微球ESS与缔合聚合物PA组成的复合体系在S油田地层条件下，具有较好的增黏性能、剪切稳定性和封堵性能。

复合体系组成优化研究表明，在复合体系总浓度为1 750 mg/L的前提下，体系中交联聚合物微球的浓度越大，采收率提高幅度越大，交联聚合物微球浓度在400～100 mg/L、缔合型聚合物浓度在1 350～1 650 mg/L范围内，都能取得较好的增油效果。

室内实验研究显示，注入复合体系0.3 PV（530 mg/L·PV左右）时，能取得较好的提高采收率效果。油田现场注入时，可参考实验结果确定复合体系注入量。

复合体系驱替速度为3.5 m/d左右时，能取得较好的提高采收率效果。矿场注入时，可参考实验结果，以较适合的注入速度达到较好的交联聚合物微球-聚合物复合体系驱替效果。

室内实验显示，浓度为1 750 mg/L的交联聚合物微球-聚合物复合体系较相同浓度的聚合物可提高采收率8%～11%。

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（编辑 郭海莉 绘图 刘方方）

Injection parameters optimization of cross-linked polymer microspheres and polymer composite flooding system

Yang Junru1,2,Xie Xiaoqing1,2,Zhang Jian1,2,Zheng Xiaoyu3,Wei Zhijie1,2
(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation,Beijing 100027,China;2.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China;3.China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Based on the facts that there is no obvious improvement in injection conformance and no significant water cut reduction in production wells after polymer flooding in S oilfield in Bohai Bay,this study used cross-linked polymer microspheres-polymer composite flooding to research the effect of chemical system composition,displacement speed,injection volume on polymer flooding by physical simulation experiments,and to optimize injection parameters of composite system.The results showed that the higher the concentration of cross-linked polymer microspheres at a total concentration of 1 750 mg/L,the more the oil recovery enhancement;the 1 350−1 650 mg/L polymer composite system can achieve better oil recovery when the cross-linked polymer microsphere concentration reaches 400−100 mg/L;compared with single polymer flooding,the cross-linked polymer microspheres polymer composite system flooding can enhance recovery factor by 8%−11%;in addition,it was found that the composite system could better improve polymer flooding at the displacement rate of 3.5 m/d and the injection volume of 530 mg/L⋅PV.

cross-linked polymer microspheres;polymer;composite displacement system;injection parameter;deep displacement;offshore oilfield

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”项目“海上稠油化学驱油技术”课题（2011ZX05024-004）

TE357.461

：A

1000-0747(2014)06-0727-04

10.11698/PED.2014.06.12

杨俊茹（1965-），女，河南郑州人，中海油研究总院高级工程师，主要从事海上油田提高采收率研究工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街六号院中国海油大厦，中海油研究总院，邮政编码：100027。E-mail：yangjr@cnooc.com.cn

2014-03-26

2014-09-16