聚/表二元驱体系配方优化研究

2016-06-25王伟，柳敏

石油地质与工程 2016年1期

王　伟，柳　敏

(中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津大港 300280)

聚/表二元驱体系配方优化研究

王伟，柳敏

(中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津大港 300280)

摘要：室内开展了聚合物与聚/表二元体系物理模拟实验，对驱油体系在多孔介质中的黏度和渗流运移特征研究表明，聚/表二元体系具有良好的增黏性，同时二元复合驱采收率增幅大于聚驱与表活剂驱采收率增幅之和，并确定了最优二元驱体系配方，即聚合物浓度1 750 mg/L，表面活性剂质量分数0.2%，注入段塞尺寸0.4 PV。

关键词：二元复合驱；阻力系数；动态特征；驱油效果

聚合物/表面活性剂二元复合驱(简称为聚/表二元复合驱)是一种可以充分发挥表面活性剂和聚合物的协同作用来提高原油采收率的强化采油方法[1-2]。聚/表二元复合体系可以最大限度地发挥聚合物的黏度和弹性，表活剂的强洗油效率来提高原油采收率[3-5]。为了进一步研究聚/表二元体系在多孔介质中的渗流规律，本文系统考察了聚合物、表活剂和聚/表二元复合体系注入孔隙体积倍数与注入压力、提高采收率幅度及含水率降低幅度三者关系，优化了最佳二元驱体系配方，以期为聚/表二元复合驱的矿场应用提供指导。

1实验准备

1.1实验材料

聚合物为部分水解聚丙烯酰胺HTPW-112，相对分子质量为2 500×104，固含量88%，水解度为23.6%；表面活性剂为石油磺酸盐表活剂，有效含量为40%；大港港西油田采出污水的矿化度为6 726 mg/L，钙镁离子含量58 mg/L；模拟油由大港港西油田脱气原油与煤油混合而成，53℃下黏度为19.6 mPa·s。渗流特性实验用岩心为石英砂环氧树脂胶结人造柱状岩心[6]，尺寸为φ2.5 cm×10 cm，渗透率分别为 90×10-3μm2、140×10-3μm2和250×10-3μm2。驱油效果实验用物理模型由高渗透、中渗透和低渗透三个层组成，渗透率变异系数0.72，平均渗透率1 200×10-3μm2；模型几何尺寸为：4.5 cm×4.5 cm×30 cm[7]。

1.2实验仪器

采用 DV-Ⅲ型布氏黏度仪(美国 Brook-field 公司)测试黏度，转速 6 r/min，测试温度53 ℃；采用TX-500C型界面张力仪(美国CNG公司)测试驱油剂与原油间的界面张力；流动特性测试仪器设备主要包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。除平流泵和手摇泵外，其它部分置于温度为53 ℃恒温箱内。

1.3实验步骤

(1)渗流特性实验：①岩心抽空饱和注入水，注污水直至压力稳定，记录压力Δp1；②注聚合物溶液5～ 7 PV，记录压力Δp2；③后续水驱 5～ 7 PV，记录压力Δp3。

(2)驱油效果实验：①在室温下，对模型抽真空并饱和注入水，计算模型孔隙体积和孔隙度；②模型饱和模拟油，计算含油饱和度；③水驱至含水率98%，得到水驱采收率；④注入驱油剂0.6 PV，后续水驱至含水率98%停止，计算采收率。实验温度53℃。

实验过程注入速度为0.3 mL/min，压力记录间隔为30 min。

2结果与讨论

2.1驱油剂质量分数与界面张力

表活剂质量分数对体系黏度及界面张力的影响见表1，可见，随表活剂质量分数增加，体系黏度基本维持不变，界面张力先下降后趋于稳定，说明表活剂在较宽的浓度范围内能使界面张力稳在10～3 mN/m数量级，同时与聚合物具有良好的配伍性。

2.2驱油剂的渗流特性

表1　表活剂对驱油体系黏度及界面张力的影响

注：聚合物浓度2 000 mg/L。

2.2.1阻力系数与残余阻力系数

驱油剂阻力系数(FR)和残余阻力系数(FRR)测试结果见表2。表面活性剂对聚合物溶液流动性质即阻力系数和残余阻力系数存在影响。在渗透率相同条件下，与聚合物溶液相比，二元复合体系的阻力系数和残余阻力系数较大。

表2　表活剂对驱油剂流动性的影响

注：聚合物溶液CP=1 200 mg/L；二元复合体系CP=1 200 mg/L，CS=2 000 mg/L。

另外，岩心渗透率对聚合物溶液和二元复合体系阻力系数和残余阻力系数存在影响，随岩心渗透率降低，阻力系数和残余阻力系数增加。

2.2.2动态特征

在岩心渗透率不同条件下，聚合物及二元复合体系注入压力与注入孔隙体积(PV)倍数关系见图1、图2。岩心渗透率对聚合物及二元复合体系注入压力存在影响。随岩心渗透率降低，注入压力升高。当渗透率分别为90×10-3μm2和110×10-3μm2时，随PV数增加，注入压力持续升高，表明聚合物在岩心内运移困难，发生了堵塞。综上所述，二元复合体系在岩心不发生堵塞的最低渗透率(即渗透率极限)比相同浓度聚合物溶液的高，约为110×10-3μm2。

2.3驱油效果

2.3.1驱油剂类型对比

(1)采收率增幅。驱油剂类型对驱油效果(采收率)影响实验结果见表3。驱油剂类型对化学驱驱油效率存在影响。在3种驱油剂中，二元复合体系采收率增幅最大，其次是聚合物溶液，再其次是表面活性剂溶液。与聚合物溶液和二元复合体系相比较，表面活性剂溶液黏度低、洗油效率高，它不仅不能增加流动阻力，而且导致注入压力降低，表面活性剂溶液仍然沿水流通道流动，没有扩大波及体积作用，采收率增幅仅2.1%。进一步分析发现，二元复合驱采收率增幅大于聚合物驱与表面活性剂驱采收率增幅之和。由此可见，聚合物携带表面活性剂进入更多岩心孔隙体积，使表面活性剂洗油作用得到有效发挥，产生协同效应。

图1　聚合物注入压力与PV数关系

图2　二元体系注入压力与PV数关系

(2)动态特征。实验过程中采收率、含水率和压力与PV数关系见图3，在3种驱油剂中，二元复合体系和聚合物溶液注入压力升幅大，说明液流转向能力增强，波及范围扩大，含水下降幅度大，所以采收率增幅大；而表活剂驱注入压力呈下降趋势，说明未增加渗流阻力建立压差，含水降幅小。

2.3.2驱油体系配方优化

(1)聚合物浓度确定。聚合物浓度对体系采收率影响见表4。可见，在表活剂质量分数相同的条件下，随聚合物浓度增加，采收率增加，当聚合物浓度达到1 750 mg/L时，采收率增幅变缓，确定最优聚合物浓度为1 750 mg/L，采收率增幅16.7%。

表3　不同驱油剂提高采收率幅度对比

图3　不同驱替技术驱油效果

驱油剂组成聚合物/(mg·L-1)表面活性剂/%工作黏度/(mPa·s)界面张力/(mN·m-1)含油饱和度/%采收率/%水驱化学驱采收率增幅/%72.539.28500.2011.11.845×10-372.437.949.210.012000.2015.43.241×10-371.637.153.113.917500.2019.74.261×10-371.937.655.916.720000.2024.64.673×10-372.638.656.817.625000.2035.45.641×10-374.438.157.318.1

(2)表活剂质量分数确定。表活剂质量分数对体系采收率影响见表5，可见，在聚合物浓度相同的条件下，随表活剂质量分数增加，采收率增加，当表活剂质量分数达到0.20%时，采收率增幅变缓，确定最优表活剂质量分数为0.2%。

(3)段塞尺寸大小确定。段塞大小对体系采收