中低渗稠油油藏聚合物驱适应性分析

蒋 平， 周翔宇， 袁玉峰， 王 彪， 余晓玲，李隆杰， 唐登宇， 张贵才， 葛际江， 裴海华

(1.非常规油气开发教育部重点实验室(中国石油大学(华东))，山东青岛 266580；2.中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛 266580； 3.中国石化江苏油田分公司工程院，江苏扬州 225009)

油层温度下脱气黏度为50～10 000 mPa·s的原油为普通稠油，对于低黏普通稠油的开采以注水方式为主，由于水油流度比的差异以及地层的非均质性，此类油藏的采收率远低于常规水驱油藏，加入少量水溶性聚合物可以有效降低水的流度从而影响采收率[1-7]，聚合物驱在室内和矿场上得到全面的试验[8-10]，这已成为油田开发中改善水驱和提高采收率最成熟的技术之一。注入的聚合物存在一个最佳黏度范围，在此范围内随着聚合物黏度的增加，稠油采收率明显增加[11-13]。目前聚合物驱以及复合驱主要应用于中高渗储层[14-16]，对于低渗储层，过高质量浓度的聚合物会造成注入困难，而低质量浓度的聚合物又无法满足油田开发中对提高采收率的要求。笔者以江苏油田中低渗普通稠油油藏(渗透率低于200×10-8μm2，地下原油黏度为218.94 mPa·s)为对象，以注入性能为技术指标研究聚合物质量浓度对其注入能力的影响机制，通过室内物理模拟实验考察不同水油黏度比下聚合物驱提高采收率的效果。

1 实 验

1.1 实验仪器和样品

实验仪器：Texas-500C旋滴界面张力仪，美国德州大学；安东帕MCR 92流变仪；高灵敏度zeta电位及粒度分析仪,美国Brookhaven公司；PM400电子天平，瑞士METRLER公司，精度0.001 g；501型恒温水浴锅；烘箱；平流泵。

实验模型为7.8～9.7 cm人造长岩心，驱油用岩心基础数据见表1。

表1 实验岩心物性参数

1.2 实验方法

1.2.1 聚合物溶液有效黏度的测定

人造岩心抽真空并饱和水，计算其孔隙度。在55 ℃下将不同质量分数的聚合物溶液以不同流速(0.1～1 mL/min)注入岩心，直至压降达到稳定值。通过达西定律折算得到聚合物溶液在岩心中的有效黏度μef。计算公式为

(1)

式中,μef为聚合物溶液的有效黏度，mPa·s；k为岩心的渗透率，μm2；A为岩心的截面积，cm2；Δp为岩心两端压差，MPa；Q为流量，cm3/s；L为岩心的长度，cm。

计算中假设水冲洗时岩心孔隙结构与聚合物溶液通过时的孔隙结构相同[17]。用有效黏度来表征聚合物溶液在孔隙介质中流动时的实际黏度(达西黏度)[13]。

1.2.2 聚合物与岩心孔隙结构匹配性

聚合物分子大小、孔隙结构以及聚合物分子间的相互作用控制着聚合物溶液在多孔介质中的流动[18]。在油藏条件下，超高分子量的聚合物中的超大聚合物分子容易堵塞孔喉半径较小的多孔介质，所以油田在进行聚合物驱之前，需针对油藏孔喉特征参数，考察在油藏温度及矿化度下聚合物的流体力学半径与孔隙结构的配伍性[19]。

按照《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度》(GB/T 21650.1-2008)通过压汞实验评价不同渗透率岩心的孔隙结构。

采用动态光散射仪测量溶液中的扩散系数，进而测定聚合物溶液的流体力学半径。

1.2.3 驱油性能评价

55 ℃下采用岩心驱替实验评价不同质量分数的聚合物体系在地层中的驱油性能。岩心抽真空饱和水饱和油，水驱至含水98%后注入0.3VP(VP为孔隙体积)聚合物段塞，后续再水驱，准确计量产液产油数据。

2 结果分析

2.1 聚合物溶液的有效黏度

聚合物溶液的注入性受到多种因素的影响，如聚合物的表观黏度、聚合物在岩心中的吸附捕集作用等，而聚合物的表观黏度又受到剪切速率的影响，因此不能单纯地以某一剪切速率下的表观黏度作为评价聚合物注入能力的指标。

笔者主要通过流动实验研究不同渗透率岩心中流动线速度与聚合物有效黏度的关系。按照不同体系在不同驱替速度下流动的平衡压力通过达西定律折算获得的聚合物溶液的有效黏度，结果见表2。可以看出，在同一岩心中增加驱替速度溶液的有效黏度降低，在相同的驱替速度下渗透率越高的岩心表现出的有效黏度越低，表明低渗岩心中孔隙结构对溶液中聚合物的剪切降黏作用。同时流动过程中表现的有效黏度大于聚合物的表观黏度，可能是由于聚合物在岩石表面的吸附和滞留作用增大了驱替压力，表现为较高的流动阻力。

表2 有效黏度与线速度关系

图1为不同渗透率岩心中流动线速度与聚合物有效黏度的关系。可以看出，聚合物的流动有效黏度与渗流速度呈半对数线性关系。

图1 有效黏度与线速度的关系

2.2 驱油剂的注入性

图2为聚合物的注入压力随聚合物质量分数的变化。可以看出，即使采用7～10 cm的短岩心进行流动实验，部分体系的注入压力仍然大于1 MPa，特别是聚合物的质量分数从0.1%增大到0.3%时，注入压力直线上升。因此可通过表征中低渗岩心的孔隙结构特征并关联聚合物溶液的微观形态，探究注入压力增大机制。

图2 聚合物注入压力与质量分数的关系

通过压汞实验评价24组气测渗透率为(51～649)×10-3μm2的岩心的孔隙结构。结果见图3。可以看出，孔喉平均半径随着岩心渗透率的增大逐渐升高，平均孔喉半径为2～3 μm。

图3 不同渗透率岩心的孔喉半径

采用动态光散射表征聚合物溶液的流体力学半径随聚合物质量分数的变化规律，结果见图4。可以看出，增加聚合物的质量分数，体系的流体力学半径迅速增大，由于使用的聚合物为疏水缔合聚合物，质量浓度增大后发生分子缔合作用，因此当质量分数从0.1%增大到0.3%时，流体力学半径从2 μm迅速升高达到16 μm，因此相比于孔喉平均半径2～3 μm，质量分数为0.3%的聚合物流动阻力显著增大主要是由于其流体力学半径大幅度增大造成的。

图4 不同质量分数聚合物的流体力学半径

2.3 驱油效果

在明确聚合物注入性与聚合物质量分数的关系后，需要探究聚合物有效黏度与提高稠油采收率的关系。通过岩心驱替实验，评价了在相同驱替速度下具有不同有效黏度的聚合物溶液提高采收率的能力，实验结果见表3。

表3 不同聚合物质量分数对采收率的影响

不同体系提高采收率的幅度与水油黏度比的关系见图5。

图5 不同黏度比下聚合物提高采收率的效果

从图5可以看出，低黏度的聚合物溶液提高采收率的能力较差；当聚合物溶液与原油的黏度比大于0.2后，采收率增值大幅度提高(可达18%)。虽然继续增大聚合物溶液的黏度可以获得高达24%的采收率增幅，但是体系黏度过高会影响其注入能力，因此综合考虑驱油剂注入性能以及提高采收率能力，建议对于中低渗稠油油藏，采用化学驱时聚合物与原油有效黏度比为0.2较为适宜。

3 结束语

对于中低渗岩心，由于孔隙平均半径小于3 μm，而聚合物溶液中流体力学半径会随着聚合物质量分数的增大而大幅度提高，从而加剧了聚合物在多孔介质中的吸附和滞留。低黏度的聚合物溶液提高采收率的能力较差；当聚合物溶液与原油的黏度比大于0.2后，采收率增值大幅度提高。因此对于中低渗稠油油藏，可通过测定聚合物流体力学半径的变化筛选适合区块孔喉尺度的聚合物质量浓度上限，而以聚合物溶液有效黏度与地下原油黏度比大于0.2作为聚合物质量浓度使用下限。