不同类型聚合物对稠油油藏适应性研究

2022-09-22孔丽萍陈士佳敖文君吴雅丽田津杰孟科全方月月

石油化工应用 2022年8期

孔丽萍，陈士佳，2，敖文君，吴雅丽，田津杰，2，孟科全，2，季闻，方月月

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京 100028）

目前聚合物驱在渤海油田应用的规模日益扩大，海上油田和陆地油田相比，因井距大，平台空间受限，对聚合物产品的要求更高。根据常规认识，聚合物驱在大于200 mPa·s 的稠油油藏应用受限，原油黏度越大，注入的聚合物体系需要足够高的浓度才能克服油水流度比的不足，进而有效启动原油[1]，因此，需要针对稠油油藏开展聚合物适应性实验评价，筛选优化出增黏性好、与稠油油藏匹配度高的聚合物类型[2-4]。

本研究针对渤海L 油田稠油油藏（50 ℃条件下黏度为300 mPa·s、渗透率为3 000 mD、地层水矿化度为10 800 mg/L 左右），着重考察在目标油藏条件下，三种不同类型聚合物体系的增黏性、抗剪切性、热稳定性、注入性、驱油效果等，通过对三种聚合物体系油藏适应性评价，论证在该油田实施聚合物驱的可行性，为下一步制定注聚方案提供技术参数，为油田后续开发作准备[5-8]。

1 实验部分

1.1 实验材料

实验试剂：速溶线性聚合物SR-1（部分水解聚丙烯酰胺HPAM），相对分子质量2 500×104，固体质量分数88.3%，水解度26%，北京恒聚；疏水缔合聚合物GY03，相对分子质量1 600×104，固体质量分数90%，水解度24.7%，四川光亚聚合物化工有限公司；稠油活化剂HHJ-2，相对分子质量1 200×104，固体质量分数89.4%，水解度25.8%，北京百特泰科。

实验用油：目标油田脱水原油与煤油混配而成的模拟油，黏度300 mPa·s（50 ℃）；

实验用水：根据现场水质配制模拟水，矿化度为10 653.95 mg/L，水质离子组成（见表1）。

表1 水离子组成

实验岩心：注入性实验和驱油实验均采用均质方岩心，岩心尺寸4.5 cm×4.5 cm×30 cm，渗透率3 000 mD，岩心本体均匀分布3 个测压点。

实验仪器：RS600 高温高压流变仪、Waring 剪切机、毛细管装置、抽真空装置；驱替装置为ISCO 高精度驱替泵，其流量精度为0.05 mL/min；恒温箱耐温精度0.1 ℃；压力采集装置带有精密压力传感器，压力精度0.000 1 MPa；出口油水液量采集装置。驱替装置、恒温箱保温装置以及压力采集装置通过计算机系统实时监测注入流量、温度以及设备不同位置压力的变化，保证实验中的测量精度。

1.2 实验方案

1.2.1 增黏性实验采用模拟水配制聚合物目标液浓度为1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L、3 000 mg/L，实验温度为50 ℃，用RS600 高温高压流变仪，在剪切速率7.34 s-1下进行黏度测试。评价聚合物的增黏性能。

1.2.2 抗剪切实验配制2 250 mg/L 的聚合物溶液，实验温度为50 ℃，用RS600 高温高压流变仪，在剪切速率7.34 s-1下测定初始黏度，分别采用毛细管剪切（参考行业标准SY/T5862—2020 中6.11）和Waring 剪切机高速剪切两种实验方法对溶液进行剪切，测定剪切后的黏度保留率。

1.2.2.1 毛细管剪切在恒定压力为0.1 MPa 下，将聚合物溶液通过内径为1.4 mm、长度20 cm 的毛细管，测定剪切后的溶液黏度。

1.2.2.2 Waring 剪切机高速剪切选择剪切机转速为3 000 r/min，剪切目标溶液20 s，待完全消泡后，测定剪切后的溶液黏度。

1.2.3 热稳定性实验配制浓度为2 250 mg/L 的聚合物溶液，在目标温度50 ℃，测定初始黏度，将试样溶液抽真空充氮气，用高温焊枪封口后，在50 ℃烘箱中进行老化，在不同老化时间取样，测定老化后溶液表观黏度，计算黏度保留率。

1.2.4 注入性实验岩心抽真空饱和模拟水，测定孔隙体积，以0.5 mL/min 恒速注水，至水驱压力稳定，用相同的速度注聚合物溶液，实时监测各级测压点压力，至各测压点压力平稳后，分别记录平稳后的压力，最后以相同速度后续水驱至压力稳定，绘制各测压点压力随注入量的变化关系曲线，根据测压点1 的压力计算阻力系数和残余阻力系数（见图1）。

图1 注入性实验流程图

式中：Rf-阻力系数；Rff-残余阻力系数；ΔPwi-开始水驱平稳压力，MPa；ΔPp-聚合物驱平稳压力，MPa；ΔPwa-后续水驱平稳压力，MPa。

1.2.5 驱油实验在岩心抽真空饱和模拟水后进行实验，先以0.5 mL/min 进行水驱油实验，至产出液中瞬时含水80%时，以相同流速注入0.4 PV 不同类型的聚合物体系（浓度均为2 250 mg/L），再后续水驱至产出液中瞬时含水率98%（连续3 次），实验过程中记录压力，产液量，产油量等数据，绘制采出程度与注入量的关系曲线，并计算采出程度提高幅度。

2 结果与分析

2.1 不同聚合物增黏性实验结果。

随着浓度的升高，疏水缔合聚合物的黏度大幅增加，整体黏度水平值最高；活化剂在浓度达到一定值时，黏度急剧上升；线性聚合物黏浓关系曲线表现比较平缓，整体黏度水平值较低（见图2）。

图2 黏浓关系曲线图

2.2 不同聚合物抗剪切实验结果

（1）经毛细管剪切后，3 种聚合物体系的黏度保留率均大于90%，而对相同浓度的聚合物体系，经剪切机高速剪切后，黏度损失较大，这是由于聚合物在毛细管中的流动，经历了弹性挤压-形变-恢复的过程，因剪切过程时间较短，分子链的形变可逆，因而剪切后黏度损失较小；而剪切机高速剪切过程中，分子受到剧烈的外力作用，主链及支链均发生不同程度的断裂及破坏，造成黏度损失较大（见表2）。

表2 毛细管剪切前后的黏度保留率

（2）经剪切机高速剪切后，疏水缔合聚合物的黏度保留率大于活化剂和线性聚合物，这是由于疏水缔合聚合物为三维立体网状结构，被高速剪切时，分子链未被完全剪切断裂，只是部分三维缔合结构被拆散，当剪切停止后，分子间的缔合基会再次重新连接形成网状结构，克服了线性聚合物分子在高速剪切后因分子链断裂黏度下降的不可逆过程（见表3）。