海上油田聚合物驱降压增注技术

张 波由 庆，张 健向问陶赵福麟

（1.中国石油大学石油工程学院，山东 青岛 266555；2.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；3.中海石油研究总院，北京 100027）

海上油田聚合物驱降压增注技术

张 波1由 庆1，2张 健3向问陶3赵福麟1

（1.中国石油大学石油工程学院，山东 青岛 266555；2.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；3.中海石油研究总院，北京 100027）

针对海上油田聚合物驱注入压力太高而影响开发效果的问题，提出了海上油田聚合物驱降压增注技术，优选了NPC-10表面活性剂作为海上油田聚合物驱的降压增注剂。在多孔介质中的降压增注试验研究表明，降压增注剂可有效降低注聚压力，地层渗透率得以恢复，且降压增注的效果与地层初始渗透率有一定的关系。产出聚合物质量浓度分析表明，降压增注剂可有效抑制注聚过程中疏水缔合聚合物分子在岩心孔隙中的堵塞。表面活性剂降压增注的原理是主要依靠对聚合物的解缔合作用、对聚合物在岩石表面的解吸作用和对稠油的洗油作用3个方面达到降压增注的目的。

海上油田；聚合物驱；疏水缔合聚合物；表面活性剂；降压增注

“十五”期间，我国在渤海油田进行了聚合物驱矿场试验，取得较好的降水增油效果，证明了在海上常规稠油油田进行聚合物驱的可行性和广阔的应用前景。在海上稠油油田聚合物驱过程中，所用的聚合物为疏水缔合聚合物，不同于普通部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），该聚合物在分子结构中引入了疏水基团。在近井地带，疏水缔合聚合物在砂岩表面吸附，且由于聚合物存在疏水基团在孔喉处易发生缔合，并存在一定量的高黏度稠油，会造成一定堵塞，因此会造成注入压力太高，加大海上平台地层配注系统的负荷，使注入系统能耗增加，长期高压注入易导致套管损坏。因此，在当前注采井距条件下，如何有效地降低和（或）保持注聚井注入压力，是当前海上稠油油田注聚开发不可避免的问题［1-7］。

针对海上油田聚合物驱的上述问题，提出了海上油田聚合物驱降压增注技术，该技术是在聚合物驱过程中通过向地层注入降压增注剂，而达到降低和（或）保持注聚井注入压力的目的。笔者研究的降压增注剂主要集中在不同类型的表面活性剂及其对应复合体系。首先优选表面活性剂，并通过物理模拟试验评价表面活性剂体系的降低增注效果，从而优选出适合海上油田注聚（疏水缔合聚合物）开发的降压增注剂，进而保证海上稠油油田注聚开发的顺利进行。

1 降压增注剂优选

降压增注剂主要集中在来源比较容易、目前大规模生产和应用的表面活性剂，因此选择了以下几种常用的表面活性剂，从降低聚合物溶液黏度（通过解缔合作用）和油水界面张力2个方面来优选降压增注剂。

用渤海聚合物驱油田现场水配制质量分数为0.1%的表面活性剂溶液，然后按1∶1体积比与4 000 mg·L-1疏水缔合聚合物溶液混合均匀，静止放置10 h后，用Brookfield DV-Ⅲ旋转黏度计测混合体系黏度，并与2 000 mg·L-1疏水缔合聚合物溶液AP-P4的黏度（63.4 mPa·s）进行对比，试验结果如表1所示。

表1 含有表面活性剂的聚合物溶液的黏度

从表 1可以看出，2种表面活性剂 NPC-10和OP-10可以较好地抑制疏水缔合聚合物的缔合作用，降低体系的黏度。

同时，研究了上述2种表面活性剂的洗油效果。采用旋滴法测定了不同质量分数的表面活性剂溶液与渤海绥中36-1聚合物驱油田综合油样的界面张力，试验结果如图1和图2所示。

从图1和图2可以看出，0.10%NPC-10表面活性剂可使油水界面张力达到超低，起到较好的洗油作用；而OP-10表面活性剂并没有显著地降低油水界面张力，洗油效果不明显。

由上述可知，NPC-10不仅通过解缔合作用对聚合物有较好的降黏性能，而且可以显著降低油水界面张力。因此，NPC-10可作为海上油田聚合物驱理想的降压增注剂。

2 降压增注剂性能评价

为了更好地说明NPC-10表面活性剂的降压增注性能，有必要在聚合物驱过程中通过物理模拟试验评价NPC-10在多孔介质中的降压增注效果。

2.1 多孔介质中的降压增注效果

选择2个渗透率约为3 μm2的填砂管岩心，一支填砂管岩心首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，静置10 h待其充分作用后，再进行聚合物驱；另一支填砂管岩心一直进行聚合物驱，对比2支填砂管的注入压力随后续注入聚合物体积的变化情况，试验结果如图3所示。

从图3可知，注入降压增注剂后进行聚合物驱的压力明显下降，使后续注入压力下降42%，相应地填砂管岩心渗透率得以恢复，说明了通过注入降压增注剂后再注入聚合物，因聚合物在孔隙内缔合而产生的堵塞明显地减小了，同时降压增注剂与聚合物通过竞争吸附，减少了聚合物在岩石表面的吸附，因而流动阻力减少，流动能力增加，后续注入压力下降。

同时，研究了降压增注剂在不同渗透率填砂管岩心中的效果。取渗透率约为3 μm2和6 μm2的2支填砂管岩心，首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，静置10 h待其充分作用后，再进行聚合物驱，试验结果如图4所示。

从图4可以看出，注入降压增注剂后，高渗透填砂管岩心的后续注入压力比低渗透填砂管岩心的后续注入压力低。

根据式（1）可知，高渗透填砂管岩心的孔隙尺寸约是低渗透填砂管岩心孔隙尺寸的1.42倍，由于孔隙尺寸大，对聚合物因缔合作用引起堵塞的敏感程度低，同时可以看出，低渗透填砂管岩心在注入降压增注剂后，后续注入压力与高渗透填砂管岩心相比，先低后高，说明了起初降压增注剂效果比较明显，但由于自身孔隙尺寸较小，因此后续注入压力上升较快，并超过高渗透未加降压增注剂的高渗透填砂管岩心，由以上可知，聚合物驱引起的近井堵塞，地层渗透率起了主要作用。

式中：rd为岩心孔道平均半径，m；Kd为岩心渗透率，μm2；τ为迂曲度，计算时取1；φ为孔隙度。

2.2 产出聚合物质量浓度

2.2.1 已注聚填砂管岩心的降压增注效果

在初始渗透率为3 μm2的已注聚的填砂管岩心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降压增注剂后产出液中聚合物质量浓度的变化情况，试验结果如图5所示。

从图5可以看出，注降压增注剂后再注聚合物，产出聚合物质量浓度比未注降压增注剂时产出聚合物质量浓度高，说明注入降压增注剂有效地抑制了二次注聚过程中聚合物分子在岩心孔隙中的堵塞。

2.2.2 未注聚填砂管的降压增注效果

在初始渗透率为3 μm2的未注聚的填砂管岩心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降压增注剂后产出液中聚合物浓度的变化情况，试验结果如图6所示。

从图6可以看出，注降压增注剂再注聚合物比直接注聚合物产出液中聚合物质量浓度高。说明降压增注剂能优先吸附于岩石表面，阻止和（或）减小聚合物分子链上的基团与岩石表面接触，降低吸附量，导致产出液中聚合物质量浓度高。同时也说明，未注聚的地层可以先注降压增注剂有效地预防聚合物的早期吸附，减小因注聚的堵塞导致注入压力过高，而影响油田正常生产。

3 降压增注原理分析

从上述研究结果可以看出，NPC-10表面活性剂具有较好的降压增注效果，可能主要与以下几个作用有关。

3.1 表面活性剂对聚合物的解缔合作用

由于表面活性剂具有两亲结构，与疏水缔合聚合物接触后，表面活性剂小分子就会吸附在聚合物的疏水基团上，当表面活性剂浓度达到临界胶束浓度后，表面活性剂的疏水基团就会缔合形成胶束，而聚合物分子的疏水基团也会缔合在胶束内，从而使聚合物分子的疏水基团增溶到表面活性剂胶束内，表面活性剂的亲水基团则排列在胶束外面，因此聚合物分子的疏水基团就不会形成缔合结构，疏水缔合聚合物黏度降低，所以在孔喉中堵塞能力降低。

3.2 表面活性剂对聚合物在岩石表面的解吸作用

疏水缔合聚合物属于高分子，会在近井地带的岩石表面产生多点吸附，即无规线团的吸附，增加了后续工作液注入过程的阻力。而表面活性剂属于小分子，吸附能力和速度快，且能平铺在岩石表面，占据了聚合物的吸附点，因此表面活性剂小分子通过竞争吸附而将高分子解吸下来，且由于吸附层厚度薄，所以不会增加注入压力。

3.3 表面活性剂对稠油的洗油作用

表面活性剂在油水界面吸附，可以降低油水界面张力。从式（2）可以看出，油水界面张力的降低，意味着黏附功的减小，即油易于在地层中流动，降低了稠油的流动阻力。因此，在近井地带加入表面活性剂可以起到降压增注的作用。

式中：W为黏附功，J；σ为油水界面张力，mN·m-1；θ为油对地层表面的润湿角，（°）。

同时，由于表面活性剂属于小分子，可以进入近井地带中聚合物分子进不去的空间起驱油作用，不仅可以起到降压增注的效果，而且可以提高聚合物驱不能提高的这部分波及系数，达到提高采收率的目的。

4 结论

1）从降低疏水缔合聚合物溶液黏度和油水界面张力2个方面，优选了NPC-10表面活性剂作为海上聚合物驱油田的降压增注剂。

2）多孔介质中的降压增注试验表明，在聚合物驱过程中注入降压增注剂可有效降低注入压力，使地层渗透率得以恢复，且降压增注的效果与地层初始渗透率有一定的关系。

3）产出聚合物质量浓度分析表明，在聚合物驱过程中注入降压增注剂可有效抑制注聚过程中疏水缔合聚合物分子在岩心孔隙中的堵塞。

4）表面活性剂主要依靠对聚合物的解缔合作用，对聚合物在岩石表面的解吸作用和对稠油的洗油作用3个方面达到降压增注的目的。

［1］ 杨艳霞，胡三清，王松.聚合物驱的解堵与解吸室内研究［J］.湖北化工，2003，11（1）：91-92.

Yang Yanxia，Hu Sanqing，Wang Song.The experiment of deplugging and desorption of polymers［J］.Hubei Chemical Industry，2003，11（1）：91-92.

［2］ 付美龙，胡望军.聚合物驱地层聚合物解吸剂的研究［J］.精细石油化工进展，2007，8（10）：10-11.

Fu Meilong，Hu Wangjun.Study of desorbent for polymer remained in polymer flooding stratum［J］.Fine Petrochemicals，2007，8（10）：10-11.

［3］ 方晓红.表面活性剂性能及降压试验研究［J］.大庆石油地质与开发，2002，21（2）：26-27.

Fang Xiaohong.The behaviors of several kinds of surfactant system and effects on decreasing displacement pressure［J］.Petroleum Geology& Oilfield Development in Daqing，2002，21（2）：26-27.

［4］ 杨希志，李君，杨付林.高质量浓度聚合物溶液注入压力的降压效果［J］.大庆石油学院学报，2005，29（6）：31-33，106.

Yang Xizhi，Li Jun，Yang Fulin.Effect of decreasing injection pressure of high-concentration polymer solutions［J］.Journal of Daqing Petroleum Institute，2005，29（6）：31-33，106.

［5］ 朱怀江，罗健辉，杨静波，等.疏水缔合聚合物驱油能力的三种重要影响因素［J］.石油学报，2005，26（3）：54-55.

Zhu Huaijiang，Luo Jianhui，Yang Jingbo，et al.Three key factors influencing oil-displacement capacity in hydrophobicaIly associating polymer flooding［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26（3）：54-55.

［6］ 王家印，雷芳英，岳玉红，等.降压增注酸化工艺在濮城南区沙二下油藏中的应用［J］.断块油气田，2002，9（1）：66-69.

Wang Jiayin，Lei Fangying，Yue Yuhong，et al.Application of low damage and low speed deep seated acidification in the lower Es2reservoir in the south of Pucheng Oilfield［J］.Fault-Block Oil＆Gas Field，2002，9（1）：66-69.

［7］ 罗跃，陈文斌，郑力军，等.降压增注技术在低渗透油田的应用研究［J］.断块油气田，2008，15（2）：72-74.

Luo Yue，Chen Wenbin，Zheng Lijun，et al.Application of depressure and increasing injection rate technology in low permeability oilfield［J］.Fault-Block Oil＆Gas Field，2008，15（2）：72-74.

Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield

Zhang Bo1You Qing1，2Zhang Jian3Xiang Wentao3Zhao Fulin1
(1.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China;2.School of Earth and Space Sciences, Peking University,Beijing 100871,China;3.Research Institute,CNOOC,Beijing 100027,China)

In order to solve the problems of high injection pressure in the process of polymer flooding in offshore oilfield,the depressurization and augmented injection technology is proposed in this paper.The NPC-10 surfactant is optimized as the depressurization and augmented injection agent by reducing the viscosity of mixed polymer system and oil-water interfacial tension. The experiments of injecting the depressurization and augmented injection agent in porous media show that the injection pressure of polymer flooding is reduced and the permeability of formation is recovered by injecting the depressurization and augmented injection agent.The effect of depressurization and augmented injection has a definite relationship with initial permeability of formation.The mass concentration analysis of produced polymer shows that the depressurization and augmented injection agent can effectively inhibit polymers from plugging the formation.The principles of depressurization and augmented injection are mainly three roles which are canceling association in pore throats,desorption from the sandstones and washing heavy oil.

offshore oilfield,polymer flooding,hydrophobically associating polymer,surfactant,decompression and augmented injection.

TE357.46

A

2009-11-16；改回日期：2010-07-18。

张波，男，1971年生，在读博士研究生。电话：（0546）8781185，E-mail：cyyzhb@163.com。

（编辑 赵卫红）

1005-8907（2010）05-624-04

张波，由庆，张健，等.海上油田聚合物驱降压增注技术［J］.断块油气田，2010，17（5）：624-627.

Zhang Bo，You Qing，Zhang Jian，et al.Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：624-627.