渤海油田聚合物井下取样试验研究＊

薛新生 韩 明 张 岭 高建崇 刘义刚 张 健

（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．中海石油（中国）有限公司天津分公司）

渤海油田聚合物井下取样试验研究＊

薛新生1，2韩 明1，2张 岭3高建崇3刘义刚3张 健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．中海石油（中国）有限公司天津分公司）

采用连续油管氮气辅助返排技术，将井底聚合物溶液举升到地面，能够进行取样试验并直接测试地层中聚合物溶液的粘度和浓度。试验结果表明：在目前海上注水井完井条件下，聚合物溶液进入地层发生了降解，地层粘度约为地面粘度的1／3；长期注入聚合物会使部分未溶物在井筒内部堆积，形成凝胶状物。本文研究结果为聚合物驱数模研究和施工设计提供了第一手资料，也为进一步开展聚合物驱技术的应用奠定了基础。

聚合物 氮气辅助返排技术 井下取样测试 粘度 浓度 渤海油田

以调节油藏中油水两相流度比和扩大波及体积为目的的聚合物驱技术已成为国内外陆上油田持续高产及高含水后期提高油田开发水平的重要技术手段［1－2］，近些年我国海上油田也进行了以聚合物驱为主的提高采收率措施并取得显著成效［3］。实践证明，成功实施聚合物驱技术的关键之一是保持聚合物溶液的粘度，化学反应、生物作用和机械剪切都可能造成聚合物分子的降解而使聚合物溶液的粘度降低，其中机械剪切降解会发生在许多环节，如熟化罐中的机械搅拌使聚合物溶液通过泵和阀门的过程、聚合物溶液通过炮眼的过程以及进入井筒附近地层的过程。由于聚合物溶液在地面部分的剪切降解程度可以通过改进工艺来降低，并可以通过取样测试获得有关降解程度的信息，而在地下部分如炮眼和井筒附近的剪切降解非常严重，但却无法用常规的手段获得有关降解程度的信息，因此了解近井地带驱油聚合物粘度的变化对于聚合物驱技术的发展与应用至关重要。

事实上，人们已试图用实验室模拟或数值模拟的方法预计聚合物溶液进入地层的粘度［4－9］，然而并没有直接的证据可以说明在地层中运移的聚合物溶液的性质。本研究采用连续油管向目的层注氮气的方法（即氮气辅助排聚合物取样技术），将井底的聚合物溶液举升到地面后测试其粘度，在实施过程中的不同时间取样，反映进入到井筒及地层不同位置的样品的性质，以此说明聚合物溶液进入地层的降解情况，从而为数值模拟研究和施工设计提供第一手资料，也为后续相关研究提供参比依据。

1 试验及准备

1．1 试验原理及工艺流程

氮气辅助返排取样的原理是液氮遇热变为氮气后所产生的气体通过增压泵经连续油管沿油管注入，将连续油管底部以上的聚合物溶液携带出井口，同时由于井筒内气体的存在导致液柱压力降低，使地层内流体进入井筒被氮气携带返出井口，工艺流程如图1所示。

图1 注聚井返排聚合物取样工艺示意图

1．2 试验井选取

为配合我国海上油田进行的聚合物驱油先导性矿场试验，选取渤海某油田A井进行氮气辅助返排取样施工作业。A井是渤海某油田注聚的第一口井，其完井结构（套管＋射孔）和防砂工艺（筛管＋砾石充填）在该油田均具有较强的代表性。由于聚合物溶液的剪切降解与注入井的完井结构及防砂工艺密切相关，因此选择A井实施氮气辅助返排取样所获得的结果对该油田随后井组注聚、工业化应用过程中认知聚合物溶液在地层中的性能具有非常积极的作用。

1．3 试验条件

（1）A井为注水井，油管下入深度1 825 m。在作业实施之前，该井以500 m3／d的速度连续注入浓度为1 750 mg／L的疏水缔合聚合物溶液，注入压力6．6 MPa，地层温度62℃，进入井口前高压取样器所得到的溶液粘度为22 mPa·s。

（2）连续油管初始气举深度500～600 m，具体深度根据井口返出情况进行调节。

（3）连续油管最大气举深度1 300 m。（4）连续油管下入速度5～20 m／min。（5）氮气排量2～20 m3／min（一个标准大气压下），具体排量根据现场情况进行调节。

（6）注入氮气压力控制在15 MPa以下。

1．4 施工准备

氮气辅助返排取样施工包括以下几个主要环节：移井架并用修井机吊防喷器至A井位置；吊鹅颈头和注入器到修井机作业甲板并组合安装；连接管线到注入器，连接油管短节并坐防喷器到A井口；连接防喷器到A井口，连接泥浆泵到连续油管的管线，连接返出到泥浆罐的管线；井口试压；连续油管和防喷器试压，20 MPa稳定10 min；合格后停注聚泵，并关闭注水阀门。

为了判断地层是否存在严重漏失或裂缝等情况，防止取样不成功，首先进行了A井压降实验，结果见图2。实验发现，在停止注聚的最初5 min内，压力由注聚时的6．75 MPa迅速下降至4．16 MPa，之后缓慢下降，3 h后压力为3．07 MPa，这说明地层不存在严重漏失情况，施工可以按设计正常进行。

1．5 取样过程

图2 渤海某油田A井压降曲线

打开A井顶甲板阀门，聚合物溶液返出到泥浆池（泥浆池可记录排出液体的体积），返出速度逐渐变慢，取样并测定粘度和浓度；累计返出量为2．2 m3时，聚合物溶液不再流出。下连续油管至500 m处，启动氮气泵注入氮气，聚合物溶液马上返出；返出量为5 m3时，取样并测定粘度和浓度。下连续油管至1 300 m处，待溶液液面上升到一定高度时取样；返出量为12、15、19 m3时再分别取样并测定粘度和浓度。停止注氮气，恢复注聚。整个施工历时17 h。

2 结果与讨论

表1为A井返出聚合物溶液性质的测试结果，其中粘度采用Brookfield DV－II型粘度计0号转子，转速3 r／min，在62℃下测试。由表1测试结果可以得出：1号样品是通过井筒内的压力返排出来的聚合物溶液，测试粘度为21．53 mPa·s，与地面采集的样品粘度基本一致。2号样品是采用连续油管至井下500 m处注入氮气后继续排出的聚合物溶液，返吐液量为5 m3，测试粘度为21．27 mPa·s，反映进入地层前溶液状态。3号样品是将连续油管下至目的层的上方1 300 m处（目的层深度为1 337～1 370 m）排空一次后再等待1 h，继续注入氮气至返排液量达12 m3时的聚合物溶液，用2号转子测试粘度为1 754．3 mPa·s，浓度超过4 000 mg／L，远远高于注入浓度；此时的溶液反映聚合物溶液通过井筒进入地层0．1 m处的情况（聚合物溶液进入地层位置通过求解方程（V－V0）＝πhφ（2r L＋L2）获得，式中：L为聚合物溶液进入地层的位置，m；V为返吐液量，m3；V0为井筒容积，m3；h为注聚地层厚度，m；φ为注聚地层平均孔隙度，%；d为水泥环外径，m），聚合物溶液成凝胶状，非常粘稠，说明经过长时间后部分注入聚合物没有进入地层，而是在井筒上形成了堵塞。5号样品是在堵塞物排出之后返吐液量为19 m3时的聚合物溶液，测试粘度为7．66 mPa·s，反映聚合物溶液在进入地层0．24 m的状况。本次取样试验注聚管柱内径76．00 mm，连续油管外径31．75 mm，井筒容积约5．65 m3，因此进入地层0．24 m时的聚合物溶液性质可以代表地层中的聚合物溶液性质。由此可见，聚合物溶液进入地层后，确实经历了机械剪切而发生了聚合物机械降解，降解后的聚合物溶液粘度约为地面聚合物溶液的1／3。

表1 渤海某油田A井返排聚合物溶液性能测试结果

3 结论

采用连续油管氮气辅助返排技术成功地采集到了聚合物溶液通过井筒进入地层后的样品，样品测试结果说明在海上注水井完井条件下，聚合物溶液进入地层发生降解，地层粘度约为地面粘度的1／3。这一试验结果为聚合物驱数模研究和施工设计提供了第一手资料，也为进一步开展聚合物驱技术的应用奠定了基础。同时，试验中测得部分未溶物在井筒内部堆积而形成凝胶状物，这对聚合物溶液注入过程中压力上升有影响，有必要定期对聚合物溶液注入井井底进行清理。

［1］ 王德民，程杰成，吴军政，等．聚合物驱油技术在大庆油田的应用［J］．石油学报，2005，26（1）：74－78．

［2］ 刘玉章．聚合物驱提高采收率技术［M］．北京：石油工业出版社，2006．

［3］ 周守为，韩明，向问陶，等．渤海油田聚合物驱提高采收率技术研究及应用［J］．中国海上油气，2006，18（6）：386－389．

［4］ 刘富，阿力木江．聚合物溶液通过φ10孔眼时的剪切降解试验研究［J］．新疆石油科技，1993（4）：30－32，38．

［5］ 谢峰，皇海权．聚合物溶液高速流经岩心后的粘度损失研究［J］．油田化学，1997，14（3）：277－279．

［6］ 陈会军，武力强，张军，等．聚合物溶液流经不同孔径水嘴前后的粘度损失［J］．大庆石油学院学报，1999，23（3）：23－24．

［7］ 王永江．奈莫泵在中国油田聚合物溶液的输送［J］．中国石油石化，2007（11）：68－69．

［8］ 雷光伦．聚合物溶液的流变性及其在多孔介质流动中的应用［J］．石油钻采工艺，1995，17（1）：90－92．

［9］ 陈定朝，曹宝格，戴茜．疏水缔合聚合物溶液的抗剪切性研究［J］．新疆石油地质，2006，27（4）：91－94．

（编辑：孙丰成）

The down hole sampling investigation of polymer solutions in Bohai oilfield

Xue Xinsheng1，2Han Ming1，2Zhang Ling3Gao Jianchong3Liu Yigang3Zhang Jian1，2
（1．State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation，Beijing，100027；2．CNOOC Research Institute，Beijing，100027；3．Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452）

The down hole polymer solution was lifted to the ground by coiled tube with the nitrogen assistant flowback technique，by which the down hole polymer solution sampling investigation was carried out，and the concentration and viscosity of the polymer solution could be measured directly in the down hole．It is revealed that the polymer solution have been degraded after entering the formation under the current conditions of completed water injection wells，with the viscosity of polymer reduced to the one－third of injected one．The undissolved polymer has been accumulated along with the polymer flooding period，and plenty of gel was formed．The study has provided the first hand parameters for the construction design and the numerical simulation of polymer flooding，and also laid the foundation for further application of polymer flooding．

polymer；the nitrogen assistant flowback technique；the down hole sampling investigation；viscosity；concentration；Bohai oilfield

＊国家863项目“渤海油田聚合物驱提高采收率技术研究（编号：2007AA090701）”和国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”课题“海上稠油化学驱油技术（编号：2011ZX05024－004）”资助。

薛新生，1994年毕业于西南石油大学应用化学专业，2009年获工学博士学位，现在中海油研究总院提高采收率室从事相关研究工作。地址：北京市东城区东直门外小街6号海油大厦（邮编：100027）。E－mail：xuexsh＠cnooc．com．cn。

2011－12－10 改回日期：2012－02－14