聚驱滞留聚合物对无碱二元复合体系影响研究

于　群

(中国石化胜利油田地质科学研究院，山东东营 257061)

水驱后实施聚合物驱能够进一步提高采收率。作为聚合物驱接替技术之一，聚合物表面活性剂二元复合驱油体系得到更多的重视。聚合物驱滞留聚合物是研究接替技术过程中不可避免的问题[1-2]。驱后滞留聚合物分布规律得到一系列研究。通过矿场实践证实聚驱后油层滞留大量聚合物[3]。通过三维微观网络孔隙模型研究聚驱后滞留聚合物的微观分布规律[4]。经过理论分析和试验研究发现，滞留聚合物多以吸附和溶液状态残存于地层[5-6]。已有学者提出充分利用滞留聚合物进一步提高聚驱后采收率的多种技术思路[7-10]。但针对聚驱滞留聚合物的研究以及滞留聚合物对后续接替技术影响的研究相对较少。笔者通过室内物理模拟试验研究了聚驱聚合物滞留规律，并讨论了滞留聚合物对后续聚合物表面活性剂复合体系的影响，为聚驱后聚表复合体系的研究提供思路，为进一步处理滞留聚合物，提高采收率提供思路。

1　试验部分

1.1　试剂和仪器

聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，平均相对分子质量1 200×104，水解度34%；模拟水：矿化度8 460.64mg/L；表面活性剂：阴离子型石油磺酸盐；淀粉-碘化镉溶液。

平流泵，填砂管(2.5 cm×100 cm)，UV765紫外-可见光分光光度计，压力传感器，试验自动采集系统。

1.2　滞留聚合物分布规律的测定

采用湿填法，用55～60目石英砂填制渗透率0.6 μm2填砂管岩心，测其孔隙度和渗透率；向岩心注入1 Vp100聚合物溶液(Vp100为长100 cm填砂管岩心孔隙体积，聚合物溶液浓度1 750 mg/L)；试验注入速度为0.3 mL/min，根据驱替速度估算聚合物溶液前缘推进位置，当聚合物前缘到达测点时测试聚合物前缘浓度，从而确定聚合物前缘浓度随推进距离变化规律。

1.3　滞留聚合物对聚表复合体系的影响

采用湿填法填制渗透率0.6 μm2不同长度(20，50，70，100 cm)的填砂管岩心，测其孔隙度和渗透率。首先向岩心中注入1 Vp100聚合物溶液；而后水驱至出口端聚合物浓度为0，计量出口端采出液体积，检测采出液中聚合物浓度，计算滞留聚合物质量; 再注入1 Vp100聚合物表面活性剂复合体系；最后进行水驱至出口端检测不到聚合物和表面活性剂成分，计量出口端采出液体积，检测采出液中聚合物、表面活性剂浓度，计算滞留聚合物和表面活性剂。试验过程中聚表复合体系注入速度均为0.3 mL/min。

2　结果与讨论

2.1　滞留聚合物分布规律

聚合物溶液在多孔介质中渗流，经过吸附捕集作用其浓度逐渐降低，通过室内试验研究滞留聚合物浓度与聚合物推进距离的关系，结果见图1。

图1　聚合物溶液浓度与推进距离关系

结果表明，随着聚合物溶液在岩心中推进，其浓度逐渐降低，并且在岩心的前半段聚合物溶液浓度降低速度快，后半段降低速度变慢直至聚合物溶液浓度平稳。聚合物溶液浓度f(x)与推进距离d间近似呈指数函数关系：f(x)=dx，0

2.2　滞留聚合物对聚表复合体系的影响

2.2.1滞留聚合物对复合体系聚合物的影响

为研究聚驱残留聚合物对聚合物表面活性剂二元体系的影响，对比研究了无聚驱复合体系聚合物滞留量与聚驱后复合体系聚合物滞留量随推进距离的变化规律。

无聚驱：注入聚合物表面活性剂二元体系溶液，再进行后续水驱。聚驱后：注入聚合物溶液，水驱，再注入复合体系，再水驱。通过测量岩心不同长度处的聚合物浓度，研究聚合物表面活性剂二元体系中聚合物在岩心中的滞留规律，其结果见图2。图2中距离比例是指从注入端到采出端的距离(20，50，70，100 cm)与岩心总长度(100 cm)的比值；累计滞留聚合物比例是指累计滞留的聚合物质量与注入聚合物总质量的比值。

图2　聚合物滞留规律

由图2可以看出，注入二元体系前不论有无聚合物驱，二元复合体系中聚合物总滞留量都随着推进距离的增加而增加。其中，距离比例为20%时，聚合物滞留量增加幅度最大，20%～50%时聚合物滞留量增加幅度次之，大于50%的后半段岩心聚合物滞留量增加幅度相对平稳。

聚驱后二元体系中聚合物滞留量比无聚驱情况滞留量普遍偏低。聚驱过程中聚合物分子通过吸附捕集作用在多孔介质中达到滞留饱和状态，聚驱滞留聚合物将会减少后续二元体系中聚合物滞留量；离注入端越近，聚驱后二元体系聚合物滞留损失越少。

根据Langmuir等温吸附理论，聚合物溶液浓度越高其滞留量越大。由于初始注入的聚合物溶液浓度最高，分子链保持得最完整，靠近注入端岩心部分吸附捕集作用最强烈，聚合物滞留量最多，相应聚合物溶液浓度降低幅度最大。随着注入聚合物在岩心中推移距离的增加，由于捕集吸附作用导致聚合物推移前缘浓度明显降低，同时剪切作用造成长分子链机械降解使聚合物分子在多孔介质中的滞留作用降低，因此，在远离注入端部分的滞留量增加幅度降低。

聚驱后由于近注入端已经滞留吸附较多聚合物，后续聚合物表面活性剂二元体系中的聚合物的滞留量相应下降，促使剩余较高浓度的聚合物溶液向多孔介质内部推移，在岩心中后部滞留吸附，因此聚驱后注入二元体系后前部滞留量下降，中部滞留量明显增加。

2.2.2滞留聚合物对复合体系表面活性剂影响

在有无聚合物驱条件下，注入聚合物表面活性剂二元体系，研究表面活性剂滞留量变化规律，结果见图3。

图3　表面活性剂吸附量随推进距离的关系

由图3可以看出，无聚合物驱时，随着测试距离的增加，聚合物表面活性剂二元体系中表面活性剂滞留量呈现降低的趋势，并且降低速率先快后慢；可见聚驱后残留聚合物对后续二元体系中的表面活性剂组分有明显的影响。与无聚驱相比，对于岩心前20%段，聚驱后复合体系中表面活性剂滞留量大幅度降低。对于岩心20%～50%段，聚驱后表面活性剂滞留量明显偏高。对于岩心50%以后部分聚驱后表面活性剂滞留量偏低。

通常在多孔介质中渗流过程中，由于静电力、色散力、氢键等微观力作用，体积较小的表面活性剂分子容易大量吸附到多孔介质表面。对于小孔隙，聚合物分子可能无法进入，但是表面活性剂分子就可以顺利进入并吸附到其内表面。因此相同条件下，表面活性剂比聚合物溶液更容易在近注入端区域大量消耗。这也是常规聚合物表面活性剂二元体系在渗流过程中产生色谱分离效应的根本原因之一。一般近注入端剩余油饱和度相对较低，在此区域大量吸附价格昂贵的表面活性剂就会造成资源的浪费，降低油田开发的经济效益。

聚合物驱后溶剂化的聚合物分子吸附在岩石壁面，由于聚合物分子自身某些基团水解电离带电，排斥表面活性剂分子靠近多孔介质表面。同时聚合物分子通过卡堵或捕集作用封堵一部分孔道孔喉，表面活性剂分子不能进入，避免了在这些孔隙内表面的吸附损失。聚合物滞留量越多，表面活性剂损失越少。在注入端聚合物滞留量最大，所以该区域表面活性剂损失最少。与无聚驱情况相比，岩心前20%段表面活性剂损失量大幅度降低。大量表面活性剂有效成分仍留在二元体系中，使驱替液保留较高的表面活性剂浓度并随着驱替液进入20%～50%段岩心部分，滞留聚合物保护后续二元体系机理在无聚驱条件下是不存在的。根据Langmuir等温吸附理论，在温度不变的条件下，表面活性剂吸附量随其浓度增加而增加。因此，较高表面活性剂浓度的二元复合体系经过岩心20%～50%段产生较高吸附。由于聚驱时在该段滞留量降低，且因剪切作用造成聚合物分子的机械降解，滞留聚合物对二元体系的保护作用减弱，表面活性剂损失增加，故岩心20%～50%段表面活性剂损失量较无聚合物驱时偏高。在岩心大于50%段时，表面活性剂浓度降低起主导作用，所以其吸附量又呈现偏低状态。

总之，滞留聚合物分子的存在有效地降低了聚合物表面活性剂复合体系中表面活性剂成分的损失。从聚驱后剩余油分布规律研究中可以知道，注入端剩余油饱和度较低，不需要过多的表面活性剂提高洗油效率。同时，注入端附近由于聚合物滞留量较多，表面活性剂在这段区域损失大幅度降低，避免其低效损耗。这就保证了较高表面活性剂剩余浓度能够进入剩余油较多的地层深部，真正作用于残余油，起到提高原油采收率的作用。

3　结论

1)聚驱聚合物滞留量与其推进距离近似成指数函数关系：f(x)=dx，0

2)聚驱滞留聚合物影响后续复合体系聚合物的损耗。聚驱滞留聚合物减缓复合体系聚合物在近井地带的损失，保证复合体系具有较好的黏弹性和流度控制能力，并能深入地层发挥作用。

3)聚驱影响后续复合体系表面活性剂的吸附作用。聚驱滞留聚合物降低了复合体系表面活性剂在剩余油饱和度较低的注入端区域的低效损耗，促使更多表面活性剂有效成分进入剩余油饱和度较高的区域，发挥其提高洗油效率的作用。

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