高分子质量聚合物溶液与二类油层匹配性研究

付 京，宋考平，王志华，尹洪军，王美楠

(1.东北石油大学，黑龙江 大庆 163318;2.Geological Science ＆ Engineering of Missouri University of Science and Technology，Rolla，Missouri 65401 －6540，USA;3.中海油(中国)有限公司，天津 塘沽 300452)

引 言

S区块二类油层位于M油田背斜构造西端，含油面积约为4.59 km2，石油地质储量为584×104t，孔隙体积为1110×104m3，平均渗透率为408×10－3μm2，平均射开砂岩厚度为 16.3 m，有效厚度为10.8 m。其单砂体发育规模小、油层非均质性强、井组综合含水分布不均、产液强度差异大、各单元吸水差异明显、薄差层吸入比例较低，区块具有综合挖潜、提效的潜力。在大力应用聚合物驱成熟配套技术基础上，进一步针对性地研究该类油层与高分子质量聚合物溶液匹配关系，对于二类油层聚合物驱个性化、精细化方案的设计及其高效开发具有重要指导意义［1－4］。近年来，一些学者针对 M油田一类油层模拟了聚合物相对分子质量的筛选［5－6］、聚合物注入速度对驱油效果的影响［7－8］、阻力系数和聚合物用量对驱油效果的影响［9－13］、聚合物注入方式的优化［14－17］等，但关于二类油层高分子质量聚合物驱的研究不多见，为此，考虑阻力系数、残余阻力系数及流动特征，开展高分子质量聚合物溶液与二类油层的匹配性实验研究，为二类油层实施开发调整措施提供科学依据。

1 聚合物匹配性研究方法

对于发育条件较好的一类主力油层，其聚驱匹配性研究中应重点考察聚合物的残余阻力，力求达到相对较高一些的残余阻力，以保证在实际注入过程中起到调整剖面的目的;而对于发育规模小、物性较差的二类油层，则应重点考察聚合物体系的注入能力。

1.1 阻力系数和残余阻力系数

阻力系数是水的流度与聚合物溶液流度之比，可以表征当聚合物溶液流过岩心时流度变化效应。如果岩心长度一定，在流速恒定情况下，阻力系数就是聚合物溶液流经岩心两端压降与水流经岩心两端压降之比。

残余阻力系数是聚合物注入前后水的流度比，可以表征聚合物溶液流过岩心后引起的渗透率持久下降效应。对于同一岩心样品，当注聚合物溶液前后的注入速率保持恒定，则残余阻力系数就是聚合物溶液流经岩心前、后用水测得的岩心两端压降之比。

1.2 流动特征

聚合物溶液在多孔介质流动过程中，除了剪切降解，由于其特殊的分子结构，当流速达到一定值时，有效黏度增加，渗流阻力增大，呈现黏弹效应，其流量与注入压差的流动关系表现出2种特征，见图1。

图1 聚合物溶液的流动特征

(1)流量随压差的增加而增加的幅度变缓(图1中Ⅰ型曲线)，聚合物分子在孔隙中伸缩、舒张产生黏弹效应所引起的压力增加大于机械降解所引起的压力降低，注入能力降低。

(2)流量随压差的增加而增加的趋势加快(图1中的Ⅱ型曲线)，机械降解作用所引起的压力降低大于聚合物分子在孔隙中伸缩、舒张产生黏弹效应所引起的压力增加，注入能力增强。

2 聚合物匹配性实验条件

(1)实验用水。BⅢ五清水(母液配制水)，B14－9清水(聚合物溶液稀释水)。

(2)实验岩心。人造胶结柱状岩心，几何尺寸为Ø2.5 cm×10.0 cm，空气渗透率约为630×10－3μm2，有效渗透率约为 400 ×10－3μm2，平均孔隙度为26.5%。

(3)聚合物。B18配制站聚合物干粉，分子质量为1600×104～1900×104，利用清水配制、清水稀释，注入前经由高渗透率岩心(Kg=3000×10－3μm2)过滤。其中浓度为1000 mg/L的聚合物黏度为54.8 mPa·s，浓度为1200 mg/L的聚合物黏度为 81.6 mPa·s。

(4)实验温度为43℃。

(5)注入方式。阻力系数的测定采用恒速注入方式，残余阻力系数测定及流动特征的评价采用恒压注入方式。

3 聚合物匹配性实验结果及分析

3.1 阻力系数

针对有效渗透率为400×10－3μm2的岩样，测定2种浓度的高分子聚合物的阻力系数，结果见表1。由表1可知，在不同注入速度下，高分子聚合物浓度为1000 mg/L的阻力系数值低于46，高分子聚合物浓度为1200 mg/L的阻力系数值约为70。可见，2种浓度下高分子聚合物改变油水流度比的能力较强，在二类油层中的波及效果较好。

表1 阻力系数测定结果

3.2 残余阻力系数

针对有效渗透率为400×10－3μm2的岩样，测定2种浓度高分子聚合物的残余阻力系数，结果见表2。由表2可知，聚合物浓度为1000 mg/L的残余阻力系数值平均为15.4，聚合物浓度为1200 mg/L的残余阻力系数值平均约为20.2，聚合物浓度升高，在孔隙介质中的吸附、滞留程度增强，相应残余阻力系数增大。可见2种浓度下高分子聚合物降低多孔介质渗透率的能力较强，驱油效果较好。

表2 残余阻力系数测定结果

3.3 流动特征

以不同恒压注入分子质量为1600×104～1 900×10、浓度为1000 mg/L的聚合物，至相应稳定流量时压差与流量的关系见表3。分子质量为1600×104～1900×104的不同浓度聚合物流动特征对比见图2。可见，2种浓度的高分子聚合物在岩心中的流动特征介于图1中2种曲线形态之间，但流量随注入压差变化的总体趋势更接近于Ⅱ型曲线形态，即流量随压差的增加而增加的趋势变快，或近似线性增长，说明随注入压力升高(流速增大)，聚合物剪切流动产生机械降解作用所引起的压力降低要大于其分子在孔隙中伸缩、舒张产生黏弹效应所引起的压力增加。不同浓度的高分子聚合物的注入压差与流量测量结果见表3、4。

图2 不同浓度聚合物注入压差与流量关系

表3 聚合物浓度为1000mg/L的注入压差与流量

表4 聚合物浓度为1200mg/L的注入压差与流量

3.4 孔隙微观结构

图3为岩心切片电镜扫描照片。切片观察了2种浓度(1000、1200 mg/L)高分子聚合物注入前后岩样的孔隙微观结构，发现孔喉全貌特征变化不大，形成的残余阻力不足以造成堵塞。

综上可以看出，高分子质量聚合物驱油体系在二类油层中具有较好的注入能力，注入过程中不会造成不可逆的堵塞，实验岩样中1000、1200 mg/L浓度的平均注入能力因子分别为2.0850×10－3、1.7538×10－3m3/(d·MPa)，二类油层聚合物驱高分子质量前置段塞实验方案可行。

4 结论

(1)对于发育规模小、物性较差的二类油层与聚合物驱匹配性研究中，应重点考察聚合物体系的注入能力。通过实验确定出二类油层聚合物驱阻力系数和残余阻力系数，分析其流动特征，给出了高分子聚合物溶液与二类油层的匹配性研究方法。

图3 岩心切片电镜扫描照片(放大200倍)

(2)在不同注入速度下，浓度为1000 mg/L的高分子聚合物的阻力系数值低于46，残余阻力系数值平均为15.4，浓度为1200 mg/L的高分子聚合物的阻力系数值约为70，残余阻力系数值平均约为20.2;在二类油层中，2种浓度下高分子聚合物改变油水流度比和多孔介质渗透率的能力均较强，波及效果和驱油效果均较好。

(3)2种浓度高分子聚合物在岩心中的流动特征介于2种流动形态之间，但流量随注入压差变化的总体趋势更接近于Ⅱ型曲线形态，即流量随压差的增加而增加的趋势变快，或近似线性增长;实验表明高分子聚合物在二类油层中可有效改变油水流度比，驱油效果较好，且注入过程中不会造成不可逆堵塞，高分子聚合物在二类油层中具有较高的匹配性。

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