疏水缔合聚合物储层动态滞留规律及其影响因素——以渤海A油田油藏条件为例

李 强，康晓东，姜维东，谢 坤，卢祥国，郐婧文

(1.海洋石油高效开发国家重点实验室，北京 100028； 2.中海油研究总院，北京 100028；3.中海石油有限公司，北京 100028； 4.东北石油大学 提高采收率重点实验室，黑龙江 大庆 163318)

引 言

近年来，聚合物驱油技术作为提高原油采收率的主导技术之一，在陆地油田和海上油田均发挥了重要的“稳油控水”作用[1-4]。但在聚合物溶液流经多孔介质过程中，受聚合物自身性能、储层孔喉尺寸、岩石表面性质和矿物组成等因素影响，不可避免地会在地层中产生滞留损失。适当的聚合物滞留有利于降低水相渗透率，调整注入水吸入剖面，从而扩大水驱波及体积，改善驱替效果。然而，如果聚合物在储层中滞留量过大，聚合物溶液流度控制能力则会受到影响[5]。由此可见，明确聚合物储层滞留规律对聚合物驱实践有重要意义。目前，有关疏水缔合聚合物的研究主要集中于增黏机理和溶液性能方面[6-8]，关于疏水缔合聚合物储层滞留的报道还很少且主要集中于静态吸附实验研究[9-11]。虽然静态吸附实验能模拟表面吸附和聚合物分子间作用所引起的滞留，可在一定程度上反映聚合物滞留规律，但因其不能模拟机械捕集以及流体动力学捕集引起的聚合物滞留，仍与聚合物实际储层滞留行为存在较大差异。因此，为进一步认识疏水缔合聚合物实际储层滞留规律，本文以A油田地质特征和流体性质为研究平台，通过分析不同聚合物注入量、注入速度、聚合物浓度和调节剂浓度对疏水缔合聚合物动态滞留过程的影响，系统阐释了疏水缔合聚合物在油藏条件下的滞留机理，对海上油田聚合物驱提高原油采收率实践具有一定的指导意义。

1 实验条件

1.1 药剂和水

聚合物为A油田现场用疏水缔合聚合物AP-P4，固含量90%，相对分子质量1 100×104，疏水基团的摩尔分数在2%～5%之间，四川光亚科技股份有限公司。疏水缔合聚合物分子聚集体调节剂为β-环糊精(化学纯)，国药基团化学试剂有限公司。水为渤海A油田模拟注入水，总矿化度为9 947.8 mg/L，离子组成见表1。

表1 水质分析Tab.1 Water quality analysis result

1.2 岩心

实验岩心为“石英砂—天然油砂”环氧树脂胶结人造岩心[12-13]，几何尺寸Φ×L=2.5 cm×10 cm，渗透率Kg=2 50010-3μm2，其中天然油砂由渤海A油田取心岩心经甲苯洗涤、研磨和筛选得到，粒径范围130～180目。

1.3 实验方法

实验过程中，以固定流量向已饱和模拟水的岩心注入疏水缔合聚合物溶液，直到采出液中聚合物浓度与注入液中聚合物浓度相等。实验采用淀粉-碘化隔检测方法检测采出液聚合物浓度[14]，据此计算疏水缔合聚合物在岩心中的动态滞留量

其中：Q为疏水缔合聚合物在岩心中的滞留量，mg/g；C1和C2分别为注入液中聚合物质量浓度和采出液中聚合物质量浓度，mg/L；V1和V2分别为注入聚合物溶液体积和采出聚合物溶液体积，L；m为岩心质量，g。

实验中采用甲基硅油反转岩心润湿性。测定疏水缔合聚合物在岩心中的捕集量，吸附量为总滞留量与捕集量之差[11]。

1.4 实验设备

采用驱替实验装置开展聚合物溶液流动实验，该装置主要包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等[15]。除平流泵和手摇泵外，其他部分置于油藏温度65 ℃恒温箱内。

2 结果分析

2.1 聚合物注入量对动态滞留量的影响

首先使用注入水配制质量浓度为5 000 mg/L的聚合物母液，在油藏温度65 ℃下静置24 h，然后稀释成质量浓度为1 750 mg/L的目的液，采用0.3 mL/min注入速度进行岩心流动实验。采出液中聚合物质量浓度以及岩心内部聚合物滞留量测试结果见表2。

表2 不同注入PV数条件下聚合物滞留量测试结果Tab.2 Polymer retention when polymer solution of different PV is injected

从表2可以看出，聚合物注入阶段，随着聚合物注入PV数的增加(即聚合物注入量增加)，因吸附和捕集作用在岩心孔隙内部的聚合物滞留量呈现出“先增加后平稳”的变化趋势，同时采出液中聚合物的质量浓度也随注入聚合物滞留量增幅的降低而逐渐趋于注入液质量浓度。由于聚合物在岩心内部的动态滞留量在聚合物注入量为10 PV时基本趋于稳定，所以下文所有实验聚合物注入量均为10 PV。

2.2 聚合物注入速度对动态滞留量的影响

首先使用注入水配制质量浓度为5 000 mg/L的聚合物母液，在油藏温度65 ℃下静置24 h，然后稀释成质量浓度为1 750 mg/L的目的液，分别以0.3 mL/min、0.6 mL/min和1.0 mL/min注入速度进行岩心流动实验。岩心内部聚合物滞留量测试结果见表3。

表3 不同注入速度下聚合物滞留量测试结果Tab.3 Polymer retention under different injection rates

从表3可以看出，随着注入速度的增加，聚合物溶液在岩心中的吸附量、捕集量和总滞留量均呈现出持续增加的趋势，吸附量、捕集量所占总滞留量比例分别呈现出持续下降和持续增加的趋势。分析原因认为，随着注入速度的增加，聚合物溶液流动过程中所受剪切作用增加，聚合物分子沿流动方向取向能力增强，得以进入空间尺寸更小的岩心孔隙。在此过程中，聚合物分子仍将不断发生吸附和捕集，但受孔喉尺寸减小所带来的配伍性影响，捕集量增幅较吸附量增幅更大。

2.3 聚合物浓度对动态滞留量的影响

首先使用注入水配制质量浓度为5 000 mg/L的疏水缔合聚合物母液，在油藏温度65 ℃下静置24 h，然后稀释成质量浓度分别为1 500、1 750和2 000 mg/L的目的液，以0.3 mL/min注入速度进行岩心流动实验。岩心内部聚合物滞留量测试结果见表4。

表4 不同聚合物浓度条件下聚合物滞留量测试结果Tab.4 Polymer retention under different polymer concentration

从表4可以看出，随着聚合物浓度的增加，聚合物溶液在岩心中的吸附量、捕集量和总滞留量均呈现出持续增加的趋势，吸附量、捕集量所占总滞留量比例分别呈现出持续增加和持续下降的变化趋势。这是因为随着聚合物浓度的增加，一方面聚合物分子聚集体尺寸增大，与岩心孔喉尺寸配伍性变差，聚合物溶液流动过程中聚合物分子捕集量增加，另一方面疏水缔合聚合物分子间的缔合作用增强，聚合物通过与吸附于岩心表面的聚合物分子间的缔合作用间接吸附在岩心孔隙表面，形成“多分子层”吸附[15]，进而引起吸附量增加且增幅较捕集量增幅更大。

2.4 调节剂浓度对动态滞留量的影响

首先使用注入水配制质量浓度为5 000 mg/L的疏水缔合聚合物母液，在油藏温度65 ℃下静置24 h，然后稀释成质量浓度为1 750 mg/L的目的液，分别加入0%、0.006 5%、0.016%、0.05%和0.08%的β-环糊精，随后以0.3 mL/min注入速度进行岩心流动实验。岩心内部聚合物滞留量测试结果见表5。

表5 不同调节剂浓度条件下聚合物滞留量测试结果Tab.5 Polymer retention under different regulator concentration

从表5可以看出，随着调节剂物浓度的增加，聚合物溶液在岩心中的吸附量、捕集量和总滞留量均呈现出持续降低的变化趋势，吸附量、捕集量所占总滞留量比例分别呈现出持续下降和持续增加的变化趋势。由于β-环糊精对疏水缔合聚合物分子链上的疏水基团具有包裹作用，因此可以抑制疏水缔合聚合物分子间的缔合程度，进而调节聚合物分子聚集体形态[16-19]。随着β-环糊精浓度的增加，疏水缔合聚合物分子间的缔合程度降低，聚合物分子线团尺寸减小，与岩心孔喉尺寸配伍性变好，在岩心孔喉中自由运移程度增大，聚合物分子发生吸附和捕集的概率下降，滞留量降低。与此同时，由于聚合物分子间的缔合作用减弱，聚合物分子发生“多分子层”吸附概率也随之降低，所以聚合物分子的吸附量受吸附概率降低以及吸附方式变化的影响持续降低且降幅较捕集量降低幅度更大。

3 结 论

(1)疏水缔合聚合物动态滞留量与聚合物注入量、注入速度以及聚合物分子间缔合程度密切相关。

(2)随着注入量的增加，疏水缔合聚合物因吸附和捕集作用在岩心孔隙内部的滞留量呈现出“先增加后平稳”的变化趋势，并在注入PV数为10左右达到动态滞留平衡。

(3)随着注入速度的增加，聚合物分子取向能力增强，得以进入空间尺寸更小的岩心孔隙，聚合物动态滞留量增加，但受孔喉尺寸减小所带来的配伍性影响，聚合物分子因捕集作用产生的滞留量占总滞留量比例随之增加。

(4)随着疏水缔合聚合物分子间缔合作用减弱，聚合物分子聚集体尺寸与岩心孔喉尺寸间的配伍性变好，聚合物分子发生“多分子层”吸附概率也随之降低，二者综合作用造成动态滞留量降低。