聚合物性能评价及驱油效果测试

全 瑞

（大庆油田 第一采油厂 第一油矿，黑龙江 大庆 163318）

我国大部分陆上油田采用注水开发，经过长期的开采，这些油田大都进入高含水阶段，尤其是开发比较早的油田，可能已经进入特高含水阶段，地层非均质性极其严重，大孔道发育较为完全[1-3]。针对这种开发现状，石油科研工作者研发出各种各样的调驱调剖剂以适应纷繁复杂的矿场条件。

聚合物作为一种主流的调驱剂，已广泛应用于国内各大油田，对我国的油田开发起到了极大的帮助，现阶段我国已经成为聚合物驱技术实施最成功，使用面积最大的国家[4，5]。聚合物驱的研究最早可追溯到上世纪60年代，经过了几十年石油工作者的研究，聚合物的性能也得到了极大地改善。如今，耐高温、耐盐以及抗剪切的聚合物相继被研发出来并应用于各大试验区，已取得了阶段性的效果。正因为聚合物在我国油田开发领域的重要程度，探究各类聚合物的性能及适用条件，便成为众多石油科研人员的主要课题[6-10]。本文便是利用岩心驱替实验，对S型聚合物的性质进行测试，并进一步探究聚合物的驱油机理。

1 实验部分

1.1 设备及用品

根据所研究的内容，进行大量的专题调研，并结合实验室自身条件，准确合理的设计本课题的室内物理模拟实验。实验所需要的聚合物：S型聚合物（有效含量为88%）。实验用水为矿化度1000、5000、10000mg·L-1的NaCl盐水。实验用油为D油田原油，黏度 9.5mPa·s。

实验仪器 DV-1型布氏黏度计；E30-H型电动搅拌器；平流泵；手摇泵等。

室内驱替实验所选用的岩心 渗流特性实验为10cm圆柱岩心，具体参数为：Φ2.5×10cm，气测渗透率Kg为400mD；传输运移能力实验为60cm均质方岩心，具体参数为：60×4.5×4.5cm，气测渗透率 Kg为400mD；驱油效果实验为30cm非均质方岩心，具体参数为：30×4.5×4.5cm，气测渗透率Kg为 50/200/400mD。

1.2 实验方案及步骤

1.2.1 聚合物渗流特性实验

（1）聚合物浓度影响 用矿化度为5000mg·L-1的NaCl盐水配制S型聚合物溶液（配制浓度分别为1000、1500、2000、2500mg·L-1），向 10cm 圆柱岩心注入4PV聚合物溶液，随后立即进行后续水4PV，实验过程中记录注入压力及出液量（保持实验温度为55℃）。

（2）地层水矿化度影响 分别用1000、5000、10000mg·L-1的NaCl盐水配制S型聚合物溶液（配制浓度为2000mg·L-1），向10cm圆柱岩心注入4PV聚合物溶液，随后立即进行后续水4PV，实验过程中记录注入压力及出液量（保持实验温度为55℃）。

1.2.2 聚合物传输运移能力测试 用5000mg·L-1的NaCl盐水配制S型聚合物溶液（配制浓度为2000mg·L-1），向60cm长岩心注入1PV聚合物溶液，随后立即进行后续水1PV。实验中分别在距离岩心1/4、2/4、3/4处设立3个测压点，实验过程中记录注入压力，3个测压点压力及出液量（保持实验温度为 55℃）。

1.2.3 聚合物驱油效果测试 根据实验的可行性和实验要求设计实验方案，具体实验方案见表1。

表1 实验方案Tab.1 Exprimental schedule

驱油实验步骤 （1）取人造岩心，计量干重，将岩心放入岩心夹持器并连接真空泵抽真空4h，待抽真空之后利用岩心内真空负压饱和实验所用模拟水，测量岩心湿重，并计算孔隙体积。（2）连接驱替装置，利用平流泵以恒流速度（0.3mL·min-1）将岩心饱和原油，直至岩心采出端不再出水为止，计算采出水的体积，水的体积即为岩心饱和油的体积，计算含油饱和度。（3）利用驱替装置，以恒流速度（0.3mL·min-1）向岩心内部驱替矿化度5000mg·L-1的模拟盐水，模拟注水开发，记录注入压力以及采出液中油水体积，驱至采出液含水率98%。（4）以恒流速度（0.3mL·min-1）向岩心内注入聚合物溶液，注入段塞按方案内设计的段塞尺寸。（5）进行后续水驱，驱至采出液含水率达98%。

2 结果分析

2.1 聚合物渗流特性实验

（1）聚合物浓度影响 用矿化度为5000mg·L-1的NaCl盐水配制不同浓度的聚合物溶液，实验结果见表2，其动态特征曲线见图1。

表2 实验结果Tab.2 Test results of expriment

从表2中可以看出，浓度越高，阻力系数和残余阻力系数越大，封堵率越大，表明增加浓度虽会降低聚合物注入性能，但其封堵能力增强。

图1 注入压力与PV的关系Fig.1 Relationship between injection pressure and PV

从图1可以看出，聚合物注入过程中，注入压力呈现上升趋势，且聚合物浓度增大，注入压力上升幅度越高；后续水阶段，随着注入过程的进行，注入压力呈现下降的态势。分析认为，在聚合物注入过程中，岩心内部的聚合物滞留量逐渐增多，由于聚合物溶液本身具有较高的粘度，在孔隙中流动阻力较大，注入压力因此呈现上升趋势；聚合物浓度越高，孔隙内聚合物滞留量越高，封堵效果越好，压力越高；后续水阶段，由于聚合物分子主要呈长链结构，强度较弱，滞留能力较差，部分聚合物会被后续水驱出岩心，注入压力下降。

（2）地层水矿化度的影响 分别用1000、5000、10000mg·L-1的 NaCl盐水配制 2000mg·L-1的聚合物溶液，实验结果见表3，驱替实验的动态特征曲线见图2。

表3 实验结果Tab.3 Test results of expriment

从表3中可以看出，注入水矿化度越高，阻力系数和残余阻力系数越小，封堵率越小，表明高矿化度虽然可以提高聚合物的注入能力，相反却减小了聚合物的封堵能力。

图2 注入压力与PV的关系Fig.2 Relationship between injection pressure and PV

从图2可以看出，地层水的矿化度对聚合物的注入压力有较大的影响。在其他因素保持一致的条件下，地层水的矿化度越大，聚合物的注入压力越低。分析认为，聚合物分子长链在高矿化度条件下会由于压缩双电荷的作用而发生卷曲，减弱了聚合物分子的滞留能力，聚合物封堵效果减弱。

2.2 聚合物传输运移能力测试

采用 5000mg·L-1的 NaCl盐水配制 2000mg·L-1的聚合物溶液，进行传输运移实验的压力动态特征曲线见图3。

图3 注入压力与PV的关系Fig.3 Relationship between injection pressure and PV

从图3可以看出，聚合物拥有较好的传输运移能力，随着聚合物的注入，各测压点也逐渐起压，距离注入端越近，压力增幅越大。分析认为，距离注入端越近，岩心孔隙捕集滞留的聚合物分子的数量越多，封堵效果越好。

2.3 聚合物驱油效果测试

驱油效果实验数据以及采收率增幅见表4。

表4 聚合物驱油效果实验数据Tab.4 Test results of oil displacement effect

在表4中，由方案1至方案3的数据结果可以看出，在聚合物注入段塞尺寸相同的情况下，聚合物的浓度越大，采收率增幅越大，增油效果越明显。由方案2、方案4以及方案5的数据结果可以看出，在聚合物浓度一定的条件下，注入聚合物的段塞尺寸越大，采收率增幅越大。分析认为，S型聚合物可以有效改善油层非均质性，起到增油的作用。

进一步分析认为，聚合物驱油原理主要分为“堵”和“驱”两方面。一方面，聚合物提高注入水的粘度，能够很好地改善油水流度比，并且聚合物对非均质油藏的高渗层进行了有效的封堵，使后续驱替液的液流转向至含油饱和度较高的中低渗层，极大地扩大了波及体积，增加驱油效率。另一方面，聚合物由于其固有的粘弹性，在注入过程中对沿途的油滴、油膜产生拉伸作用，因此，在流动过程中会携带部分残余油向前推进。

3 结论

S型聚合物具有较好的传输运移能力和封堵性能。该聚合物的封堵性受聚合物浓度以及注入水矿化度影响。浓度越高，聚合物在岩石空隙内滞留越多，封堵率越高；注入水矿化度越低，聚合物在孔隙内流动的渗流阻力越大，封堵效果越好。

S型聚合物针对非均质油藏具有显著增油的效果。在一定范围内，聚合物浓度以及段塞尺寸越大，增油效果越好。