分压注入工具对三元复合体系储层适应性影响研究*

张志坚，闫 坤，程翘楚，蒲咏春，王奕杰

（1.东北石油大学，黑龙江 大庆163318；2.中国石油天然气管道科学研究院有限公司, 河北 廊坊065000）

近年来，以大庆油田为代表的陆地油田在聚合物驱成功工业化应用后，开展了大量三元复合驱室内研究和矿场实践，并取得了良好的增油降水效果，较水驱可提高原油采收率20%左右[1-4]。目前，大庆油田一类储层已经普遍开展了化学驱，三元复合驱的实施层位已逐渐转向储层物性较差的二、三类储层。受层间矛盾和二、三类储层渗透率较低等因素影响，三元复合驱过程中也面临着高渗透无效循环、中低渗透层动用程度差的问题[5,6]。为改善该类问题对三元复合驱开发效果的影响，石油科技工程者提出了利用分压注入工具进行分层开采，并在现场取得了良好效果[7-9]。目前，关于分压注入工具对三元复合体系的影响研究主要集中于溶液基础性能研究，在油藏条件下探讨分压注入工具对三元复合体系性能影响的研究较少。为此，本文在研究分压注入工具对溶液基础性能影响基础上，开展了分压注入工具对三元复合溶液储层适应性的影响实验研究，为现场提高采收率技术决策提供了理论依据。

1 实验部分

1.1 药剂、水和油

聚合物为中国石油大庆炼化公司生产部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量1900×104，有效含量90%，简称“高分”聚合物；表面活性剂为大庆东昊公司生产重烷基苯磺酸盐，有效含量50%；碱为国药集团公司生产NaOH，有效含量为96%。三元复合体系组成为：1200mg·L-1高分聚合物，0.3% NaOH，1.2%重烷基苯磺酸盐。

实验用水为大庆油田现场污水，离子组成见表1。

表1 水质分析Tab.1 Water quality analysis

实验用油由大庆油田脱水脱气原油与煤油混合而成，45℃时黏度为9.8mPa·s。

1.2 岩心

实验岩心为石英砂环氧树脂胶结岩心[10,11]，岩心外观几何尺寸：高×宽×长=4.5cm×4.5cm×30cm，气测渗透率分别为50、100、200 和600mD。

1.3 实验设备

（1）分压工具 实验使用流线型降压槽结构的分压注入工具。

（2）黏度 采用DV-Ⅱ型布氏黏度仪测试黏度，测试温度45℃。

（3）粘均分子量 采用乌氏粘度计计算流经分压工具后三元复合体系的粘均分子量[12]。

（4）聚集体尺寸Dh 聚合物分子聚集体尺寸Dh采用美国布鲁克海文BI-200SM 型广角动/静态光散射仪系统（Brookhaven Instruments Cop，USA）测试，测定散射角为90°。测试前，所有样品经0.8m 核微孔滤膜过滤，测试后，采用CONTIN 数学模型进行数据处理。

（5）驱油效果 驱油效果测试仪器设备主要包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。除平流泵和手摇泵外，其它部分置于温度为45℃的恒温箱内[13]。

2 结果分析

2.1 粘均分子量

降压槽数为6 时，在不同喷嘴直径条件下，三元复合体系以不同流量流经分压注入工具后粘均分子量测试结果见表2。

表2 三元复合体系流经分压注入工具后粘均分子量测试结果Tab.2 Test results of viscosity average molecular weight of ASP composite system that flow through partial pressure injection

由表2 可以看出，在喷嘴直径一定条件下，随流量增加，三元复合体系溶液在通过喷嘴时流速增加，受剪切强度增大，聚合物分子链受破坏程度增加，包裹水分子能力降低，粘均分子量减小。在流量一定条件下，随喷嘴直径增加，三元复合体系溶液在通过喷嘴时流速降低，受剪切强度降低，聚合物分子链受破坏程度减弱，包裹水分子能力增强，粘均分子量增大。

2.2 聚合物分子聚集体尺寸

喷嘴直径为6mm 时，在不同降压槽数条件下，三元复合体系以不同流量流经分压工具后聚合物分子聚集体尺寸测试结果见表3。

表3 三元复合体系流经分压工具后聚合物分子聚集体尺寸测试结果Tab.3 Test results of polymer molecular aggregates of ASP composite system that flow through partial pressure injection

由表3 可以看出，在槽数一定条件下，随注入流量增加，三元复合体系溶液在分压工具中流动速率增加，聚合物分子链受剪切程度增加，原有的聚合物长链结构被剪断变为短链，聚合物分子之间的缠结程度也降低，聚合物分子聚集体由密实的孔-网状结构转变为稀疏的小尺寸网状结构，聚合物分子聚集体尺寸减小。类似地，在注入流量一定条件下，随分压工具槽数增加，三元复合体系溶液在分压工具中流经的剪切带距离增加，受剪切强度增加，聚合物分子链受破坏程度增加，聚合物分子聚集体尺寸减小。槽数为5。

2.3 驱油效果

在岩心渗透率和分压工具剪切后分子量不同的条件下，三元复合体系最高注入压力和驱油效率测试结果见表4、5，图1、2。

表4 不同剪切程度三元复合体系驱油效率测试结果Tab.4 Test results of displacement effect of ASP composite system under the different shearing degree

表5 不同剪切程度三元复合体系驱替阶段最高压力Tab.5 Highest injection pressure of ASP composite system under the different shearing degree

图1 不同剪切程度三元复合体系提高采收率幅度Fig.1 Enhanced recovery ratio of ASP composite system under the different shearing degree

图2 不同岩心渗透率条件下，不同剪切程度三元复合体系提高采收率幅度的增幅Fig.2 Under the different permeability, recovery amplification of ASP composite system under the different shearing degree

从表4、5 和图1、2 可以看出，分压注入工具的剪切作用对三元复合体系的储层适应性存在影响。在岩心渗透率一定的条件下，随分压剪切后保留分子量增加（即剪切强度降低），三元复合驱提高采收率幅度增加；在分压工具剪切后保留分子量一定的条件下（即剪切强度一定的条件下），随岩心渗透率增加，三元复合驱提高采收率幅度增加，但不同渗透率岩心间三元复合驱提高采收率幅度的增幅受保留分子量与岩心渗透率间匹配性的影响。分析认为，在保留分子量为800×104条件下，聚合物分子聚集体尺寸较小，具有良好的注入性，但受粘度较低的影响，其在多孔介质流动过程中的流度控制能力随岩心渗透率增加而逐渐减弱。因此，随岩心渗透率增加，三元复合驱提高采收率幅度的增幅逐渐降低。在保留分子量为1200×104条件下，聚合物分子聚集体尺寸增加，注入性减弱，岩心渗透率小于100mD 时，岩心孔喉尺寸较小，三元复合体系注入压力较高（可注入性较差），聚合物分子聚集体受剪切较强，在多孔介质中流度控制能力较弱，所以提高采收率幅度的增幅较低。当岩心渗透率为200mD 时，岩心孔喉尺寸增加，聚合物分子聚集体受剪切减弱，三元复合体系在多孔介质中流度控制能力增强，提高采收率幅度的增幅升高。当岩心渗透率为600mD 时，岩心孔喉尺寸进一步增加，三元复合体系受剪切强度减弱，流度控制能力进一步增强但变化不大，因此，提高采收率幅度的增幅有所降低。在保留分子量为1600×104条件下，聚合物分子聚集体尺寸较大，在岩心渗透率较低时，可注入性较差，聚合物分子聚集体在多孔介质中流动时受剪切作用较强，流度控制能力减弱，采收率增幅较低。随岩心渗透率增大，岩心孔喉尺寸增大，聚合物分子聚集体在多孔介质中流动时受剪切作用较弱，流度控制能力增强，因此，三元复合驱提高采收率幅度的增幅随岩心渗透率增加而逐渐升高。现场实际三元复合驱施工过程中，当同一驱油剂在中低渗透层中的渗流阻力与其在高渗透率层中的渗流阻力差异较大时，驱油剂则会主要在渗流阻力较小和含有饱和度较低的高渗透层中流动，中低渗透层的动用程度便会减弱。所以，实际开发过程中，应在兼顾驱油剂的注入性和驱油效率基础上，针对不同储层物性选择与之相适应的三元复合体系。

综上所述，在利用分压注入工具开展三元复合驱时，可通过改变相关工艺参数（喷嘴直径、槽数和流量）来控制进入不同物性储层驱替液的受剪切强度，在保证层间吸液压差平衡的基础上，满足不同渗透率储层的流度控制需求，进而得到最佳增油效果。

3 结论

（1）分压注入工具的结构参数（喷嘴直径、槽数）和施工参数（流量）与其对三元复合体系的剪切作用强度密切相关，当分压注入工具对三元复合体系剪切作用增大时，原有的聚合物长链结构被剪断变为短链，聚合物分子之间的缠结程度也降低，聚合物分子聚集体由密实的孔-网状结构转变为稀疏的小尺寸网状结构，聚合物分子聚集体尺寸减小，包裹水分子能力下降，粘均分子量也随之下降。

（2）分压注入工具的剪切作用对三元复合体系的储层适应性存在影响。在利用分压注入工具开展三元复合驱时，可通过改变相关工艺参数（喷嘴直径、槽数和流量）来控制进入不同物性储层驱替液的受剪切强度，在保证层间吸液压差平衡的基础上，满足不同渗透率储层的流度控制需求，进而得到最佳增油效果。