聚合物驱微观剩余油运移规律及驱油效果研究

谭 畅，杨二龙，房雨佳，宋书伶，杨 宸

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163000)

我国是现今世界上聚合物驱规模最大、相关研究最多的国家[1-2]。聚合物驱是一种提高采收率的方法，在宏观上，它主要靠增加驱替液黏度，降低驱替液和被驱替液的流度比，从而扩大波及体积;在微观上，聚合物由于其固有的粘弹性，在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用，增加了携带力，提高了微观洗油效率[3-4]。目前，聚合物驱启动剩余油的机理已有报道[5-8]，但不同类型剩余油微观机理鲜有研究。聚合物驱过程中，孔隙结构的微观非均质性对驱油效果会产生一定的影响[9-10]。本文以光刻玻璃模型，开展微观可视化实验，研究微观条件下，不同类型剩余油运移规律及不同分子量聚合物在不同渗透率微观模型的驱油效果。

1 实验准备与流程

利用玻璃刻蚀的孔隙模型进行驱油实验，通过图像采集系统将驱油过程的图像转化为计算机的数值信号，采用图像分析技术研究水驱，聚驱后剩余油的变化。实验设备及流程如图1所示。

图1 实验装置Fig.1 Experimental device

实验使用由大庆油田第六采油厂生产的原油，实验用水为六厂三元站污水，聚合物使用分子量分别为1 200×104、1 900×104、2 500×104的聚合物。实验中使用的物理模型是玻璃刻蚀的透明微观模型(40 mm×40 mm)，模型渗透率分别为200×10-3μm2与600×10-3μm2。

实验的基本步骤如下：①将光刻玻璃模型浸没在热水中，使用微型泵抽真空；②利用微流泵抽取地层水进行微观水驱实验，观察出液端变化，水驱至含水98%后停止实验；③利用微流泵抽取聚合物体系进行微观驱替实验，驱替至模型内剩余油不再变化时结束实验； ④利用软件。记录微观驱油过程，选择不同时间的图像进行分析；⑤清洁光刻玻璃模型；⑥使用不同渗透率光刻玻璃模型及不同分子量浓度的聚合物体系，重复①—⑤过程。以上实验在45 ℃下进行。

2 聚合物驱不同类型剩余油运移规律研究

2.1 不同类型剩余油流动规律

聚合物驱替后，孔道中的剩余油根据其所在孔道的特点，可以分为5种类型：柱状剩余油、油滴状剩余油、膜状剩余油、盲端状剩余油和簇状剩余油。观察可视化薄片不同类型剩余油流动规律，如图2所示。一般情况下，聚合物首先推动大块剩余油突出部位的油，突出部位变得越来越大直至和油团分离，形成一个新的、可以向前移动的、独立的油滴。剩余油团变小，微观驱动力将和毛管滞留力相平衡，形成一个新的、比原来小的、不能再移动的剩余油团。对于游离状态的剩余油，在聚合物推动下，剩余油滴聚并，形成新的、比原来大的剩余油滴继续移动。

图2 不同类型剩余油流动规律Fig.2 Flow law of different types of remaining oil

2.2 不同分子量聚合物体系微观驱油实验

实验通过并联装置，将2块不同渗透率的可视化薄片连接起来，保证在同一时刻2块可视化薄片的驱替速度一致。实验选取模型渗透率为200×10-3μm2与600×10-3μm2，按照实验流程先水驱至含水98%，再注入聚合物体系至模型内剩余油不再变化时结束实验。实验用聚合物体系组成见表1。

表1 聚合物体系组成Tab.1 Polymer system formula sheet

针对不同类型剩余油在驱替后分别采集图像，对不同类型剩余油进行计算，评价驱替后各类型剩余油的含量。根据图像识别方法，计算各类剩余油含量，计算原理由图3给出示例，示例选取实验中聚驱后图像，便于分析比对。

通过实验得到不同分子量聚合物在不同渗透率模型驱替后各类型剩余油动用比例，绘制不同渗透率剩余油动用比例变化图(图4)。根据聚驱后不同渗透率剩余油动用比例变化图可知，模型渗透率与簇状剩余油动用比例呈正比，而其他类剩余油动用比例与模型渗透率呈反比。

图3 剩余油计算原理示意Fig.3 Schematic diagram of residual oil calculation principle

图4 聚驱后不同渗透率剩余油动用比例变化Fig.4 Variation of remaining oil production ratio with different permeability after polymer flooding

通过聚驱后不同分子量剩余油动用比例变化(图5)可知：簇状、油滴状、柱状剩余油动用比例随分子量的增大而增大，而盲端状、膜状剩余油在低分子量时不易动用，在2 500万分子量时动用效果增强，这是由于聚合物分子量增大，黏度也随之增大，聚合物剥离原油的效果增强。

图5 聚驱后不同分子量剩余油动用比例变化Fig.5 Variation diagram of remaining oil utilization ratio of different molecular weights after polymer flooding

2.3 不同类型剩余油启动顺序

通过软件将聚驱过程分为6个时间段，每个时间段截取相应的驱替图像，将图像内不同类型剩余油进行分类统计，并绘制聚驱不同时间段内各类型剩余油含量随时间变化折线图(图6)。

图6 聚驱后不同类型剩余油随时间变化折线图Fig.6 Broken line diagram of changes of different types of remaining oil with time after polymer flooding

如图6所示，时间点1—时间点2，簇状、盲端、柱状剩余油比例下降，油滴状与膜状剩余油比例上升，说明在聚驱初期阶段，在聚合物黏弹性作用下，簇状、盲端、柱状剩余油这三类大块剩余油较易被启动，分离成较小的油滴或团块，导致了油滴状与膜状剩余油比例出现上升的情况。时间点2—时间点4，在聚驱中期阶段，簇状剩余油比例大幅度下降，柱状、油滴状剩余油比例增加。聚合物对剩余油的剥离作用进一步造成柱状、油滴状剩余油比例的增加。时间点4—时间点6，在聚驱末期阶段，各种类型剩余油比例都相对降低。

综上所述，聚合物驱初期容易推动簇状、盲端、柱状剩余油，导致油滴状与膜状剩余油比例上升，中后期阶段聚合物的黏弹性作用进一步驱动簇状剩余油等大块剩余油，油滴状与膜状剩余油比例变化不大，相较前3种剩余油难以启动。

3 聚合物驱油效果研究

通过软件计算不同分子量的聚合物，可视化薄片水驱与聚驱后采收率(表2)，计算聚合物驱提高采收率变化(图7)。

表2 水驱与聚驱后采收率Tab.2 Water flooding and polymer flooding recovery

图7 聚合物驱采收率增幅Fig.7 Increase in polymer flooding recovery

可以看出，水驱阶段，低渗透薄片驱替速度低于高渗薄片，并且在优势通道打开后，周边区域难以被驱替，留下大块剩余油；水驱阶段结束后，低渗薄片采出程度约33.3%，高渗薄片采出程度约42.3%。聚驱阶段，分子量1 200万～1 900万，高渗薄片驱替效果好于低渗薄片，并随着分子量增大，采出程度上升。分子量2 500万，聚合物黏度过高，难以进入低渗薄片小孔隙，导致驱替效果不如低分子量聚合物。

随着渗透率增大，聚驱采收率增幅变大，这是因为随岩心渗透率的增大，渗流阻力减小，聚驱提采效果更好。随着聚合物分子量增大，高渗薄片聚驱采收率增幅变大，低渗薄片聚驱采收率增幅先大后小。这是由于低渗薄片渗流阻力大，高分子量聚合物黏度过高，虽然可以增大与油相的剪切应力，但是却不能进入细小的喉道，导致聚合物分子量在2 500万时采收率增幅减小。综合考虑，本实验测得最佳聚合物分子量在1 900万左右。

4 结论

(1)模型渗透率与簇状剩余油动用比例成正比，而其他类剩余油动用比例与模型渗透率成反比。剩余油动用比例随聚合物分子量的增大而增大，这是由于聚合物分子量增大，黏度也随之增大，聚合物剥离原油的效果增强，动用比例随之增大。

(2)聚合物驱初期容易推动簇状、盲端、柱状剩余油，导致油滴状与膜状剩余油比例上升，中后期阶段聚合物的黏弹性作用进一步驱动簇状剩余油等大块剩余油，油滴状与膜状剩余油比例变化不大，相较前3种剩余油难以启动。

(3)随着岩心渗透率的增大，渗流阻力减小，渗透率越高，聚驱提采效果更好。随着聚合物分子量增大，高渗薄片聚驱采收率增幅变大，低渗薄片聚驱采收率增幅先大后小。这是由于低渗薄片渗流阻力大，高分子量聚合物黏度过高，虽然可以增大与油相的剪切应力，但是却不能进入细小的喉道，导致聚合物分子量在2 500万时采收率增幅减小。综合考虑本实验测得最佳聚合物分子量在1 900万左右。