渤海油田聚驱用高线形聚合物的评价与应用

王浩颐,孟国平,李丰辉,常 振,李建晔,韩文彬

(1.中海油田服务股份有限公司,天津 300459; 2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459)

目前,聚合物驱仍是三次采油提高采收率的重要手段,聚合物性能直接影响驱油作业的效果[1]。在海上油田化学驱的应用过程中,常规聚合物在耐盐抗温等方面性能较差,疏水缔合聚合物通过形成空间网络结构,提升了聚合物耐盐性能,但是由于在分子中增加了疏水基团,使得其溶解速度缓慢,同时由于疏水缔合作用,造成了聚合物驱后的破乳困难,影响油水处理系统[2-3]。针对海上油田作业空间狭小,淡水资源匮乏等问题,需要一种注入性好,黏度保留率高的聚合物驱油体系来满足聚合物驱的需求。高线形聚合物分子的支化程度低、线性度高,其分子在剪切流动中有更统一的分子取向,导致其溶液的剪切稀化作用和增黏能力明显强于相同相对分子质量的普通聚合物[4-5],也使得高线形聚合物溶液更容易渗透到油田低渗层,具有更大的波及体积和更高的驱油效率。

笔者通过与常规聚合物在溶解性能、流变性能、渗透率适应性能及驱油性能等方面的对比,筛选出一种改性高线形度聚合物PZ-8,并根据性能评价结果,总结了体系的作用机理及应用参数。

1 实 验

1.1 材料与仪器

疏水缔合型聚合物(PZ-3)、功能型聚合物(PZ-7)、高线形聚合物(PZ-8),自制。

MCR302型流变仪,奥地利Anton paar公司;FEI Quanta 200 F场发射环境扫描电子显微镜,美国Philips Electronscan公司;LVDV-II+P型布氏黏度计,美国Brookfield公司;一维物理驱替模型,实验室自制。

1.2 实 验

1.2.1 聚合物耐温性能测定

配制3 000 mg/L和5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,测定60 ℃条件下聚合物表观黏度,测试转子选择型号0号。

1.2.2 聚合物耐盐性能测定

利用不同矿化度的NaCl盐水配制5 000 mg/L的PZ3、PZ7、PZ8聚合物溶液,密封放置于烘箱内,测定60 ℃条件下聚合物表观黏度随矿化度,测试转子选择型号0号。

1.2.3 聚合物流变性能测定

配制5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,采用安东帕CR3200型流变仪测定60 ℃条件下不同振幅扫描的聚合物黏弹性。并利用电子显微镜测定聚合物形貌。

1.2.4 聚合物驱油性能测定

配制1 250 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,采用一维驱替模型测定60 ℃条件下聚合物注入性、采收率。

2 结果与讨论

2.1 聚合物耐温性能

图1是PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液耐温性能,由图1可以看出,60 ℃下3 000 mg/L的PZ-8耐温黏度保留率为92%,5 000 mg/L的PZ-8耐温黏度保留率为87%,高于同浓度PZ-7、PZ-3。

图1 聚合物耐温性能对比

2.2 聚合物耐盐性能

图2为5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液在不同矿化度条件下黏度保留率。从图2可以看出:PZ-3为疏水缔合聚合物,矿化度较低时,聚合物高分子链条中疏水基团间的缔合作用增加,能够阻止分子链的收缩,导致表观黏度增加,随着矿化度的进一步提升,极性分子进一步压缩聚合物链,促使分子链收缩,其流体力学体积减小,黏度大幅度下降,矿化度为30 000 mg/L时,黏度保留率为85%。PZ-7随着矿化度的升高,黏度逐渐降低,主要原因为随着矿化度的提升,PZ-7相对分子质量较小,聚合物分子支链较多,在极性分子的压缩条件下,会发生卷曲,分子支链缠绕增加,空间结构被破坏,表现为表观黏度的迅速下降,矿化度为30 000 mg/L时,黏度保留率为23%。PZ-8随着矿化度的升高,黏度逐渐降低,但是降低的幅度较小,主要原因为,矿化度的提升时由于聚合物的高相对分子质量,且聚合物支链较少,电解质对聚合物的压缩空间有限,聚合物黏度下降幅度逐渐平缓,矿化度为30 000 mg/L时,黏度保留率为93%,黏度保留率最高。

图2 不同聚合物的耐盐性能

图3 聚合物PZ-3黏弹性

2.3 聚合物流变性能

对聚合物PZ-3的黏弹性测定,结果如图5所示。随着低振幅区域,损耗模量G″大于储能模量G′,此时表现出黏性,随着振幅的提升,疏水基团的疏水作用被削弱,聚合物溶液由疏水作用逐步转变为聚合物缠绕作用,空间网状结构的稳定性逐步增强,在流变性上表现为储能模量逐渐大于耗能模量,流变性为弹性。

图4为聚合物PZ-7进行黏弹性。

图4 聚合物PZ-7黏弹性

由图4可见,随着振幅的提升,PZ-7的储能模量和损耗模量也逐渐增强,但是整体模量的数值小于PZ-3,推测聚合物PZ-7在高振幅的作用下,聚合物的功能性支链被剪切破坏,聚合物溶液水相连续性被破坏,呈现出一定的弹性。

图5为聚合物PZ-8进行黏弹性测定结果。由图5可见,随着振幅的提升,PZ-3的储能模量和损耗模量也逐渐增强,但是PZ-8的损耗模量一直大于储能模量,推测聚合物PZ-8在高振幅的作用下,只是聚合物分子弯曲程度降低,聚合物本身的高线形未被破坏,且溶液的水相连续性得以保持,从流变性结果可以显示,聚合物一直呈现黏性。

图5 聚合物PZ-8黏弹性

2.4 聚合物微观形貌

图6为聚合物微观形貌。

图6 不同聚合物的微观形貌

由图6可以看出,PZ-3为接枝型的疏水缔合聚合物,微观表现分子内存在疏水缔合作用,形成空间交互网络结构,导致水溶液中存在疏水微区,使水溶液的表观黏度增加。P-7为功能性支链聚合物,该聚合物因分子内的卷曲缠绕,具备空间交互网状结构,增加水溶液的黏度。PZ-8为高线形聚合物,聚合物微观结构呈现出高度线性特点,在剪切或者高矿化度条件下,聚合物分子发生轻微卷曲,保持聚合物水相的连续性,聚合物黏度降低幅度小。

2.5 聚合物驱油性能测定

2.5.1 聚合物注入性能

测试温度60 ℃,在水测渗透率200 mD岩心中注入1 PV水后再注入1 PV的1 250 μg/g的聚合物溶液,评价体系的注入性能,结果见表1和图7。当岩心渗透率在200 mD时,PZ-3的注入压力一直增长,没有达到平台区,注入性较差,推测聚合物堵塞在注入前端;PZ-7阻力系数为5.41,可以注入,但注入压力较高;PZ-8在200 mD时阻力系数为1.78,注入性表现良好。

表1 不同聚合物注入阻力系数测定结果

图7 不同类型聚合物的注入性

2.5.2 聚合物驱油性能

测试温度为60 ℃,以1 mL/min的注入速度将聚合物200 mD的模拟岩心,结果见图8。

图8 不同类型聚合物驱油性能

由图8可以看出,PZ-3聚合物水驱后采收率为39.8%,注入0.6 PV聚合物后,采收率提升7.8%;PZ-7聚合物水驱后为38.8%,注入0.6 PV聚合物后,采收率提升9.6%;PZ-8聚合物水驱后为39.2%,注入0.6 PV聚合物后采收率提升14.1%。PZ-8采收率最高,比常规聚合物提升4.5%。

3 现场应用

渤海油田B平台属于浅水三角洲沉积油藏,在水驱开发后期,砂体含水上升幅度较快,最高含水达92%,2020年1月,B平台以高线形聚合物驱为开发方式,累计注入22个月,降水增油幅度明显,砂体整体含水最大降幅为13%,累计增油5×104m3。

4 结 论

a.高线形聚合物具备较好的抗剪切黏度保留率,并且在流变性测试过程中损耗模量大于储能模量,一直保持黏性特征。

b.高线形聚合物与疏水缔合聚合物、功能性聚合物进行耐温及抗盐测定,测定结果显示高线形聚合物有最优的老化稳定性,抗盐能力与疏水缔合聚合物基本持平。

c.高线形聚合物注入性良好,阻力系数较其他聚合物降低25%以上。

d.高线形聚合物具备良好的驱油能力,较常规聚合物采收率提升4.5%,整体采收率提升14.1%。高线形聚合物驱在渤海油田B平台完成应用,应用效果良好。