張 波由 慶，張 健向問陶趙福麟

（1.中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555；2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；3.中海石油研究總院，北京 100027）

海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)

張 波1由 慶1，2張 健3向問陶3趙福麟1

（1.中國石油大學(xué)石油工程學(xué)院，山東 青島 266555；2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871；3.中海石油研究總院，北京 100027）

針對海上油田聚合物驅(qū)注入壓力太高而影響開發(fā)效果的問題，提出了海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)，優(yōu)選了NPC-10表面活性劑作為海上油田聚合物驅(qū)的降壓增注劑。在多孔介質(zhì)中的降壓增注試驗研究表明，降壓增注劑可有效降低注聚壓力，地層滲透率得以恢復(fù)，且降壓增注的效果與地層初始滲透率有一定的關(guān)系。產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度分析表明，降壓增注劑可有效抑制注聚過程中疏水締合聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。表面活性劑降壓增注的原理是主要依靠對聚合物的解締合作用、對聚合物在巖石表面的解吸作用和對稠油的洗油作用3個方面達到降壓增注的目的。

海上油田；聚合物驅(qū)；疏水締合聚合物；表面活性劑；降壓增注

“十五”期間，我國在渤海油田進行了聚合物驅(qū)礦場試驗，取得較好的降水增油效果，證明了在海上常規(guī)稠油油田進行聚合物驅(qū)的可行性和廣闊的應(yīng)用前景。在海上稠油油田聚合物驅(qū)過程中，所用的聚合物為疏水締合聚合物，不同于普通部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），該聚合物在分子結(jié)構(gòu)中引入了疏水基團。在近井地帶，疏水締合聚合物在砂巖表面吸附，且由于聚合物存在疏水基團在孔喉處易發(fā)生締合，并存在一定量的高黏度稠油，會造成一定堵塞，因此會造成注入壓力太高，加大海上平臺地層配注系統(tǒng)的負荷，使注入系統(tǒng)能耗增加，長期高壓注入易導(dǎo)致套管損壞。因此，在當前注采井距條件下，如何有效地降低和（或）保持注聚井注入壓力，是當前海上稠油油田注聚開發(fā)不可避免的問題［1-7］。

針對海上油田聚合物驅(qū)的上述問題，提出了海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)，該技術(shù)是在聚合物驅(qū)過程中通過向地層注入降壓增注劑，而達到降低和（或）保持注聚井注入壓力的目的。筆者研究的降壓增注劑主要集中在不同類型的表面活性劑及其對應(yīng)復(fù)合體系。首先優(yōu)選表面活性劑，并通過物理模擬試驗評價表面活性劑體系的降低增注效果，從而優(yōu)選出適合海上油田注聚（疏水締合聚合物）開發(fā)的降壓增注劑，進而保證海上稠油油田注聚開發(fā)的順利進行。

1 降壓增注劑優(yōu)選

降壓增注劑主要集中在來源比較容易、目前大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的表面活性劑，因此選擇了以下幾種常用的表面活性劑，從降低聚合物溶液黏度（通過解締合作用）和油水界面張力2個方面來優(yōu)選降壓增注劑。

用渤海聚合物驅(qū)油田現(xiàn)場水配制質(zhì)量分數(shù)為0.1%的表面活性劑溶液，然后按1∶1體積比與4 000 mg·L-1疏水締合聚合物溶液混合均勻，靜止放置10 h后，用Brookfield DV-Ⅲ旋轉(zhuǎn)黏度計測混合體系黏度，并與2 000 mg·L-1疏水締合聚合物溶液AP-P4的黏度（63.4 mPa·s）進行對比，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 含有表面活性劑的聚合物溶液的黏度

從表 1可以看出，2種表面活性劑 NPC-10和OP-10可以較好地抑制疏水締合聚合物的締合作用，降低體系的黏度。

同時，研究了上述2種表面活性劑的洗油效果。采用旋滴法測定了不同質(zhì)量分數(shù)的表面活性劑溶液與渤海綏中36-1聚合物驅(qū)油田綜合油樣的界面張力，試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，0.10%NPC-10表面活性劑可使油水界面張力達到超低，起到較好的洗油作用；而OP-10表面活性劑并沒有顯著地降低油水界面張力，洗油效果不明顯。

由上述可知，NPC-10不僅通過解締合作用對聚合物有較好的降黏性能，而且可以顯著降低油水界面張力。因此，NPC-10可作為海上油田聚合物驅(qū)理想的降壓增注劑。

2 降壓增注劑性能評價

為了更好地說明NPC-10表面活性劑的降壓增注性能，有必要在聚合物驅(qū)過程中通過物理模擬試驗評價NPC-10在多孔介質(zhì)中的降壓增注效果。

2.1 多孔介質(zhì)中的降壓增注效果

選擇2個滲透率約為3 μm2的填砂管巖心，一支填砂管巖心首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，靜置10 h待其充分作用后，再進行聚合物驅(qū)；另一支填砂管巖心一直進行聚合物驅(qū)，對比2支填砂管的注入壓力隨后續(xù)注入聚合物體積的變化情況，試驗結(jié)果如圖3所示。

從圖3可知，注入降壓增注劑后進行聚合物驅(qū)的壓力明顯下降，使后續(xù)注入壓力下降42%，相應(yīng)地填砂管巖心滲透率得以恢復(fù)，說明了通過注入降壓增注劑后再注入聚合物，因聚合物在孔隙內(nèi)締合而產(chǎn)生的堵塞明顯地減小了，同時降壓增注劑與聚合物通過競爭吸附，減少了聚合物在巖石表面的吸附，因而流動阻力減少，流動能力增加，后續(xù)注入壓力下降。

同時，研究了降壓增注劑在不同滲透率填砂管巖心中的效果。取滲透率約為3 μm2和6 μm2的2支填砂管巖心，首先注入1 PV的2 500 mg·L-1AP-P4聚合物溶液，然后注入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，靜置10 h待其充分作用后，再進行聚合物驅(qū)，試驗結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，注入降壓增注劑后，高滲透填砂管巖心的后續(xù)注入壓力比低滲透填砂管巖心的后續(xù)注入壓力低。

根據(jù)式（1）可知，高滲透填砂管巖心的孔隙尺寸約是低滲透填砂管巖心孔隙尺寸的1.42倍，由于孔隙尺寸大，對聚合物因締合作用引起堵塞的敏感程度低，同時可以看出，低滲透填砂管巖心在注入降壓增注劑后，后續(xù)注入壓力與高滲透填砂管巖心相比，先低后高，說明了起初降壓增注劑效果比較明顯，但由于自身孔隙尺寸較小，因此后續(xù)注入壓力上升較快，并超過高滲透未加降壓增注劑的高滲透填砂管巖心，由以上可知，聚合物驅(qū)引起的近井堵塞，地層滲透率起了主要作用。

式中：rd為巖心孔道平均半徑，m；Kd為巖心滲透率，μm2；τ為迂曲度，計算時取1；φ為孔隙度。

2.2 產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度

2.2.1 已注聚填砂管巖心的降壓增注效果

在初始滲透率為3 μm2的已注聚的填砂管巖心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降壓增注劑后產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度的變化情況，試驗結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，注降壓增注劑后再注聚合物，產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度比未注降壓增注劑時產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度高，說明注入降壓增注劑有效地抑制了二次注聚過程中聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。

2.2.2 未注聚填砂管的降壓增注效果

在初始滲透率為3 μm2的未注聚的填砂管巖心中加入0.5 PV的0.1%NPC-10溶液，研究注入和未注入降壓增注劑后產(chǎn)出液中聚合物濃度的變化情況，試驗結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出，注降壓增注劑再注聚合物比直接注聚合物產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度高。說明降壓增注劑能優(yōu)先吸附于巖石表面，阻止和（或）減小聚合物分子鏈上的基團與巖石表面接觸，降低吸附量，導(dǎo)致產(chǎn)出液中聚合物質(zhì)量濃度高。同時也說明，未注聚的地層可以先注降壓增注劑有效地預(yù)防聚合物的早期吸附，減小因注聚的堵塞導(dǎo)致注入壓力過高，而影響油田正常生產(chǎn)。

3 降壓增注原理分析

從上述研究結(jié)果可以看出，NPC-10表面活性劑具有較好的降壓增注效果，可能主要與以下幾個作用有關(guān)。

3.1 表面活性劑對聚合物的解締合作用

由于表面活性劑具有兩親結(jié)構(gòu)，與疏水締合聚合物接觸后，表面活性劑小分子就會吸附在聚合物的疏水基團上，當表面活性劑濃度達到臨界膠束濃度后，表面活性劑的疏水基團就會締合形成膠束，而聚合物分子的疏水基團也會締合在膠束內(nèi)，從而使聚合物分子的疏水基團增溶到表面活性劑膠束內(nèi)，表面活性劑的親水基團則排列在膠束外面，因此聚合物分子的疏水基團就不會形成締合結(jié)構(gòu)，疏水締合聚合物黏度降低，所以在孔喉中堵塞能力降低。

3.2 表面活性劑對聚合物在巖石表面的解吸作用

疏水締合聚合物屬于高分子，會在近井地帶的巖石表面產(chǎn)生多點吸附，即無規(guī)線團的吸附，增加了后續(xù)工作液注入過程的阻力。而表面活性劑屬于小分子，吸附能力和速度快，且能平鋪在巖石表面，占據(jù)了聚合物的吸附點，因此表面活性劑小分子通過競爭吸附而將高分子解吸下來，且由于吸附層厚度薄，所以不會增加注入壓力。

3.3 表面活性劑對稠油的洗油作用

表面活性劑在油水界面吸附，可以降低油水界面張力。從式（2）可以看出，油水界面張力的降低，意味著黏附功的減小，即油易于在地層中流動，降低了稠油的流動阻力。因此，在近井地帶加入表面活性劑可以起到降壓增注的作用。

式中：W為黏附功，J；σ為油水界面張力，mN·m-1；θ為油對地層表面的潤濕角，（°）。

同時，由于表面活性劑屬于小分子，可以進入近井地帶中聚合物分子進不去的空間起驅(qū)油作用，不僅可以起到降壓增注的效果，而且可以提高聚合物驅(qū)不能提高的這部分波及系數(shù)，達到提高采收率的目的。

4 結(jié)論

1）從降低疏水締合聚合物溶液黏度和油水界面張力2個方面，優(yōu)選了NPC-10表面活性劑作為海上聚合物驅(qū)油田的降壓增注劑。

2）多孔介質(zhì)中的降壓增注試驗表明，在聚合物驅(qū)過程中注入降壓增注劑可有效降低注入壓力，使地層滲透率得以恢復(fù)，且降壓增注的效果與地層初始滲透率有一定的關(guān)系。

3）產(chǎn)出聚合物質(zhì)量濃度分析表明，在聚合物驅(qū)過程中注入降壓增注劑可有效抑制注聚過程中疏水締合聚合物分子在巖心孔隙中的堵塞。

4）表面活性劑主要依靠對聚合物的解締合作用，對聚合物在巖石表面的解吸作用和對稠油的洗油作用3個方面達到降壓增注的目的。

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Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield

Zhang Bo1You Qing1，2Zhang Jian3Xiang Wentao3Zhao Fulin1
(1.School of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China;2.School of Earth and Space Sciences, Peking University,Beijing 100871,China;3.Research Institute,CNOOC,Beijing 100027,China)

In order to solve the problems of high injection pressure in the process of polymer flooding in offshore oilfield,the depressurization and augmented injection technology is proposed in this paper.The NPC-10 surfactant is optimized as the depressurization and augmented injection agent by reducing the viscosity of mixed polymer system and oil-water interfacial tension. The experiments of injecting the depressurization and augmented injection agent in porous media show that the injection pressure of polymer flooding is reduced and the permeability of formation is recovered by injecting the depressurization and augmented injection agent.The effect of depressurization and augmented injection has a definite relationship with initial permeability of formation.The mass concentration analysis of produced polymer shows that the depressurization and augmented injection agent can effectively inhibit polymers from plugging the formation.The principles of depressurization and augmented injection are mainly three roles which are canceling association in pore throats,desorption from the sandstones and washing heavy oil.

offshore oilfield,polymer flooding,hydrophobically associating polymer,surfactant,decompression and augmented injection.

TE357.46

A

2009-11-16；改回日期：2010-07-18。

張波，男，1971年生，在讀博士研究生。電話：（0546）8781185，E-mail：cyyzhb@163.com。

（編輯 趙衛(wèi)紅）

1005-8907（2010）05-624-04

張波，由慶，張健，等.海上油田聚合物驅(qū)降壓增注技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2010，17（5）：624-627.

Zhang Bo，You Qing，Zhang Jian，et al.Technology of depressurization and augmented injection for polymer flooding in offshore oilfield［J］. Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：624-627.