楊俊茹，謝曉慶，張健，鄭曉宇，未志杰

（1.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中海油研究總院；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京））

交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合調(diào)驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊俊茹1,2，謝曉慶1,2，張健1,2，鄭曉宇3，未志杰1,2

（1.海洋石油高效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中海油研究總院；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京））

針對(duì)渤海S油田聚合物驅(qū)后吸水剖面改善不明顯、油井含水無明顯下降等現(xiàn)象，采用交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合調(diào)驅(qū)技術(shù)進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究復(fù)合體系組成、驅(qū)替速度、注入量等對(duì)驅(qū)油效果的影響，并優(yōu)化了復(fù)合體系注入?yún)?shù)。研究表明，在復(fù)合體系總濃度為1 750 mg/L的前提下，體系中交聯(lián)聚合物微球的濃度越大，采收率提高幅度越大，交聯(lián)聚合物微球濃度在400～100 mg/L、締合型聚合物濃度在1 350～1 650 mg/L范圍內(nèi)，都能取得較好的增油效果；交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合體系驅(qū)較單純聚合物驅(qū)可以提高采收率8%～11%。復(fù)合體系驅(qū)替速度在3.5 m/d左右、注入量為530 mg/L·PV左右時(shí)，交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合調(diào)驅(qū)體系能較好地改善聚合物驅(qū)效果。圖7參10

交聯(lián)聚合物微球；聚合物；復(fù)合調(diào)驅(qū)體系；注入?yún)?shù)；深部調(diào)驅(qū)；海上油田

0 引言

油藏注水開發(fā)過程中，油藏的非均質(zhì)性和不利的油水流度比造成注入水沿高滲透層突進(jìn)，通過注入井調(diào)剖可以有效解決這一問題[1-3]，與聚合物驅(qū)相配合可以改善油水流度比，擴(kuò)大波及體積，從而提高原油采收率[4-7]。陸上油田井距較?。ㄒ话阈∮?50 m），且多為一個(gè)層系一套井網(wǎng)，而海上油田開采井距大（一般大于350 m）、單井控制層系多（多油層組合采），使得油層縱向和平面非均質(zhì)性更加嚴(yán)重，加之受到海上平臺(tái)空間及油水井完井方式的限制，縮小井距和細(xì)分層系注入較困難，使得海上油田油藏非均質(zhì)性對(duì)聚合物驅(qū)效果產(chǎn)生明顯不利影響。

聚合物微球調(diào)剖技術(shù)是近年發(fā)展起來的新型深部調(diào)剖技術(shù)，在陸上油田調(diào)剖堵水中發(fā)揮了有效的作用[8-10]。對(duì)已經(jīng)實(shí)施聚合物驅(qū)的油田，使聚合物微球與聚合物形成復(fù)合體系，利用聚合物微球的深部調(diào)剖作用，加強(qiáng)聚合物的液流轉(zhuǎn)向能力、延緩聚合物在應(yīng)用過程中的單向突破、提高化學(xué)驅(qū)的波及系數(shù)，可進(jìn)一步改善聚合物驅(qū)效果，但目前這方面研究較少。

渤海S油田于1993年投入開發(fā)，平均原油黏度70 mPa·s，儲(chǔ)集層滲透率3 000×10?3μm2，平均油層厚度32 m，油藏溫度65 ℃，地層水礦化度6 000～20 000 mg/L，反九點(diǎn)井網(wǎng)注水，井距350～590 m。該油田于2003年9月開始單井注聚先導(dǎo)性試驗(yàn)，2005年10月開始井組注聚合物試驗(yàn)，2008年10月擴(kuò)大試驗(yàn)，至2014年2月已有23口井注聚合物。S油田注聚合物初期油田含水68%。驅(qū)替用聚合物為締合型聚合物PA（黏均相對(duì)分子質(zhì)量1 100×104），濃度為1 750 mg/L。聚合物驅(qū)后，S油田開發(fā)效果得到改善，截至2013年底，累計(jì)增油約200×104m3。

雖然S油田聚合物驅(qū)取得了一定的效果，但注聚后吸水剖面改善不明顯，生產(chǎn)井含水也未出現(xiàn)明顯下降。為此，本文提出交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合調(diào)驅(qū)技術(shù)，將交聯(lián)聚合物微球與聚合物組成復(fù)合體系，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)塊的儲(chǔ)集層性質(zhì)、流體性質(zhì)及開發(fā)現(xiàn)狀，通過物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的驅(qū)替性能和驅(qū)油效果，對(duì)復(fù)合體系注入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化，以指導(dǎo)礦場(chǎng)實(shí)施，改善聚合物驅(qū)效果。

1 復(fù)合體系組成及基本性能

復(fù)合體系由乳液聚合形成的交聯(lián)聚合物微球（ESS）與締合型聚合物（PA）組成，ESS分子結(jié)構(gòu)為兩性，與PA之間具有較好的相容性，ESS粒徑為1.0～4.0 μm。

ESS與PA組成的復(fù)合體系在S油田地層條件下，具有較好的增黏性能、剪切穩(wěn)定性和封堵性能。

1.1 復(fù)合體系的增黏性

交聯(lián)聚合物微球（濃度300 mg/L）與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)締合型聚合物的復(fù)合體系黏度變化見圖1。復(fù)合后體系在較寬濃度范圍內(nèi)黏度高于相應(yīng)濃度的聚合物溶液的黏度。

圖1 PA+ ESS復(fù)合體系的黏度濃度曲線

1.2 復(fù)合體系的剪切穩(wěn)定性

根據(jù)海上油田驅(qū)油用丙烯酰胺類耐鹽聚合物的性能指標(biāo)和檢測(cè)方法配制目標(biāo)溶液，采用Waring Laboratory Blender定時(shí)攪拌器將目標(biāo)溶液在3 500 r/min轉(zhuǎn)速、65 ℃下攪拌不同時(shí)間后測(cè)試溶液的表觀黏度，計(jì)算表觀黏度保留率，結(jié)果見圖2。ESS+PA復(fù)合體系剪切后的黏度保留率高于相應(yīng)濃度的PA，表明該復(fù)合體系具有較好的剪切穩(wěn)定性。

圖2 PA+ ESS復(fù)合體系剪切穩(wěn)定性

1.3 復(fù)合體系的封堵性能

用長(zhǎng)度為60 cm、直徑為2.5 cm的填砂管（滲透率3 275×10?3μm2），模擬S油田條件進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)。將締合型聚合物（1 450 mg/L）與交聯(lián)聚合物微球（300 mg/L）復(fù)合體系在室溫下注入到填砂管內(nèi)，測(cè)定填砂管不同位置流動(dòng)壓差隨復(fù)合體系注入量（注入孔隙體積倍數(shù)）的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。圖中AB、BC、CD曲線分別對(duì)應(yīng)填砂管前端（20 cm）、中段（20 cm）和末端（20 cm）壓差，由其變化判斷微球在填砂管中封堵位置的變化。實(shí)驗(yàn)表明，ESS+PA復(fù)配體系封堵性能強(qiáng)，并能進(jìn)行深部封堵，AB、BC和CD段均能實(shí)現(xiàn)封堵（見圖3）。

圖3 PA+ ESS復(fù)合體系流動(dòng)壓差曲線

復(fù)合體系對(duì)高滲透儲(chǔ)集層調(diào)驅(qū)效果好。由圖4可見，PA驅(qū)油時(shí)受巖心滲透率影響較大，當(dāng)滲透率大于500×10?3μm2時(shí)，隨滲透率增加，對(duì)應(yīng)采收率下降較快。復(fù)合體系在巖心滲透率為（150～3 500）×10?3μm2時(shí)，采收率均較高，說明復(fù)合體系受巖心滲透率影響相對(duì)較小，滿足S油田高滲透性儲(chǔ)集層的要求。

2 實(shí)驗(yàn)方法

為了使復(fù)合體系能盡快應(yīng)用到油田現(xiàn)場(chǎng)，本文通過室內(nèi)物模實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)合體系組成、注入速度、注入量等進(jìn)行研究和優(yōu)化。

圖4 不同滲透率下復(fù)合體系驅(qū)采收率變化

2.1 空白水驅(qū)實(shí)驗(yàn)

首先將30 cm人造長(zhǎng)巖心和7 cm人造短巖心（滲透率2 700×10?3μm2）飽和水，再在地層溫度下飽和油（原油黏度70 mPa·s）。

水驅(qū)至含水95%，記錄驅(qū)替過程中注入壓力、含水率、采收率及產(chǎn)液量變化。

2.2 復(fù)合體系組成濃度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

采用30 cm人造長(zhǎng)巖心（滲透率2 700×10?3μm2），先飽和水，再在地層溫度下飽和油。

水驅(qū)至含水60%（S油田注聚合物時(shí)，油田含水68%），切換驅(qū)替劑，分別切換為不同濃度組成的化學(xué)驅(qū)體系（共5種），驅(qū)替劑注入量為0.3 PV，再水驅(qū)至含水95%。

記錄驅(qū)替過程中注入壓力、含水率、采收率及產(chǎn)液量變化，考察在相同驅(qū)替劑注入量條件下，不同濃度組成的復(fù)合體系與空白水驅(qū)相比采收率提高幅度。

2.3 復(fù)合體系注入量?jī)?yōu)化實(shí)驗(yàn)

采用30 cm人造長(zhǎng)巖心（滲透率2 700×10?3μm2），先飽和水，再在地層溫度下飽和油。

水驅(qū)至含水60%，然后分別注入不同孔隙體積倍數(shù)的復(fù)合體系（復(fù)合體系組成：1 650 mg/L PA+ 100 mg/L ESS），再水驅(qū)至含水95%。

記錄驅(qū)替過程中注入壓力、含水率、采收率及產(chǎn)液量變化，考察在不同驅(qū)替劑注入量條件下，與空白水驅(qū)相比采收率提高幅度。

2.4 注入速度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

采用7 cm人造短巖心（滲透率2 700×10?3μm2），首先飽和水，再在地層溫度下飽和油。

水驅(qū)至含水60%，然后在不同驅(qū)替線速度下注入復(fù)合體系（復(fù)合體系組成： 1 450 mg/L PA+ 300 mg/L ESS），復(fù)合體系用量0.5 PV，再水驅(qū)至含水95%。

記錄驅(qū)替過程中注入壓力、含水率、采收率及產(chǎn)液量變化，考察在不同驅(qū)替劑注入速度下，與空白水驅(qū)相比采收率提高幅度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 復(fù)合體系組成濃度優(yōu)化

S油田聚合物注入濃度為1 750 mg/L，為了保證聚合物驅(qū)的經(jīng)濟(jì)效益，在不提高總的化學(xué)劑注入濃度的前提下，調(diào)整復(fù)合體系中交聯(lián)聚合物微球與聚合物的濃度，使二者濃度之和等于1 750 mg/L。復(fù)合體系組成設(shè)計(jì)為：體系1，1 350 mg/L PA+400 mg/L ESS；體系2，1 450 mg/L PA+300 mg/L ESS；體系3，1 550 mg/L PA+200 mg/L ESS；體系4，1 650 mg/L PA+100 mg/L ESS；體系5，純聚合物PA，濃度1 750 mg/L。

圖5為不同濃度組成的復(fù)合體系的采收率值及與空白水驅(qū)相比提高采收率幅度值。

圖5 復(fù)合體系組成與采收率關(guān)系曲線

由圖5可見，體系中ESS濃度越高，采收率增幅越大。在總濃度為1 750 mg/L的前提下，ESS濃度在400～100 mg/L、PA濃度在1 350～1 650 mg/L范圍內(nèi)，都能取得較好的增油效果。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，總濃度為1 750 mg/L的ESS+PA復(fù)合體系較相同濃度的聚合物提高采收率8%～11%。

3.2 注入量?jī)?yōu)化

針對(duì)體系4，研究了不同注入孔隙體積倍數(shù)（0.1～0.6 PV），即注入量為175～1 050 mg/L·PV時(shí)，復(fù)合體系驅(qū)的采收率及其與空白水驅(qū)相比的采收率提高幅度（見圖6）。

圖6 復(fù)合體系驅(qū)采收率與注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系

圖6表明，隨復(fù)合體系驅(qū)替劑注入量的增加，在注入0.3 PV之前采收率提高較快，0.3 PV之后采收率提高幅度趨緩。

實(shí)驗(yàn)時(shí)復(fù)合體系濃度為1 750 mg/L，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議復(fù)合體系注入量為530 mg/L·PV左右。油田現(xiàn)場(chǎng)注入時(shí)，可參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定復(fù)合體系注入量。

3.3 注入速度優(yōu)化

水驅(qū)至含水60%轉(zhuǎn)復(fù)合體系驅(qū)，研究不同驅(qū)替線速度下復(fù)合體系驅(qū)采收率及其與空白水驅(qū)相比采收率提高幅度（見圖7）。

圖7 驅(qū)替速度變化對(duì)采收率的影響

由圖7可見，在實(shí)驗(yàn)驅(qū)替速度范圍內(nèi)，隨著驅(qū)替速度增加，采收率先增加后降低，存在一個(gè)最佳值（3.5 m/d），驅(qū)替速度大于3.5 m/d后，采收率增幅減小。實(shí)際礦場(chǎng)注入時(shí)，建議根據(jù)具體情況調(diào)整注入速度，既滿足井口壓力限制的要求，又能取得較好的交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合體系驅(qū)替效果。

4 結(jié)論

室內(nèi)研究顯示，交聯(lián)聚合物微球ESS與締合聚合物PA組成的復(fù)合體系在S油田地層條件下，具有較好的增黏性能、剪切穩(wěn)定性和封堵性能。

復(fù)合體系組成優(yōu)化研究表明，在復(fù)合體系總濃度為1 750 mg/L的前提下，體系中交聯(lián)聚合物微球的濃度越大，采收率提高幅度越大，交聯(lián)聚合物微球濃度在400～100 mg/L、締合型聚合物濃度在1 350～1 650 mg/L范圍內(nèi)，都能取得較好的增油效果。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究顯示，注入復(fù)合體系0.3 PV（530 mg/L·PV左右）時(shí)，能取得較好的提高采收率效果。油田現(xiàn)場(chǎng)注入時(shí)，可參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定復(fù)合體系注入量。

復(fù)合體系驅(qū)替速度為3.5 m/d左右時(shí)，能取得較好的提高采收率效果。礦場(chǎng)注入時(shí)，可參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以較適合的注入速度達(dá)到較好的交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合體系驅(qū)替效果。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，濃度為1 750 mg/L的交聯(lián)聚合物微球-聚合物復(fù)合體系較相同濃度的聚合物可提高采收率8%～11%。

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（編輯 郭海莉 繪圖 劉方方）

Injection parameters optimization of cross-linked polymer microspheres and polymer composite flooding system

Yang Junru1,2,Xie Xiaoqing1,2,Zhang Jian1,2,Zheng Xiaoyu3,Wei Zhijie1,2
(1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation,Beijing 100027,China;2.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China;3.China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Based on the facts that there is no obvious improvement in injection conformance and no significant water cut reduction in production wells after polymer flooding in S oilfield in Bohai Bay,this study used cross-linked polymer microspheres-polymer composite flooding to research the effect of chemical system composition,displacement speed,injection volume on polymer flooding by physical simulation experiments,and to optimize injection parameters of composite system.The results showed that the higher the concentration of cross-linked polymer microspheres at a total concentration of 1 750 mg/L,the more the oil recovery enhancement;the 1 350?1 650 mg/L polymer composite system can achieve better oil recovery when the cross-linked polymer microsphere concentration reaches 400?100 mg/L;compared with single polymer flooding,the cross-linked polymer microspheres polymer composite system flooding can enhance recovery factor by 8%?11%;in addition,it was found that the composite system could better improve polymer flooding at the displacement rate of 3.5 m/d and the injection volume of 530 mg/L?PV.

cross-linked polymer microspheres;polymer;composite displacement system;injection parameter;deep displacement;offshore oilfield

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”項(xiàng)目“海上稠油化學(xué)驅(qū)油技術(shù)”課題（2011ZX05024-004）

TE357.461

：A

1000-0747(2014)06-0727-04

10.11698/PED.2014.06.12

楊俊茹（1965-），女，河南鄭州人，中海油研究總院高級(jí)工程師，主要從事海上油田提高采收率研究工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街六號(hào)院中國(guó)海油大廈，中海油研究總院，郵政編碼：100027。E-mail：yangjr@cnooc.com.cn

2014-03-26

2014-09-16