曹廣勝，隋 雨，杜明宇，桑叢雨，劉藝佳，李世寧

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司，黑龍江大慶，163100）

喇嘛甸油田經(jīng)過(guò)近20年聚合物驅(qū)開發(fā)，目前注聚層位已全面轉(zhuǎn)向二類油層。二類油層包括二類B油層和二類A油層[1‐3]，二類A油層注聚開發(fā)取得了良好的開發(fā)效果。與二類A油層相比，二類B油層非均質(zhì)性更嚴(yán)重，滲透率更低[4‐5]，且注聚過(guò)程中對(duì)單井注聚體系參數(shù)進(jìn)行個(gè)性設(shè)計(jì)和優(yōu)化調(diào)整，再加上油層流體性質(zhì)復(fù)雜多樣，多種流體在油層中滲流特征差異較大[6]，因此聚驅(qū)開發(fā)規(guī)律也發(fā)生了相應(yīng)的變化。

目前，關(guān)于二類B油層聚合物滲流特征及開發(fā)規(guī)律國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較少，同時(shí)，已經(jīng)投產(chǎn)的二類B油層聚驅(qū)區(qū)塊開發(fā)效果不理想[7‐8]。為此，開展二類B油層聚驅(qū)滲流特征及開發(fā)規(guī)律研究。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究了二類B油層聚驅(qū)相滲特征及影響因素和二類B油層不同滲透率層段阻力系數(shù)變化特征及影響因素，確定了二類B油層相滲曲線變化特征，明確了不同滲透率油層阻力系數(shù)變化特征及分流率，為二類B油層聚合物驅(qū)開發(fā)方案編制、指標(biāo)預(yù)測(cè)及注采跟蹤調(diào)整提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1.1 相對(duì)滲透率 按式（1）-（4）計(jì)算油、水相對(duì) 滲透率[9‐11]。

式中，qw為水流量，mL/s；μo、μw為在測(cè)定溫度下油、水的黏度，mPa?s；Kw、Ko為水相、油相有效滲透率，μm2；Krw、Kro為水相、油相相對(duì)滲透率，μm2；A 為巖心橫截面積，cm2；p1、p2為注液端、出液端壓力，MPa；Ko(Sw1)為含水飽和度為Sw1的油相相對(duì)滲透率，μm2。

實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)法[12]測(cè)量油水相對(duì)滲透率曲線。一般認(rèn)為，穩(wěn)態(tài)法適合高滲透率的巖心，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不長(zhǎng)；測(cè)量低滲透率巖心時(shí)，耗費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。由于穩(wěn)態(tài)法中流體飽和度可以通過(guò)控制注入油水比例直接計(jì)算，相對(duì)滲透率是由簡(jiǎn)單的Darcy定律計(jì)算，因而所得結(jié)果誤差小、可信度高[13‐15]。

1.1.2 阻力系數(shù) 阻力系數(shù)的定義是油層注聚合物達(dá)到充分吸附后的流度與注水時(shí)的流度之比。這種定義方法在實(shí)際應(yīng)用中存在缺陷，該定義方法只能用來(lái)評(píng)價(jià)聚合物，不能用于描述注聚合物的動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)際注聚合物油層不可能達(dá)到充分吸附的程度。滲流力學(xué)中定義的阻力系數(shù)與水力學(xué)中定義的阻力系數(shù)是統(tǒng)一的。用達(dá)西定律和流度定義推導(dǎo)出阻力系數(shù)的計(jì)算公式。

當(dāng)聚合物溶液流過(guò)多孔介質(zhì)時(shí)，會(huì)引起驅(qū)替液的流度降低。有學(xué)者提出，利用阻力系數(shù)來(lái)定量描述這種效應(yīng)[16‐18]。阻力系數(shù)RF是水的流度與聚合物溶液流度之比。

不存在（或忽略）黏彈性影響時(shí)，利用達(dá)西公式，式（5）可變?yōu)椋?/p>

當(dāng)多孔介質(zhì)長(zhǎng)度一定，聚合物溶液和水的流速恒定時(shí)，則：

式中，LV為達(dá)西公式導(dǎo)出式；ΔP為壓差，MPa。式（7）即為實(shí)驗(yàn)方法確定阻力系數(shù)的公式。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用注入水總礦化度6 778 mg/L，用0.22 μm的濾膜過(guò)濾兩遍。

實(shí)驗(yàn)用聚合物相對(duì)分子質(zhì)量1 200萬(wàn)、1 900萬(wàn)、2 500萬(wàn)，白色粉末狀。用過(guò)濾后的注入水溶解聚合物，配置成1 200、1 500、1 800 mg/L的聚合物溶液。

實(shí)驗(yàn)用原始油黏度為20.0 mPa?s，將其與煤油按質(zhì)量比1∶1混合配制，混合后黏度為10.5 mPa?s。

實(shí)驗(yàn)選用有效滲透率大致為200×10-3、400×10-3、600×10-3μm2的人造巖心。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將巖心抽空4 h后，飽和人工合成鹽水，測(cè)量孔隙度。（2）將飽和人工合成鹽水后的巖心放置在烘箱內(nèi)恒溫（45℃）12 h以上。（3）以3 mL/min的驅(qū)替速度水驅(qū)3 PV，記錄壓力。（4）以0.3 mL/min的驅(qū)替速度進(jìn)行不同方案聚合物驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，記錄注入壓力數(shù)據(jù)，注入3～5 PV聚合物結(jié)束，計(jì)算不同方案聚驅(qū)阻力系數(shù)。（5）以3 mL/min的驅(qū)替速度轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)，注入后續(xù)水3～5 PV，記錄壓力、時(shí)間。

2 聚合物驅(qū)相滲特征研究

2.1 相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率的影響

在聚合物溶液質(zhì)量濃度為1 500 mg/L，巖心滲透率為400 mD條件下，對(duì)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為 1 200萬(wàn)、1 900萬(wàn)、2 500萬(wàn)測(cè)得的相對(duì)滲透率進(jìn)行分析對(duì)比，探究聚合物相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，在巖心滲透率和聚合物溶液質(zhì)量濃度不變的前提下，隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，等滲點(diǎn)向右偏移了5%，在同一含水飽和度時(shí)刻，聚合物相的相對(duì)滲透率越來(lái)越低，約下降10%，殘余油飽和度下降4%左右，說(shuō)明隨聚合物相對(duì)分子質(zhì)量增加，聚合物的注入能力變差，向地層注聚時(shí)地面壓力越高，注聚越困難。含聚水相、水相兩相跨度也隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增大，殘余油飽和度降低，即在其他條件不變的前提下，高相對(duì)分子質(zhì)量聚驅(qū)的油層動(dòng)用程度越高，開發(fā)效果更好。因此，提高聚合物相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)提高采出程度，但會(huì)增大注入難度，所以要在注入能力許可的范圍內(nèi)選擇大相對(duì)分子質(zhì)量聚合物。

圖1 不同相對(duì)分子質(zhì)量的相對(duì)滲透率Fig.1 Relative permeability curves of different molecular weights

2.2 質(zhì)量濃度對(duì)聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率的影響

在聚合物相對(duì)分子質(zhì)量為1 900萬(wàn)、巖心滲透率為400 mD條件下，對(duì)聚合物溶液質(zhì)量濃度為1 200、1 500、1 800 mg/L測(cè)得的相對(duì)滲透率曲線進(jìn)行對(duì)比，研究質(zhì)量濃度對(duì)聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同質(zhì)量濃度的相對(duì)滲透率Fig.2 Relative permeability curves of different mass concentration

從圖2可以看出，等滲點(diǎn)含水飽和度依次增大4%左右，油水兩相跨度逐漸增大約4%，而含水率曲線逐漸變陡，高質(zhì)量濃度聚合物驅(qū)的驅(qū)油效果要好于低質(zhì)量濃度聚合物驅(qū)。對(duì)比同一含水飽和度時(shí)刻下的相對(duì)滲透率可以看出，隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度的增加，含聚水相滲透率降低10%，油相滲透率逐漸升高約8%。隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度的增加，等滲點(diǎn)含水飽和度和兩相跨度都逐漸增大，說(shuō)明聚合物驅(qū)油相在巖心內(nèi)占主導(dǎo)作用的時(shí)間長(zhǎng)，孔隙利用系數(shù)高，有利于油在巖心內(nèi)部的流動(dòng)，從而提高波及效率。因此，提高聚合物質(zhì)量濃度會(huì)提高采出程度，但同樣會(huì)增大注入難度，所以要在注入能力許可的范圍內(nèi)選擇高質(zhì)量濃度聚合物。

2.3 滲透率對(duì)聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率的影響

選取1 900萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量、質(zhì)量濃度1 800 mg/L聚合物體系，測(cè)定滲透率分別為200、400、600 mD巖心相對(duì)滲透率曲線，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，三組相對(duì)滲透率曲線的兩相跨度隨著滲透率的增加而變大，逐漸增大3%左右；等滲點(diǎn)隨著巖心滲透率的增加依次向右偏移3%和9%；在同一含水飽和度時(shí)，含聚水相相對(duì)滲透率隨著巖心滲透率的增加而上升。

圖3 不同滲透率的相對(duì)滲透率Fig.3 Relative permeability curves of different permeabilitu

滲透率由高到低對(duì)應(yīng)的殘余油飽和度依次上升，這是因?yàn)槲镄暂^好的巖心孔喉半徑大，聚合物溶液能更好地深入到巖心孔喉當(dāng)中，且高滲透性巖心孔喉連通性好，聚合物分子剪切程度低，有效黏度大，波及體積大，殘余油飽和度低。

3 非均質(zhì)油層高低滲透層阻力系數(shù)和分流率變化特征

將1 200萬(wàn)、1 900萬(wàn)、2 500萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量聚合物配制成質(zhì)量濃度分別為1 200、1 500、1 800 mg/L的聚合物溶液，分別注入滲透率為200、400、600 mD的巖心，所得結(jié)果見表1。對(duì)比3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，聚合物驅(qū)阻力系數(shù)隨著巖心滲透率的降低而升高。巖心滲透率越低，聚合物分子的有效尺寸與巖心孔道的比值越大，聚合物在孔隙中流動(dòng)阻力越大，阻力系數(shù)越大。且?guī)r心滲透率的降低會(huì)使聚合物的滯留量、殘余阻力系數(shù)增大。阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)[17‐18]之間的關(guān) 系為：

水黏度μw一定，聚合物黏度μP隨溶液質(zhì)量濃度增加而增大，因而阻力系數(shù)RK也隨聚合物溶液質(zhì)量濃度的增加而增大。因此，要在阻力系數(shù)盡可能小的情況下選擇相對(duì)分子質(zhì)量和質(zhì)量濃度高的聚合物溶液。

表1 巖心實(shí)驗(yàn)Table 1 Core test results

4 非均質(zhì)巖心阻力系數(shù)與分流率變化關(guān)系

4.1 不同相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)阻力系數(shù)與分流率關(guān)系

不同相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)阻力系數(shù)與分流率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖4表明，隨著聚合物注入量的增加，阻力系數(shù)會(huì)逐漸增加，轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)后阻力系數(shù)不會(huì)立即下降，而是在一定注水體積內(nèi)有小幅度升高然后持續(xù)下降，最后殘余阻力系數(shù)趨于穩(wěn)定。分析其原因，在注聚剛轉(zhuǎn)為水驅(qū)時(shí)，由于水沒有突破聚合物段塞，聚合物在巖心內(nèi)仍然擴(kuò)大其波及體積，導(dǎo)致阻力系數(shù)繼續(xù)升高。在注聚過(guò)程中，巖心的阻力系數(shù)會(huì)不斷上升，而在此過(guò)程中，巖心的吸水剖面被改善，由于聚合物進(jìn)入高滲層較多，高滲層分流率會(huì)下降，中、低滲層的分流率會(huì)有所上升。隨著中、低滲透層聚合物溶液的不斷進(jìn)入，其滲流阻力增大，導(dǎo)致其吸水量逐漸下降，分流率降低。當(dāng)轉(zhuǎn)入后續(xù)水驅(qū)后，聚合物在中、低滲層殘留較多，阻力系數(shù)較大，高滲層分流率不斷上升。

聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越大，聚驅(qū)階段高滲透巖心分流率下降速度越快，達(dá)到最低點(diǎn)注入孔隙體積越小，最低點(diǎn)高滲透巖心分流率數(shù)值越小。表明聚合物相對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量越大，調(diào)整剖面時(shí)間越短，甚至?xí)l(fā)生“剖面返轉(zhuǎn)”[19]現(xiàn)象，高滲透層上升幅度程度大，影響聚驅(qū)效果；相對(duì)分子質(zhì)量越小，調(diào)整剖面時(shí)間越長(zhǎng)，低滲透層分流率一直較低，動(dòng)用較差，影響聚驅(qū)效果。因此，聚驅(qū)過(guò)程中優(yōu)選與油層匹配的相對(duì)分子質(zhì)量。

圖4 不同相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)阻力系數(shù)和分流率的變化Fig.4 Variation curve of resistance coefficient and rac?tional flow rateunder under different molecular weights

4.2 不同質(zhì)量濃度時(shí)阻力系數(shù)與分流率關(guān)系

不同質(zhì)量濃度時(shí)阻力系數(shù)和分流率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。圖5表明，在滲透率級(jí)差、聚合物相對(duì)分子質(zhì)量相同條件下，聚合物溶液質(zhì)量濃度越大，高滲透層分流率下降速度越快，但低滲層分流率保持較高，調(diào)整剖面效果越好。注入質(zhì)量濃度越低，改善剖面作用較弱。因此，注入質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮提高原油采收率和減少儲(chǔ)層損傷兩方面因素，同時(shí)在注聚過(guò)程中，可依據(jù)高低質(zhì)量濃度分流率的變化特點(diǎn)，進(jìn)行注入質(zhì)量濃度優(yōu)化。

圖5 不同質(zhì)量濃度時(shí)阻力系數(shù)和分流率的變化Fig.5 Change curve of resistance coefficient and rac?tional flow rateunder under different concentrations

4.3 不同滲透率級(jí)差與分流率關(guān)系

不同滲透率時(shí)阻力系數(shù)和分流率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。圖6表明，在聚合物相對(duì)分子質(zhì)量、聚合物質(zhì)量濃度相同的情況下，隨著巖心滲透率級(jí)差的增大，聚驅(qū)階段高滲透層分流率下降速度越快，達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)機(jī)越早，注入孔隙體積越少，最低點(diǎn)高滲透層分流率數(shù)值越大，調(diào)整吸液剖面見效時(shí)間持續(xù)越短，高滲透層分流率開始上升的時(shí)機(jī)越早，上升速度越快，上升幅度越大；調(diào)整吸液剖面效果越差，對(duì)聚驅(qū)效果影響越嚴(yán)重。

5 結(jié) 論

（1）隨著巖心滲透率的升高，聚合物驅(qū)相對(duì)滲透率曲線等滲點(diǎn)向右移動(dòng)，含聚水相、水相兩相流跨度增大，殘余油飽和度降低。

（2）提高聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和注入質(zhì)量濃度可使相對(duì)滲透率曲線的等滲點(diǎn)和右端點(diǎn)普遍右移，開發(fā)效果更好，殘余油飽和度下降。

（3）聚合物驅(qū)阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度的上升而增大，隨巖心滲透率的降低而增大，隨聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。

（4）聚合物驅(qū)阻力系數(shù)與分流率有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，阻力系數(shù)出現(xiàn)峰值時(shí)，分流率也出現(xiàn)峰值。聚合物相對(duì)分子質(zhì)量、溶液質(zhì)量濃度和滲透率級(jí)差影響著高滲透層分流率上升的時(shí)機(jī)，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量越大、溶液質(zhì)量濃度越高、滲透率級(jí)差越大，高滲透層分流率上升時(shí)機(jī)就越早。

圖6 不同滲透率級(jí)差時(shí)阻力系數(shù)和分流率的變化Fig.6 Change curve of resistance coefficient and ractional flow rateunder under different permeability