郭 斐

（中石油遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

遼河油田隨著開發(fā)的不斷深入，目前注入注水區(qū)塊綜合含水不斷上升，產(chǎn)量遞減速度逐年增大，已經(jīng)進入了“雙高”開采階段。穩(wěn)油控水，轉(zhuǎn)換開發(fā)方式，尋找開采的接替技術(shù)，成為當(dāng)前遼河油田原油開采的所面臨的急需解決的問題?；瘜W(xué)驅(qū)作為大幅度提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)，遼河油田自2010年相繼在錦16 塊、沈84-安12 塊、沈67 塊、曙三區(qū)開展了聚/表復(fù)合驅(qū)、弱堿三元驅(qū)等現(xiàn)場試驗，特別是錦16 塊，產(chǎn)量由轉(zhuǎn)驅(qū)前57 t 上升至最高353 t，綜合含水下降15%，取得明顯增油降水效果[1]。

但在已經(jīng)實施的化學(xué)驅(qū)區(qū)塊中，部分中低滲區(qū)塊井組出現(xiàn)了注入壓力升高較快、爬坡壓力大等問題，影響區(qū)塊正常注入。經(jīng)過對現(xiàn)場原因分析，認(rèn)為儲層孔喉結(jié)構(gòu)與注入聚合物分子量、注入濃度不匹配是主要原因。為了研究儲層與聚合物分子量匹配性，本文以聚合物水動力學(xué)尺寸入手，建立了微孔濾膜測定聚合物水動力學(xué)尺寸的實驗方法，利用該方法研究不同水質(zhì)、不同聚合物濃度、表活劑、堿等體系對聚合物水動力學(xué)尺寸影響，明確聚合物分子尺寸在各種條件下的變化趨勢，最后利用物模注入性實驗確定聚合物水動力學(xué)尺寸和平均孔喉半徑的匹配倍數(shù)，為個性化設(shè)計化學(xué)驅(qū)方案提供依據(jù)。

1 實驗條件

1.1 水動力學(xué)尺寸測試原理

利用化學(xué)驅(qū)物理模擬實驗裝置，將微孔濾膜固定在巖心夾持器中部，在0.20 MPa 固定壓差下，驅(qū)替待測聚合物溶液通過不同孔徑的濾膜，收集采出液并測定溶液采出前后黏度，計算粘損。繪制粘損隨微孔濾膜孔徑的變化曲線圖，曲線拐點就是所能通過的聚合物溶液的水動力學(xué)尺寸[3-4]。

1.2 實驗設(shè)備與材料

1）Brookfield DV-Ⅱ黏度計，帶UL 適配器。

2）微孔濾膜，上海興亞公司，孔徑從0.1 到3.0 μm 不等。

3）多功能化學(xué)驅(qū)驅(qū)替裝置，遼河自研，注入速度0.01～50 mL·min-1。

4）聚丙烯酰胺：現(xiàn)場用1 200～1 600 萬部分水解陰離子型聚丙烯酰胺。

4）表面活性劑：現(xiàn)場用磺酸鹽類表面活性劑，有效物含量40%。

5）Na2CO3：分析純。

6）水：根據(jù)現(xiàn)場成分配制的模擬水，水型為NaHCO3型，具體組成見表1。

表1 區(qū)塊水質(zhì)成分組分表 mg·L-1

1.3 實驗方法

1）注入性實驗步驟：①取芯井巖心經(jīng)過洗油、烘干后后，測定巖心氣相滲透率；②巖心進行抽空飽和水，記錄前后巖心質(zhì)量，計算孔隙體積；③按照0.05～0.10 mL·min-1速度恒速進行模擬水驅(qū)驅(qū)替，記錄水驅(qū)階段的穩(wěn)定壓差；④按照上述速度恒速注入聚合物體系，至注入壓力、出液穩(wěn)定時停注，記錄聚驅(qū)階段穩(wěn)定壓差，計算阻力系數(shù)；⑤按照上述速度恒速進行后續(xù)水驅(qū)，至壓力、流量穩(wěn)定，記錄后續(xù)階段穩(wěn)定壓差，計算殘余阻力系數(shù)；⑥在實驗中遇注入壓力不穩(wěn)定時，應(yīng)適當(dāng)延長注入量至壓力穩(wěn)定，若壓力仍難穩(wěn)定，以結(jié)束實驗壓力為該階段的最終壓力。

2）巖性滲透率、空隙體積測試方法執(zhí)行GB 29172—2012《巖心分析方法》。

3）聚合物溶液配制方法和性能檢測執(zhí)行行標(biāo)SY/T 5862—2020《驅(qū)油用聚合物技術(shù)要求》的規(guī)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 現(xiàn)場聚合物性質(zhì)分析

對現(xiàn)場聚合物取樣進行質(zhì)量檢測，參照SY/T 5862 檢測要求，其基本性能如表2所示。根據(jù)表2可以看出，現(xiàn)場用的聚合物各項性能參數(shù)均達到行標(biāo)技術(shù)要求，其分子量為1 480 萬，與給出的1 200～1 600 萬范圍相符。

表2 驅(qū)油聚合物參數(shù)測定結(jié)果

采用模擬水配制一系列聚合物濃度，并測試不同濃度下的黏度，測試方法參照SY/T 5862，測試溫度70 ℃。

由表3可以看出，聚合物黏度隨濃度增加而增加，表現(xiàn)出低聚合物濃度時黏度增加慢，高聚合物濃度時黏度增加快的特點，其黏度增加轉(zhuǎn)折濃度在1 500 mg·L-1左右。

表3 不同質(zhì)量濃度聚合物的黏度

2.2 現(xiàn)場聚合物水動力學(xué)尺寸測試結(jié)果

2.2.1 不同聚合物濃度對水動力學(xué)尺寸影響

配制一系列的聚合物溶液，按照上述實驗方法分別測定不同聚合物溶液的濃度的水動力學(xué)尺寸，結(jié)果如圖1所示，聚合物的水動力學(xué)尺寸變化規(guī)律與黏度變化匯率一致，都是隨濃度的增加逐漸增大的。當(dāng)聚合物溶液的質(zhì)量濃度從500 mg·L-1逐漸增大到2 500 mg·L-1時，聚合物溶液的水動力學(xué)尺寸從0.65 μm 逐漸增加到0.85μm，增幅超過30%；當(dāng)聚合物濃度超過1 500 mg·L-1時，濃度增加水動力學(xué)尺寸增加幅度變緩，這與黏度-濃度關(guān)系曲線聚合物超過1 500 mg·L-1黏度大幅開始上升變化點基本一致。

圖1 不同聚合物質(zhì)量濃度對水動力學(xué)尺寸影響

2.2.2 表活劑對聚合物水動力學(xué)尺寸影響

分別配制1 500 mg·L-1的聚合物溶液及1 500 mg·L-1聚合物+（500～2 000 mg·L-1）S84 表活劑的二元復(fù)合體系，分別測定水動力學(xué)尺寸。由圖2可知S84 現(xiàn)場用磺酸鹽類表活劑對聚合物的水動力尺寸影響較小。當(dāng)表活劑濃度逐漸變大時，聚合物的水動力學(xué)尺寸隨濃度的增加略有下降。

圖2 不同表活劑質(zhì)量濃度對水動力學(xué)尺寸影響

2.2.3 堿對聚合物水動力學(xué)尺寸影響

分別配制1 500 mg·L-1的聚合物溶液及1 500 mg·L-1聚合物+（2 000～12 000 mg·L-1）碳酸鈉體系，分別測定聚合物及堿+聚合物溶液的水動力學(xué)尺寸。由圖3可知聚合物的水動力學(xué)尺寸隨碳酸鈉濃度的增加逐漸減小，與堿對黏度變化趨勢一致。堿質(zhì)量濃度小于2 000 mg·L-1對聚合物水動力學(xué)尺寸影響較小，當(dāng)碳酸鈉質(zhì)量濃度從2 000 mg·L-1增大到12 000 mg·L-1時，水動力學(xué)尺寸從0.80 μm 逐漸下降到0.70μm。

圖3 不同堿質(zhì)量濃度對水動力學(xué)尺寸影響

2.2.4 水質(zhì)對聚合物水動力學(xué)尺寸影響

1）礦化度對聚合物水動力學(xué)尺寸影響

用不同質(zhì)量濃度的NaCl 溶液稀釋聚合物溶液。使用微孔濾膜裝置測定不同礦化度聚合物溶液的水動力尺寸。由圖4可知聚合物的水動力學(xué)尺寸隨濃度的增加逐漸減小。當(dāng)NaCl 質(zhì)量濃度>5 000 mg·L-1時，下降幅度逐漸變緩，當(dāng)濃度逐漸增大到10 000 mg·L-1時，聚合物溶液的水動力學(xué)尺寸從0.80 μm 逐漸下降到0.65 μm。

圖4 不同NaCl 質(zhì)量濃度對水動力學(xué)尺寸影響

2）二價陽離子對聚合物水動力學(xué)尺寸影響

配制不同質(zhì)量濃度（20、40、60、80、100、120、140 mg·L-1）的CaCl2、MgCl2溶液，稀釋聚合物溶液，分別測試水動力學(xué)尺寸。由圖5可知鈣、鎂濃度對水動力學(xué)尺寸影響基本一致。當(dāng)鈣、鎂離子的濃度逐漸變大時，聚合物的水動力學(xué)尺寸隨濃度的增加逐漸減小。整體來看，鎂離子對聚合物水動力學(xué)尺寸影響程度大于鈣離子。

圖5 鈣、鎂離子質(zhì)量濃度對水動力學(xué)尺寸影響

2.3 水動力學(xué)尺寸與儲層孔喉半徑匹配關(guān)系研究

為了獲取聚合物水動力學(xué)尺寸與巖心孔喉結(jié)構(gòu)匹配關(guān)系，實驗計劃利用真實巖心注入性實驗結(jié)合孔喉結(jié)構(gòu)測定結(jié)合方式，即在沈84 區(qū)塊的取芯井SJ5 相同位置分別取兩塊巖心，一塊巖心用來測試滲透率和平均孔喉半徑，另一塊用于開展注入性實驗，利用注入性結(jié)果獲取匹配關(guān)系。

2.3.1 實驗區(qū)塊簡介

沈84-安12 塊位于大民屯凹陷靜安堡構(gòu)造帶南部，整體上是一個三面被斷層所夾持、東高西低、北高南低、向西南傾沒的斷鼻狀半背斜構(gòu)造，孔隙結(jié)構(gòu)以中滲中-較細(xì)喉、高滲較細(xì)喉型為主，占65.5%，平均喉道半徑9.2 μm，下限7.05 μm，其中SJ5 井位于區(qū)塊構(gòu)造腰部、油層發(fā)育（＞80 m）的67-59 斷塊，該區(qū)域取心層段發(fā)育不同相帶，砂體連通系數(shù)在75%以上。

2.3.2 注入性實驗評價標(biāo)準(zhǔn)

遼河油田經(jīng)過大量實驗，確定了采用物模實驗確定注入性方法，并明確了只有當(dāng)以下兩個條件均注入順利，才認(rèn)為在該滲透率下，分子量、濃度注入順利，否則認(rèn)為注入困難，發(fā)生堵塞。1) 計算阻力系數(shù)，阻力系數(shù)小于 100，認(rèn)為注入順利；阻力系數(shù)大于 100，認(rèn)為注入堵塞。2) 計算殘余阻力系數(shù)與阻力系數(shù)的比值，小于 1/ 3，認(rèn)為注入順利；大于 1/ 3，注入堵塞[8]。

2.3.3 注入性實驗評價結(jié)果

注入性評價結(jié)果如表2所示。根據(jù)SJ5 井真實巖心注入性結(jié)果可表明，90 mD 巖心能夠注入的上限質(zhì)量濃度1 000 mg·L-1；150 mD 巖心能夠注入的上限質(zhì)量濃度為1 500 mg·L-1;而當(dāng)巖心滲透率大于200 mD，該聚合物在1 000～2 000 mg·L-1均能正常注入，不發(fā)生堵塞。

結(jié)合巖心滲透率、孔喉半徑測試情況，具體參見表4，認(rèn)為發(fā)生堵塞時巖心孔喉半徑平均值與聚合物水動力學(xué)尺寸的比值在5～6 倍，即說明要保證較好的注入性，巖心孔喉半徑均值/聚合物水動力尺寸的比值要大于6。

表4 真實巖心注入性評價結(jié)果

3 結(jié) 論

1）利用新建立微孔濾膜法測定現(xiàn)場用聚合物的水動力學(xué)尺寸，現(xiàn)場聚合物使用質(zhì)量濃度約為1 000～2 000 mg·L-1，其水動力學(xué)尺寸在0.69～0.83μm之間。

2）隨著聚合物濃度增加，聚合物水動力學(xué)尺寸逐漸增加，變化規(guī)律與黏度變化規(guī)律較為一致。

3）現(xiàn)場用的表活劑對聚合物水動力學(xué)尺寸影響較小，堿的加入會導(dǎo)致聚合物水動力學(xué)尺寸減小。

4）水質(zhì)中的二價陽離子、鈉離子會對聚合物水動力學(xué)尺寸造成影響，其濃度越大，聚合物水動力學(xué)尺寸越小。

5）利用真實巖心，確定了順利注入的條件：巖心孔喉半徑均值/聚合物水動力尺寸的比值要大于6，利用研究結(jié)果，個性化設(shè)計沈84 塊化學(xué)驅(qū)配方，現(xiàn)場實施后壓力上升平穩(wěn)。