謝 坤,盧祥國,姜維東,李 強(qiáng)

(1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,黑龍江大慶163318;2.中海石油有限公司,北京100028;3.中海石油研究總院,北京100027)

抗鹽聚合物儲層適應(yīng)性及其作用機(jī)制

謝 坤1,盧祥國1,姜維東2,李 強(qiáng)3

(1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,黑龍江大慶163318;2.中海石油有限公司,北京100028;3.中海石油研究總院,北京100027)

基于物理模擬實(shí)驗結(jié)果,對抗鹽聚合物(枝化聚合物、聚表劑)驅(qū)油效果進(jìn)行評價與分析,對于疏水締合聚合物,以聚合物溶液黏度、分子線團(tuán)尺寸、分子聚集態(tài)、傳輸運(yùn)移能力和驅(qū)油效果等為評價指標(biāo),考察締合程度對疏水締合聚合物油藏適應(yīng)性的影響,探討抗鹽聚合物的儲層適應(yīng)性。結(jié)果表明:抗鹽聚合物的增油效果與其黏度之間沒有必然聯(lián)系;抗鹽聚合物油藏適應(yīng)性與其聚合物分子聚集體形態(tài)密切相關(guān),當(dāng)其聚合物分子聚集體形態(tài)發(fā)生改變時,其在多孔介質(zhì)內(nèi)的傳輸運(yùn)移能力及其非均質(zhì)儲層適應(yīng)性隨之改變;改變聚合物分子聚集態(tài)空間構(gòu)型增加水溶液黏度的抗鹽聚合物、評價其儲層適應(yīng)性時,不應(yīng)過度關(guān)注其黏度指標(biāo),而應(yīng)注重其分子聚集體與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性。

抗鹽合聚合物;驅(qū)油效果;調(diào)節(jié)劑;疏水締合聚合物;分子聚集體;適應(yīng)性分析

從聚合物增加水溶液黏度的機(jī)制來看,抗鹽聚合物主要通過聚合物分子鏈間的交聯(lián)作用或疏水基團(tuán)間的締合作用形成具有“區(qū)域性”網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物分子聚集體,從而增加分子鏈溶劑化層表面包絡(luò)水分子的能力,最終在宏觀上表現(xiàn)出較強(qiáng)的增黏性能。對比普通聚合物增黏方式可以看出,聚合物增黏性能與聚合物分子聚集體形態(tài)密切相關(guān),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的抗鹽聚合物分子聚集體比線性支鏈結(jié)構(gòu)的普通聚合物分子集體包絡(luò)水分子能力強(qiáng),但前者分子線團(tuán)尺寸往往遠(yuǎn)大于后者。由于聚合物溶液現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境是油藏巖石孔隙[1-2],且其空間尺寸遠(yuǎn)小于室內(nèi)配制聚合物溶液的容器,所以分子聚集體較大的抗鹽聚合物在油藏條件下工作時可能會存在油藏適應(yīng)性問題[3-6],抗鹽聚合物的研究集中于增黏機(jī)制和溶液性能研究[7-12]。筆者以枝化聚合物和聚表劑為例,在其目前應(yīng)用的渤海油田和大慶油田油藏條件下對其驅(qū)油效果進(jìn)行評價與分析,提出抗鹽聚合物的增油效果與其黏度之間沒有必然聯(lián)系的觀點(diǎn)。以渤海油田廣泛使用的疏水締合聚合物為研究對象,在添加調(diào)節(jié)劑控制締合程度進(jìn)而改變聚合物分子聚集體形態(tài)的基礎(chǔ)上,通過研究不同締合程度下的疏水締合聚合物與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性,揭示具有類似“網(wǎng)狀”空間構(gòu)型聚合物分子聚集態(tài)的抗鹽聚合物與儲層間的適應(yīng)性本質(zhì)。

1 實(shí) 驗

1.1 試 劑

抗鹽型聚合物:疏水締合聚合物由四川光亞科技股份有限公司生產(chǎn),有效含量為90%,相對分子質(zhì)量1100×104;聚表劑由上海海博公司生產(chǎn),類型為Ⅲ型,有效含量為88%;支化聚合物由中海石油集團(tuán)公司研究總院提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗室提供,代號分別為CA01、CAB20、SB15和ABCA。

聚合物:部分水解聚丙烯酰胺HPAM由大慶煉化公司生產(chǎn),相對分子質(zhì)量為1 200×104(簡稱中分聚合物)和1900×104(簡稱高分聚合物),有效含量均為88%。

調(diào)節(jié)劑:疏水締合聚合物締合程度調(diào)節(jié)劑為β-環(huán)糊精(簡稱β-CD),國藥基團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

水為渤海油田和大慶油田模擬注入水,實(shí)驗用油由渤海油田和大慶油田脫水原油與煤油混合而成,渤海模擬油65℃條件下黏度為70 mPa·s,大慶模擬油45℃條件下黏度為9.8 mPa·s。

1.2 巖 心

巖心為模擬研究儲層地質(zhì)特征的石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心[13-14],包括層內(nèi)非均質(zhì)和多測壓點(diǎn)巖心,巖心高×寬×長為4.5 cm×4.5 cm×30 cm(圖1)。驅(qū)油實(shí)驗所用層內(nèi)非均質(zhì)巖心由厚度均為1.5 cm的高滲透、中滲透和低滲透3個小層組成,相應(yīng)氣測滲透率數(shù)值(kg)見表1。傳輸運(yùn)移能力實(shí)驗所用多測壓點(diǎn)巖心為均質(zhì)巖心,kg=1800×10-3μm2,測壓點(diǎn)位于巖心入口和中部位置。

圖1 人造巖心結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of artificial core

表1 非均質(zhì)巖心滲透率參數(shù)Table 1 Core permeability parameters

1.3 實(shí)驗設(shè)備

采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測試黏度,轉(zhuǎn)速為6 r/min,測試溫度為65℃。

采用日立(Hitachi)S-3400N掃描電鏡(SEM)觀測聚合物分子聚集態(tài):首先在-70℃下將聚合物溶液和二元復(fù)合驅(qū)油體系冷凍升華制取樣品,然后進(jìn)行噴金、電鏡觀察和典型區(qū)域拍照。

聚合物分子線團(tuán)尺寸Dh采用美國布魯克海文BI-200SM型廣角動/靜態(tài)光散射儀系統(tǒng)(Brookhaven Instruments Cop,USA)測試,該儀器主要部件包括BI-9000AT型激光相關(guān)器和信號處理器等部件。

滲流特性和驅(qū)替實(shí)驗設(shè)備主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等,除平流泵和手搖泵外,其他部分置于實(shí)驗溫度的恒溫箱[15]。

2 結(jié)果分析

2.1 抗鹽聚合物驅(qū)增油效果評價

2.1.1 抗鹽聚合物增黏原理

聚合物溶液黏度主要受聚合物分子流體力學(xué)尺寸和分子間作用形成的高分子鏈?zhǔn)黧w力學(xué)尺寸等因素影響。在抗鹽聚合物出現(xiàn)之前,靠增加相對分子質(zhì)量即增加分子鏈伸展程度來增大聚合物分子流體力學(xué)尺寸是稀溶液增加黏度的主要途徑,也是此前指導(dǎo)高增黏性聚合物設(shè)計的主要理論依據(jù)。但是由于過高相對分子質(zhì)量聚合物不僅合成困難,而且極易受到剪切降解,在實(shí)際應(yīng)用中難以達(dá)到預(yù)期效果,通過離子鍵、氫鍵和范德華力等作用力使分子鏈通過交聯(lián)或締合形成高級結(jié)構(gòu)可提高聚合物的增黏性?？果}型聚合物增黏機(jī)制可描述為聚合物溶液中聚合物分子鏈通過交聯(lián)或締合作用形成了超分子聚集體(如二聚體、三聚體和多聚體等),從而增加了聚合物溶液表觀黏度。隨著聚合物濃度繼續(xù)增加,聚集體的數(shù)量增多且結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng),最后形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),引起聚合物溶液黏度快速增加。

2.1.2 抗鹽聚合物驅(qū)油效果

模擬渤海儲層地質(zhì)特征(巖心1)和流體性質(zhì)條件下的幾種枝化聚合物溶液巖心驅(qū)替實(shí)驗采收率數(shù)據(jù)見表2(其中VP為孔隙體積),壓力與孔隙體積的關(guān)系見圖2。

表2 不同類型枝化聚合物巖心實(shí)驗采收率數(shù)據(jù)Table 2 Recovery experimental datain core experiment of different branched polymer

圖2 不同類型枝化聚合物注入壓力與VP的關(guān)系Fig.2 Relation between injection pressure and VPof different branched polymer

從表2和圖2看出,與黏度較低的枝化聚合物SB15相比較,枝化聚合物CA01、CAB20和ABCA雖然黏度較大,注入壓力較高,但其采收率增幅卻僅分別為5.5%、4.6%和4.1%,較SB15采收率增幅下降不少。這并不符合“普通聚合物驅(qū)黏度愈大,注入壓力愈高,增油效果愈好”的傳統(tǒng)認(rèn)識[15-16]。實(shí)驗結(jié)束后,觀察巖心端面發(fā)現(xiàn)存在膠狀滯留物(圖3),由此可知黏度較高的枝化聚合物ABCA和CAB20溶液與巖石孔隙適應(yīng)性較差,難以進(jìn)入巖心深部,雖然注入壓力大幅升高,但注入梯度變化卻主要集中在巖心端面及其附近區(qū)域,未能在內(nèi)部建立起有效的驅(qū)替壓力梯度,對中低滲透層的波及效果較差,因而采收率增幅較小[17]。反之,盡管枝化聚合物SB15溶液黏度較小,注入壓力較低,但它與巖心孔隙適應(yīng)性較好,可以進(jìn)入巖心深部,在有效封堵高滲透層的同時能夠促使后續(xù)聚合物溶液進(jìn)入中低滲透層,擴(kuò)大波及體積效果明顯,所以采收率增幅較大。

圖3 巖心端面滯留膠狀物Fig.3 Polymer retention in injection surface of core

此外,在模擬大慶薩爾圖油田某儲層地質(zhì)特征(巖心2)和流體性質(zhì)條件下,開展的聚合物驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率方法實(shí)驗研究也說明了抗鹽聚合物特殊的增黏方式會影響其油藏適應(yīng)性,相關(guān)采收率實(shí)驗結(jié)果見表3。

表3 不同類型驅(qū)替劑巖心實(shí)驗采收率數(shù)據(jù)Table 3 Recovery experimental data in core experiment of different displacing agent

從表3看出,在聚驅(qū)后化學(xué)劑用量相同條件下(0.6875VP),二元復(fù)合驅(qū)采收率增幅最大,其次是高濃聚合物驅(qū),再其次是三元復(fù)合驅(qū),聚表劑驅(qū)最小。分析表明,雖然二元和三元復(fù)合體系界面張力都達(dá)到了超低(10-3mN/m),具有較強(qiáng)的洗油能力,但二元復(fù)合體系黏度較高,擴(kuò)大波及體積能力較強(qiáng),因此增油效果好于三元復(fù)合驅(qū)。與二元復(fù)合體系相比較,高濃度聚合物溶液黏度較高,流度控制能力較強(qiáng),但洗油能力較弱,所以采收率較二元復(fù)合驅(qū)采收率低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),雖然聚表劑溶液黏度較高,注入壓力也是幾種驅(qū)油劑中最高的(圖4),但采收率卻最低,這也不符合“普通聚合物驅(qū)注入壓力愈高增油效果愈好”的傳統(tǒng)認(rèn)識。實(shí)驗結(jié)束后在巖心端面發(fā)現(xiàn)存在膠狀滯留物(圖5),表明功能基團(tuán)過度交聯(lián)形成大規(guī)?？臻g網(wǎng)絡(luò)狀后的聚表劑分子聚集體(圖6)與巖心孔隙間適應(yīng)性較差,其高注入壓力是因為注入性較差,整個驅(qū)替過程聚表劑溶液波及的有效范圍主要局限于巖心端面附近,擴(kuò)大波及體積效果較差,因而采收率增幅較小。

圖4 不同類型驅(qū)替劑注入壓力與VP的關(guān)系Fig.4 Relation between injection pressure and VPof different displacing agent

綜上所述,對于因改變聚合物分子聚集體空間構(gòu)型而具有較強(qiáng)增黏性能的抗鹽聚合物,其增油效果與其黏度之間沒有必然聯(lián)系。加之抗鹽聚合物分子聚集體尺寸較普通聚合物分子聚集體大很多,而聚合物分子聚集體形態(tài)又對聚合物油藏工作性能至關(guān)重要[18-19],所以下文從聚合物分子聚集體形態(tài)與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性層面探究了抗鹽聚合物儲層適應(yīng)性。

圖5 巖心端面滯留膠狀物Fig.5 Colloidal retentate in ends of core

圖6 分子聚集體電鏡照片F(xiàn)ig.6 SEM pictures of molecular aggregrates

2.2 抗鹽聚合物儲層適應(yīng)性評價及機(jī)制

通過改變聚合物濃度和添加調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)疏水締合聚合物分子間締合程度從而改變其聚合物分子聚集體形態(tài)[20-22],但由于聚合物濃度引起的締合程度變化無法定量表征,而添加調(diào)節(jié)劑引起的締合程度變化可用數(shù)學(xué)公式計算進(jìn)而定量表征,所以為更形象地說明聚合物分子聚集體形態(tài)變化對疏水締合聚合物儲層適應(yīng)性的影響,采用加入添加劑調(diào)節(jié)締合程度(改變聚合物分子聚集體形態(tài))的方法,通過評價聚合物溶液黏度、聚合物分子聚集態(tài)、線團(tuán)尺寸、傳輸運(yùn)移能力和驅(qū)油效果等指標(biāo),開展締合程度(聚合物分子聚集體形態(tài))對疏水締合聚合物溶液性能及其油藏適應(yīng)性的影響研究,進(jìn)而論證抗鹽聚合物與非均質(zhì)儲層間適應(yīng)性的本質(zhì)是抗鹽聚合物分子聚集體形態(tài)與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性。

2.2.1 締合程度對疏水締合聚合物溶液性能影響

疏水締合聚合物分子間締合程度λ定義為

式中,ηc為添加調(diào)節(jié)劑后疏水締合聚合物溶液黏度;ηi為未添加調(diào)節(jié)劑時疏水締合聚合物溶液黏度;η為疏水締合聚合物疏水基團(tuán)被完全包裹時溶液黏度(本體黏度)。

(1)黏度。采用注入水配制濃度為5 g/L疏水締合聚合物母液,在油藏溫度65℃條件下靜置24 h,然后稀釋成濃度為1.75 g/L目的液;采用注入水直接配制濃度為1.75 g/L中分聚合物目的液。分別向兩種目的液加入不同濃度調(diào)節(jié)劑,調(diào)節(jié)劑濃度與聚合物溶液黏度測試結(jié)果見表4、表5和圖7。

表4 疏水締合聚合物黏度Table 4 Viscosity of HAP

從圖7看出,隨調(diào)節(jié)劑β-環(huán)糊精濃度增加,初始階段疏水締合聚合物分子間締合程度大幅度降低,溶液黏度快速下降,當(dāng)調(diào)節(jié)劑濃度增加到0.068%以后,聚合物分子間締合程度為0,聚合物溶液黏度逐漸趨于穩(wěn)定,表明此時疏水締合聚合物分子鏈上疏水基團(tuán)已經(jīng)被完全包裹,締合作用完全受到抑制。與疏水締合聚合物相比較,β-環(huán)糊精對中分聚合物溶液黏度沒有影響,表明中分聚合物分子鏈上不含疏水基團(tuán),這也說明了疏水締合聚合物與普通聚合物增黏方式的差異。

表5 中分聚合物黏度Table 5 Viscosity of zhongfen polymer

圖7 調(diào)節(jié)劑濃度與聚合物溶液黏度關(guān)系Fig.7 Relation of conditioner concentration and viscosity

具有“錐形親水外腔,圓環(huán)疏水內(nèi)腔”結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)劑β-環(huán)糊精可通過疏水作用力、氫鍵和范德華力等進(jìn)行分子識別[23-24],然后與多種無機(jī)和有機(jī)小分子(如聚合物大分子等)形成主-客體包結(jié)復(fù)合物,從而改變客體分子的反應(yīng)活性和溶液性質(zhì)(β-環(huán)糊精包結(jié)疏水單體示意圖見圖8)。

圖8 β-環(huán)糊精包結(jié)疏水單體示意圖Fig.8 Hydrophobic inclusion monomer of β-CD

當(dāng)疏水締合聚合物分子鏈上疏水基團(tuán)被β-環(huán)糊精包裹后,疏水基團(tuán)間締合作用受到抑制,超分子聚集體和空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以形成,聚合物溶液黏度也就難以快速增長。

(2)聚合物分子線團(tuán)尺寸Dh和分子聚集態(tài)。采用注入水配制濃度為5 g/L疏水締合聚合物母液,在油藏溫度65℃條件下靜置24 h,然后稀釋為1.75 g/L聚合物溶液,并加入不同濃度調(diào)節(jié)劑,相應(yīng)Dh測試結(jié)果、聚合物分子聚集態(tài)電鏡掃描圖分別見表6(CP=0.1 g/L)和圖9。

表6 Dh實(shí)驗結(jié)果Table 6 Experimental result of Dh

由表6和圖9可知,未加入β-環(huán)糊精的疏水締合聚合物分子聚集態(tài)呈現(xiàn)三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),外觀形態(tài)比較完整。加入添加劑后,β-環(huán)糊精對疏水單體的包裹作用拆散了疏水基團(tuán)間締合形成的締合結(jié)構(gòu),聚合物分子聚集態(tài)由整體性較好的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?yōu)椤八砂刂Α睜畹乃缮⒔Y(jié)構(gòu)[20],分子線團(tuán)尺寸Dh減小。隨著添加劑濃度增加,被β-環(huán)糊精包裹的疏水基團(tuán)數(shù)目增加,聚合物分子間締合程度逐漸降低,聚合物聚集態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性降低,分子線團(tuán)尺寸隨之減小。當(dāng)β-環(huán)糊精濃度大于0.08%即疏水締合作用受到完全抑制時,“β-環(huán)糊精/APP4疏水締合聚合物”體系中聚合物分子聚集態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全消失,整體呈“松柏枝”狀的松散結(jié)構(gòu),分子線團(tuán)尺寸也較小。通過調(diào)節(jié)β-環(huán)糊精濃度改變疏水締合聚合物分子間締合程度,從而調(diào)節(jié)聚合物分子聚集體形態(tài)的研究方法是可行的,這也說明了可以通過研究不同締合程度疏水締合聚合物與儲層間的適應(yīng)性來探究抗鹽聚合物分子聚集體形態(tài)與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性。

圖9 不同濃度β-環(huán)糊精包裹下聚合物分子聚集態(tài)Fig.9 SEM picture of molecular aggregrates under different concentration of β-CD

2.2.2 締合程度對疏水締合聚合物傳輸運(yùn)移能力影響

阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)通常反映的是聚合物在多孔介質(zhì)內(nèi)的總體滯留狀況,但其不能表征聚合物在多孔介質(zhì)中流動時的沿程滯留分布。然而,聚合物的滯留分布狀況對聚合物驅(qū)波及效率存在重要影響,所以目前通常采用多測壓點(diǎn)巖心實(shí)驗分析聚合物沿多孔介質(zhì)流動方向的滯留分布。本文中實(shí)驗通過測定不同締合程度的疏水締合聚合物流經(jīng)巖心時巖心前半部分和后半部分壓差,并比較兩個壓差值,進(jìn)而對不同締合程度的疏水締合聚合物溶液的傳輸運(yùn)移能力做出評價。

締合程度對疏水締合聚合物溶液傳輸運(yùn)移能力影響實(shí)驗結(jié)果見表7。

表7 測壓點(diǎn)實(shí)驗數(shù)據(jù)Table 7 Experimental data of pressure taps

由表7可知,與未加β-環(huán)糊的疏水締合聚合物溶液相比較,含有0.004%β-環(huán)糊的疏水締合聚合物溶液注入過程中巖心前半部分壓差較小,后半部分壓差較大。后續(xù)水驅(qū)結(jié)束時,壓差變化仍呈現(xiàn)類似趨勢。這是因為加入β-環(huán)糊精調(diào)節(jié)疏水締合聚合物分子間締合程度后,聚合物分子聚集體尺寸減小,在多孔介質(zhì)中傳輸運(yùn)移能力增強(qiáng),從而造成聚合物溶液在巖心前半部分滯留量減少,后半部分增加。

2.2.3 締合程度對疏水締合聚合物與儲層非均質(zhì)性適應(yīng)性影響

在聚合物驅(qū)礦場應(yīng)用實(shí)踐中,除了確保聚合物分子聚集體能夠通過非均質(zhì)儲層低滲透層孔隙外,還必須兼顧聚合物在高滲透層中因滯留而產(chǎn)生的液流轉(zhuǎn)向作用。由此可見,當(dāng)疏水締合聚合物分子聚集體形態(tài)隨聚合物分子間締合程度變化而變化時,與之相配伍的儲層平均滲透率和非均質(zhì)性也將發(fā)生變化。

在締合程度和巖心非均質(zhì)程度不同條件下,聚合物采收率數(shù)據(jù)見表8和圖10。

表8 不同締合程度疏水締合聚合物巖心實(shí)驗采收率數(shù)據(jù)Table 8 Recovery experimental datain core experiment of HAP with different association degree

圖10 采收率增幅與締合程度關(guān)系Fig.10 Relationship of recovery increase amplitude and association degree

從表8、圖10和圖11看出,疏水締合聚合物增油效果受其締合程度與非均質(zhì)儲層間適應(yīng)性影響。對于非均質(zhì)性較弱的巖心3和巖心4,當(dāng)聚合物溶液中未添加調(diào)節(jié)劑時,疏水締合聚合物分子間締合程度較高,聚合物分子聚集體尺寸較大,與巖心孔隙配伍性較差,盡管注入壓力較高,但壓力損耗主要集中在巖心端面及其附近區(qū)域,擴(kuò)大波及體積效果較差。同時,即使在高注入壓力下進(jìn)入巖心孔隙的聚合物分子也會因受強(qiáng)剪切作用而失去原有分子結(jié)構(gòu),黏彈性下降,洗油效率降低[25],所以采收率增幅較小。此時適當(dāng)降低疏水締合聚合物分子間締合程度,一方面可以兼顧高滲透層封堵和中低滲透層液流轉(zhuǎn)向作用,增強(qiáng)了聚合物溶液擴(kuò)大波及體積效果,另一方面還保留了較強(qiáng)的洗油效率。然而,當(dāng)調(diào)節(jié)劑濃度過大時,雖然聚合物分子聚集態(tài)尺寸減小,注入性得以改善,但是聚合物溶液不能在高滲透層建立較高的滲流阻力以及黏彈性降低,從而造成擴(kuò)大波及體積效果減弱和洗油效率降低,含水率降幅和采收率增幅降低。因此,對于巖心3和巖心4,含水率降幅和采收率增幅隨β-CD濃度增大而呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢,當(dāng)β-環(huán)糊精濃度分別為0.005%和0.002%時,巖心3和巖心4采收率達(dá)到最大值。對于巖心5,隨調(diào)節(jié)劑濃度增加,聚合物分子間締合程度降低,聚合物分子聚集體尺寸減小,可注入性增強(qiáng),但由于其非均質(zhì)性比較嚴(yán)重,封堵高滲透層是提高聚合物驅(qū)增油效果的主要途徑,減小聚合物分子間締合程度不僅不利于封堵高滲透層擴(kuò)大波及效果,還會造成黏彈性也逐漸下降,所以含水率降幅和采收率增幅隨β-CD濃度增加呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢。由此可見,疏水締合聚合物溶液與儲層非均質(zhì)性間存在最佳匹配關(guān)系。當(dāng)疏水締合聚合物分子間締合程度(分子聚集體形態(tài))與儲層非均質(zhì)間適應(yīng)性較好時,聚合物溶液擴(kuò)大波及體積能力和提高洗油效率能力較強(qiáng),最終采收率也較高。反之,即便注入壓力較高,擴(kuò)大波及體積能力和提高洗油效率能力也較弱(圖11)。

結(jié)合締合程度(分子聚集體形態(tài))對疏水締合聚合物儲層適應(yīng)性影響研究結(jié)果以及前文關(guān)于抗鹽聚合驅(qū)油效果評價的認(rèn)識可以發(fā)現(xiàn),雖然抗鹽聚合物在水溶液中形成的空間“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)為其帶來了良好的增黏性,但其空間“網(wǎng)狀”分子聚集體形態(tài)也意味著其分子聚集態(tài)尺寸較大,會影響其與非均質(zhì)油藏間的適應(yīng)性。評價抗鹽聚合物儲層適應(yīng)性時,不應(yīng)過度關(guān)注其黏度指標(biāo),而應(yīng)注重其分子聚集體形態(tài)與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性。這也說明了油田科技工作者在研發(fā)類似抗鹽聚合物時,不能片面追求提高抗鹽聚合物溶液黏度還應(yīng)意識到其較大聚合物分子聚集體可能帶來的油藏適應(yīng)性問題。因為只有當(dāng)抗鹽聚合物分子聚集體與巖心孔隙相匹配,黏彈性較強(qiáng)并且滿足非均質(zhì)儲層各個小層的流度控制需求時,抗鹽聚合物驅(qū)才能獲得最佳驅(qū)油效果。

圖11 注入壓力、含水率和采收率與VP的關(guān)系Fig.11 Relationship between injection pressure,water content,recovery and VP

3 結(jié) 論

(1)雖然抗鹽聚合物能在水溶液形成空間“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)聚集體促使聚合物溶液黏度大幅增加,但其黏度與聚合物驅(qū)增油效果間沒有必然聯(lián)系。

(2)當(dāng)抗鹽聚合物分子聚集體形態(tài)發(fā)生變化時,其分子聚集體尺寸也隨之改變,從而引起其在多孔介質(zhì)中的傳輸運(yùn)移能力以及其油藏適應(yīng)性發(fā)生變化。

(3)評價抗鹽聚合物的儲層適應(yīng)性不應(yīng)過度關(guān)注其黏度指標(biāo),而應(yīng)注重其分子聚集體與非均質(zhì)儲層間的適應(yīng)性。只有當(dāng)抗鹽聚合物分子聚集體與巖心孔隙相匹配,黏彈性較強(qiáng)并且滿足非均質(zhì)儲層各個小層的流度控制需求時,抗鹽聚合物驅(qū)才能獲得最佳驅(qū)油效果。

(4)對新型締合抗鹽聚合物應(yīng)針對儲層平均滲透率和非均質(zhì)性設(shè)計合理的疏水基團(tuán)數(shù)量,使聚合物溶液既能對高滲透層實(shí)施有效封堵,又能確保中低滲透層的液流轉(zhuǎn)向需求。

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(編輯 劉為清)

Reservoir adaptability and mechanism of salt-resistant polymer

XIE Kun1,LU Xiangguo1,JIANG Weidong2,LI Qiang3
(1.Key Laboratory of Enhanced Oil and Gas Recovery of Education Ministry in Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.CNOOC Limited,Beijing 100028,China;3.CNOOC Research Institute,Beijing 100027,China)

salt-resistant polymer;oil displacement effect;conditioner;hydrophobic associating polymer;polymer molecular aggregations;adaptability analysis

TE 357.4

:A

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XIE Kun,LU Xiangguo,JIANG Weidong,et al.Reservoir adaptability and mechanism of salt-resistant polymer[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2017,41(3):144-153.

1673-5005(2017)03-0144-10doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2017.03.018

2016-11-10

“十三五”油氣國家重大專項(2016ZX05058003-010);黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(ZD201312);東北石油大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項目(YJSCX2014-017NEPU)

謝坤(1991-),男,博士研究生,研究方向為提高采收率理論和技術(shù)。E-mail:xiekun725@163.com。

盧祥國(1960-),男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,研究方向為提高采收率理論和技術(shù)。E-mail:luxiangg2003@aliyun.com。

Absract:On the basis of the physical simulation results,the oil displacement efficiency of salt-resistant polymer(such as polymer-surfactant and branched polymer)has been evaluated and analyzed.For the hydrophobic associating polymer,the following evaluating indicators,such as polymer viscosity,molecular clew dimension,molecular aggregations,transmission ability and oil displacement effect were used to investigate the influence of association degree on reservoir adaptability of hydrophobic associating polymer.And the reservoir adaptability of salt-resistant polymer has been discussed as well.It is found that there is no connection between the oil displacement efficiency and viscosity of salt-resistant polymer.And the reservoir adaptability of salt-resistant polymer is closely related to its polymer molecular aggregations.When molecular aggregations change,its transmission ability in porous media and adaptability with heterogeneous reservoir also change correspondingly.When developing salt-resistant polymer to increase solution viscosity through changing space configuration of its molecular aggregations and evaluating its reservoir adaptability,the viscosity should not be paid excessive attention.Instead,it is the a-daptability between polymer molecular aggregations and heterogeneous reservoir that should be emphasized.