疏水締合聚合物儲層動態(tài)滯留規(guī)律及其影響因素
——以渤海A油田油藏條件為例

李 強，康曉東，姜維東，謝 坤，盧祥國，鄶婧文

(1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，北京 100028； 2.中海油研究總院，北京 100028；3.中海石油有限公司，北京 100028； 4.東北石油大學(xué) 提高采收率重點實驗室，黑龍江 大慶 163318)

引 言

近年來，聚合物驅(qū)油技術(shù)作為提高原油采收率的主導(dǎo)技術(shù)之一，在陸地油田和海上油田均發(fā)揮了重要的“穩(wěn)油控水”作用[1-4]。但在聚合物溶液流經(jīng)多孔介質(zhì)過程中，受聚合物自身性能、儲層孔喉尺寸、巖石表面性質(zhì)和礦物組成等因素影響，不可避免地會在地層中產(chǎn)生滯留損失。適當(dāng)?shù)木酆衔餃粲欣诮档退酀B透率，調(diào)整注入水吸入剖面，從而擴大水驅(qū)波及體積，改善驅(qū)替效果。然而，如果聚合物在儲層中滯留量過大，聚合物溶液流度控制能力則會受到影響[5]。由此可見，明確聚合物儲層滯留規(guī)律對聚合物驅(qū)實踐有重要意義。目前，有關(guān)疏水締合聚合物的研究主要集中于增黏機理和溶液性能方面[6-8]，關(guān)于疏水締合聚合物儲層滯留的報道還很少且主要集中于靜態(tài)吸附實驗研究[9-11]。雖然靜態(tài)吸附實驗?zāi)苣M表面吸附和聚合物分子間作用所引起的滯留，可在一定程度上反映聚合物滯留規(guī)律，但因其不能模擬機械捕集以及流體動力學(xué)捕集引起的聚合物滯留，仍與聚合物實際儲層滯留行為存在較大差異。因此，為進一步認識疏水締合聚合物實際儲層滯留規(guī)律，本文以A油田地質(zhì)特征和流體性質(zhì)為研究平臺，通過分析不同聚合物注入量、注入速度、聚合物濃度和調(diào)節(jié)劑濃度對疏水締合聚合物動態(tài)滯留過程的影響，系統(tǒng)闡釋了疏水締合聚合物在油藏條件下的滯留機理，對海上油田聚合物驅(qū)提高原油采收率實踐具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實驗條件

1.1 藥劑和水

聚合物為A油田現(xiàn)場用疏水締合聚合物AP-P4，固含量90%，相對分子質(zhì)量1 100×104，疏水基團的摩爾分數(shù)在2%～5%之間，四川光亞科技股份有限公司。疏水締合聚合物分子聚集體調(diào)節(jié)劑為β-環(huán)糊精(化學(xué)純)，國藥基團化學(xué)試劑有限公司。水為渤海A油田模擬注入水，總礦化度為9 947.8 mg/L，離子組成見表1。

表1 水質(zhì)分析Tab.1 Water quality analysis result

1.2 巖心

實驗巖心為“石英砂—天然油砂”環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心[12-13]，幾何尺寸Φ×L=2.5 cm×10 cm，滲透率Kg=2 50010-3μm2，其中天然油砂由渤海A油田取心巖心經(jīng)甲苯洗滌、研磨和篩選得到，粒徑范圍130～180目。

1.3 實驗方法

實驗過程中，以固定流量向已飽和模擬水的巖心注入疏水締合聚合物溶液，直到采出液中聚合物濃度與注入液中聚合物濃度相等。實驗采用淀粉-碘化隔檢測方法檢測采出液聚合物濃度[14]，據(jù)此計算疏水締合聚合物在巖心中的動態(tài)滯留量

其中：Q為疏水締合聚合物在巖心中的滯留量，mg/g；C1和C2分別為注入液中聚合物質(zhì)量濃度和采出液中聚合物質(zhì)量濃度，mg/L；V1和V2分別為注入聚合物溶液體積和采出聚合物溶液體積，L；m為巖心質(zhì)量，g。

實驗中采用甲基硅油反轉(zhuǎn)巖心潤濕性。測定疏水締合聚合物在巖心中的捕集量，吸附量為總滯留量與捕集量之差[11]。

1.4 實驗設(shè)備

采用驅(qū)替實驗裝置開展聚合物溶液流動實驗，該裝置主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等[15]。除平流泵和手搖泵外，其他部分置于油藏溫度65 ℃恒溫箱內(nèi)。

2 結(jié)果分析

2.1 聚合物注入量對動態(tài)滯留量的影響

首先使用注入水配制質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的聚合物母液，在油藏溫度65 ℃下靜置24 h，然后稀釋成質(zhì)量濃度為1 750 mg/L的目的液，采用0.3 mL/min注入速度進行巖心流動實驗。采出液中聚合物質(zhì)量濃度以及巖心內(nèi)部聚合物滯留量測試結(jié)果見表2。

表2 不同注入PV數(shù)條件下聚合物滯留量測試結(jié)果Tab.2 Polymer retention when polymer solution of different PV is injected

從表2可以看出，聚合物注入階段，隨著聚合物注入PV數(shù)的增加(即聚合物注入量增加)，因吸附和捕集作用在巖心孔隙內(nèi)部的聚合物滯留量呈現(xiàn)出“先增加后平穩(wěn)”的變化趨勢，同時采出液中聚合物的質(zhì)量濃度也隨注入聚合物滯留量增幅的降低而逐漸趨于注入液質(zhì)量濃度。由于聚合物在巖心內(nèi)部的動態(tài)滯留量在聚合物注入量為10 PV時基本趨于穩(wěn)定，所以下文所有實驗聚合物注入量均為10 PV。

2.2 聚合物注入速度對動態(tài)滯留量的影響

首先使用注入水配制質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的聚合物母液，在油藏溫度65 ℃下靜置24 h，然后稀釋成質(zhì)量濃度為1 750 mg/L的目的液，分別以0.3 mL/min、0.6 mL/min和1.0 mL/min注入速度進行巖心流動實驗。巖心內(nèi)部聚合物滯留量測試結(jié)果見表3。

表3 不同注入速度下聚合物滯留量測試結(jié)果Tab.3 Polymer retention under different injection rates

從表3可以看出，隨著注入速度的增加，聚合物溶液在巖心中的吸附量、捕集量和總滯留量均呈現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢，吸附量、捕集量所占總滯留量比例分別呈現(xiàn)出持續(xù)下降和持續(xù)增加的趨勢。分析原因認為，隨著注入速度的增加，聚合物溶液流動過程中所受剪切作用增加，聚合物分子沿流動方向取向能力增強，得以進入空間尺寸更小的巖心孔隙。在此過程中，聚合物分子仍將不斷發(fā)生吸附和捕集，但受孔喉尺寸減小所帶來的配伍性影響，捕集量增幅較吸附量增幅更大。

2.3 聚合物濃度對動態(tài)滯留量的影響

首先使用注入水配制質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的疏水締合聚合物母液，在油藏溫度65 ℃下靜置24 h，然后稀釋成質(zhì)量濃度分別為1 500、1 750和2 000 mg/L的目的液，以0.3 mL/min注入速度進行巖心流動實驗。巖心內(nèi)部聚合物滯留量測試結(jié)果見表4。

表4 不同聚合物濃度條件下聚合物滯留量測試結(jié)果Tab.4 Polymer retention under different polymer concentration

從表4可以看出，隨著聚合物濃度的增加，聚合物溶液在巖心中的吸附量、捕集量和總滯留量均呈現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢，吸附量、捕集量所占總滯留量比例分別呈現(xiàn)出持續(xù)增加和持續(xù)下降的變化趨勢。這是因為隨著聚合物濃度的增加，一方面聚合物分子聚集體尺寸增大，與巖心孔喉尺寸配伍性變差，聚合物溶液流動過程中聚合物分子捕集量增加，另一方面疏水締合聚合物分子間的締合作用增強，聚合物通過與吸附于巖心表面的聚合物分子間的締合作用間接吸附在巖心孔隙表面，形成“多分子層”吸附[15]，進而引起吸附量增加且增幅較捕集量增幅更大。

2.4 調(diào)節(jié)劑濃度對動態(tài)滯留量的影響

首先使用注入水配制質(zhì)量濃度為5 000 mg/L的疏水締合聚合物母液，在油藏溫度65 ℃下靜置24 h，然后稀釋成質(zhì)量濃度為1 750 mg/L的目的液，分別加入0%、0.006 5%、0.016%、0.05%和0.08%的β-環(huán)糊精，隨后以0.3 mL/min注入速度進行巖心流動實驗。巖心內(nèi)部聚合物滯留量測試結(jié)果見表5。

表5 不同調(diào)節(jié)劑濃度條件下聚合物滯留量測試結(jié)果Tab.5 Polymer retention under different regulator concentration

從表5可以看出，隨著調(diào)節(jié)劑物濃度的增加，聚合物溶液在巖心中的吸附量、捕集量和總滯留量均呈現(xiàn)出持續(xù)降低的變化趨勢，吸附量、捕集量所占總滯留量比例分別呈現(xiàn)出持續(xù)下降和持續(xù)增加的變化趨勢。由于β-環(huán)糊精對疏水締合聚合物分子鏈上的疏水基團具有包裹作用，因此可以抑制疏水締合聚合物分子間的締合程度，進而調(diào)節(jié)聚合物分子聚集體形態(tài)[16-19]。隨著β-環(huán)糊精濃度的增加，疏水締合聚合物分子間的締合程度降低，聚合物分子線團尺寸減小，與巖心孔喉尺寸配伍性變好，在巖心孔喉中自由運移程度增大，聚合物分子發(fā)生吸附和捕集的概率下降，滯留量降低。與此同時，由于聚合物分子間的締合作用減弱，聚合物分子發(fā)生“多分子層”吸附概率也隨之降低，所以聚合物分子的吸附量受吸附概率降低以及吸附方式變化的影響持續(xù)降低且降幅較捕集量降低幅度更大。

3 結(jié) 論

(1)疏水締合聚合物動態(tài)滯留量與聚合物注入量、注入速度以及聚合物分子間締合程度密切相關(guān)。

(2)隨著注入量的增加，疏水締合聚合物因吸附和捕集作用在巖心孔隙內(nèi)部的滯留量呈現(xiàn)出“先增加后平穩(wěn)”的變化趨勢，并在注入PV數(shù)為10左右達到動態(tài)滯留平衡。

(3)隨著注入速度的增加，聚合物分子取向能力增強，得以進入空間尺寸更小的巖心孔隙，聚合物動態(tài)滯留量增加，但受孔喉尺寸減小所帶來的配伍性影響，聚合物分子因捕集作用產(chǎn)生的滯留量占總滯留量比例隨之增加。

(4)隨著疏水締合聚合物分子間締合作用減弱，聚合物分子聚集體尺寸與巖心孔喉尺寸間的配伍性變好，聚合物分子發(fā)生“多分子層”吸附概率也隨之降低，二者綜合作用造成動態(tài)滯留量降低。