聚合物線團尺寸與巖石孔喉半徑匹配性研究

聚合物線團尺寸與巖石孔喉半徑匹配性研究

在對渤海油田聚合物驅油技術的研究和應用中，理論上，聚合物的相對分子量越高，顆粒的增加量越大，顆粒的比例越高，油層的流量控制能力越強。但在實際注入過程中,作為驅油劑的聚合物流經(jīng)多孔介質(zhì)時將受孔喉尺寸的自然選擇,并不是所有驅油劑分子均能進入多孔介質(zhì)的孔隙和喉道中。當驅油劑分子尺寸遠大于巖石喉道尺寸時,在正常注入壓力下聚合物不能進入巖石喉道,即便在外力作用下進入喉道,其分子結構也已遭到破壞,喪失了原有的驅替功能,即注入能力變差。如何更好地改善聚合物驅效果,進一步擴大波及體積,提高儲量動用程度,這已經(jīng)成為一個研究熱點。陸地油田在實際應用過程中往往采取分層注聚或適當機械剪切方法,以獲取分子線團尺寸適中的聚合物,但海上油田的井筒只能分大段而不能細分層系注入。因此,通過聚合物線團尺寸與巖石孔喉配伍性來研究聚合物在不同滲透率儲層中的分布和匹配關系,對于渤海油田聚合物驅油技術方案的制定及海上油田中后期的開發(fā)具有重要意義。1實驗部分1.1實驗用水及儀器聚合物為3種不同相對分子質(zhì)量的疏水締合聚合物AP-P4干粉,分別命名為聚合物1號、2號和3號,相對分子質(zhì)量分別為600×104、1000×104和1600×104,疏水基含量均為1%,固含量均為90%。配液用水為模擬渤海某油田現(xiàn)場混配注入水的模擬水,礦化度為9947.83mg/L,離子質(zhì)量濃度(單位mg/L):Ca2+275.57,Mg2+305.52,Na+3090.29,CO2-30,HCO-3311.46,Cl-5879.74,SO2-485.25。此外,實驗用水還包括高純水。巖心為人造柱狀巖心,幾何尺寸Φ2.5×10cm,氣測滲透率分別為:500×10-3、1000×10-3、1500×10-3、2000×10-3和3000×10-3μm2。主要儀器:LVDV-Ⅱ+PRO布氏黏度計,美國brookfield公司;BI-200SM型廣角動/靜態(tài)光散射儀,美國布魯克海文儀器公司。1.2實驗方法1.2.1目的液的制備將聚合物配制成濃度為5000mg/L的母液,根據(jù)實驗條件稀釋成濃度為1750mg/L的目的液,并對目的液使用warringblender1檔攪拌剪切20s,備用。1.2.2粘度試驗在65℃、剪切速率7.341/s下測試聚合物溶液的黏度。1.2.3廣深兩地織物光散射法聚合物線團尺寸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)測試,波長532.0nm,聚合物溶液濃度為17.5mg/L。1.2.4壓力驅油實驗驅油劑流動性及驅油效果實驗測試儀器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。除平流泵和手搖泵外,其它部分置于65℃恒溫箱內(nèi)(圖1)。實驗步驟如下:①在65℃下,水驅、聚合物驅,錄取注入壓力,收集采出液,測定相關參數(shù);②在65℃下,后續(xù)水驅,錄取注入壓力,測定相關參數(shù)。上述注入過程注入流量為1mL/min,分別達到穩(wěn)定后為止,注入量為35PV,數(shù)據(jù)采集時間間隔為10min。2結果與討論2.1巖心滲透率對聚合物注入的影響3種聚合物溶液在不同滲透率巖心中的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)見表1,注入壓力隨注入體積變化見圖2,水驅壓力為0.025MPa。由表1和圖2a可知,隨著巖心滲透率減小,聚合物1號(相對分子質(zhì)量為600×104)溶液注入壓力呈現(xiàn)大幅度上升趨勢,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增大。進一步分析發(fā)現(xiàn),當注入滲透率為500×10-3μm2的巖心中時,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較大,且注入壓力較高。說明聚合物在注入巖心過程中發(fā)生了堵塞,且其在巖心端口滯留量較大;當注入滲透率為1500×10-3、2000×10-3和3000×10-3μm2的巖心時,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)明顯減小,且注入壓力較低,不能起到很好的流度控制作用;當注入滲透率為1000×10-3μm2的巖心中時,其阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)降低,且注入壓力升幅為1.5MPa左右,較為合理。由此可知,相對分子質(zhì)量為600×104的聚合物1號與滲透率為1000×10-3μm2的巖心的孔喉匹配性較好。由表1和圖2b可知,隨巖心滲透率減小,聚合物2號(相對分子質(zhì)量1000×104)溶液的注入壓力大幅度升高,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增大。進一步分析可知,聚合物2號溶液注入滲透為1500×10-3μm2巖心中時,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較高且注入壓力較為合理,兩者匹配性較好。由表1和圖2c可知,巖心滲透率>1500×10-3μm2時,隨滲透率減小,聚合物3號(相對分子質(zhì)量1600×104)溶液注入壓力大幅度升高,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增大;當滲透率<1500×10-3μm2時,隨滲透率減小,注入壓力大幅度增加,阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)卻呈現(xiàn)出下降趨勢。分析可知,聚合物3號溶液注入滲透率為2000×10-3μm2的巖心時,其阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較低且注入壓力較為合理,兩者匹配性較好。2.2聚合物巖心匹配效果3種聚合物溶液注入不同滲透率巖心后的采出液黏度變化情況見表2。在聚合物相同條件下,巖心滲透率愈小,黏度損失率愈大;在巖心滲透率相同條件下,聚合物相對分子質(zhì)量愈大,采出液黏度損失率愈大。聚合物相對分子質(zhì)量和巖心滲透率對采出液黏度影響源于聚合物受到的巖心孔喉的剪切作用。一方面,聚合物相對分子質(zhì)量愈大,聚合物鏈愈長,線團尺寸愈大,受到外力作用后分子鏈愈容易發(fā)生斷裂,保留黏度就愈低。另一方面,巖心滲透率愈低,孔道尺寸愈小,聚合物通過時受到的剪切作用愈強,聚合物鏈愈容易發(fā)生斷裂,黏度損失率愈大。結合流動實驗進一步分析可知,聚合物1號(相對分子質(zhì)量600×104)與滲透率為1000×10-3μm2左右的巖心匹配效果較好,黏度損失率適中,壓力穩(wěn)定;聚合物2號(相對分子質(zhì)量1000×104)與滲透率為1500×10-3μm2左右的巖心匹配效果較好;聚合物3號(相對分子質(zhì)量1600×104)與滲透率為2000×10-3μm2左右的巖心匹配效果較好。為了進一步證明其匹配效果,還需要通過黏度和分子線團尺寸進一步驗證。2.3收集溶液中的聚合物含量注入不同滲透率巖心后的采出液中3種聚合物溶液濃度變化情況見表3。2.4巖心滲透率對聚合物表達的影響在聚合物濃度為1750mg/L條件下,讓3種聚合物溶液分別通過滲透率為500×10-3、1000×10-3、1500×10-3、2000×10-3和3000×10-3μm2的柱狀巖心,直到壓力達到穩(wěn)定。將聚合物溶液和采出液分別稀釋至濃度為17.5mg/L,測得的聚合物分子線團尺寸及光散射分布結果見表4和圖3。從圖3看出,注入前,相對分子質(zhì)量為600×104、1000×104和1600×104的聚合物溶液中分子線團尺寸Rh分別為448.5、508.2和591.0nm,峰值較為集中。流經(jīng)巖心后,聚合物溶液的Rh值隨巖心滲透率的降低而減小;相對分子質(zhì)量越大的聚合物的Rh損失率越大。通過不同滲透率巖心后,聚合物Rh的峰值左移,Rh較小的聚合物所占比例基本不變;但Rh較大的聚合物所占比例明顯降低。這是因為,聚合物通過巖心孔隙喉道時,巖心滲透率越低則流出液中Rh大的聚合物的數(shù)量越少。3巖心滲透率特征由于不同研究者使用的孔隙半徑含義不同,配制聚合物溶液用水的礦化度不同、油藏條件不同,所確定的代表聚合物與巖心配伍性的比值R*/Rh很難進行比較。本文針對渤海某油田的油藏條件,統(tǒng)一使用AP-P4聚合物和巖石孔喉半徑中值R*進行研究,相關數(shù)據(jù)見表5。參照大慶油田聚合物驅聚合物相對分子質(zhì)量選擇經(jīng)驗和做法,分析可知,對于相對分子質(zhì)量為600×104的聚合物,其在巖心滲透率為500×10-31000×10-3μm2時與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時巖心孔喉半徑中值與聚合物分子線團尺寸之比R*/Rh為6.098.01;對于相對分子質(zhì)量為1000×104的聚合物,其在巖心滲透率為1000×10-31500×10-3μm2時與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時R*/Rh為7.078.09;對于相對分子質(zhì)量為1600×104的聚合物,其在巖心滲透率為1500×10-32000×10-3μm2時與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時R*/Rh為6.957.51。為確保聚合物在渤海某油田地層孔喉內(nèi)不發(fā)生堵塞,考慮巖心滲透率、聚合物濃度、相對分子質(zhì)量以及溶劑水化學組成等影響因素,R*/Rh范圍通常在68之間。對于滲透率為500×10-3、1000×10-3和2000×10-3μm2不同滲透率的地層,推薦選用相對分子質(zhì)量分別低于600×104,1000×104和1600×104的疏水締合聚合物,若考慮配制和注入過程中的剪切和熱降解作用,聚合物相對分子質(zhì)量還可以適當提高,但最高不宜超過800×104,1200×104和1800×104。4巖心滲透率對聚合物粒徑、采出液濃度的影響(1)AP-P4聚合物溶液分別注入到不同滲透率巖心時,注入壓力有不同程度的升高,3種相對分子質(zhì)量為600×104、1000×104和1600×104的聚合物分別與滲透率為500×10-31000×10-3、1000×10-31500×10-3、1500×10-32000×10-3μm2的巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時,巖心孔喉半徑中值與聚合物分子線團尺寸之比R*/Rh分別為6.098.01、7.078.09、6.957.51。(2)對于渤海油田,巖石孔喉半徑中值與聚合物線團尺寸比值為68時,聚合物與巖石的孔隙結構匹配效果較好,能夠更好適應油藏孔隙結構。(3)在渤海油田聚合物驅實際應用過程中,對于滲透率為500×10-3、1000×10-3和2000×10-3μm2不同滲透率的地層,推薦選用相對分子質(zhì)量分別低于600×104,1000×104和1600×104的疏水締合聚合物,若考慮配制和注入過程中的剪切和熱降解作用,聚合物相對分子質(zhì)量還可以適當提高,但推薦最高不宜超過800×104,1200×104和1800×104。由表3可知,在巖心滲透率相同條件下,聚合物1號(相對分子質(zhì)量600×104)采出液濃度最大,聚合物2號(相對分子質(zhì)量1000