聚合物線團(tuán)尺寸與巖石孔喉半徑匹配性研究

聚合物線團(tuán)尺寸與巖石孔喉半徑匹配性研究

在對(duì)渤海油田聚合物驅(qū)油技術(shù)的研究和應(yīng)用中，理論上，聚合物的相對(duì)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(qiáng)。但在實(shí)際注入過程中,作為驅(qū)油劑的聚合物流經(jīng)多孔介質(zhì)時(shí)將受孔喉尺寸的自然選擇,并不是所有驅(qū)油劑分子均能進(jìn)入多孔介質(zhì)的孔隙和喉道中。當(dāng)驅(qū)油劑分子尺寸遠(yuǎn)大于巖石喉道尺寸時(shí),在正常注入壓力下聚合物不能進(jìn)入巖石喉道,即便在外力作用下進(jìn)入喉道,其分子結(jié)構(gòu)也已遭到破壞,喪失了原有的驅(qū)替功能,即注入能力變差。如何更好地改善聚合物驅(qū)效果,進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積,提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度,這已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。陸地油田在實(shí)際應(yīng)用過程中往往采取分層注聚或適當(dāng)機(jī)械剪切方法,以獲取分子線團(tuán)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(xì)分層系注入。因此,通過聚合物線團(tuán)尺寸與巖石孔喉配伍性來研究聚合物在不同滲透率儲(chǔ)層中的分布和匹配關(guān)系,對(duì)于渤海油田聚合物驅(qū)油技術(shù)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(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)用水及儀器聚合物為3種不同相對(duì)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(hào)、2號(hào)和3號(hào),相對(duì)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(jì),美國(guó)brookfield公司;BI-200SM型廣角動(dòng)/靜態(tài)光散射儀,美國(guó)布魯克海文儀器公司。1.2實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)條件稀釋成濃度為1750mg/L的目的液,并對(duì)目的液使用warringblender1檔攪拌剪切20s,備用。1.2.2粘度試驗(yàn)在65℃、剪切速率7.341/s下測(cè)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(tuán)尺寸采用美國(guó)布魯克海文BI-200SM型廣角動(dòng)/靜態(tài)光散射儀系統(tǒng)測(cè)試,波長(zhǎng)532.0nm,聚合物溶液濃度為17.5mg/L。1.2.4壓力驅(qū)油實(shí)驗(yàn)驅(qū)油劑流動(dòng)性及驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟如下:①在65℃下,水驅(qū)、聚合物驅(qū),錄取注入壓力,收集采出液,測(cè)定相關(guān)參數(shù);②在65℃下,后續(xù)水驅(qū),錄取注入壓力,測(cè)定相關(guān)參數(shù)。上述注入過程注入流量為1mL/min,分別達(dá)到穩(wěn)定后為止,注入量為35PV,數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為10min。2結(jié)果與討論2.1巖心滲透率對(duì)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(qū)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(hào)(相對(duì)分子質(zhì)量為600×104)溶液注入壓力呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì),阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)增大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)注入滲透率為500×10-3μm2的巖心中時(shí),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(dāng)注入滲透率為1500×10-3、2000×10-3和3000×10-3μm2的巖心時(shí),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(dāng)注入滲透率為1000×10-3μm2的巖心中時(shí),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(duì)分子質(zhì)量為600×104的聚合物1號(hào)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(hào)(相對(duì)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(jìn)一步分析可知,聚合物2號(hào)溶液注入滲透為1500×10-3μm2巖心中時(shí),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(shí),隨滲透率減小,聚合物3號(hào)(相對(duì)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(dāng)滲透率<1500×10-3μm2時(shí),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(shì)。分析可知,聚合物3號(hào)溶液注入滲透率為2000×10-3μm2的巖心時(shí),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(duì)分子質(zhì)量愈大,采出液黏度損失率愈大。聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和巖心滲透率對(duì)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(duì)分子質(zhì)量愈大,聚合物鏈愈長(zhǎng),線團(tuán)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(shí)受到的剪切作用愈強(qiáng),聚合物鏈愈容易發(fā)生斷裂,黏度損失率愈大。結(jié)合流動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析可知,聚合物1號(hào)(相對(duì)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(hào)(相對(duì)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(hào)(相對(duì)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(jìn)一步證明其匹配效果,還需要通過黏度和分子線團(tuán)尺寸進(jìn)一步驗(yàn)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(duì)聚合物表達(dá)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(dá)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(cè)得的聚合物分子線團(tuán)尺寸及光散射分布結(jié)果見表4和圖3。從圖3看出,注入前,相對(duì)分子質(zhì)量為600×104、1000×104和1600×104的聚合物溶液中分子線團(tuán)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(duì)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?yàn)?聚合物通過巖心孔隙喉道時(shí),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(jìn)行比較。本文針對(duì)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(jìn)行研究,相關(guān)數(shù)據(jù)見表5。參照大慶油田聚合物驅(qū)聚合物相對(duì)分子質(zhì)量選擇經(jīng)驗(yàn)和做法,分析可知,對(duì)于相對(duì)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(shí)與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時(shí)巖心孔喉半徑中值與聚合物分子線團(tuán)尺寸之比R*/Rh為6.098.01;對(duì)于相對(duì)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(shí)與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時(shí)R*/Rh為7.078.09;對(duì)于相對(duì)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(shí)與巖石孔喉半徑匹配效果較好,此時(shí)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(duì)分子質(zhì)量以及溶劑水化學(xué)組成等影響因素,R*/Rh范圍通常在68之間。對(duì)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(duì)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(duì)分子質(zhì)量還可以適當(dāng)提高,但最高不宜超過800×104,1200×104和1800×104。4巖心滲透率對(duì)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(shí),注入壓力有不同程度的升高,3種相對(duì)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(shí),巖心孔喉半徑中值與聚合物分子線團(tuán)尺寸之比R*/Rh分別為6.098.01、7.078.09、6.957.51。(2)對(duì)于渤海油田,巖石孔喉半徑中值與聚合物線團(tuán)尺寸比值為68時(shí),聚合物與巖石的孔隙結(jié)構(gòu)匹配效果較好,能夠更好適應(yīng)油藏孔隙結(jié)構(gòu)。(3)在渤海油田聚合物驅(qū)實(shí)際應(yīng)用過程中,對(duì)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(duì)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(duì)分子質(zhì)量還可以適當(dāng)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(hào)(相對(duì)分子質(zhì)量600×104)采出液濃度最大,聚合物2號(hào)(相對(duì)分子質(zhì)量1000