河南油田聚表劑性能評價

張麗慶，孔　燕，呂曉華，李二曉，昌潤珍，何　磊

(1.中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽 473132；2.南陽二機廠石油裝備有限公司，河南南陽 473001)

河南油田已進入高溫、特高含水開發階段。由于缺少適應性好的化學驅油劑，油藏溫度>80 ℃的Ⅲ類及以上地質儲量仍有61 346.8 kt未動用。研究發現，聚表劑具有較好的乳化分散能力、較強的增黏、絮凝作用，它能在聚合物分子骨架上引入功能性單體，因而具有聚合物與表面活性劑的雙重特性。雙河Ⅶ下層系屬Ⅲ類以上油藏，油藏溫度高達96.5 ℃，含油面積11.65 km2，地質儲量為6 425 kt，按目前采出程度38.42%計算，剩余可采儲量為532 kt。筆者針對雙河Ⅶ下層系油藏特征優選出聚表劑JBL-1，為河南油田高溫油藏提高采收率提供理論依據和技術支持。

1　實驗部分

1.1　原料及儀器

JBL-1粉狀粒，相對分子質量8.98×106，水解度23.20%，固含量89.44%；JBL-2粉狀粒，相對分子質量3.08×106，水解度19.6%，固含量89.0%；實驗用水為雙河清水及江河陳化過濾污水，具體離子組成見表1。

表1實驗用水的離子組成mg/L

實驗用水離子質量濃度K++Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-總溶解固體雙河清水79.623.59.510420126362.6江河污水2485.041.07.03114179812858730.0

DVII型布氏黏度計，美國Brookfield公司；MCR501型流變儀，德國安東帕公司；LIU10型攪拌器，美國萊伯泰科儀器有限公司；SJ-27型恒速驅替泵，丹麥JUNAIR公司；熱氧穩定性試驗裝置等，江蘇海安。

1.2　實驗方法

1.2.1溶液性能評價

采用淀粉碘化鎘比色法測量聚表劑水解度[1]；采用PVS黏度自動測量系統檢測相對分子質量；在30 ℃及7.34 s-1剪切速率下測定聚表劑溶液的黏度；熱氧穩定性評價實驗中完全采用河南油田礦場應用聚合物溶液配制模式，用江河陳化污水配制濃度為4 000 mg/L的聚合物母液，再用江河陳化污水稀釋至設計濃度，經抽空除氧至氧的質量濃度<0.5 mg/L后轉入安瓿瓶，置于恒溫箱中老化，間隔一定時間后取出，測定老化不同時間后的聚合物溶液黏度；聚表劑乳化性能評價實驗中采用江河陳化污水配制質量濃度為2 000 mg/L的聚表劑溶液，將聚表劑溶液和雙河Ⅶ下層系脫水原油按一定體積比混合，在97 ℃下老化，觀測不同老化時間后乳化液的黏度、析水體積，比較乳化性能[2]。

1.2.2巖心驅替實驗

將巖心抽空、飽和水(以30 mL/h流速注水)穩定后，測水相滲透率，將巖心升溫至85 ℃，飽和油(以15 mL/h流速用雙河Ⅶ下層系模擬油驅水)至無水采出，后續水驅至含水100%，分別轉注0.5 PV質量濃度為1 500 mg/L和2 000 mg/L的聚合物溶液，水驅至含水100%，計算采收率。

2　結果與討論

2.1　聚表劑理化性能評價

2.1.1聚表劑初選

聚表劑被認為是改性的聚合物，根據聚合物性能評價的國家標準、行業標準及企業標準，結合河南油田地質條件，按8項參數(溶解時間≤2 h、黏度、特性黏數、水解度、固含量≥89%、過濾因子≤1.5、不溶物≤0.2%、黏度保留率≥80%)進行基本質量性能評價，結果如表2所示。初步優選出聚表劑JBL-1和JBL-2。JBL-1及JBL-2的各項性能指標均達標；JBL-3的水解度為34.40%，不適用于高溫油藏；其余聚表劑均存在過濾因子、不溶物或溶解時間不合格等問題。聚表劑中的表面活性劑成分造成溶解泡沫較多，特性黏數及相對分子質量檢測結果偏低且不穩定，不能反映其真實值，但可以側面印證聚表劑特性。

表2　聚表劑的基本質量性能

2.1.2聚表劑溶液黏度設計

較高的黏度是保證聚表劑驅油效果的關鍵因素。Ⅶ下層系地下原油黏度為2.3 mPa·s，油藏溫度高達96 ℃，由于熱氧降解作用，在地面配制的聚合物溶液注入地下后黏度會大幅下降。因此綜合考慮地面管網、炮眼等機械剪切和地層中化學、生物、熱氧降解作用等因素造成的黏度損失，按數模經驗式(1)計算，地面混配溶液黏度應≥21.9 mPa·s。

μ≥μ油/(1-A機)(1-A生化)

(1)

其中，μ為聚合物溶液設計黏度，mPa·s；μ油為地下原油黏度，mPa·s；A機為地面管網和炮眼等造成的黏度損失百分數，60%～70%；A生化為地層中化學、生物和熱氧降解作用等造成的黏度損失百分數，50%～65%。

2.1.3熱穩定性評價

對于高溫油藏，熱氧穩定性評價至關重要。根據聚表劑基本質量性能評價結果，優選聚表劑JBL-1和JBL-2開展長期穩定性評價。實驗采用江河陳化污水配制質量濃度為4 000 mg/L的母液，并用江河陳化污水稀釋至質量濃度為1 500 mg/L，經抽空除氧后封裝在安瓿瓶內(控制氧質量濃度<0.5 mg/L)，在97 ℃烘箱中老化不同時間后取出，在30 ℃及7.34 s-1剪切速率下測定黏度，結果如表3所示。2種聚表劑老化120 d后黏度保留率均>90%，表明耐溫性能較好。JBL-1的黏度保留率為103.6%，優于JBL-2。

表3聚表劑熱穩定性評價mPa·s

聚表劑黏度老化時間/d015102030456090120黏度保留率/%JBL-158.065.570.070.070.070.272.072.371.460.1103.6JBL-265.165.264.054.451.455.657.276.370.159.691.6

2.2　耐溫抗鹽性能評價

2.2.1濃度對黏度的影響

用江河陳化過濾污水配制質量濃度為4 000 mg/L的聚表劑母液，并用江河陳化污水稀釋至相應濃度，考察聚表劑濃度對溶液黏度的影響，結果見圖1。隨著聚表劑濃度的增加，黏度不斷增加；當聚表劑的質量濃度>1 200 mg/L時，JBL-2溶液的黏度呈大幅增加的趨勢。

圖1　聚表劑溶液的黏度與濃度關系曲線(30 ℃)

2.2.2溫度對黏度的影響

采用江河陳化污水配制質量濃度為4 000 mg/L的聚表劑母液，并用江河陳化污水稀釋至質量濃度為1 500 mg/L，考察溫度對聚合物溶液黏度的影響，結果見圖2。隨著溫度的升高，JBL-1溶液的黏度降幅較小，表現出較好的耐溫性能；JBL-2溶液的黏度則隨著溫度的升高而先增大后減小，溫度為80 ℃時溶液黏度最大，這主要是聚表劑在水溶液中的分子結構形態發生變化，溶液中的泡沫對黏度影響較大。

圖2　聚表劑溶液的黏度與溫度關系曲線

2.2.3抗鹽性能

在聚表劑質量濃度為1 500 mg/L、溫度為30 ℃的條件下，考察2種聚表劑的抗鹽性能，結果如圖3所示。聚表劑溶液的黏度隨礦化度的升高而降低；礦化度>20 000 mg/L后，溶液黏度的降幅變緩。

圖3　聚表劑溶液的黏度與礦化度關系曲線

2.2.4乳化性能

將聚表劑與江河Ⅶ下層系原油按一定的體積比混合，在97 ℃烘箱中放置20 min后取出搖勻，在80 ℃及7.34 s-1剪切速率下考察乳化液黏度的變化，結果如表4所示。目前江河Ⅶ下層系綜合含水>90.0%，在整個驅替過程中，油藏中的乳化液都會以水包油乳化液的形式存在，乳化液的黏度均大于單一溶液的黏度[2]。實驗結果表明，乳化液的形成進一步改善了流度比，對原油具有捕集、攜帶作用。

采用電子顯微鏡掃描方法觀察油水體積比為1∶9、2∶8、3∶7時乳化液的微觀情況，結果見圖4和圖5。JBL-1聚集油滴的能力優于JBL-2。

表4　乳化液黏度　mPa·s

圖4　JBL-1乳化液微觀電鏡掃描照片

圖5　JBL-2乳化液微觀電鏡掃描照片

2.3　巖心驅替實驗

2.3.1聚表劑注入長細管模型濃度對比實驗

采用長細管巖心模型(長16 m,直徑0.7 cm)，填充物150目玻璃珠，試驗溫度97 ℃，聚表劑質量濃度1 500 mg/L，驅替速度0.25 mL/min，巖心滲透率為41.1 μm2，對注入液和采出液濃度進行對比，結果如表5所示。JBL-1的濃度保留率為95.7%，JBL-2的濃度保留率僅為56.8%，濃度大幅下降，說明聚表劑濃度損失較大。

表5　巖心注入液和采出液濃度檢測

2.3.2聚表劑巖心驅油實驗

巖心驅油效率實驗采用柱狀人造巖心(長30 cm，直徑2.5 cm)，實驗溫度80 ℃，采用江河污水配置質量濃度為4 000 mg/L的母液，并用江河污水稀釋至設計濃度，段塞量為0.5 PV，實驗結果見表6。隨著聚表劑濃度的增加，驅油效率提高[3-4]。JBL-1的質量濃度為1 500 mg/L時提高采收率9.19%，質量濃度為2 000 mg/L時提高采收率達到16.49%；JBL-2的質量濃度為1 500 mg/L和2 000 mg/L時分別提高采收率6.77%和8.35%，驅油效果明顯低于JBL-1，印證了長細管模型濃度吸附實驗的結果。建議選擇質量濃度為2 000 mg/L的聚表劑JBL-1開展驅油試驗。

表6　聚表劑巖心驅油效率評價

3　結語

對聚表劑的基本質量性能、耐溫抗鹽性能、乳化協油能力、巖心驅油效率等進行了系統評價，篩選出性能較好的聚表劑產品JBL-1，為各油田高溫油藏、特高含水及聚合物驅后油藏的開采提供理論依據和技術支撐。

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