海上油田速溶聚合物調驅體系室內實驗研究

左清泉，孟祥海，陳士佳，張云寶，王成勝，王楠，吳曉燕

（1.海洋石油高效開發國家重點實驗室，天津300452；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

海上油田速溶聚合物調驅體系室內實驗研究

左清泉1，2，孟祥海3，陳士佳1，2，張云寶3，王成勝1，2，王楠3，吳曉燕1，2

（1.海洋石油高效開發國家重點實驗室，天津300452；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

針對目前渤海油田傳統調驅體系中聚合物溶解速度慢、調驅設備占用空間大的現狀，優選出適合渤海Q油田的速溶聚合物調驅體系配方，并考察了速溶聚合物P03與有機鉻交聯劑GD的成膠性能、調驅體系的耐溫抗鹽性及長期穩定性。室內實驗結果表明：速溶聚合物P03在溶解時間15 min時黏度釋放達80%以上；當P03/GD=（800 mg/L～1 500 mg/L）/（600 mg/L～1 000 mg/L）時，速溶調驅體系具有良好的成膠性能和長期穩定性能；SEM掃描電鏡測試表明，速溶調驅體系溶液中存在明顯的三維網絡聚集體結構。速溶調驅體系的研究有望解決傳統聚合物溶解速度慢、占用空間大的不足，可以簡化調驅設備，節省海上平臺空間。

有機鉻交聯劑；速溶聚合物；弱凝膠

渤海油田多為陸相砂巖稠油油藏，油田地層疏松，大斜度井細分層系防砂較為困難，因此一般采用合采或分大段開發（一般分三至四段）。由于層系劃分較粗，在開發過程中，注采矛盾逐步暴露，穩油控水工藝面臨很大挑戰。第一，渤海主力油田綜合含水率達80%以上，整體進入中高含水階段，而采出程度僅為10.86%，因此迫切需要有效的穩油控水技術以改善注水開發效果；第二，海上稠油產量占原油總產量的比例達44%，這些油田平均采出程度和采油速度均不高，實現稠油高速高效開發需要破解很多技術難題；因此高含水油田調剖、調驅作為先進的二次、三次采油技術已成為老油田注水開發后期的一項關鍵技術[1，2]。

近年來，在渤海SZ36-1、JZ9-3等油田相繼開展各種調剖調驅作業，取得了較好的效果。傳統調驅體系中的聚合物組分多為普通干粉聚合物類型，隨著聚合物調驅技術在海上油田實驗規模的逐漸擴大，一些問題開始逐漸顯現并制約傳統調驅應用規模和效果：（1）普通聚合物干粉溶解困難，與陸地油田相比較，海上平臺空間狹小，難以通過增加熟化罐數量或容積來提高熟化效果，導致調驅設備占用較大的空間；（2）海上油田溶劑水礦化度高，增加了聚合物溶解難度即延長了溶解時間。如果聚合物干粉溶解效果不好，不僅會影響聚合物自身增黏性和驅油效果，而且會造成聚合物溶液注入壓力虛高甚至造成注入困難。本文開展了適合渤海Q油田的速溶聚合物有機鉻弱凝膠體系的室內實驗，優化出具有良好成膠性能的調驅體系配方，為現場實施提供有用參考。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

1.1.1 主要試劑溫度：63℃（見表1）；實驗用水：渤海Q油田現場注水水樣，礦化度為2 745.73 mg/L，離子組成（見表2）。

表1 速溶型部分水解聚丙烯酰胺（簡稱“速溶聚合物”）

表1 速溶型部分水解聚丙烯酰胺（簡稱“速溶聚合物”）（續表）

表2 注入水離子組成

1.1.2 主要儀器Brookfield DV-II型黏度計，美國Brookfield公司；JJ-4B六聯電動攪拌器（蘇州威爾公司）；電子分析天平，北京梅特勒-托利多儀器公司；電熱恒溫烘箱，德國Binder公司；Haaker RS-600流變儀，德國哈克公司；MERLIN compact掃描電鏡，德國卡爾蔡司公司。1.2實驗方法

1.2.1 速溶聚合物的溶解速度測試（1）用Q油田現場注入水樣在45℃恒溫水浴中溶解5 000 mg/L聚合物溶液，分別在溶解5 min，10 min，15 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min時取樣；（2）在63℃條件下，使用Brookfield DV-Ⅱ數字黏度計測定上述目標液黏度。

1.2.2 速溶聚合物的表觀黏度測試

（1）用Q油田注入水在30℃條件下配制5 000 mg/L的速溶聚合物母液，攪拌1 h直至完全溶解，熟化2 h后分別稀釋至500 mg/L、1 000 mg/L、1 250 mg/L、1 500 mg/L、1 750 mg/L、2 000 mg/L的目標液，待用；

（2）用Brookfield DV-Ⅱ數字黏度計在63℃下測試上述目標液黏度。

1.2.3 速溶聚合物的耐溫性測試

（1）用Q油田注入水在30℃條件下配制5 000 mg/L的速溶聚合物母液，攪拌1 h直至完全溶解，熟化2 h后分別稀釋至1 500 mg/L、2 000 mg/L的目標液，待用；

（2）用Brookfield DV-Ⅱ數字黏度計分別在45℃、55℃、65℃、75℃、85℃條件下測試上述目標液黏度。

1.2.4 速溶凝膠體系的成膠性能測試（1）用Q油田現場注入30℃條件下配制濃度為5 000 mg/L的聚合物母液（在室內放置12 h以上備用）；（2）用過濾后的現場注入水分別配制成不同聚交比的凝膠體系，其中穩定劑的濃度均為100 mg/L，將配制好的弱凝膠體系放入65℃恒溫箱中；（3）用Brookfield DV-Ⅱ數字黏度計在63℃下測試上述目標液黏度。

1.2.5 速溶凝膠體系的剪切流變性測試（1）用過濾后的Q油田現場注入水分別配制成不同聚交比的凝膠體系，置于65℃恒溫箱中老化備用；（2）在65℃下采用Haaker RS-600流變儀，Z41測量系統，剪切速率設定在0.01 s-1～100 s-1，測定時間為3 min。

1.2.6 SEM掃描電鏡將待測樣品稀釋于蒸餾水中，真空冷凍干燥后采用德國蔡司公司MERLIN compact掃描電鏡進行觀察。

2 結果與討論

2.1 速溶聚合物的性能評價

2.1.1 溶解速度在63℃條件下，使用Brookfield DV-Ⅱ數字黏度計測定在溶解5 min，10 min，15 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min時聚合物溶液的表觀黏度，實驗結果（見圖1）。

圖1 聚合物的溶解速度曲線

首先利用觀察法判定聚合物干粉的溶解情況，結果表明，5種聚合物在溶解時沒有出現魚眼，5 min后均有明顯的爬桿現象，聚合物的溶解性能較好。

從圖1中可以看出，聚合物溶液的表觀黏度隨著溶解時間的增大而增大，且在最初20 min內增加的幅度最大。P01、P02、P03、P04、P13五種聚合物在15 min內表觀黏度均在最大黏度的80%以上。

2.1.2 增黏性能從圖2可以看出，在Q油田條件下，隨著聚合物濃度的增加，表觀黏度呈增大趨勢，1 500 mg/L聚合物目標液，5種聚合物的表觀黏度均大于70 mPa·s，具有較好的增黏性能。

圖2 速溶聚合物的黏濃關系曲線

2.1.3 耐溫性能1 500 mg/L和2 000 mg/L的P01、P02、P03、P04和P13五種聚合物在不同溫度時的表觀黏度情況（見圖3，圖4），從圖中可以看出，隨著溫度的升高，聚合物的表觀黏度呈下降趨勢，符合線性聚合物的溫度影響規律。

圖3 1500 mg/L聚合物的黏溫關系曲線

圖4 2000 mg/L聚合物的黏溫關系曲線

2.2 速溶聚合物凝膠體系性能評價

2.2.1 速溶聚合物凝膠體系的成膠性能評價考察Q油田條件下，P03速溶聚合物與有機鉻交聯劑的成膠情況（見圖5）。

從圖5可以看出，交聯劑濃度在200 mg/L～400 mg/L，聚合物濃度在600 mg/L～1 000 mg/L時，在63℃恒溫箱內放置24 h，交聯體系黏度在184 mPa·s～258 mPa·s，成膠強度較小，無法達到調驅要求；交聯劑濃度在600 mg/L～1 000 mg/L，聚合物濃度在800mg/L～1 500 mg/L時，在63℃恒溫箱內放置24 h，交聯體系黏度在802 mPa·s～17 800 mPa·s具有很好的成膠性能。

圖5 有機鉻交聯速溶聚合物在線調驅體系成膠性能

2.2.2 速溶凝膠體系的耐溫性能評價不同聚交比的調驅體系放入63℃恒溫箱內放置50 d，考察耐溫性能（見表3）。

表3 不同溫度下的交聯體系成膠黏度（mPa·s）

由表3可以看出，隨著溫度的升高，聚合物的表觀黏度呈下降趨勢，符合線性聚合物的溫度影響規律。交聯體系在63℃恒溫箱內放置50 d后，成膠黏度依然得到了較好的保持，85℃條件下放置50 d，黏度可以達到3 300 mPa·s，適用于目標油田的油藏開展調驅實驗。

2.2.3 速溶凝膠體系的剪切流變性能從圖6中曲線的變化趨勢可以看出，隨著剪切速率的增大，在線調驅體系的黏度呈下降趨勢，表現出假塑性流體的剪切變稀行為。在相同剪切速率下，當交聯劑濃度相同時，聚合物濃度越高，黏度越大；在相同剪切速率下，當聚合物濃度相同時，交聯劑濃度越高，黏度越大。

圖6 速溶在線調驅體系的剪切流變曲線（60天）

2.2.4 速溶凝膠體系的微觀形貌1 200 mg/L速溶聚合物P03溶液及其有機鉻凝膠體系的SEM微觀照片（見圖7（a）～（d）），從（a）和（b）圖中可以觀察到，速溶聚合物在形成凝膠前，呈現比較明顯的線性結構，10.0 k放大照片還可以清晰看出，不同的聚合物分子鏈存在一定程度的纏繞，形成少量的網絡結構；從（c）和（d）可以發現，形成凝膠體系以后，結構變得更加致密，并且形成許多致密的突節，從放大10.0 k的照片可以發現，聚合物凝膠體系在溶液中形成了大量致密的網絡結構，這也是導致凝膠體系黏度增大，強度增加的重要原因。

圖7 速溶聚合物凝膠體系的SEM圖

3 結論

（1）速溶聚合物在15 min內，黏度釋放達到80%以上，且具有良好的增黏性、耐溫性等溶液性能。

（2）交聯體系的速溶聚合物濃度范圍在800 mg/L～1 500 mg/L，有機鉻交聯劑濃度范圍在600 mg/L～1 000 mg/L時，在長時間內保持穩定，具有很好的熱穩定性和耐溫性能，符合現場要求。

（3）由SEM微觀照片可以看出，速溶聚合物在形成凝膠體系前，呈現為線性結構；速溶凝膠體系形成大量致密的網絡結構，導致凝膠體系黏度增大，強度增加。

［1］徐文江，丘宗杰，張鳳久.海上采油工藝新技術與實踐綜述［J］.中國工程科學，2011，13（5）：52-57.

［2］陳月明，等.區塊整體調剖的RE決策技術.97油田堵水技術論文集［C］.北京：石油工業出版社.

［3］汪廬山，段慶華，張小衛，等.有機鉻交聯聚合物驅油劑的研制及礦場應用［J］.油田化學，2000，17（1）：58-61.

［4］翁蕊，韋莉.低濃度HPAM/Cr3+凝膠成膠行為影響因素的研究［J］.油田化學，1999，16（1）：53-56.

［5］楊兆明.G18塊弱凝膠調驅體系調驅效果的室內研究［D］.大慶：東北石油大學，2015.

The indoor experimental study of instant polymer displacement system in offshore oilfield

ZUO Qingquan1，2，MENG Xianghai3，CHEN Shijia1，2，ZHANG Yunbao3，WANG Chengsheng1，2，WANG Nan3，WU Xiaoyan1，2
（1.State Key Laboratory of Offshore Oil Efficient Development，Tianjin 300452，China；2.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452，China；3.CNOOC Ltd.，Tianjin Oilfield Research Institute，Tianjin 300452，China）

Direct at slower polymer solution velocity of the traditional oil displacement system,the driving equipment taking up the larger space in Bohai oilfield,optimized instant polymer oil displacement system for Bohai Q oilfield.The article evaluated gelation property of instant HPAM（P03）/Cr3+（GD）gel and profile control system,viscosity at different temperature and viscosity at different time of instant polymer displacement system.The indoor experiment results showed that the ratio of released viscosity reached 80%when the polymer P03 dissolved in time more than 15 minutes.When the concentration of the polymer P03 was 800 mg/L～1 500 mg/L,the concentration of the crosslinking agent was 600 mg/L～1 000 mg/L,the instant displacement system had good gelation property and long-stableing.SEM test showed the instant displacement system solution obviously had three-dimensional network structure.The research of instant dispacement system was expected to solving slower speed of conventional polymer solution,bigger taking up the space,simplifying the driving equipment,saved space of offshore platform.

Cr3+polymer-gel；instant polymer；weak gel

TE357.46

A

1673-5285（2017）06-0133-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.029

2017-05-23

中海石油有限公司科研項目“渤海高含水油田在線調驅技術研究與應用”，項目編號：YXKY-2016-TJ-02；中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司科研項目“功能型活性高分子驅油體系研究”，項目編號：GCJSLZBG-1617。

左清泉（1985-），工程師，研究方向為提高采收率，郵箱：zuoqq@cnooc.com.cn。