不同類型聚合物對稠油油藏適應性研究

孔麗萍，陳士佳，2，敖文君，吳雅麗，田津杰，2，孟科全，2，季 聞，方月月

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京 100028）

目前聚合物驅在渤海油田應用的規模日益擴大，海上油田和陸地油田相比，因井距大，平臺空間受限，對聚合物產品的要求更高。根據常規認識，聚合物驅在大于200 mPa·s 的稠油油藏應用受限，原油黏度越大，注入的聚合物體系需要足夠高的濃度才能克服油水流度比的不足，進而有效啟動原油[1]，因此，需要針對稠油油藏開展聚合物適應性實驗評價，篩選優化出增黏性好、與稠油油藏匹配度高的聚合物類型[2-4]。

本研究針對渤海L 油田稠油油藏（50 ℃條件下黏度為300 mPa·s、滲透率為3 000 mD、地層水礦化度為10 800 mg/L 左右），著重考察在目標油藏條件下，三種不同類型聚合物體系的增黏性、抗剪切性、熱穩定性、注入性、驅油效果等，通過對三種聚合物體系油藏適應性評價，論證在該油田實施聚合物驅的可行性，為下一步制定注聚方案提供技術參數，為油田后續開發作準備[5-8]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗試劑：速溶線性聚合物SR-1（部分水解聚丙烯酰胺HPAM），相對分子質量2 500×104，固體質量分數88.3%，水解度26%，北京恒聚；疏水締合聚合物GY03，相對分子質量1 600×104，固體質量分數90%，水解度24.7%，四川光亞聚合物化工有限公司；稠油活化劑HHJ-2，相對分子質量1 200×104，固體質量分數89.4%，水解度25.8%，北京百特泰科。

實驗用油：目標油田脫水原油與煤油混配而成的模擬油，黏度300 mPa·s（50 ℃）；

實驗用水：根據現場水質配制模擬水，礦化度為10 653.95 mg/L，水質離子組成（見表1）。

表1 水離子組成

實驗巖心：注入性實驗和驅油實驗均采用均質方巖心，巖心尺寸4.5 cm×4.5 cm×30 cm，滲透率3 000 mD，巖心本體均勻分布3 個測壓點。

實驗儀器：RS600 高溫高壓流變儀、Waring 剪切機、毛細管裝置、抽真空裝置；驅替裝置為ISCO 高精度驅替泵，其流量精度為0.05 mL/min；恒溫箱耐溫精度0.1 ℃；壓力采集裝置帶有精密壓力傳感器，壓力精度0.000 1 MPa；出口油水液量采集裝置。驅替裝置、恒溫箱保溫裝置以及壓力采集裝置通過計算機系統實時監測注入流量、溫度以及設備不同位置壓力的變化，保證實驗中的測量精度。

1.2 實驗方案

1.2.1 增黏性實驗 采用模擬水配制聚合物目標液濃度為1 000 mg/L、1 500 mg/L、2 000 mg/L、2 500 mg/L、3 000 mg/L，實驗溫度為50 ℃，用RS600 高溫高壓流變儀，在剪切速率7.34 s-1下進行黏度測試。評價聚合物的增黏性能。

1.2.2 抗剪切實驗 配制2 250 mg/L 的聚合物溶液，實驗溫度為50 ℃，用RS600 高溫高壓流變儀，在剪切速率7.34 s-1下測定初始黏度，分別采用毛細管剪切（參考行業標準SY/T5862—2020 中6.11）和Waring 剪切機高速剪切兩種實驗方法對溶液進行剪切，測定剪切后的黏度保留率。

1.2.2.1 毛細管剪切 在恒定壓力為0.1 MPa 下，將聚合物溶液通過內徑為1.4 mm、長度20 cm 的毛細管，測定剪切后的溶液黏度。

1.2.2.2 Waring 剪切機高速剪切 選擇剪切機轉速為3 000 r/min，剪切目標溶液20 s，待完全消泡后，測定剪切后的溶液黏度。

1.2.3 熱穩定性實驗 配制濃度為2 250 mg/L 的聚合物溶液，在目標溫度50 ℃，測定初始黏度，將試樣溶液抽真空充氮氣，用高溫焊槍封口后，在50 ℃烘箱中進行老化，在不同老化時間取樣，測定老化后溶液表觀黏度，計算黏度保留率。

1.2.4 注入性實驗 巖心抽真空飽和模擬水，測定孔隙體積，以0.5 mL/min 恒速注水，至水驅壓力穩定，用相同的速度注聚合物溶液，實時監測各級測壓點壓力，至各測壓點壓力平穩后，分別記錄平穩后的壓力，最后以相同速度后續水驅至壓力穩定，繪制各測壓點壓力隨注入量的變化關系曲線，根據測壓點1 的壓力計算阻力系數和殘余阻力系數（見圖1）。

圖1 注入性實驗流程圖

式中：Rf-阻力系數；Rff-殘余阻力系數；ΔPwi-開始水驅平穩壓力，MPa；ΔPp-聚合物驅平穩壓力，MPa；ΔPwa-后續水驅平穩壓力，MPa。

1.2.5 驅油實驗 在巖心抽真空飽和模擬水后進行實驗，先以0.5 mL/min 進行水驅油實驗，至產出液中瞬時含水80%時，以相同流速注入0.4 PV 不同類型的聚合物體系（濃度均為2 250 mg/L），再后續水驅至產出液中瞬時含水率98%（連續3 次），實驗過程中記錄壓力，產液量，產油量等數據，繪制采出程度與注入量的關系曲線，并計算采出程度提高幅度。

2 結果與分析

2.1 不同聚合物增黏性實驗結果。

隨著濃度的升高，疏水締合聚合物的黏度大幅增加，整體黏度水平值最高；活化劑在濃度達到一定值時，黏度急劇上升；線性聚合物黏濃關系曲線表現比較平緩，整體黏度水平值較低（見圖2）。

圖2 黏濃關系曲線圖

2.2 不同聚合物抗剪切實驗結果

（1）經毛細管剪切后，3 種聚合物體系的黏度保留率均大于90%，而對相同濃度的聚合物體系，經剪切機高速剪切后，黏度損失較大，這是由于聚合物在毛細管中的流動，經歷了彈性擠壓-形變-恢復的過程，因剪切過程時間較短，分子鏈的形變可逆，因而剪切后黏度損失較小；而剪切機高速剪切過程中，分子受到劇烈的外力作用，主鏈及支鏈均發生不同程度的斷裂及破壞，造成黏度損失較大（見表2）。

表2 毛細管剪切前后的黏度保留率

（2）經剪切機高速剪切后，疏水締合聚合物的黏度保留率大于活化劑和線性聚合物，這是由于疏水締合聚合物為三維立體網狀結構，被高速剪切時，分子鏈未被完全剪切斷裂，只是部分三維締合結構被拆散，當剪切停止后，分子間的締合基會再次重新連接形成網狀結構，克服了線性聚合物分子在高速剪切后因分子鏈斷裂黏度下降的不可逆過程（見表3）。

表3 剪切機高速剪切前后的黏度保留率

2.3 不同聚合物熱穩定性實驗結果

在模擬油層溫度和無氧條件下，老化90 d 后，體系分子鏈會發生不同程度的水解，導致黏度有所下降，其中，線性聚合物、疏水締合聚合物、活化劑老化90 d后的黏度保留率分別為69.2%、73.4%、53.5%（見圖3）。

圖3 聚合物體系黏度隨老化時間的變化曲線

2.4 不同聚合物的注入性實驗結果

在注入3 種聚合物的過程中，各測壓點均有壓力響應，未出現巖心端面堵塞、壓力異常無法注入的情況，根據注入壓力（測壓點1）計算阻力系數和殘余阻力系數，其中，在注入疏水締合聚合物過程，注聚平穩時的壓力最大，阻力系數最大，表明疏水締合聚合物流度控制能力高于線性聚合物和活化劑（見表4、圖4～圖6）。

圖4 線性聚合物注入過程各測壓點壓力變化

圖5 疏水締合聚合物注入過程各測壓點壓力變化

圖6 活化劑注入過程各測壓點壓力變化

表4 聚合物注入性實驗數據

2.5 不同聚合物的驅油實驗結果（見表5、圖7）

表5 聚合物體系的驅油性能

圖7 采出程度隨注入PV 數的變化

由實驗結果可知：在相同的油藏條件下，與空白水驅相比，線性聚合物、疏水締合聚合物、活化劑采出程度分別提高15.2%、20.8%、17.7%，疏水締合聚合物的驅油效果最好。

3 結論

（1）在模擬油藏條件下，疏水締合聚合物的增黏性、抗剪切性、熱穩定性優于線性聚合物和活化劑，體系溶液性能與油藏適應性較好。

（2）在模擬油藏滲透率條件下，三種不同類型聚合物在巖心介質中的注入性良好，未出現巖心堵塞、壓力異常等情況，其中，疏水締合聚合物對水油流度的控制能力更強。

（3）根據不同類型聚合物的驅油效果可知，對于300 mPa·s 黏度的稠油油藏，疏水締合聚合物的效果最好。