渤海油田聚驅(qū)用高線形聚合物的評(píng)價(jià)與應(yīng)用

王浩頤,孟國(guó)平,李豐輝,常 振,李建曄,韓文彬

(1.中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459; 2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津 300459)

目前,聚合物驅(qū)仍是三次采油提高采收率的重要手段,聚合物性能直接影響驅(qū)油作業(yè)的效果[1]。在海上油田化學(xué)驅(qū)的應(yīng)用過(guò)程中,常規(guī)聚合物在耐鹽抗溫等方面性能較差,疏水締合聚合物通過(guò)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提升了聚合物耐鹽性能,但是由于在分子中增加了疏水基團(tuán),使得其溶解速度緩慢,同時(shí)由于疏水締合作用,造成了聚合物驅(qū)后的破乳困難,影響油水處理系統(tǒng)[2-3]。針對(duì)海上油田作業(yè)空間狹小,淡水資源匱乏等問(wèn)題,需要一種注入性好,黏度保留率高的聚合物驅(qū)油體系來(lái)滿足聚合物驅(qū)的需求。高線形聚合物分子的支化程度低、線性度高,其分子在剪切流動(dòng)中有更統(tǒng)一的分子取向,導(dǎo)致其溶液的剪切稀化作用和增黏能力明顯強(qiáng)于相同相對(duì)分子質(zhì)量的普通聚合物[4-5],也使得高線形聚合物溶液更容易滲透到油田低滲層,具有更大的波及體積和更高的驅(qū)油效率。

筆者通過(guò)與常規(guī)聚合物在溶解性能、流變性能、滲透率適應(yīng)性能及驅(qū)油性能等方面的對(duì)比,篩選出一種改性高線形度聚合物PZ-8,并根據(jù)性能評(píng)價(jià)結(jié)果,總結(jié)了體系的作用機(jī)理及應(yīng)用參數(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

疏水締合型聚合物(PZ-3)、功能型聚合物(PZ-7)、高線形聚合物(PZ-8),自制。

MCR302型流變儀,奧地利Anton paar公司;FEI Quanta 200 F場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡,美國(guó)Philips Electronscan公司;LVDV-II+P型布氏黏度計(jì),美國(guó)Brookfield公司;一維物理驅(qū)替模型,實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 實(shí) 驗(yàn)

1.2.1 聚合物耐溫性能測(cè)定

配制3 000 mg/L和5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,測(cè)定60 ℃條件下聚合物表觀黏度,測(cè)試轉(zhuǎn)子選擇型號(hào)0號(hào)。

1.2.2 聚合物耐鹽性能測(cè)定

利用不同礦化度的NaCl鹽水配制5 000 mg/L的PZ3、PZ7、PZ8聚合物溶液,密封放置于烘箱內(nèi),測(cè)定60 ℃條件下聚合物表觀黏度隨礦化度,測(cè)試轉(zhuǎn)子選擇型號(hào)0號(hào)。

1.2.3 聚合物流變性能測(cè)定

配制5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,采用安東帕CR3200型流變儀測(cè)定60 ℃條件下不同振幅掃描的聚合物黏彈性。并利用電子顯微鏡測(cè)定聚合物形貌。

1.2.4 聚合物驅(qū)油性能測(cè)定

配制1 250 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液,采用一維驅(qū)替模型測(cè)定60 ℃條件下聚合物注入性、采收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物耐溫性能

圖1是PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液耐溫性能,由圖1可以看出,60 ℃下3 000 mg/L的PZ-8耐溫黏度保留率為92%,5 000 mg/L的PZ-8耐溫黏度保留率為87%,高于同濃度PZ-7、PZ-3。

圖1 聚合物耐溫性能對(duì)比

2.2 聚合物耐鹽性能

圖2為5 000 mg/L的PZ-3、PZ-7、PZ-8聚合物溶液在不同礦化度條件下黏度保留率。從圖2可以看出:PZ-3為疏水締合聚合物,礦化度較低時(shí),聚合物高分子鏈條中疏水基團(tuán)間的締合作用增加,能夠阻止分子鏈的收縮,導(dǎo)致表觀黏度增加,隨著礦化度的進(jìn)一步提升,極性分子進(jìn)一步壓縮聚合物鏈,促使分子鏈?zhǔn)湛s,其流體力學(xué)體積減小,黏度大幅度下降,礦化度為30 000 mg/L時(shí),黏度保留率為85%。PZ-7隨著礦化度的升高,黏度逐漸降低,主要原因?yàn)殡S著礦化度的提升,PZ-7相對(duì)分子質(zhì)量較小,聚合物分子支鏈較多,在極性分子的壓縮條件下,會(huì)發(fā)生卷曲,分子支鏈纏繞增加,空間結(jié)構(gòu)被破壞,表現(xiàn)為表觀黏度的迅速下降,礦化度為30 000 mg/L時(shí),黏度保留率為23%。PZ-8隨著礦化度的升高,黏度逐漸降低,但是降低的幅度較小,主要原因?yàn)?礦化度的提升時(shí)由于聚合物的高相對(duì)分子質(zhì)量,且聚合物支鏈較少,電解質(zhì)對(duì)聚合物的壓縮空間有限,聚合物黏度下降幅度逐漸平緩,礦化度為30 000 mg/L時(shí),黏度保留率為93%,黏度保留率最高。

圖2 不同聚合物的耐鹽性能

圖3 聚合物PZ-3黏彈性

2.3 聚合物流變性能

對(duì)聚合物PZ-3的黏彈性測(cè)定,結(jié)果如圖5所示。隨著低振幅區(qū)域,損耗模量G″大于儲(chǔ)能模量G′,此時(shí)表現(xiàn)出黏性,隨著振幅的提升,疏水基團(tuán)的疏水作用被削弱,聚合物溶液由疏水作用逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔锢p繞作用,空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性逐步增強(qiáng),在流變性上表現(xiàn)為儲(chǔ)能模量逐漸大于耗能模量,流變性為彈性。

圖4為聚合物PZ-7進(jìn)行黏彈性。

圖4 聚合物PZ-7黏彈性

由圖4可見(jiàn),隨著振幅的提升,PZ-7的儲(chǔ)能模量和損耗模量也逐漸增強(qiáng),但是整體模量的數(shù)值小于PZ-3,推測(cè)聚合物PZ-7在高振幅的作用下,聚合物的功能性支鏈被剪切破壞,聚合物溶液水相連續(xù)性被破壞,呈現(xiàn)出一定的彈性。

圖5為聚合物PZ-8進(jìn)行黏彈性測(cè)定結(jié)果。由圖5可見(jiàn),隨著振幅的提升,PZ-3的儲(chǔ)能模量和損耗模量也逐漸增強(qiáng),但是PZ-8的損耗模量一直大于儲(chǔ)能模量,推測(cè)聚合物PZ-8在高振幅的作用下,只是聚合物分子彎曲程度降低,聚合物本身的高線形未被破壞,且溶液的水相連續(xù)性得以保持,從流變性結(jié)果可以顯示,聚合物一直呈現(xiàn)黏性。

圖5 聚合物PZ-8黏彈性

2.4 聚合物微觀形貌

圖6為聚合物微觀形貌。

圖6 不同聚合物的微觀形貌

由圖6可以看出,PZ-3為接枝型的疏水締合聚合物,微觀表現(xiàn)分子內(nèi)存在疏水締合作用,形成空間交互網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致水溶液中存在疏水微區(qū),使水溶液的表觀黏度增加。P-7為功能性支鏈聚合物,該聚合物因分子內(nèi)的卷曲纏繞,具備空間交互網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),增加水溶液的黏度。PZ-8為高線形聚合物,聚合物微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出高度線性特點(diǎn),在剪切或者高礦化度條件下,聚合物分子發(fā)生輕微卷曲,保持聚合物水相的連續(xù)性,聚合物黏度降低幅度小。

2.5 聚合物驅(qū)油性能測(cè)定

2.5.1 聚合物注入性能

測(cè)試溫度60 ℃,在水測(cè)滲透率200 mD巖心中注入1 PV水后再注入1 PV的1 250 μg/g的聚合物溶液,評(píng)價(jià)體系的注入性能,結(jié)果見(jiàn)表1和圖7。當(dāng)巖心滲透率在200 mD時(shí),PZ-3的注入壓力一直增長(zhǎng),沒(méi)有達(dá)到平臺(tái)區(qū),注入性較差,推測(cè)聚合物堵塞在注入前端;PZ-7阻力系數(shù)為5.41,可以注入,但注入壓力較高;PZ-8在200 mD時(shí)阻力系數(shù)為1.78,注入性表現(xiàn)良好。

表1 不同聚合物注入阻力系數(shù)測(cè)定結(jié)果

圖7 不同類型聚合物的注入性

2.5.2 聚合物驅(qū)油性能

測(cè)試溫度為60 ℃,以1 mL/min的注入速度將聚合物200 mD的模擬巖心,結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 不同類型聚合物驅(qū)油性能

由圖8可以看出,PZ-3聚合物水驅(qū)后采收率為39.8%,注入0.6 PV聚合物后,采收率提升7.8%;PZ-7聚合物水驅(qū)后為38.8%,注入0.6 PV聚合物后,采收率提升9.6%;PZ-8聚合物水驅(qū)后為39.2%,注入0.6 PV聚合物后采收率提升14.1%。PZ-8采收率最高,比常規(guī)聚合物提升4.5%。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

渤海油田B平臺(tái)屬于淺水三角洲沉積油藏,在水驅(qū)開(kāi)發(fā)后期,砂體含水上升幅度較快,最高含水達(dá)92%,2020年1月,B平臺(tái)以高線形聚合物驅(qū)為開(kāi)發(fā)方式,累計(jì)注入22個(gè)月,降水增油幅度明顯,砂體整體含水最大降幅為13%,累計(jì)增油5×104m3。

4 結(jié) 論

a.高線形聚合物具備較好的抗剪切黏度保留率,并且在流變性測(cè)試過(guò)程中損耗模量大于儲(chǔ)能模量,一直保持黏性特征。

b.高線形聚合物與疏水締合聚合物、功能性聚合物進(jìn)行耐溫及抗鹽測(cè)定,測(cè)定結(jié)果顯示高線形聚合物有最優(yōu)的老化穩(wěn)定性,抗鹽能力與疏水締合聚合物基本持平。

c.高線形聚合物注入性良好,阻力系數(shù)較其他聚合物降低25%以上。

d.高線形聚合物具備良好的驅(qū)油能力,較常規(guī)聚合物采收率提升4.5%,整體采收率提升14.1%。高線形聚合物驅(qū)在渤海油田B平臺(tái)完成應(yīng)用,應(yīng)用效果良好。