弹性作用对驱油用聚合物扩大波及能力的影响_元福卿.pdf

第30卷第1期0引言化学驱年产油量占中国石化胜利油田年产油量的11%，已经成为胜利油田大幅度提高采收率和增储稳产的重要技术支撑。在化学驱中，聚合物扩大波及能力对于提高采收率效果具有重要影响。聚合物驱油机理认为，聚合物依靠提高聚合物黏度改善水油流度比，抑制指进，扩大波及能力，提高采收率，因此新型耐温抗盐聚合物的研发以提高聚合物的黏度为主13。对于聚合物弹性在油田开发驱油中发挥的作用，目前的研究弹性作用对驱油用聚合物扩大波及能力的影响元福卿1，徐辉1，宋敏2，孙秀芝1（1.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东 东营257015；2.中国石化胜利油田分公司油气开发管理中心，山东 东营257001）基金项目：国家科技重大专项课题“高温高盐油田化学驱提高采收率技术”（2016ZX05011003）摘要黏度是影响聚合物扩大波及能力最重要的因素。为了提高聚合物扩大波及能力，最常用的方式是提高聚合物的表观黏度。有关弹性作用对于提高聚合物微观驱油效率的研究比较多，但对于扩大波及能力的研究较少。为此，选择了相对分子质量不同但表观黏度相同的驱油用聚合物进行研究，首先表征了聚合物分子尺寸和微观聚集形态，然后对比了能够反映聚合物弹性大小和弹性占比的弹性模量及相位角，最后通过岩心及可视化驱油实验研究了2个聚合物的阻力系数和驱油效果。结果表明：在黏度相同的条件下，和相对分子质量为1 000104的聚合物相比，相对分子质量为3 000104的聚合物的弹性模量提升2.6倍，相位角由80降低至65.5，表现出更高的弹性和弹性占比，最终阻力系数提升2.5倍，采收率提高近1倍。因此，弹性对于提高聚合物扩大波及能力具有重要作用，新型聚合物的研发需要黏性和弹性并重。关键词表观黏度；分子尺寸；弹性模量；微观聚集形态；扩大波及中图分类号：TE32文献标志码：A收稿日期：20220708；改回日期：20221206。第一作者：元福卿，男，1971年生，高级工程师，博士，主要从事化学驱提高采收率研究与应用。E-mail：。引用格式：元福卿，徐辉，宋敏，等.弹性作用对驱油用聚合物扩大波及能力的影响J.断块油气田，2022，30（1）：149153，160.YUAN Fuqing，XU Hui，SONG Min，et al.The influence of elasticity on the sweep efficiency of polymer for oil displacementJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2022，30（1）：149153,160.The influence of elasticity on the sweep efficiency of polymer for oil displacementYUAN Fuqing1,XU Hui1,SONG Min2,SUN Xiuzhi1(1.Research Institute of Exploration and Development,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257015,China;2.Oil andGas Development Management Center,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257001,China)Abstract:Viscosityisthemostimportantfactortoaffectsweepefficiencyofpolymer.Inordertoimprove sweepefficiencyofpolymer,themost frequently used method is to improve apparent viscosity of polymer.There are many researches on improving microscopic oildisplacementefficiency ofpolymerby elasticity,while there are fewstudieson the influence ofelasticity on sweep efficiency ofpolymer.Forthisreason,polymersforoildisplacementwithdifferentmolecularweightbutthesameapparentviscosityareselectedtostudy.Firstly,themolecularsizeandmicroscopicaggregationmorphologyofthepolymerwascharacterized.Secondly,elasticmodulusandphaseanglewhich can reflect the elasticity and elastic proportion of the polymer were compared.Finally,the resistance coefficient and oildisplacementefficiencyofthetwopolymersarestudiedbycoreexperimentandvisualoildisplacementexperiment.Theresultsshowthatunderthesameviscosity,theelasticmodulusof3,000104relativemolecularweightspolymerisincreasedby2.6timescomparedwiththatof 1,000104relative molecular weights polymer.The phase angle is reduced from 80 to 65.5,showing a higher elasticity and elasticproportion.The final resistance coefficient is increased by 2.5 times,and the oil recovery is increased by nearly doubled.Therefore,theelasticity playsanimportantrole inimproving the sweepefficiency ofpolymer.The developmentofnewpolymers requires thatpolymershavebothviscosityandelasticity.Key words:apparent viscosity;molecular size;elastic modulus;microscopic aggregation morphology;expand sweep efficiency断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELDdoi:10.6056/dkyqt2023010212023年1月断块油气田2023年1月主要集中在聚合物驱能否提高微观驱油效率。通过室内岩心驱替实验和微观驱油实验，王德民等413认为：相对于纯黏性流体甘油，黏弹性高分子聚丙烯酰胺所具有的弹性特征可以通过“拉、拽”等作用，降低水驱后不同类型的岩石表面油膜、盲端残余油、孔喉残余油饱和度，提高微观驱油效率。但弹性作用对于聚合物扩大波及能力的研究目前较少，为此，笔者选择了2个相对分子质量不同的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），研究了HPAM的分子尺寸、微观聚集形态、黏弹特性以及在岩心运移过程中能够产生的阻力系数及驱油效果，对比了不同弹性聚合物的扩大波及能力及驱油效果，为新型聚合物的结构设计、研发以及现场聚合物优选提供了借鉴。1实验条件与方法1.1条件实验材料：驱油用HPAM，黏均相对分子质量分别为1 000104和3 000104（宝莫生物化工公司生产）。实验用水：胜利油田类油藏模拟水（总矿化度为32 868 mg/L，Ca2+Mg2+质量浓度为874 mg/L）。实验温度：85。实验仪器：磁力搅拌器及转子、乌氏黏度计、安东帕MCR501流变仪、平板可视化岩心、布鲁克海文BI200SM动静态光散射仪、ZEISS EVO 18 Special Edition冷冻蚀刻扫描电镜、室内物模试验评价装置。1.2方法1）HPAM溶液配制：取一定质量的HPAM干粉，用胜利类模拟水配制质量浓度为5 000 mg/L的母液，熟化1 d后，稀释成不同质量浓度的目标溶液。2）HPAM分子尺寸表征：配制质量浓度为200 mg/L的HPAM溶液，利用动静态光散射仪，测试HPAM溶液的流体力学直径分布。3）HPAM增黏性评价：取稀释后不同质量浓度的HPAM溶液，在温度为85，剪切速率为7.34 s-1的条件下，利用流变仪测试HPAM溶液的黏度，得到HPAM的黏浓曲线。4）HPAM弹性评价：配制表观黏度相同、相对分子质量不同的2个HPAM溶液，在温度为85、固定振荡频率为1 Hz、应变为20%的条件下，利用流变仪测试HPAM弹性模量及相位角，并在剪切速率为7.34 s-1条件下，测试HPAM的第一法向应力差N1及威森伯格数We。5）微观聚集形态表征：配制表观黏度相同、相对分子质量不同的HPAM溶液，首先通过液氮对HPAM溶液进行即时冷冻，保持溶液的微观结构，然后对冷冻的HPAM进行升华和喷金，再利用扫描电镜对HPAM溶液的微观聚集形态进行观测。6）阻力系数评价：首先对岩心抽真空饱和水，然后水驱至压力平衡，接着分别注入表观黏度相同的2个HPAM溶液，注聚压力平衡后，进行后续水驱至实验结束。岩心模型为单管石英砂填充岩心：长度为30 cm，直径为2.5 cm，岩心渗透率为50010-3m2，注入速度为0.25 mL/min。7）可视化驱油效果评价：首先对岩心饱和原油，饱和原油黏度为180 mPas，然后水驱至含水率为98%，接着注入胜利油田类油藏模拟水配制的HPAM溶液，最后水驱至含水率为100%；可视化驱替实验是利用自制的玻璃填砂仿真油藏微流控芯片进行，主要仪器包括视频驱替实验装置、进口微量注入泵100DX、图像量化采集分析系统。其他参数：岩心渗透率为50010-3m2，注聚段塞体积为孔隙体积的0.3倍，注入速度为0.25 mL/min。2结果与分析2.1HPAM流体力学直径表征由图1可知：不同相对分子质量的HPAM在水溶液中都呈三峰分布，相对分子质量为1 000104HPAM的分子流体力学直径分布在9.314.0，41.882.7，188.0325.0 nm，而3 000104HPAM的流体力学直径分布范围在28.844.5，95.6148.0，225.0395.0 nm；1 000104的HPAM分 子 在 水 溶 液 中 平 均 流 体 力 学 直 径 为114.0 nm，但是3 000104的HPAM平均流体力学直径为164.0 nm，相对分子质量从1 000104提高至3 000104，HPAM平均流体力学直径提高43.9%，因此3 000104的HPAM不仅平均流体力学直径更大，且流体力学直径分布范围更宽，有利于增强HPAM分子链间的缠绕，提高HPAM的黏度和弹性。图1HPAM流体力学直径分布对比Fig.1Comparison of HPAM hydrodynamic diameter distribution150第30卷第1期2.2HPAM增黏性能研究由图2实验结果可知，通过对HPAM增黏关系曲线进行拟合，HPAM的黏度随着质量浓度的增加都呈幂函数增加趋势，但是相对分子质量为3 000104的HPAM的幂率指数为1.94，远远高于相对分子质量为1 000104的HPAM的幂率指数值1.41。因此，相对分子质量为3 000104的HPAM的增黏性能大幅度高于相对分子质量为1 000