海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律.pdf
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1、 年 月第 卷第 期西安石油大学学报(自然科学版)()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金青年基金“多孔介质中交联聚合物溶液动态成胶行为及机制研究”()第一作者:罗光杰(),男,硕士研究生,研究方向:提高采收率理论与技术。:通讯作者:何宏(),男,博士,副教授,研究方向:提高采收率理论与技术、非常规油气开发理论与技术。:中图分类号:文章编号:()文献标识码:海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律罗光杰,元福卿,何 宏,金晓波(长江大学 石油工程学院,湖北 武汉 ;油气钻采工程 湖北省重点实验室,湖北 武汉 ;中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 )摘要:针对聚合
2、物矿场应用过程中存在溶解熟化规律不清晰、注入到地层可能存在尚未完全溶解熟化现象,研究了地层水矿化度、剪切速率对聚合物溶解熟化性能的影响;通过填砂管岩心驱替实验,研究了渗透率、聚合物溶解程度对聚合物在多孔介质中渗流特征的影响;基于微观可视化驱油实验,研究了不同溶解程度聚合物的渗流特征及驱油规律。结果表明:速溶聚合物溶解时间随着地层水矿化度的降低和剪切速率的增加而缩短,当矿化度为 和转速为 ,溶解时间为 。阻力系数和残余阻力系数随着溶解程度和渗透率的增大而降低。聚合物采出程度增值随着溶解程度增大而增大,当溶解程度高于 以上,采出程度增值变化不大。关键词:聚合物驱油;溶解程度;渗流规律;微观驱油;影
3、响因素 ,(,;,;,):;,:;罗光杰,元福卿,何宏,等 海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律 西安石油大学学报(自然科学版),():,(),():,罗光杰等:海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律引言为解决海上平台作业空间有限和提高聚合物溶液的配注效率,开展了聚合物在线熟化工艺技术研究及其应用。然而,矿场应用过程中聚合物存在溶解熟化规律不清晰、注入到地层可能存在尚未完全溶解熟化现象 ,因此,开展不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征与驱油规律研究,为聚合物在线熟化工艺的矿场应用提供指导。聚合物的溶解熟化性能受到聚合物的干粉粒径、搅拌转速、温度和矿化度等
4、因素影响 。王颖等 通过控制变量实验分析了海上油田的疏水缔合聚合物溶解工艺,提出了管线沿程加筛网可以加速聚合物溶解。于新哉 通过缩短聚合物熟化时间的实验,得到母液在管道中的输注过程可以作为熟化过程的一部分,聚合物溶液在管道中继续熟化溶解。喻琴 针对海上油田注聚量大、平台空间有限、平台承重能力有限,提出了利用助溶剂小分子与聚合物大分子链氢键作用,促进聚合物大分子链伸展;增加聚合物分子线团尺寸,达到加速聚合物干粉溶解和提高聚合物溶液黏弹性目的。周彦霞等 提出未完全熟化的聚合物溶液抗剪切性能更强,到达注聚井井底时,存在恰好能形成完全溶解的均匀溶液,能够满足注聚黏度要求。郭光范等 研究了不同溶解程度的
5、疏水缔合聚合物的抗剪切性和注入性能,未完全溶解的聚合物抗剪切性能强,同时当溶解程度高于 时,注入压力平稳。总之,虽然学者们对聚合物熟化性能影响因素、缩短聚合物熟化时间开展了大量研究,但对不同溶解程度聚合物在地层多孔介质中的渗流及微观动用剩余油规律仍然缺乏清晰认识,制约了海上油田矿场在线熟化工艺技术的高效应用推广。胜利海上埕岛油田为高孔高渗岩性构造层状油藏,平均孔隙度 ,空气渗透率 。针对该油藏条件,以速溶聚合物为研究对象,通过机械搅拌方法,研究地层水矿化度、剪切速率对聚合物溶解熟化性能的影响,明确不同因素下聚合物溶解时间和溶解后黏度变化规律。通过填砂管岩心驱替实验,研究渗透率、聚合物溶解程度对
6、聚合物在多孔介质中渗流特征的影响,明确不同溶解程度注入性与渗透率的匹配关系。基于微观可视化驱油实验,研究不同溶解程度聚合物的渗流特征与驱油规律,明确不同溶解程度对微观剩余油动用规律,为速溶聚合物在线熟化工艺技术在海上油田矿场应用提供理论支持。实验部分 实验材料与仪器 实验材料耐温抗盐速溶聚合物(胜利油田提供):分子量为 、水解度为 ,宝莫生物(简称 聚合物);实验用水为模拟地层水,矿化度分别为 、和 。氯化钠、氯化钙均为分析纯等。实验仪器 型多功能大尺寸岩心驱替装置(江苏华安科研仪器有限公司);型恒速恒压泵(江苏华安科研仪器有限公司);型黏度计、型搅拌器等;恒温水浴锅、烧杯、量筒等;微观玻璃刻
7、蚀模型根据孔隙结构特征,采用刻蚀工艺制作而成,其中,模型尺寸为 ,孔隙喉道尺寸为 。实验内容及步骤()聚合物溶解熟化性能分析。称取 地层水于烧杯中,设置搅拌器的转速处于 ,使地层水形成旋涡;称取所需 聚合物干粉质量,在 内把所称取的聚合物干粉撒进溶剂中,继续搅拌;配制系列平行聚合物溶液样品,每间隔 用注射器取出适量聚合物溶液,用黏度计测量并记录黏度值(每组 次取平均黏度);当连续 个点溶液的聚合物溶液黏度值波动小于 时,可视为完全溶解,结束实验;绘制聚合物溶液黏度随时间的变化曲线;溶解程度的确定公式为 。()其中:为溶解程度,;为完全溶胀时间,;为基本溶解时间点(基本溶解时的聚合物溶液性能与完
8、全溶解时性能接近),;为需要判别溶解程度的时间点,。()聚合物渗流实验。初始水驱阶段,以设定流速水驱至填砂管岩心两端压差稳定,计算出岩心初始渗透率;注入聚合物和后续水驱阶段,以设定流速向岩心模型中注入聚合物溶液,压力平稳后以相同注入速度转后续水驱;监测不同阶段各测压点压力变化,根据初始水驱、注入聚合物和后续水西安石油大学学报(自然科学版)驱结束阶段驱替压差,计算出不同条件下阻力系数、残余阻力系数 。公式为 ;()。()其中:为阻力系数;为残余阻力系数;为注聚合物过程中的驱替压差,;为注聚合物前的水驱驱替压差,;为注聚合物后的水驱驱替压差,。()微观模型驱油实验。模型抽真空饱和水;在 下以 的注
9、入速率饱和油,并在 下老化 ;以 的注入速度水驱,直至模型出口端不出油为止,观察水驱过程中的微观渗流过程,并采集驱替过程中的动态图像,拍摄微模型内剩余油分布;以 的注入速度注入 不同溶解程度 聚合物,利用显微镜观察并记录不同驱替阶段模型中油水分布的变化情况,观察注入不同溶解程度聚合物驱油后的剩余油状况,并录取驱替过程中的动态图像,整个驱替过程通过显微镜观察并记录原油在刻蚀模型中的流动状态;分析图像,利用软件计算此驱替条件下的驱油效率;实验结束后,分别用煤油、石油醚和乙醇清洗微观刻蚀模型。图 微观驱替实验流程 实验结果与分析 聚合物溶解熟化性能及影响因素聚合物主要通过提高驱替相黏度、改变油水流度
10、比,进而扩大波及体积系数提高原油采收率。因此,评价聚合物溶液驱油能力的重要指标之一是聚合物溶液黏度。聚合物溶解时,由于聚合物分子与溶剂分子尺寸存在较大差距,两者分子运动速度也有很大差别。溶剂分子先扩散进入聚合物外层,并逐渐由外层进入内层。聚合物溶解过程分为两个阶段:溶胀阶段,形成溶胀胶团;溶解阶段,溶胀胶团完全溶解,形成均匀的溶液。有必要研究不同矿化度和剪切速率下聚合物的溶解熟化性能。地层水矿化度使用不同矿化度的模拟地层水配制浓度为 的 聚合物溶液,在 条件下,以 的剪切速率搅拌聚合物,研究 聚合物在不同矿化度下分散熟化规律,结果如图 、图 所示。由图 可知,地层水矿化度为 时 聚合物最终黏度
11、为 ,而矿化度为 时 聚合物最终黏度为 。由图 可知,随着矿化度增加,聚合物完全溶解时间延长。聚合物搅拌分散溶解时,分子链上产生羧基负离子,临近的羧基之间相互静电排斥,利于分子链的展开。当溶液的矿化度增加时,外加电解质使得羧基的双电层和水化层变薄,大分子链上带同种电荷的羧基相互排斥作用减弱,分子链不易展开,聚合物完全溶解时的黏度降低。图 不同矿化度下聚合物溶液黏度与溶解时间的关系曲线 罗光杰等:海上油田不同溶解程度聚合物在多孔介质中渗流特征及驱油规律图 不同矿化度下聚合物完全溶解时间及其黏度 剪切速率使用模拟地层水(矿化度为 )配制浓度为 的 聚合物溶液,在 条件下,分别以 、和 的剪切速率搅
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