驱油用FPS剂流动性能和驱油效果研究

时间：2024-09-03

江雪源（中石油大庆油田有限责任公司第三采油厂，黑龙江大庆 163113）

随着三次采油聚合物驱油技术越来越广泛应用于油田开发中［1，2］，其特点是向水中加入高分子量的聚合物，从而增加注入流体的黏度，改善驱替相与被驱替相间的流度比［3，4］。阻力系数及残余阻力系数是描述驱替剂溶液改善流度比和降低渗透率能力的重要特征参数，传导能力反映出聚合物在岩心中的注入能力［5］。部分水解聚丙烯酰胺聚合物二元驱或三元驱受一定条件的限制，多功能型聚合物驱油剂（FPS剂）可代替部分水解聚丙烯酰胺聚合物进行一次聚驱的一元驱替剂。FPS剂具有增黏抗盐性，独特的流变性和黏弹性［6］，这些良好性能使FPS剂成为一种前景较好的一元驱油剂。这里主要对FPS剂溶液在多孔介质中的流动性能和物理模拟岩心驱油效果进行评价，为二次聚驱进一步 “挖潜”提供基础数据。

1 试验部分

1.1 试验仪器与药品

1）试验仪器 RUSKA恒流设备的配套驱油试验装置（包括岩心夹持器）及FY－3型恒温箱；带测压孔的长填砂管（2.5cm×10m）；

3）试验用水蒸馏水；污水（总矿化度4456mg／L，其中Na＋＋K＋的质量浓度4317mg／L，Ca2＋＋Mg2＋的质量浓度214mg／L，Cl－的质量浓度2735mg／L，SO2－4的质量浓度75mg／L）。

4）试验试剂 FPS剂（分子量600×104，固含量88.0%，上海海博）；普通中分聚合物（分子量1500×104，固含量90.0%，大庆炼化公司）；超高分聚合物（分子量2500×104，固含量89.0%，大庆炼化公司）。

5）试验用油井口脱水脱气原油和煤油配制的模拟油（黏度9.0mPa·s）。

1.2 试验方法

将配制溶液过滤后做岩心驱替试验，采用恒速法，注聚合物溶液，待压力稳定后，测阻力系数；注水，待压力稳定后，测残余阻力系数；读取数据时压差必须保持稳定。

采用微观仿真模型驱油试验配套设备与图像采集系统进行微观驱油模拟试验，测试及数据处理绘图由计算机自动控制完成。

2 试验结果与分析

2.1 滞留吸附特性

配制质量浓度1000mg／L聚合物溶液，聚合物溶液与石英砂（60目）配比为3∶1的滞留量试验，动态吸附试验在天然岩心驱替装置中进行。结果见表1，在多孔介质中达到平衡时FPS剂黏度保留率明显低于其他的聚合物，在岩石表面的吸附能力强。主要是由于FPS剂特有的分子间和分子内非直接键合作用的骨架结构特性，引入阴阳离子和非离子功能基团，产生静电力、范德华力以及氢键的作用，造成FPS剂在岩石表面的吸附量大于其他2种聚合物，同时滞留量也明显高于普通中分和超高分聚合物（见图1）。

表1 动态吸附滞留试验数据

2.2 阻力系数及残余阻力系数测定

配制不同类型不同质量浓度的聚合物溶液，采用恒速法做岩心驱替试验。结果表明，随着聚合物溶液质量浓度增加，不同类型聚合物阻力系数和残余阻力系数均增加（见表2）。由于聚合物质量浓度增加，高分子间的物理交联点增多，相互缠绕的机会增多，由于 “半胶束”的大量形成并被吸附到表面上，导致吸附量迅速增加。其吸附捕集量也增加，因此阻力系数及残余阻力系数随着质量浓度增加而增大。

由于FPS剂在溶液本体中形成立体的空间网状超分子结构的胶束聚集体，本身分子结构具有双亲平衡性和疏水亲水官能团的缘故，故阻力系数及残余阻力系数是普通中分聚合物的2倍；FPS剂在岩心中的吸附能力强，同时滞留量高，渗透率下降，说明FPS剂保持流度的能力非常强。FPS剂在注入过程中质量浓度越大压差越大（见图2），高浓度更适合用作调剖剂，降低浓度能够增强注入能力，各个体系在注入过程中未发生堵塞现象，可注入性好。因此，FPS剂注入过程中，增加了水相黏度，同时多孔介质之间吸附滞留作用会引起水相渗透率的降低，这2种作用都降低了水油流度比，可以达到控制流度比的目的，提高了原油采收率。

图1 不同类型聚合物滞留量

表2 注入能力试验数据表

2.3 传导性能

采用长填砂管（渗透率3000mD），分别注入800mg／L的FPS剂和普通中分聚合物溶液进行传导能力模拟岩心试验。FPS剂驱替试验中，装置上的测压点分别在0.0、0.3、1.2、2.5、3.4、4.5、5.6m 处；普通中分聚合物驱替试验中，装置上的测压点分别在0、2、4、6、8m处。试验结果见图3、4。FPS剂和普通中分聚合物溶液均具备一定的传导性能，FPS剂在岩心中的注入压力呈现先上升后下降至平稳，压力变化在前4.5m处出现了极值，与普通中分聚合物传导性能（压力变化均匀升高至平稳）有明显的区别。这是由于FPS剂溶液在孔隙介质中渗流时，一方面具有黏弹性，另一方面FPS剂大分子在地层中存在吸附、滞留等现象导致岩石的渗透率降低，注入压力升高。对于溶解良好、无微胶粒、无机械杂质的聚合物溶液在多孔介质中运移时，岩心入口端压力随注入体积的变化，压力逐渐增加，然后趋于平稳。FPS剂分子官能团结构特殊，可以发生自组装行为，堵塞物容易变形，轻微的堵塞现象发生在大量体积的溶液注入之后，压力升高然后降低，但在不太大的压差作用下就能够使这种堵塞作用解除。这种轻微堵塞作用将有助于FPS剂驱的注入性能，因为注入井的近井地带和水流主通道受注入水的长期冲刷，孔道变大，为了防止FPS剂溶液的突进，一定程度的堵塞作用将有利于改善流度比，提高波及效率。

图2 不同质量浓度FPS剂的压力与注入体积关系曲线

图3 FPS剂注入压力变化曲线

图4 普通中分聚合物注入压力变化曲线

2.4 物理模拟驱油

图5为3＃岩心驱油曲线，采用梯度式注入方式。由于FPS剂有较高阻力系数和残余阻力系数，驱替过程中可注入性强，控制流度的能力强。FPS剂驱过程中驱替剂先主要沿着高渗透层流动，控制强水淹段（无效循环场），达到调剖的目的。随着FPS剂的不断注入，低渗透层也进入了大量的FPS剂，不仅采出了水驱替出的可动油，还采出了水驱不能驱动的残余油，故采收率随着FPS剂的注入体积增大而增加，达到 “挖潜”的目的。采用模拟试验区目的层油层的非均质变异系数和渗透率的岩心，配制质量浓度为600、800mg／L的FPS剂驱替液进行模型驱替试验。试验结果见表3，可以看出3＃岩心FPS剂驱提高采收率为17.8%，明显高于其他方式。

图5 3＃岩心驱油曲线

表3 岩心驱油试验数据结果