閆文華 ,王鵬 ,姚振杰 ,鄭曉松 ,付良佳
(1.東北石油大學(xué)提高采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 大慶 163318;2.中國石油遼河油田公司錦州采油廠,遼寧 盤錦 121209;3.中國石化中原油田分公司采油五廠,河南 濮陽 457001)
三元復(fù)合驅(qū)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的三次采油技術(shù)[1]。國內(nèi)已有大慶、勝利、新疆和河南等油田進(jìn)行了礦場試驗(yàn)或工業(yè)化推廣應(yīng)用[2]。三元復(fù)合驅(qū)大多采用強(qiáng)堿三元復(fù)合體系,雖然提高了采出程度,但也帶來了較多不利影響,例如油層結(jié)垢、破壞油層巖石骨架、腐蝕設(shè)備、卡泵等[3-5]。為減少三元復(fù)合體系帶來的不利影響,就要減少三元復(fù)合驅(qū)體系中堿的用量或不用。為此,遼河油區(qū)錦16塊實(shí)施了無堿二元復(fù)合驅(qū),主要是通過增大波及體積和提高洗油效率,進(jìn)而提高原油采收率[6]。目前關(guān)于無堿二元復(fù)合驅(qū)采出液性能變化規(guī)律研究較少[7-9]。本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對二元復(fù)合體系采出液性能變化規(guī)律進(jìn)行了研究,對于二元復(fù)合體系驅(qū)油現(xiàn)場試驗(yàn)具有重要意義[7-13]。
根據(jù)錦16塊油層物性參數(shù)制作的人造非均質(zhì)巖心,幾何尺寸為30.0 cm×4.5 cm×4.5 cm,平均滲透率為 1 100×10-3μm2。
Brookfield-Ⅱ黏度計(jì)、Model TX500C界面張力儀、HAAKE-150型流變儀、恒溫箱等。
1)通過室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)M錦16塊實(shí)施無堿二元復(fù)合驅(qū),巖心出口端收集不同注入階段的采出液。無堿二元復(fù)合體系注入方式:0.10 PV高質(zhì)量濃度(1 500 mg/L)聚合物前置段塞+0.30 PV無堿二元復(fù)合體系段塞(1 300 mg/L聚合物+0.3%表面活性劑)+0.20 PV低質(zhì)量濃度(600 mg/L)聚合物保護(hù)段塞。
2)實(shí)驗(yàn)用水為錦州采油廠歡三聯(lián)深度處理污水,經(jīng)0.22 μm微孔過濾,除去雜質(zhì),礦化度2 935.3 mg/L。
3)實(shí)驗(yàn)用油為錦州采油廠井口原油經(jīng)脫水、除雜質(zhì)后與煤油按一定比例配制而成。
聚合物質(zhì)量濃度檢測采用淀粉-碘化物比色法。
開始注入二元復(fù)合體系時(shí),采出液未檢測到聚合物;注入0.20 PV后,聚合物質(zhì)量濃度隨著注入量的增加而增加,達(dá)到最高值后,隨著注入量的增加而降低。這是因?yàn)椋憾獜?fù)合體系剛進(jìn)入巖心,驅(qū)替前緣沒有到達(dá)巖心出口端;注入0.20 PV時(shí),二元復(fù)合體系驅(qū)替前緣在巖心中沿著大孔道突進(jìn),到達(dá)巖心出口端,采出液中檢測到了聚合物,聚合物質(zhì)量濃度隨著注入量的增加而增大并達(dá)到最大值;注入后續(xù)水,注入水沿著巖心大孔道突進(jìn),聚合物質(zhì)量濃度降低。
表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低,變化趨勢與聚合物一致,也是先升高再降低。在注入量達(dá)到0.20 PV后,表面活性劑到達(dá)巖心出口端;注入0.54 PV時(shí),采出液中表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,為0.071%;注入后續(xù)水,表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低;隨著注入孔隙體積倍數(shù)的增加,界面張力先降低后升高。不同注入階段的采出液界面張力介于0.8~7.0 mN/m(見圖1)。
黏彈性運(yùn)用動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測定,聚合物材料在交變應(yīng)力或交變應(yīng)變作用下,觀察其應(yīng)變或應(yīng)力隨時(shí)間的變化。儲(chǔ)能模量表征黏彈性流體的彈性大小,而耗能模量則表征黏性大小。結(jié)果見圖2、圖3。
圖1 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和界面張力的變化
圖2 采出液儲(chǔ)能模量與角頻率關(guān)系
圖3 采出液耗能模量與角頻率關(guān)系
由圖2可知,儲(chǔ)能模量隨著角頻率的增加而增加,說明采出液的彈性也是逐漸增大的。在對不同注入階段的采出液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),只能測出注入孔隙體積倍數(shù)是0.46,0.54和0.67時(shí)的儲(chǔ)能模量。這是因?yàn)槎獜?fù)合體系流經(jīng)巖心后,經(jīng)過巖心孔隙的剪切,聚合物分子鏈發(fā)生斷裂,失去彈性。只有采出液中聚合物質(zhì)量濃度較高時(shí),采出液中保留了一些長鏈的聚合物分子,表現(xiàn)出了一定的彈性。
耗能模量隨著角頻率的增加而增加。注入量0.46,0.54,0.67 PV時(shí)的采出液耗能模量較大,其他注入階段,采出液的耗能模量均較低。隨著角頻率的增加,耗能模量逐漸增大,而且不同注入階段的采出液耗能模量差異更大。由于二元復(fù)合體系流經(jīng)巖心后,經(jīng)過巖心孔隙的剪切,失去了彈性,但是黏性還是存在的,只是在聚合物質(zhì)量濃度低時(shí),黏性比較差。
穩(wěn)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)通過測定溶液的法向應(yīng)力差揭示溶液的流變性。不同注入階段采出液的流變性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
圖4 采出液黏度與剪切速率關(guān)系曲線
隨著剪切速率的增大,采出液的視黏度呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢,表現(xiàn)出剪切稀釋和剪切增稠的流變規(guī)律。不同注入階段,采出液黏度隨剪切速率變化的幅度不同。相同剪切速率下,聚合物越多,黏度越高。
在足夠低的剪切速率下,大分子處于高度纏結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),流動(dòng)阻力很大。此時(shí),由于剪切速率很小,雖然纏結(jié)結(jié)構(gòu)能被部分破壞,但是破壞的速度等于重新形成的速度,故黏度保持恒定的最高值,表現(xiàn)為牛頓流體的流動(dòng)行為;當(dāng)剪切速率增加時(shí),大分子在剪切力作用下發(fā)生構(gòu)象變化,開始解纏結(jié)并沿著流動(dòng)方向取向。隨著剪切速率的增大,纏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞的速度大于其形成的速度,故黏度不為常數(shù),而是隨剪切速率的增加而減小,表現(xiàn)出假塑性流體的流動(dòng)行為;當(dāng)剪切速率再增大,達(dá)到強(qiáng)剪切的狀態(tài)時(shí),大分子中的纏結(jié)結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞,剪切速率很高,來不及形成新的纏結(jié),取向程度也達(dá)到極限狀態(tài),大分子的相對運(yùn)動(dòng)變得很容易。體系黏度達(dá)到恒定的最低值,而且黏度與擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不再有關(guān),只和分子本身的結(jié)構(gòu)有關(guān),分子表現(xiàn)出了明顯的黏彈性,其流變性表現(xiàn)出了剪切增稠的趨勢。
隨著二元復(fù)合體系注入孔隙體積倍數(shù)的增加,采出液中的化學(xué)劑質(zhì)量濃度先升高后降低,界面張力先降低后升高。采出液均具有一定的黏性,只有聚合物濃度高的采出液具有彈性。采出液具有剪切稀釋和剪切增稠的流變規(guī)律。
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