驱油用水溶性疏水缔合聚合物

1、罗罗 平平 亚亚 ( (中国工程院院士中国工程院院士) ) 郭郭 拥拥 军军 ( (博士博士) )西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室2 目录目录l背景背景 lAP-P4溶液性质溶液性质 溶解性溶解性 增粘性增粘性 抗盐性抗盐性 耐温性耐温性 老化稳定性老化稳定性 剪切稳定性剪切稳定性 溶液粘弹性溶液粘弹性lAP-P4的驱替性质的驱替性质 注入性注入性 吸附吸附 阻力系数及残余阻力系数阻力系数及残余阻力系数驱替实验驱替实验l现场应用实例现场应用实例调剖堵水调剖堵水海上油田注聚海上油田注聚 l结论结论31 背景背景开发耐盐耐温聚合物是聚合物

2、驱技术发展的要求开发耐盐耐温聚合物是聚合物驱技术发展的要求; ;有多种途径和思路有多种途径和思路, ,水溶性疏水缔合聚合物是具有潜力水溶性疏水缔合聚合物是具有潜力的耐温耐盐驱油用聚合物的耐温耐盐驱油用聚合物, ,上世纪上世纪8080年代开始年代开始, ,一直没一直没取得实用工业化化产品取得实用工业化化产品; ;西南石油学院经过近西南石油学院经过近2020年的研究年的研究, ,最近成功开发出具有最近成功开发出具有良好抗温抗盐性能的工业化驱油用水溶性疏水缔合聚良好抗温抗盐性能的工业化驱油用水溶性疏水缔合聚合物干粉产品合物干粉产品, ,并已投入现场实际应用并已投入现场实际应用. . 41、溶液性质溶

3、液性质51.1、 AP-P4分子结构、参照聚合物理化参数分子结构、参照聚合物理化参数图1 缔合聚合物分子结构示意图（R为疏水侧链,碳原子数在12-20间不等）61.2、 溶解性溶解性 实验条件实验条件：恒温35，恒速搅拌溶解不同矿化度5000mg/L聚合物母液。其中矿化度为40000.0mg/L的模拟盐水组成为:Na2SO4:0.928g/L; CaCl2: 1.248g/L;NaCl:36.592g/L;MgCl2.6H2O:1.652g/L。（其它矿化度水配制时盐的组成与此比例相同）7 对缔合聚合物溶解性的几点认识 驱油水溶性疏水缔合聚合物干粉的溶解是个难题驱油水溶性疏水缔合聚合物干粉的溶

4、解是个难题; 水溶性疏水缔合聚合物干粉是可以溶解的水溶性疏水缔合聚合物干粉是可以溶解的,调整合成和干燥工艺技术调整合成和干燥工艺技术能得到满足工程应用溶解速度要求的产品能得到满足工程应用溶解速度要求的产品 推荐在高母液浓度（推荐在高母液浓度（5000mg/L)和较高温度（和较高温度（35,油田回注污水油田回注污水水温基本能满足水温基本能满足)下溶解聚合物下溶解聚合物,能保证能保证2小时溶解小时溶解.81.3 增粘性增粘性 图2 港西污水(50)聚合物溶液粘/浓关系11010010001000001000200030004000聚合物浓度Cpol.(mg/L)表观粘度,mPa.s（7.34s-1

5、)3630AP-P4KY9 相对参照聚合物相对参照聚合物,AP-P4,AP-P4在高盐度产出污水中具有更好的增在高盐度产出污水中具有更好的增粘能力粘能力, ,特别是高硬度水中优势更为明显特别是高硬度水中优势更为明显. .图 3 渤海配聚水（高硬度）聚合物溶液粘度与浓度关系110100100040090014001900聚合物浓度Cpoly.， mg / L粘度表观，mPa .s(8.54 s-1)KY3630sAP-P4101.4 耐温性耐温性(与分子结构与分子结构水质组成有关水质组成有关)图图4 AP-P4溶液粘度与温度的关系（溶液粘度与温度的关系（7.34s-1)，矿化度，矿化度19334

6、mg/L,离子组成比离子组成比例例 与表与表2 中同。中同。101001000406080100表观粘度,mPa.s常见规律: 温度 粘度温度(temperature,)11图5 聚合物AP-P4溶液粘度与温度的关系（渤海配聚污水,7.34s-1）100200300400500600700800900020406080100表观粘度，mPa.s特殊规律:温度 粘度高浓度的2价离子与聚合物分子间发生了某种特殊相互作用，温度升高有利于这种作用，增强了缔合聚合物分子间的缔合，溶液表观粘度显著增加。 121.5 1.5 耐盐性耐盐性图5 不同聚合物溶液粘度与NaCl浓度的关系1010010000100

7、00200003000040000NaCl浓度,mg/L表观粘度,mPa.sAP-P4-1500mg/LKY2000mg/L特殊规律:盐度 粘度常见规律:盐度 粘度13图6 1500mg/L AP-P4溶液粘度与CaCl2浓度的关系14 AP-P4溶液粘度随温度和矿化度的变化规律与溶液粘度随温度和矿化度的变化规律与HPAM 有差别有差别,可能出现热增粘和盐现象可能出现热增粘和盐现象,这不仅与聚合物分子这不仅与聚合物分子结构有关结构有关,而且与水的离子组成密切相关而且与水的离子组成密切相关.根据具体的水根据具体的水质组成，设计特定分子结构，可以获得温增稠和盐增质组成，设计特定分子结构，可以获得温

8、增稠和盐增稠的缔合聚合物稠的缔合聚合物.151.6 老化稳定性老化稳定性Fig7 AP-P4溶液粘度与老化时间的关系,聚合物浓度1500mg/L,NaCl浓度20000.0mg/L1001000100000204060Aging Time,DayApparentViscosity,mPa.sFig8 AP-P4溶液粘度与老化时间的关系，聚合物浓度1500mg/L, CaCl2 浓度1000mg/L1010010000204060Aging Time,Day表观粘度,mPa.s16老化时间增加老化时间增加,粘度持续增大粘度持续增大(研究时间范围内研究时间范围内);AP-P4在此老化温度下具有良好

9、的老化稳定性在此老化温度下具有良好的老化稳定性;聚合物分子链基本没有热降解，而分子间缔合随老化聚合物分子链基本没有热降解，而分子间缔合随老化时间的增加不断加强时间的增加不断加强(在此温度下和时间范围内在此温度下和时间范围内). 171.7 剪切稳定性剪切稳定性实验条件和方法实验条件和方法:模拟注水井炮眼地层的孔隙流速模拟注水井炮眼地层的孔隙流速(一般范围在一般范围在100400m/d之间之间)，测定，测定不同孔隙流速条件下的聚合物溶液经过高速泵注入岩芯（渗透率为不同孔隙流速条件下的聚合物溶液经过高速泵注入岩芯（渗透率为1.0um2，长，长4cm，直，直径径1.4cm）后流出聚合物溶液的粘度（港

10、西污水）后流出聚合物溶液的粘度（港西污水,63,7.34s-1）与孔隙流速的关系。）与孔隙流速的关系。 1101001000020040060080010001200孔隙流速 m/d粘度,mPa.sKY3630SAP-P4图图9 1000mg/l聚合物溶液保留粘度与孔隙流速关系曲线聚合物溶液保留粘度与孔隙流速关系曲线18 图10 1500mg/l聚合物溶液保留粘度与孔隙流速关系曲线11010010000200400600800100012001400孔隙流速,m/d粘度,mPa.s3630SKYAP-P4平台区平台区下降区下降区下降区下降区单调下降单调下降19可能的机理可能的机理1)经过经过1

11、200m/d的岩心剪切后的岩心剪切后,仍显现以弹性性为主的流变行为仍显现以弹性性为主的流变行为弹性为主的流变行为可能有利于驱油弹性为主的流变行为可能有利于驱油222、驱替性质驱替性质232.1 2.1 可注入性可注入性 高粘结构溶液是否导致注入压力过高高粘结构溶液是否导致注入压力过高?24注入实验岩心参数注入实验岩心参数:渗透率渗透率,1.0um2;长度长度,4cm;直径直径,1.4cm.(港西产出污水港西产出污水,63) 图图13 1500mg/l13 1500mg/l聚合物溶液注入压力聚合物溶液注入压力P P与注入速度与注入速度V V的关系的关系0 05 51010151520202525

12、3030101010001000孔隙流速孔隙流速,m/d,m/d注入压力，注入压力，MPaMPaKYKYAP-P4AP-P43630S3630SAP-P4 粘度粘度:493mPa.s;3630 粘度粘度: 36mPa.s;KY 粘度粘度:46mPa.s一般规律一般规律,粘度越粘度越高高,注入压力越大注入压力越大粘度高很多粘度高很多,注入压力注入压力反而明显低反而明显低,注入速度注入速度越大越大,差别越显著差别越显著25 图14 2000mg/l 聚合物溶液注入压力P和注入速度V关系0510152025101000孔隙流速,m/d注入压力，MPaKY AP-P43630SAP-P4 粘度粘度:9

13、93mPa.s;3630 粘度粘度: 86mPa.s;KY 粘度粘度:105mPa.s注入实验岩心参数注入实验岩心参数:渗透率渗透率,1.0um2;长度长度,4cm;直径直径,1.4cm.(港西产出污水港西产出污水,63)26KY和和3630S聚合物粘度高聚合物粘度高,高速注入压力高高速注入压力高,符合一般规符合一般规律律;缔合聚合物溶液粘度高出另两种聚合物很多缔合聚合物溶液粘度高出另两种聚合物很多,但在近井但在近井高速流动高速流动(50m/d)下下, 注入压力反而最低注入压力反而最低得益于得益于AP-P4可逆结构流体的优异剪切稀释特性可逆结构流体的优异剪切稀释特性.不用担心高粘缔合聚合物结构

14、流体的注入性问题不用担心高粘缔合聚合物结构流体的注入性问题. 272.2 吸附吸附 Adsorption on reservoir sand solid/liquid(produced water) 1:3 符合符合Langmuir 吸附等温模型吸附等温模型282.3 阻力系数和残余阻力系数阻力系数和残余阻力系数RF and RRF实验条件和方法实验条件和方法:在测试在测试RF和和RRF之前之前,将聚合物溶液将聚合物溶液(1500mg/L)先通过岩心流动按表中参数进行预剪切先通过岩心流动按表中参数进行预剪切,然后注入表中所示然后注入表中所示berea 岩心测试岩心测试RF和和RRFE(港西产出

15、污水,63) 29图图16 300m/d16 300m/d剪切后剪切后RF/RRFRF/RRF实验曲线实验曲线0510152025303540450246810121416182022RF/RRFAP-P4KY即使经过岩心高速预剪即使经过岩心高速预剪切切,AP-P4仍能保证足够高的仍能保证足够高的阻力系数和残余阻力系数阻力系数和残余阻力系数注入倍数,PV注水注水注聚注聚注聚注聚转注水转注水转注水转注水303 现场应用实例现场应用实例31交联体系交联体系:95，TDS,15104mg/l,AP-P4浓度2500-3500mg/L,有机酚醛体系,100天后的体系粘度保持在40000mPa.s左右，

16、稳定性好;平均单井注入调剖剂1100m3，处理半径9.4m,缔合聚合物调剖26井次，统计初期调剖对应油井38口，见效30口井，油井见效率79%; 3.1 堵水调剖堵水调剖(中原油田现场数据中原油田现场数据)32典型井例典型井例:卫卫94-2井位于马寨油田沙三下井位于马寨油田沙三下5层系，注水厚层系，注水厚度度21.8m/16层，注水压力层，注水压力14.4MPa，注水量，注水量30m3，该井，该井于于03年年2月月13日施工，注入日施工，注入1000m3，施工最高压力，施工最高压力28.0MPa，最低压力，最低压力14.0MPa，施工后注水压力，施工后注水压力21.0MPa，日注水量，日注水量

17、70m3。对应。对应W94-4井，于井，于2月月27日日开始见效，见效初始阶段开始见效，见效初始阶段日增液日增液15t，日增油日增油4.5t，含水含水下降下降4个百分点个百分点，截止到，截止到8月底，累积增油月底，累积增油1168t。333.2 海上油田海上油田(渤海渤海SZ36-1)驱油驱油试验为试验为一注五采一注五采，目的是检验，目的是检验缔合聚合物能否有效驱油缔合聚合物能否有效驱油以及在以及在海海上比较恶劣的油藏条件下能否采用聚合物驱；上比较恶劣的油藏条件下能否采用聚合物驱； 配制聚合物用水配制聚合物用水矿化度高矿化度高(9000mg/L)左右，其中左右，其中钙镁离子含量高钙镁离子含量高

18、(800mg/L左右左右);配聚温度配聚温度40左右，地层温度左右，地层温度63; 渗透率高渗透率高(2000md-8000md);原油粘度高原油粘度高(60mPa.s) ,井距大井距大(350m);油层厚度大油层厚度大(61m). 342003年年9月月25日开始日开始J3井注聚井注聚，截至，截至2005年年5月停注转月停注转注水，注入注水，注入AP-P4聚合物浓度聚合物浓度1500mg/L(平均入井粘度平均入井粘度40-60mPa.s,63)。注入速度。注入速度480-500m3/d，井口平衡注，井口平衡注入压力约入压力约6.86.9MPa。 典型见效井典型见效井J16井井注聚前产油量为注聚前产油量为10方方/天天左右，含水左右，含水94%，自，自2004年年8月月16日起，日起， J16井产油量显著上升井产油量显著上升（最高到（最高到69方方/天天），含水下降至），含水下降至70%左右。左右。2005年年5月月停注聚合物转注水，仍持续见效，目前产油量为停注聚合物转注水，仍持续见效，目前产油量为50方方/天天左右，左右，含水含水60%左右左右。不算递减累计。不算