驅(qū)油用水溶性疏水締合聚合物

1、羅羅 平平 亞亞 ( (中國(guó)工程院院士中國(guó)工程院院士) ) 郭郭 擁?yè)?軍軍 ( (博士博士) )西南石油學(xué)院油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南石油學(xué)院油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2 目錄目錄l背景背景 lAP-P4溶液性質(zhì)溶液性質(zhì) 溶解性溶解性 增粘性增粘性 抗鹽性抗鹽性 耐溫性耐溫性 老化穩(wěn)定性老化穩(wěn)定性 剪切穩(wěn)定性剪切穩(wěn)定性 溶液粘彈性溶液粘彈性lAP-P4的驅(qū)替性質(zhì)的驅(qū)替性質(zhì) 注入性注入性 吸附吸附 阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)阻力系數(shù)及殘余阻力系數(shù)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)l現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例調(diào)剖堵水調(diào)剖堵水海上油田注聚海上油田注聚 l結(jié)論結(jié)論31 背景背景開(kāi)發(fā)耐鹽耐溫聚合物是聚合物

2、驅(qū)技術(shù)發(fā)展的要求開(kāi)發(fā)耐鹽耐溫聚合物是聚合物驅(qū)技術(shù)發(fā)展的要求; ;有多種途徑和思路有多種途徑和思路, ,水溶性疏水締合聚合物是具有潛力水溶性疏水締合聚合物是具有潛力的耐溫耐鹽驅(qū)油用聚合物的耐溫耐鹽驅(qū)油用聚合物, ,上世紀(jì)上世紀(jì)8080年代開(kāi)始年代開(kāi)始, ,一直沒(méi)一直沒(méi)取得實(shí)用工業(yè)化化產(chǎn)品取得實(shí)用工業(yè)化化產(chǎn)品; ;西南石油學(xué)院經(jīng)過(guò)近西南石油學(xué)院經(jīng)過(guò)近2020年的研究年的研究, ,最近成功開(kāi)發(fā)出具有最近成功開(kāi)發(fā)出具有良好抗溫抗鹽性能的工業(yè)化驅(qū)油用水溶性疏水締合聚良好抗溫抗鹽性能的工業(yè)化驅(qū)油用水溶性疏水締合聚合物干粉產(chǎn)品合物干粉產(chǎn)品, ,并已投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用并已投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用. . 41、溶液性質(zhì)溶

3、液性質(zhì)51.1、 AP-P4分子結(jié)構(gòu)、參照聚合物理化參數(shù)分子結(jié)構(gòu)、參照聚合物理化參數(shù)圖1 締合聚合物分子結(jié)構(gòu)示意圖（R為疏水側(cè)鏈,碳原子數(shù)在12-20間不等）61.2、 溶解性溶解性 實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件：恒溫35，恒速攪拌溶解不同礦化度5000mg/L聚合物母液。其中礦化度為40000.0mg/L的模擬鹽水組成為:Na2SO4:0.928g/L; CaCl2: 1.248g/L;NaCl:36.592g/L;MgCl2.6H2O:1.652g/L。（其它礦化度水配制時(shí)鹽的組成與此比例相同）7 對(duì)締合聚合物溶解性的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí) 驅(qū)油水溶性疏水締合聚合物干粉的溶解是個(gè)難題驅(qū)油水溶性疏水締合聚合物干粉的溶

4、解是個(gè)難題; 水溶性疏水締合聚合物干粉是可以溶解的水溶性疏水締合聚合物干粉是可以溶解的,調(diào)整合成和干燥工藝技術(shù)調(diào)整合成和干燥工藝技術(shù)能得到滿足工程應(yīng)用溶解速度要求的產(chǎn)品能得到滿足工程應(yīng)用溶解速度要求的產(chǎn)品 推薦在高母液濃度（推薦在高母液濃度（5000mg/L)和較高溫度（和較高溫度（35,油田回注污水油田回注污水水溫基本能滿足水溫基本能滿足)下溶解聚合物下溶解聚合物,能保證能保證2小時(shí)溶解小時(shí)溶解.81.3 增粘性增粘性 圖2 港西污水(50)聚合物溶液粘/濃關(guān)系11010010001000001000200030004000聚合物濃度Cpol.(mg/L)表觀粘度,mPa.s（7.34s-1

5、)3630AP-P4KY9 相對(duì)參照聚合物相對(duì)參照聚合物,AP-P4,AP-P4在高鹽度產(chǎn)出污水中具有更好的增在高鹽度產(chǎn)出污水中具有更好的增粘能力粘能力, ,特別是高硬度水中優(yōu)勢(shì)更為明顯特別是高硬度水中優(yōu)勢(shì)更為明顯. .圖 3 渤海配聚水（高硬度）聚合物溶液粘度與濃度關(guān)系110100100040090014001900聚合物濃度Cpoly.， mg / L粘度表觀，mPa .s(8.54 s-1)KY3630sAP-P4101.4 耐溫性耐溫性(與分子結(jié)構(gòu)與分子結(jié)構(gòu)水質(zhì)組成有關(guān)水質(zhì)組成有關(guān))圖圖4 AP-P4溶液粘度與溫度的關(guān)系（溶液粘度與溫度的關(guān)系（7.34s-1)，礦化度，礦化度19334

6、mg/L,離子組成比離子組成比例例 與表與表2 中同。中同。101001000406080100表觀粘度,mPa.s常見(jiàn)規(guī)律: 溫度 粘度溫度(temperature,)11圖5 聚合物AP-P4溶液粘度與溫度的關(guān)系（渤海配聚污水,7.34s-1）100200300400500600700800900020406080100表觀粘度，mPa.s特殊規(guī)律:溫度 粘度高濃度的2價(jià)離子與聚合物分子間發(fā)生了某種特殊相互作用，溫度升高有利于這種作用，增強(qiáng)了締合聚合物分子間的締合，溶液表觀粘度顯著增加。 121.5 1.5 耐鹽性耐鹽性圖5 不同聚合物溶液粘度與NaCl濃度的關(guān)系1010010000100

7、00200003000040000NaCl濃度,mg/L表觀粘度,mPa.sAP-P4-1500mg/LKY2000mg/L特殊規(guī)律:鹽度 粘度常見(jiàn)規(guī)律:鹽度 粘度13圖6 1500mg/L AP-P4溶液粘度與CaCl2濃度的關(guān)系14 AP-P4溶液粘度隨溫度和礦化度的變化規(guī)律與溶液粘度隨溫度和礦化度的變化規(guī)律與HPAM 有差別有差別,可能出現(xiàn)熱增粘和鹽現(xiàn)象可能出現(xiàn)熱增粘和鹽現(xiàn)象,這不僅與聚合物分子這不僅與聚合物分子結(jié)構(gòu)有關(guān)結(jié)構(gòu)有關(guān),而且與水的離子組成密切相關(guān)而且與水的離子組成密切相關(guān).根據(jù)具體的水根據(jù)具體的水質(zhì)組成，設(shè)計(jì)特定分子結(jié)構(gòu)，可以獲得溫增稠和鹽增質(zhì)組成，設(shè)計(jì)特定分子結(jié)構(gòu)，可以獲得溫

8、增稠和鹽增稠的締合聚合物稠的締合聚合物.151.6 老化穩(wěn)定性老化穩(wěn)定性Fig7 AP-P4溶液粘度與老化時(shí)間的關(guān)系,聚合物濃度1500mg/L,NaCl濃度20000.0mg/L1001000100000204060Aging Time,DayApparentViscosity,mPa.sFig8 AP-P4溶液粘度與老化時(shí)間的關(guān)系，聚合物濃度1500mg/L, CaCl2 濃度1000mg/L1010010000204060Aging Time,Day表觀粘度,mPa.s16老化時(shí)間增加老化時(shí)間增加,粘度持續(xù)增大粘度持續(xù)增大(研究時(shí)間范圍內(nèi)研究時(shí)間范圍內(nèi));AP-P4在此老化溫度下具有良好

9、的老化穩(wěn)定性在此老化溫度下具有良好的老化穩(wěn)定性;聚合物分子鏈基本沒(méi)有熱降解，而分子間締合隨老化聚合物分子鏈基本沒(méi)有熱降解，而分子間締合隨老化時(shí)間的增加不斷加強(qiáng)時(shí)間的增加不斷加強(qiáng)(在此溫度下和時(shí)間范圍內(nèi)在此溫度下和時(shí)間范圍內(nèi)). 171.7 剪切穩(wěn)定性剪切穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)條件和方法實(shí)驗(yàn)條件和方法:模擬注水井炮眼地層的孔隙流速模擬注水井炮眼地層的孔隙流速(一般范圍在一般范圍在100400m/d之間之間)，測(cè)定，測(cè)定不同孔隙流速條件下的聚合物溶液經(jīng)過(guò)高速泵注入巖芯（滲透率為不同孔隙流速條件下的聚合物溶液經(jīng)過(guò)高速泵注入巖芯（滲透率為1.0um2，長(zhǎng)，長(zhǎng)4cm，直，直徑徑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）與孔隙流速的關(guān)系。）與孔隙流速的關(guān)系。 1101001000020040060080010001200孔隙流速 m/d粘度,mPa.sKY3630SAP-P4圖圖9 1000mg/l聚合物溶液保留粘度與孔隙流速關(guān)系曲線聚合物溶液保留粘度與孔隙流速關(guān)系曲線18 圖10 1500mg/l聚合物溶液保留粘度與孔隙流速關(guān)系曲線11010010000200400600800100012001400孔隙流速,m/d粘度,mPa.s3630SKYAP-P4平臺(tái)區(qū)平臺(tái)區(qū)下降區(qū)下降區(qū)下降區(qū)下降區(qū)單調(diào)下降單調(diào)下降19可能的機(jī)理可能的機(jī)理1)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)1

11、200m/d的巖心剪切后的巖心剪切后,仍顯現(xiàn)以彈性性為主的流變行為仍顯現(xiàn)以彈性性為主的流變行為彈性為主的流變行為可能有利于驅(qū)油彈性為主的流變行為可能有利于驅(qū)油222、驅(qū)替性質(zhì)驅(qū)替性質(zhì)232.1 2.1 可注入性可注入性 高粘結(jié)構(gòu)溶液是否導(dǎo)致注入壓力過(guò)高高粘結(jié)構(gòu)溶液是否導(dǎo)致注入壓力過(guò)高?24注入實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)注入實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù):滲透率滲透率,1.0um2;長(zhǎng)度長(zhǎng)度,4cm;直徑直徑,1.4cm.(港西產(chǎn)出污水港西產(chǎn)出污水,63) 圖圖13 1500mg/l13 1500mg/l聚合物溶液注入壓力聚合物溶液注入壓力P P與注入速度與注入速度V V的關(guān)系的關(guān)系0 05 51010151520202525

12、3030101010001000孔隙流速孔隙流速,m/d,m/d注入壓力，注入壓力，MPaMPaKYKYAP-P4AP-P43630S3630SAP-P4 粘度粘度:493mPa.s;3630 粘度粘度: 36mPa.s;KY 粘度粘度:46mPa.s一般規(guī)律一般規(guī)律,粘度越粘度越高高,注入壓力越大注入壓力越大粘度高很多粘度高很多,注入壓力注入壓力反而明顯低反而明顯低,注入速度注入速度越大越大,差別越顯著差別越顯著25 圖14 2000mg/l 聚合物溶液注入壓力P和注入速度V關(guān)系0510152025101000孔隙流速,m/d注入壓力，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注入實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)注入實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù):滲透率滲透率,1.0um2;長(zhǎng)度長(zhǎng)度,4cm;直徑直徑,1.4cm.(港西產(chǎn)出污水港西產(chǎn)出污水,63)26KY和和3630S聚合物粘度高聚合物粘度高,高速注入壓力高高速注入壓力高,符合一般規(guī)符合一般規(guī)律律;締合聚合物溶液粘度高出另兩種聚合物很多締合聚合物溶液粘度高出另兩種聚合物很多,但在近井但在近井高速流動(dòng)高速流動(dòng)(50m/d)下下, 注入壓力反而最低注入壓力反而最低得益于得益于AP-P4可逆結(jié)構(gòu)流體的優(yōu)異剪切稀釋特性可逆結(jié)構(gòu)流體的優(yōu)異剪切稀釋特性.不用擔(dān)心高粘締合聚合物結(jié)構(gòu)

14、流體的注入性問(wèn)題不用擔(dān)心高粘締合聚合物結(jié)構(gòu)流體的注入性問(wèn)題. 272.2 吸附吸附 Adsorption on reservoir sand solid/liquid(produced water) 1:3 符合符合Langmuir 吸附等溫模型吸附等溫模型282.3 阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)RF and RRF實(shí)驗(yàn)條件和方法實(shí)驗(yàn)條件和方法:在測(cè)試在測(cè)試RF和和RRF之前之前,將聚合物溶液將聚合物溶液(1500mg/L)先通過(guò)巖心流動(dòng)按表中參數(shù)進(jìn)行預(yù)剪切先通過(guò)巖心流動(dòng)按表中參數(shù)進(jìn)行預(yù)剪切,然后注入表中所示然后注入表中所示berea 巖心測(cè)試巖心測(cè)試RF和和RRFE(港西產(chǎn)出

15、污水,63) 29圖圖16 300m/d16 300m/d剪切后剪切后RF/RRFRF/RRF實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線0510152025303540450246810121416182022RF/RRFAP-P4KY即使經(jīng)過(guò)巖心高速預(yù)剪即使經(jīng)過(guò)巖心高速預(yù)剪切切,AP-P4仍能保證足夠高的仍能保證足夠高的阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)注入倍數(shù),PV注水注水注聚注聚注聚注聚轉(zhuǎn)注水轉(zhuǎn)注水轉(zhuǎn)注水轉(zhuǎn)注水303 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例31交聯(lián)體系交聯(lián)體系:95，TDS,15104mg/l,AP-P4濃度2500-3500mg/L,有機(jī)酚醛體系,100天后的體系粘度保持在40000mPa.s左右，

16、穩(wěn)定性好;平均單井注入調(diào)剖劑1100m3，處理半徑9.4m,締合聚合物調(diào)剖26井次，統(tǒng)計(jì)初期調(diào)剖對(duì)應(yīng)油井38口，見(jiàn)效30口井，油井見(jiàn)效率79%; 3.1 堵水調(diào)剖堵水調(diào)剖(中原油田現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中原油田現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù))32典型井例典型井例:衛(wèi)衛(wèi)94-2井位于馬寨油田沙三下井位于馬寨油田沙三下5層系，注水厚層系，注水厚度度21.8m/16層，注水壓力層，注水壓力14.4MPa，注水量，注水量30m3，該井，該井于于03年年2月月13日施工，注入日施工，注入1000m3，施工最高壓力，施工最高壓力28.0MPa，最低壓力，最低壓力14.0MPa，施工后注水壓力，施工后注水壓力21.0MPa，日注水量，日注水量

17、70m3。對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)W94-4井，于井，于2月月27日日開(kāi)始見(jiàn)效，見(jiàn)效初始階段開(kāi)始見(jiàn)效，見(jiàn)效初始階段日增液日增液15t，日增油日增油4.5t，含水含水下降下降4個(gè)百分點(diǎn)個(gè)百分點(diǎn)，截止到，截止到8月底，累積增油月底，累積增油1168t。333.2 海上油田海上油田(渤海渤海SZ36-1)驅(qū)油驅(qū)油試驗(yàn)為試驗(yàn)為一注五采一注五采，目的是檢驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)締合聚合物能否有效驅(qū)油締合聚合物能否有效驅(qū)油以及在以及在海海上比較惡劣的油藏條件下能否采用聚合物驅(qū)；上比較惡劣的油藏條件下能否采用聚合物驅(qū)； 配制聚合物用水配制聚合物用水礦化度高礦化度高(9000mg/L)左右，其中左右，其中鈣鎂離子含量高鈣鎂離子含量高

18、(800mg/L左右左右);配聚溫度配聚溫度40左右，地層溫度左右，地層溫度63; 滲透率高滲透率高(2000md-8000md);原油粘度高原油粘度高(60mPa.s) ,井距大井距大(350m);油層厚度大油層厚度大(61m). 342003年年9月月25日開(kāi)始日開(kāi)始J3井注聚井注聚，截至，截至2005年年5月停注轉(zhuǎn)月停注轉(zhuǎn)注水，注入注水，注入AP-P4聚合物濃度聚合物濃度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，井口平衡注入壓力約入壓力約6.86.9MPa。 典型見(jiàn)效井典型見(jiàn)效井J16井井注聚前產(chǎn)油量為注聚前產(chǎn)油量為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井產(chǎn)油量顯著上升井產(chǎn)油量顯著上升（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月月停注聚合物轉(zhuǎn)注水，仍持續(xù)見(jiàn)效，目前產(chǎn)油量為停注聚合物轉(zhuǎn)注水，仍持續(xù)見(jiàn)效，目前產(chǎn)油量為50方方/天天左右，左右，含水含水60%左右左右。不算遞減累計(jì)。不算