摘要

大慶油田在用的驅(qū)油用乳液聚合物與普通聚合物相比具有乳化增黏、低界面張力等性能特點，驅(qū)油效果好于普通聚合物驅(qū)。但采用常規(guī)聚合物驅(qū)數(shù)值模型無法準(zhǔn)確表征乳液聚合物驅(qū)油機(jī)理，影響注入?yún)?shù)優(yōu)化和效果預(yù)測。針對乳液聚合物性能特點，運用CHEMEOR數(shù)值模擬軟件中的數(shù)學(xué)模型，等效表征乳液聚合物驅(qū)油體系的乳化增黏、抗剪切性和降低界面張力等驅(qū)油機(jī)理。通過開展數(shù)值模擬研究，對乳液聚合物注入質(zhì)量濃度、聚合物用量和段塞組合方式等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并給出對驅(qū)油效果的影響。優(yōu)化結(jié)果表明，隨著乳液聚合物注入質(zhì)量濃度和用量增加，提高采收率幅度增加，但增幅變緩。當(dāng)注入質(zhì)量濃度為1 200 mg/L、聚合物用量為1 200 （mg/L）?PV、采用前置高質(zhì)量濃度+梯次降低質(zhì)量濃度段塞組合方式時驅(qū)油效果最佳。基于參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，開展了乳液聚合物驅(qū)現(xiàn)場試驗。實施后，階段效果達(dá)到預(yù)期，且現(xiàn)場含水率變化規(guī)律與數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果吻合較好，預(yù)測最終可提高采收率14百分點以上。

中外在乳液聚合物驅(qū)油領(lǐng)域都進(jìn)行了大量的研究，早期乳液聚合物在油田上主要用于地層調(diào)驅(qū)、鉆井液調(diào)整劑和堵水調(diào)剖劑等方面。近年來隨著乳液聚合物的發(fā)展，在驅(qū)油用乳液聚合物的研制和評價等方面均開展了相關(guān)研究。通過系統(tǒng)評價乳液聚合物的理化性能和驅(qū)油效果，并與普通聚合物進(jìn)行對比，結(jié)果表明乳液聚合物在增黏性、黏度穩(wěn)定性、抗剪切性、界面性能和乳化性能等方面均優(yōu)于普通聚合物，具有更大幅度提高油田采收率的能力。由于乳液聚合物具有諸多性能優(yōu)勢，已成為聚合物驅(qū)提質(zhì)增效的發(fā)展方向。

目前，大慶油田開展了乳液聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗，取得較好驅(qū)油效果；在室內(nèi)驅(qū)油機(jī)理方面也取得了新認(rèn)識。由于目前現(xiàn)有化學(xué)驅(qū)油藏數(shù)值模擬軟件中，聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)模型無法反映其乳化增黏和低界面張力對驅(qū)油效果的影響，只能部分描述聚合物的增黏性能，而表面活性劑驅(qū)數(shù)學(xué)模型能夠模擬界面性能，卻無法同時反映乳化增黏性能和聚合物本身的增黏特性，采用單一的聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)模型或單一的表面活性劑驅(qū)數(shù)學(xué)模型均無法準(zhǔn)確表征乳液聚合物的驅(qū)油機(jī)理。在先導(dǎo)試驗驅(qū)油方案設(shè)計時，采用單一的聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)模型所得到的數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果與實際生產(chǎn)曲線存在較大偏差。為此，在室內(nèi)研究的基礎(chǔ)上，基于CHEMEOR數(shù)值模擬軟件中已有的聚合物和表面活性劑驅(qū)油機(jī)理數(shù)學(xué)模型，將乳液聚合物等效成聚合物和表面活性劑2種組分，利用聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能和利用表面活性劑驅(qū)數(shù)學(xué)模型等效表征界面性能，從而實現(xiàn)對乳液聚合物驅(qū)油機(jī)理的等效表征。基于以上模擬方法，根據(jù)室內(nèi)研究結(jié)果確定了各項模擬參數(shù)，分析注入質(zhì)量濃度、聚合物用量和段塞組合方式對乳液聚合物驅(qū)油效果的影響，指導(dǎo)現(xiàn)場方案優(yōu)化設(shè)計。通過跟蹤評價現(xiàn)場試驗效果，驗證了數(shù)值模擬表征的有效性，為乳液聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化和開發(fā)效果預(yù)測提供借鑒。

1 試驗區(qū)塊概況

大慶油田在LBB1區(qū)塊開展了首個乳液聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗，2020年注入乳液聚合物體系，采用單一質(zhì)量濃度段塞注入。截至2024年12月，與空白水 驅(qū)階段相比，注入壓力增加3.5 MPa，含水率下降 8.2百分點，階段提高采收率8.9百分點。相較于普通干粉聚合物，乳液聚合物的數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果多提高采收率3百分點以上。為了發(fā)展多井組條件下乳液聚合物驅(qū)油方案優(yōu)化設(shè)計與跟蹤調(diào)整技術(shù)，在先導(dǎo)試驗取得較好效果的基礎(chǔ)上，2024年在相 鄰LBB2區(qū)塊開展了擴(kuò)大試驗，試驗區(qū)面積為 3.98 km2，共有79口注入井，78口采出井（圖1），注采井距為150 m，平均砂巖厚度為10.3 m，有效厚度為8.2 m，平均有效滲透率為0.631 μm2。擴(kuò)大試驗區(qū)與先導(dǎo)試驗區(qū)均開采薩Ⅱ13—薩Ⅲ3油層，縱向上細(xì)分為薩Ⅱ13+14、薩Ⅱ15+16、薩Ⅲ1+2、薩Ⅲ3沉積單元。主要發(fā)育河道砂、分流間席狀砂及表外砂體，屬于河流相沉積儲層，為分流平原環(huán)境下的低彎曲分流河道沉積模式。表1為擴(kuò)大試驗區(qū)與先導(dǎo)試驗區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。從表1可以看出，擴(kuò)大試驗區(qū)油層發(fā)育相對較好，油層厚度、平均有效滲透率和聚合物驅(qū)控制程度均好于先導(dǎo)試驗區(qū)，但擴(kuò)大試驗區(qū)油層非均質(zhì)性相對較強(qiáng)，且由于擴(kuò)大試驗區(qū)水驅(qū)時間相對較長，因此，水淹程度相對較高，含油飽和度較低，剩余油相對較少。

圖1  乳液聚合物試驗區(qū)井位分布

2 乳液聚合物性能數(shù)值模擬表征

在目標(biāo)區(qū)塊油水條件下，對比評價了乳液聚合物和同相對分子質(zhì)量的普通聚合物（P-HPAM）的性能差異。評價結(jié)果表明，乳液聚合物與P-HPAM對比具有乳化增黏作用大、抗剪切性強(qiáng)、降低界面張力等性能優(yōu)勢。基于室內(nèi)研究結(jié)果，運用CHEMEOR數(shù)值模擬軟件，通過協(xié)同利用現(xiàn)有的聚合物和表面活性劑驅(qū)數(shù)學(xué)模型，對表面活性劑驅(qū)油機(jī)理數(shù)學(xué)模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，構(gòu)建了乳液聚合物驅(qū)等效數(shù)學(xué)模型，從而表征乳液聚合物驅(qū)油機(jī)理。在構(gòu)建乳液聚合物驅(qū)等效數(shù)學(xué)模型過程中，將乳液聚合物等效成聚合物和表面活性劑2種組分，利用聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能及表面活性劑驅(qū)數(shù)學(xué)模型等效表征界面性能，從而實現(xiàn)黏度/界面張力協(xié)同作用表征。

2.1 乳化增黏性能參數(shù)表征

乳液聚合物的主要驅(qū)油機(jī)理是通過自身增黏特性和形成“油包水”（W/O）型乳液增加驅(qū)替相的 黏度，從而提高波及系數(shù)。乳液聚合物分子結(jié)構(gòu)與P-HPAM不同，其分子結(jié)構(gòu)中引入了2-丙烯酰胺基- 2甲基丙磺酸（AMPS）單體，降低了電解質(zhì)對聚合物雙電層的壓縮和置換作用，有利于維持聚合物分子鏈的水化體積，提升聚合物溶液在污水礦化度條件下的黏度。從圖2可以看出，相同聚合物質(zhì)量濃度條件下，乳液聚合物增黏性能均明顯好于同相對分子質(zhì)量P-HPAM的。在相同黏度40 mPa?s條件下，乳液聚合物質(zhì)量濃度為1 100 mg/L，P-HPAM質(zhì)量濃度為1 450 mg/L，乳液聚合物比P-HPAM節(jié)省聚合物用量約占24%。

圖2  不同聚合物的質(zhì)量濃度和黏度對應(yīng)關(guān)系曲線

乳液聚合物驅(qū)油體系具有明顯的乳化性能，在化學(xué)驅(qū)過程中，乳化作用可增加驅(qū)替相的黏度，降低油水流度比，發(fā)揮乳狀液調(diào)堵和乳化攜帶作用，有利于剖面調(diào)整，擴(kuò)大波及體積，對化學(xué)驅(qū)階段提高采收率是十分有利的。乳液聚合物中引入了具有乳化功能的活性單體和表面活性劑組分，與原油能夠形成W/O型乳液，大幅度提高乳化體系黏度。從表2中可以看出，在油水比為1∶1條件下，乳化體系黏度比乳液聚合物溶液黏度大幅增加。在較低乳液聚合物質(zhì)量濃度（500 mg/L）條件下，具有較強(qiáng)的乳化能力。隨著乳液聚合物質(zhì)量濃度的增加，乳化體系增加黏度增大，但乳化增黏倍數(shù)降低。不同質(zhì)量濃度條件下乳化體系黏度為乳液聚合物溶液黏度的1.6~3.7倍。

在CHEMEOR軟件中可通過黏-濃關(guān)系數(shù)學(xué)模型來等效表征乳液聚合物驅(qū)油體系的乳化增黏性能，該數(shù)學(xué)模型的具體形式為：

在優(yōu)化參數(shù)賦值前，需根據(jù)室內(nèi)實驗測定的乳液聚合物質(zhì)量濃度與乳化體系黏度兩者之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，回歸確定黏-濃關(guān)系數(shù)學(xué)模型中等常數(shù)。乳液聚合物溶液黏-濃關(guān)系數(shù)學(xué)模型中以上4個常數(shù)分別為10、50、600和-0.531，通過對乳液聚合物溶液黏-濃關(guān)系數(shù)學(xué)模型的常數(shù)的確定，提高乳液聚合物驅(qū)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。