摘要

大慶油田在用的驅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，驅油效果好于普通聚合物驅。但采用常規聚合物驅數值模型無法準確表征乳液聚合物驅油機理，影響注入參數優化和效果預測。針對乳液聚合物性能特點，運用CHEMEOR數值模擬軟件中的數學模型，等效表征乳液聚合物驅油體系的乳化增黏、抗剪切性和降低界面張力等驅油機理。通過開展數值模擬研究，對乳液聚合物注入質量濃度、聚合物用量和段塞組合方式等參數進行優化，并給出對驅油效果的影響。優化結果表明，隨著乳液聚合物注入質量濃度和用量增加，提高采收率幅度增加，但增幅變緩。當注入質量濃度為1 200 mg/L、聚合物用量為1 200 （mg/L）?PV、采用前置高質量濃度+梯次降低質量濃度段塞組合方式時驅油效果最佳。基于參數優化結果，開展了乳液聚合物驅現場試驗。實施后，階段效果達到預期，且現場含水率變化規律與數值模擬預測結果吻合較好，預測最終可提高采收率14百分點以上。

中外在乳液聚合物驅油領域都進行了大量的研究，早期乳液聚合物在油田上主要用于地層調驅、鉆井液調整劑和堵水調剖劑等方面。近年來隨著乳液聚合物的發展，在驅油用乳液聚合物的研制和評價等方面均開展了相關研究。通過系統評價乳液聚合物的理化性能和驅油效果，并與普通聚合物進行對比，結果表明乳液聚合物在增黏性、黏度穩定性、抗剪切性、界面性能和乳化性能等方面均優于普通聚合物，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勢，已成為聚合物驅提質增效的發展方向。

目前，大慶油田開展了乳液聚合物驅先導試驗，取得較好驅油效果；在室內驅油機理方面也取得了新認識。由于目前現有化學驅油藏數值模擬軟件中，聚合物驅數學模型無法反映其乳化增黏和低界面張力對驅油效果的影響，只能部分描述聚合物的增黏性能，而表面活性劑驅數學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數學模型或單一的表面活性劑驅數學模型均無法準確表征乳液聚合物的驅油機理。在先導試驗驅油方案設計時，采用單一的聚合物驅數學模型所得到的數值模擬預測結果與實際生產曲線存在較大偏差。為此，在室內研究的基礎上，基于CHEMEOR數值模擬軟件中已有的聚合物和表面活性劑驅油機理數學模型，將乳液聚合物等效成聚合物和表面活性劑2種組分，利用聚合物驅數學模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能和利用表面活性劑驅數學模型等效表征界面性能，從而實現對乳液聚合物驅油機理的等效表征。基于以上模擬方法，根據室內研究結果確定了各項模擬參數，分析注入質量濃度、聚合物用量和段塞組合方式對乳液聚合物驅油效果的影響，指導現場方案優化設計。通過跟蹤評價現場試驗效果，驗證了數值模擬表征的有效性，為乳液聚合物驅注入參數優化和開發效果預測提供借鑒。

1 試驗區塊概況

大慶油田在LBB1區塊開展了首個乳液聚合物驅先導試驗，2020年注入乳液聚合物體系，采用單一質量濃度段塞注入。截至2024年12月，與空白水 驅階段相比，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，乳液聚合物的數值模擬預測結果多提高采收率3百分點以上。為了發展多井組條件下乳液聚合物驅油方案優化設計與跟蹤調整技術，在先導試驗取得較好效果的基礎上，2024年在相 鄰LBB2區塊開展了擴大試驗，試驗區面積為 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。擴大試驗區與先導試驗區均開采薩Ⅱ13—薩Ⅲ3油層，縱向上細分為薩Ⅱ13+14、薩Ⅱ15+16、薩Ⅲ1+2、薩Ⅲ3沉積單元。主要發育河道砂、分流間席狀砂及表外砂體，屬于河流相沉積儲層，為分流平原環境下的低彎曲分流河道沉積模式。表1為擴大試驗區與先導試驗區基礎數據。從表1可以看出，擴大試驗區油層發育相對較好，油層厚度、平均有效滲透率和聚合物驅控制程度均好于先導試驗區，但擴大試驗區油層非均質性相對較強，且由于擴大試驗區水驅時間相對較長，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  乳液聚合物試驗區井位分布

2 乳液聚合物性能數值模擬表征

在目標區塊油水條件下，對比評價了乳液聚合物和同相對分子質量的普通聚合物（P-HPAM）的性能差異。評價結果表明，乳液聚合物與P-HPAM對比具有乳化增黏作用大、抗剪切性強、降低界面張力等性能優勢。基于室內研究結果，運用CHEMEOR數值模擬軟件，通過協同利用現有的聚合物和表面活性劑驅數學模型，對表面活性劑驅油機理數學模型進行適當簡化，構建了乳液聚合物驅等效數學模型，從而表征乳液聚合物驅油機理。在構建乳液聚合物驅等效數學模型過程中，將乳液聚合物等效成聚合物和表面活性劑2種組分，利用聚合物驅數學模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能及表面活性劑驅數學模型等效表征界面性能，從而實現黏度/界面張力協同作用表征。

2.1 乳化增黏性能參數表征

乳液聚合物的主要驅油機理是通過自身增黏特性和形成“油包水”（W/O）型乳液增加驅替相的 黏度，從而提高波及系數。乳液聚合物分子結構與P-HPAM不同，其分子結構中引入了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量P-HPAM的。在相同黏度40 mPa?s條件下，乳液聚合物質量濃度為1 100 mg/L，P-HPAM質量濃度為1 450 mg/L，乳液聚合物比P-HPAM節省聚合物用量約占24%。

圖2  不同聚合物的質量濃度和黏度對應關系曲線

乳液聚合物驅油體系具有明顯的乳化性能，在化學驅過程中，乳化作用可增加驅替相的黏度，降低油水流度比，發揮乳狀液調堵和乳化攜帶作用，有利于剖面調整，擴大波及體積，對化學驅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量濃度（500 mg/L）條件下，具有較強的乳化能力。隨著乳液聚合物質量濃度的增加，乳化體系增加黏度增大，但乳化增黏倍數降低。不同質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-濃關系數學模型來等效表征乳液聚合物驅油體系的乳化增黏性能，該數學模型的具體形式為：

在優化參數賦值前，需根據室內實驗測定的乳液聚合物質量濃度與乳化體系黏度兩者之間的關系數據，采用最小二乘法，回歸確定黏-濃關系數學模型中等常數。乳液聚合物溶液黏-濃關系數學模型中以上4個常數分別為10、50、600和-0.531，通過對乳液聚合物溶液黏-濃關系數學模型的常數的確定，提高乳液聚合物驅數值模擬的準確性。