2.2 抗剪切性能參數(shù)表征

抗剪切性評(píng)價(jià)對(duì)于聚合物驅(qū)至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到聚合物在高流速或復(fù)雜流動(dòng)條件下保持溶液黏度和驅(qū)油效果的能力，從而影響化學(xué)驅(qū)的最終采收率。乳液聚合物溶液從注入到被采出的長(zhǎng)期運(yùn)移過(guò)程中會(huì)受到地面管線、井底炮眼和油層多孔介質(zhì)的多重機(jī)械剪切作用，造成乳液聚合物高分子結(jié)構(gòu)被破壞，分子鏈斷裂，從而導(dǎo)致其黏度降低。由表3可以看出，經(jīng)過(guò)管線和炮眼高速機(jī)械剪切后，乳液聚合物和P-HPAM的黏度均出現(xiàn)不同程度下降。剪切后，乳液聚合物黏度保留率為75.2%，P-HPAM黏度保留率為63.1%。乳液聚合物抗剪切性能更強(qiáng)，有利于其抵擋管線和炮眼剪切帶來(lái)的黏度損失，提高工作黏度。

從圖3可以看出，在地層多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，乳液聚合物和P-HPAM的黏度隨剪切速率增加而降低，均表現(xiàn)出非牛頓流體的剪切降黏特性，相同質(zhì)量濃度、不同剪切速率條件下，乳液聚合物黏度均高于P-HPAM的，表現(xiàn)出較好的抗剪切性能。

圖3  模擬地層多孔介質(zhì)條件下乳液聚合物和P-HPAM流變曲線

乳液聚合物驅(qū)油體系的抗剪切性能可通過(guò)CHEMEOR軟件中的剪切數(shù)學(xué)模型表征，對(duì)CHEMEOR現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)，以更好地表征乳液聚合物的驅(qū)油機(jī)理。該剪切數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為：

在優(yōu)化參數(shù)賦值前，需根據(jù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定乳液聚合物在經(jīng)過(guò)管線流動(dòng)和炮眼剪切后的黏度，運(yùn)用式（3）計(jì)算剪切后的黏度保留率，將其導(dǎo)入式（2）中，再根據(jù)室內(nèi)流變實(shí)驗(yàn)測(cè)定的剪切速率與乳液聚合物黏度的關(guān)系數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，回歸確定式（2）中的。根據(jù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)資料，回歸確定乳液聚合物的為1.71。

2.3 降低界面張力性能參數(shù)表征

界面張力的降低可以減小油水界面上的毛細(xì)管力，從而降低束縛在巖石孔隙中的殘余油飽和度，對(duì)化學(xué)驅(qū)提高采收率具有重要作用。乳液聚合物驅(qū)油體系中引入了少量的表面活性劑組分， 能夠起到降低界面張力作用。從表4可以看出，不同質(zhì)量濃度條件下，P-HPAM油水間界面張力為70~73 mN/m左右，而乳液聚合物油水間界面張力可降至8~9 mN/m，盡管沒(méi)有達(dá)到10-3 mN/m超低界面張力水平，但后者降低界面張力的效果明顯好于前者，可提高體系在油層多孔介質(zhì)中的流動(dòng)性和洗油能力，有利于提高驅(qū)油效率。室內(nèi)天然巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同聚合物質(zhì)量濃度條件下，乳液聚合物驅(qū)提高采收率幅度比P-HPAM聚合物驅(qū)高5~7百分點(diǎn)。

在CHEMEOR軟件中可通過(guò)界面張力數(shù)學(xué)模型表征乳液聚合物驅(qū)油體系降低界面張力的作用。在優(yōu)化參數(shù)賦值前，需根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的乳液聚合物驅(qū)油體系中所含表面活性劑組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與乳液聚合物體系界面張力兩者之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，設(shè)定界面張力數(shù)學(xué)模型參數(shù)，并結(jié)合室內(nèi)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)采收率增量與黏度/界面張力變化關(guān)系，進(jìn)一步修正模型參數(shù)。所采用的界面張力數(shù)學(xué)模型的具體形式為：

2.4 先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果

應(yīng)用上述方法，利用CHEMEOR軟件對(duì)乳液聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)效果進(jìn)行了重新擬合預(yù)測(cè)。從圖4可以看出，利用乳液聚合物驅(qū)數(shù)值模擬表征方法能夠近似等效表征乳液聚合物驅(qū)油機(jī)理，重新擬合預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較高，與普通聚合物驅(qū)數(shù)值模擬軟件模擬結(jié)果對(duì)比，含水率變化規(guī)律和采收率提高值變化趨勢(shì)吻合較好，最終采收率提高值再增加0.7百分點(diǎn)，預(yù)測(cè)結(jié)果更加符合開(kāi)發(fā)規(guī)律。

圖4  乳液聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比曲線

3 擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)合理注入?yún)?shù)優(yōu)化

基于等效表征方法，針對(duì)擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)油層非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，建立區(qū)塊地質(zhì)模型并開(kāi)展跟蹤歷史擬合，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)乳液聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)。在地質(zhì)模型建立方面，采用PETREL軟件構(gòu)建LBB2塊擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)三維地質(zhì)模型，平面網(wǎng)格步長(zhǎng)25 m×25 m，縱向劃分為4個(gè)模擬層，網(wǎng)格數(shù)達(dá)6.95×10?個(gè)；通過(guò)修改滲透率、相對(duì)滲透率曲線等參數(shù)進(jìn)行歷史擬合，單井符合率達(dá)85.2%，水驅(qū)末期采出程度與含水率擬合精度較高。數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)借鑒先導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置3組12個(gè)方案，分別研究注入質(zhì)量濃度、聚合物用量和段塞組合方式對(duì)驅(qū)油效果的影響。

研究結(jié)果表明：固定聚合物用量條件下，含水率下降幅度和階段采出程度隨聚合物質(zhì)量濃度增加而增加，但增幅逐漸減小，當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)1 200 mg/L時(shí)曲線斜率明顯變小，出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。固定聚合物質(zhì)量濃度條件下，聚合物用量越大，含水率回升越晚、升幅越緩，采收率提高值隨之增加，但增幅同樣遞減，用量超過(guò)1 200（mg/L）?PV后拐點(diǎn)顯現(xiàn)。段塞組合方式方面，前置高質(zhì)量濃度段塞可顯著增強(qiáng)調(diào)剖作用，擴(kuò)大波及體積，含水率多下降1.65百分點(diǎn)；采用"前置高質(zhì)量濃度+梯次降低質(zhì)量濃度"組合方式，在節(jié)省聚合物用量的同時(shí)延長(zhǎng)注入時(shí)間，采收率提高值達(dá)14.40百分點(diǎn)，效果最優(yōu)。

最終優(yōu)化確定聚合物質(zhì)量濃度1 200 mg/L、聚合物用量1 200（mg/L）?PV為最佳注入?yún)?shù)，推薦采用前置高質(zhì)量濃度+梯次降低質(zhì)量濃度組合段塞方式。針對(duì)井間油層發(fā)育差異，按照發(fā)育厚度和滲透率分級(jí)進(jìn)行分類，依據(jù)注入?yún)?shù)與滲透率匹配原則，對(duì)分類井組開(kāi)展個(gè)性化優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明前置高質(zhì)量濃度段塞和梯次降低質(zhì)量濃度段塞的最佳注入質(zhì)量濃度隨滲透率增加而增大，滲透率差異越大，合理注入質(zhì)量濃度范圍越寬，驗(yàn)證了單井個(gè)性化設(shè)計(jì)的必要性。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

采用上述方案設(shè)計(jì)結(jié)果，在大慶油田L(fēng)BB2塊開(kāi)展乳液聚合物驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)，驗(yàn)證數(shù)值模擬表征的可靠性和注入?yún)?shù)的合理性，并對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)于2024年4月注入乳液聚合物溶液，平均注入速度為0.15 PV/a，前置高質(zhì)量濃度調(diào)剖段塞平均注入質(zhì)量濃度為2 005 mg/L，平均注入黏度為86.5 mPa?s。注入壓力由空白水驅(qū)的7.8 MPa升至10.8 MPa，增加3.0 MPa；平均視吸水指數(shù)保持在0.61 m3/（d?m?MPa），與空白水驅(qū)階段對(duì)比，基本保持穩(wěn)定。截至2025年4月，擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)累計(jì)注入乳液聚合物溶液量為0.122 PV，聚合物用量為233 （mg/L）?PV。由圖11可以看出，擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)含水率由空白水驅(qū)結(jié)束時(shí)的98.6%降至96.65%，現(xiàn)場(chǎng)含水率變化規(guī)律與數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好。截至2025年4月累計(jì)增油量為1.77×104 t，階段提 高采收率0.56百分點(diǎn)，較方案高0.05百分點(diǎn)，預(yù)測(cè) 最終采收率提高值可達(dá)到14百分點(diǎn)以上。

5 結(jié)論

（1）針對(duì)乳液聚合物與普通聚合物性能差異，運(yùn)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(guò)數(shù)值模擬研究實(shí)現(xiàn)對(duì)乳液聚合物驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化和效果預(yù)測(cè)。

（2）數(shù)值模擬研究結(jié)果表明，隨著乳液聚合物質(zhì)量濃度和用量的增加，采收率提高值增幅變緩，當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度為1 200 mg/L、聚合物用量為

1 200 （mg/L）?PV時(shí)提高采收率效果最佳。采用前置高質(zhì)量濃度+梯次降低質(zhì)量濃度組合段塞方式，在聚合物用量相同前提下，可以進(jìn)一步提高聚合物驅(qū)效果。

（3）根據(jù)最佳驅(qū)油參數(shù)和段塞組合方式進(jìn)行分類井組個(gè)性化設(shè)計(jì)，乳液聚合物驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)實(shí)施后，階段效果達(dá)到預(yù)期，且現(xiàn)場(chǎng)含水率變化規(guī)律與數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果吻合較好，預(yù)測(cè)最終采收率提高值可達(dá)到14百分點(diǎn)以上。