摘要： 在用穩(wěn)定法測定三元復(fù)合驅(qū)油體系與油的相滲曲線時，用聚合物分子滯留條件下的堿、表面活性劑體系（AS）與油的相滲曲線來代替ASP驅(qū)油過程中的相滲曲線。研究了聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留程度、體系的界面張力對相滲曲線的影響，將聚合物的作用歸結(jié)為對不可動水相飽和度、油水相的相滲曲線高低的影響；將堿和表面活性劑的作用歸結(jié)為通過降低界面張力來影響殘余油飽和度及水相相滲曲線的高低，得出了聚合物的滯留程度與不可動水相飽和度、油水相端點(diǎn)相對滲透率值之間的關(guān)系曲線和界面張力與殘余油飽和度、界面張力與水相端點(diǎn)相對滲透率之間的關(guān)系曲線。
主題詞：聚合物驅(qū)；復(fù)合化學(xué)驅(qū)；相對滲透率曲線；非牛頓流體；聚合物滯留；低張力
中圖分類號：TE312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：0253-2697（2000）01-0049-06
LABORATORY STUDY ON THE RELATIVE PERMEABILITY CURVE DURING ALKALI-SURFACTANT-POLYMER COMBINATION FLOODING IN KARAMAY OILFIELD
YE Zhong-bin et al.（Southwest Petroleum Institute）
The relative permeability curve of ASP/Oil system was obtained by measuring that of AS/Oil system using steady-state method after polymer retention. The effect of polymer retention and interfacial tension on the relative permeability curve was investigated. The results shows that polymer mainly increase the irreducible water saturation while decreasing the height of relative permeability curves for both water and oil phases; alkali and surfactant mainly decrease the residual oil saturation while increasing the height of relative permeability curve for water phase. The experiments indicated the relations between polymer retention and irreducible water saturation, end-point relative permeability reductions for water and oil phases, and that between interfacial tension and residual oil saturation, end-point relative permeability for water phase.
Key words: polymer flooding; combination flooding; relative permeability curve; non-Newtonian fluid; polymer retention; low-tension
1 前 言
ASP三元復(fù)合驅(qū)油體系在驅(qū)油過程中，存在著多種物理化學(xué)作用，如聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留、表面活性劑在巖石表面上的吸附、堿與巖石礦物之間的反應(yīng)而造成的巖石孔滲參數(shù)變化以及流體的非牛頓效應(yīng)等。這些因素交替作用影響著ASP驅(qū)油過程中的滲流形態(tài)，使得ASP驅(qū)油滲流過程變得非常復(fù)雜。在三元復(fù)合驅(qū)中聚合物的主要作用是通過提高驅(qū)替相的粘度而提高波及效率，堿和表面活性劑則是使界面張力降低，從而提高驅(qū)油效率。在微乳液驅(qū)油技術(shù)中也有關(guān)于界面張力對相對滲透率曲線的影響研究［1、2］，其主要結(jié)論是，隨著界面張力的降低，不可動水飽和度和殘余油飽和度減小，油水相的相對滲透率曲線升高，曲線指數(shù)減小。由于聚合物溶液的非牛頓特性，使得不可能用傳統(tǒng)的相對滲透率曲線測試方法直接測定聚合物溶液與油之間的相滲曲線。文獻(xiàn)［3］測定了巖心在進(jìn)聚合物前后的油水兩相相對滲透率曲線，發(fā)現(xiàn)巖心在進(jìn)聚合物之后，油相的相滲曲線明顯右移，其端點(diǎn)滲透率有所下降，水相的相滲曲線明顯降低。在關(guān)于三元復(fù)合驅(qū)相滲曲線測試方法研究中，文獻(xiàn)［4］曾試圖將聚合物分子的滯效應(yīng)、液體的非牛頓效應(yīng)綜合考慮到達(dá)西粘度中，即將ASP驅(qū)油體系相滲曲線測試中關(guān)于水相粘度的確定問題轉(zhuǎn)化為研究液體的殘余阻力系數(shù)與粘度的確定問題，但這具有很大的難度。首先它涉及高分子流體的流變性和在孔隙介質(zhì)中的微觀流變性，目前在這些領(lǐng)域還存在著許多有待解決的問題，同時還將造成整個三元復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬中有關(guān)滲流基本方程及相關(guān)表達(dá)式的重寫。
在了解三元復(fù)合驅(qū)油數(shù)值模擬計(jì)算對相滲曲線的需求的基礎(chǔ)上，針對新疆克拉瑪依油田開展三元復(fù)合驅(qū)目的油層的巖性情況，用聚合物分子滯留條件下的AS與油體系的相滲曲線來表征ASP與油體系的相滲曲線，研究了聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留程度和體系的界面張力對相滲曲線的影響，得出了聚合物的滯留程度與不可動水相飽和度、滯留程度與油水相端點(diǎn)相對滲透率值之間關(guān)系曲線，以及界面張力與殘余油飽和度之間的關(guān)系曲線。
2 研究方法
根據(jù)堿、表面活性劑和聚合物在驅(qū)油過程中各自所起的作用，在實(shí)驗(yàn)研究ASP驅(qū)油體系的相滲曲線時，采取分離問題、突出主要矛盾的方法，在各種不同穩(wěn)定條件下測定相滲曲線。
| （1） 相滲曲線的測定采用穩(wěn)態(tài)法。用體積守恒法確定相飽和度，通過提高巖心入口端和出口端計(jì)量精度來飽和度的精度； 3 研究條件
4 研究內(nèi)容及討論 4.1 聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留對相滲曲線特征的影響 表1 聚合物分子滯留對Swc、Sor的影響（IFT=35mN/m） （2） 主要設(shè)備：SY-03A型雙柱塞微量計(jì)量泵，TY-Ⅲ改型長巖心夾持器，旋滴界面張力儀（超低界面張力儀），布氏粘度計(jì)。 （3） 主要化學(xué)劑：表面活性劑1#石油磺酸鹽（油田提供）；聚合物M03000H等；堿NaHCO3。 （4） 孔隙介質(zhì)：天然露頭砂礫巖（38mm×200mm，油田提供）。 （5） 油樣：原油/煤油=60/40。 （6） 水樣：地層水。 高分子聚合物在注入水中的存在，一方面提高水相粘度（μp），另一方面聚合物大分子在孔隙介質(zhì)中的滯留使?jié)B透率降低（Frr），結(jié)果使水相流度降低，以達(dá)到穩(wěn)定排驅(qū)前緣，提高注入水在油層中的波及體積的目的。在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，在ASP驅(qū)油體系中，水相流度的降低不僅靠μp和Frr，同時還可通過增大不可動水相飽和度來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留將使油的流動能力有所降低。 相滲曲線上的端點(diǎn)相對滲透率值、不可動水飽和度及殘余油飽和度是相滲曲線的重要特征，為了研究高分子聚合物的存在對油水兩相滲流的影響，首先考慮它對相滲曲線的特征點(diǎn)（端點(diǎn)相對滲透率值、不可動水飽和度及殘余油飽和度）的影響。聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留程度用殘余阻力系數(shù)來描述，它可以通過兩種方法來建立，*種方法是在同一批性質(zhì)相近的巖心中，分別注入不同量（xPV）的同種聚合物溶液，然后用水沖洗得到不同的殘余阻力系數(shù)Frr，從而建立起不同的滯留程度；第二種方法是在同一批性質(zhì)相近的巖心中，分別注入相同量（5PV）的不同種類聚合物溶液，它們的水解度相同，但分子量不同，然后用水沖洗得到不同的殘余阻力系數(shù)Frr，從而建立起不同的滯留程度。實(shí)驗(yàn)中分別測定了具有高、低界面張力的油水體系在不同的聚合物分子滯留程度下的不可動水相飽和度、油水相端點(diǎn)相對滲透率。 4.1.1 實(shí)驗(yàn)過程 （1）巖心抽空飽和含有粘土穩(wěn)定劑的地層水； （2）用水相（具有一定濃度的表面活性劑和堿）驅(qū)替巖心，直至巖心內(nèi)各種物化作用達(dá)到平衡，測定巖心的滲透率Kw（Sw=1）； （3）分別用兩種方法建立聚合物分子在孔隙介質(zhì)中的滯留程度。用*種方法時，選用5塊性質(zhì)相近的巖心，分別注入0.0、 0.5、 1.0、2.0、 5.0PV分子量為1200×104、水解度為25%左右、質(zhì)量濃度為103kg/m3的聚合物溶液，用水相沖洗巖心，測殘余阻力系數(shù)；用第二種方法時，另選用3種聚合物（HPAM），分子量分別為650×104、800×104和1000×104，水解度均為25%左右。在3塊性質(zhì)相近的巖心中分別注入5.0PV質(zhì)量濃度為103kg/m3的上述3種聚合物溶液，用水相沖洗巖心，測殘余阻力系數(shù)； （4）油驅(qū)替水相，測定不可動水相飽和度Swc及對應(yīng)的油相有效滲透率Ko（Swc）； （5）用水相驅(qū)趕油，測定殘余油飽和度Sor及對應(yīng)的水相有效滲透率Kw（Sor）。 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表1和表2分別是常規(guī)油水體系（水相中不含表面活性劑和堿）和低張力體系在不同聚合物分子滯留程度條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于每組實(shí)驗(yàn)的巖性及物性參數(shù)相似，可以把*塊巖心（X=0.0PV）的油水相端點(diǎn)相對滲透率值和不可動水相飽和度看成是進(jìn)了聚合物的巖心（X＞0.0PV）在進(jìn)聚合物前的油水相端點(diǎn)相對滲透率值和不可動水相飽和度。表中油、水相的相對滲透率值的基數(shù)是進(jìn)聚合物前巖心的水測滲透率。圖1、圖2分別是巖心在進(jìn)聚合物后油、水相的端點(diǎn)相對滲透率下降倍數(shù)、不可動水相飽和度上與殘余阻力系數(shù)的關(guān)系，即Krwb（Sor）/Krwa（Sor）～Frr、Krob（Swc）/Kroa（Swc）～Frr及△Swc～Frr。 |
| Kw（Sw=1） （μm2） | Ko（Swc） （μm2） | PV數(shù) | Frr | Swc | Krw0 | Kro0 | Sor | △Swc（%） | 聚合物分子 量（104） |
| 0.4347 | 0.2684 | 0.0 | 1.00 | 0.618 | 0.058 | 0.617 | 0.164 | 0.0 | 1200 |
| 0.4156 | 0.5 | 1.45 | 0.634 | 0.043 | 0.479 | 0.154 | 1.6 | ||
| 0.4463 | 1.0 | 2.00 | 0.653 | 0.032 | 0.379 | 0.150 | 3.5 | ||
| 0.4276 | 2.0 | 2.40 | 0.668 | 0.025 | 0.332 | 0.142 | 5.0 | ||
| 0.4365 | 5.0 | 2.50 | 0.675 | 0.024 | 0.324 | 0.138 | 5.7 | ||
| 0.4755 | 5.0 | 1.62 | 0.636 | 0.038 | 0.447 | 0.155 | 1.8 | 650 | |
| 0.4520 | 5.0 | 1.95 | 0.650 | 0.032 | 0.416 | 0.148 | 3.2 | 800 | |
| 0.4486 | 5.0 | 2.35 | 0.665 | 0.027 | 0.343 | 0.145 | 4.7 | 1000 |
| 表2 聚合物分子滯留對Swc、Sor的影響（IFT=3.84×10-3mN/m） |
| Kw（Sw=1） （μm2） | Ko（Swc） （μm2） | PV數(shù) | Frr | Swc | Krw0 | Kro0 | Sor | △Swc（%） | 聚合物分子 量（104） |
| 0.3474 | 0.2155 | 0.0 | 1.00 | 0.584 | 0.652 | 0.620 | 0.137 | 0.0 | 1200 |
| 0.3716 | 0.5 | 1.50 | 0.625 | 0.447 | 0.493 | 0.104 | 4.1 | ||
| 0.3649 | 1.0 | 1.80 | 0.652 | 0.385 | 0.450 | 0.087 | 6.8 | ||
| 0.3585 | 2.0 | 2.20 | 0.684 | 0.312 | 0.404 | 0.082 | 10.0 | ||
| 0.3526 | 5.0 | 2.40 | 0.701 | 0.296 | 0.377 | 0.079 | 11.7 | ||
| 0.4015 | 5.0 | 1.55 | 0.634 | 0.438 | 0.493 | 0.105 | 5.0 | 650 | |
| 0.4250 | 5.0 | 1.86 | 0.659 | 0.370 | 0.443 | 0.090 | 7.5 | 800 | |
| 0.4420 | 5.0 | 2.25 | 0.692 | 0.310 | 0.393 | 0.085 | 10.8 | 1000 |
| 注：表中Kro0、Krw0分別為油、水相的端點(diǎn)相對滲透率。 圖中，Krob（Swc）為進(jìn)聚合物前油相的端點(diǎn)相對滲透率；Kroa（Swc）為進(jìn)聚合物后油相的端點(diǎn)相對滲透率；Krwb（Sor）為進(jìn)聚合物前水相的端點(diǎn)相對滲透率；Krwa（Sor）為進(jìn)聚合物后水相的端點(diǎn)相對滲透率；△Swc為進(jìn)聚合物后水相不可動水相飽和度增加值。 |
| 圖1 殘余阻力系數(shù)對端點(diǎn)相對滲透率的影響 |
| 圖2 殘余阻力系數(shù)對不可動水飽和度的影響 表1、表2和圖1還表明，聚合物分子的滯留使油、水兩相的端點(diǎn)相對滲透率都下降，其下降程度隨聚合物分子的滯留程度的增加（Frr增大）而增大，但油相的下降程度小于水相。人們希望聚合物的存在只減小水的流度而不影響油的流動，因而聚合物在孔隙介質(zhì)中的殘余阻力系數(shù)也就只是對水而言。基于這一觀點(diǎn)，一些聚合物驅(qū)的數(shù)模軟件在考慮滯留聚合物分子對多相滲流的作用時，殘余阻力系數(shù)Frr僅作用于水相的相對滲透率曲線，而油相的相對滲透率曲線不受影響。表1、表2和圖1說明聚合物大分子在孔隙介質(zhì)中的滯留不僅僅增加水相的流動阻力，同時還要降低油相的流動能力，只是對油相的影響弱于水相。同時表1、表2還表明，進(jìn)聚合物后，殘余油飽和度略有下降。 |
| 圖3 普通油水體系相滲曲線 |
| 圖4 AS/油體系相滲曲線 |
| 圖5 界面張力對殘余油飽和度的影響 （1）與一般砂巖巖石相比，此批砂礫巖的束縛水飽和度偏高，兩相流動區(qū)間窄小，普通油水體系的相滲曲線指數(shù)較小； Krwb（Sor）=-13.88×logσ+32.77（%）
1.聚合物大分子在孔隙介質(zhì)中的滯留將同時增加水相和油相的流動阻力，使油、水相的端點(diǎn)相對滲透率同時降低，但對油相的作用弱于水相； 編輯 楊茁作者簡介：葉仲斌，男，1966年11月生。1989年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油工程系，獲碩士學(xué)位。現(xiàn)為西南石油學(xué)院副教授。
參 考 文 獻(xiàn) ［1］ Delshad M,Pope G A. Two and three phase relative permeabilities of micellar fluids［J］.SPE FE,1987,2（3）:327～337. |
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