（油气田开发工程专业论文）聚合物驱后阳离子聚合物调剖驱油实验研究.pdf

形成絮状沉淀，堵塞高渗地层；聚驱后阴阳离子聚合物调剖剂可有效地 提高采收率：聚驱后的非均质地层，必须进行调剖彳有更好的驱油效果。 关键词：聚合物驱后，调剖剂，阴阳离子聚合物，提高采收率 t h ee x p e r i m e n t so fc a t i o n i cp o l y m e rp r o f i l ec o n t r o la n d o i ld i s p i c e m e n ta f t e rp o l y m e r f l o o d i n g y iy a n - j i n g ( d e v e l o p m e n te n g i n e e r i n go fo i l & g a sf i e l d ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl ia i f e n a b s t r a c t p o l y m e rf l o o d i n gi sw i d e l yu s e da sat e r t i a r yo i lr e c o v e r ym e t h o dt om a k e g r e a tc o n t r i b u t i o nt oo i ld e v e l o p m e n t b u tt h ed e c r e a s eo fc a p a b i l i t yo fo i l p r o d u c t i o nr a t em a i n t e n a n c e ，t h er i s eo fw a t e rc u ta n dt h er e d u c t i o no fo i l o u t p u ta p p e a rd u r i n gt h es u c c e e d i n gw a t e rd i s p l a c e m e n ti nt h ep o l y m e r f l o o d e do i lf i e l d s i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m sa n d i m p r o v et h e d e v e l o p m e n te f f i c i e n c y ，i ti su r g e n tt of i n dan e wm e t h o dt oi m p r o v et h eo i l r e c o v e r ys u c c e e d i n gp o l y m e rf l o o d i n g t h ed i s t r i b u t i o no fr e s i d u a lo i li s f i r s t l ys t u d i e do nt h eb a s i so fz h o n ge r - n a nb l o c ko fo u d a oo i lf i e l ds oa st o m a k ea ne f f e c t i v em e a s u r e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h el a r g e q u a n t i t yo fr e m a i n e dp o l y m e ra n dt h es e r i o u s l yh e t e r o g e n e o u so i ll a y e r so f t h ep o l y m e rf l o o d e dr e s e r v o i r ，t h r e et y p e so fp r o f i l e - c o n t r o la g e n t sa r e s t u d i e d ，i n c l u d i n gt h ec a t i o n i ca n da n i o n i cp o l y m e rp r o f i l e c o n t r o la g e n t ，t h e c a t i o n i ca n da n i o n i cp o l y m e ra d d i n gc o a la s hp r o f i l e c o n t r o la g e n ta n dt h e c r o s s l i n k e dg e l t h el a s to n ei san e wt y p eb l o c ka g e n tb a s e do nt h e p o l y a c r y l a m i d ed i s p e r s e di n w a t e r i no r d e rt os t r e n g t h e nt h eb l o c k i n g i n t e n s i t yo ff l o c c u l u si nt h eh i g hp e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r ，c o a la s hi sa d d e d i n t ot h ec r o s s l i n k e ds y s t e m t h ed o s a g e so ft h e s ep r o f i l e c o n t r o la g e n t sa r e o p t i m i z e dt h r o u g he x p e r i m e n t s t h eb l o c k i n gs t r e n g t h a n dt h ew a s h r e s i s i t a n c eo ft h e ma r ea l s or e s e a r c h e d t h ec a t i o n i cp o l y m e ro ft h ep r o f i l e a g e n t sa l s oh a st h ea b i l i t yt oi m p r o v e o i lw a s he f f i c i e n c y i t sm e c h a n i co fo i l d i s p l a c e m e n ta n dt h eo i ld i s p l a c e m e n te f f i c i e n c ya r es t u d i e d a n dt h eo i l d i s p l a c e m e n te f f i c i e n c yo f c a t i o n i cp r o f i l e - c o n t r o la g e n ti sa l s os t u d i e di nt h e s a n d p a c k e dp i p e s w i t h h i g h a n d l o wp e r m e a b i l i t yt os i m u l a t et h e h e t e r o g e n e o u sr e s e r v o i r ， t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e p r o f i l e c o n t r o la g e n t s c a nr e a c tw i t ht h e e n t r a p p e dp o l y m e rt oe n h a n c et h ep l u g g i n gs t r e n g t hf o rt h el a r g ep o r o u s c h a n n e l sa n di m p r o v eo i ls w e e pe f f i c i e n c yi nt h ep o l y m e rf l o o d e dr e s e r v o i r a n dt h ee f f e c t i v ed r i v i n gm a n n e ri st om o d i f yt h ei n j e c t i o np r o f i l ei nt h e p o l y m e rf l o o d e dh e t e r o g e n e o u sr e s e r v o i r k e yw o r d s ：a f t e rp o l y m e rf l o o d i n g ，p r o f l e c o n t r o la g e n t s ，c a t i o n i ca n d a n i o n i cp o l y m e r , e n h a n c i n go i lr e c o v e r y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名： 盘毖踅 力o 年5 月 3 1 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 蕴播缝 “年占月爿e l 导师签名：套墨钧乏一年 尹月3 je i 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 1 研究目的和意义 第1 章前言 在三次采油中，聚合物驱对我国油藏物化环境有较强的适应性，经 多年研究，矿场试验取得了全面成功。它主要通过增加水相的粘度、减 小水油流度比，来提高注入水的平面波及系数及纵向波及系数在我国 东部各大油田，特别是大庆与胜利两大油田，聚合物驱的应用是比较广 泛的。在经历了先导试验、扩大试验及工业化推广应用等各个阶段，聚 合物驱已经产生了极大的经济效益【i l 。 但是各大油田的注聚区块转入后续水驱阶段后，出现了聚合物驱稳 产形势变差、出聚浓度上升、含水上升较快和产量大幅度递减的问题。 胜利孤岛油田的第一批注聚区块转入后续水驱阶段以来，也遇到了同样 的难题，而正在注聚合物的主力单元中一区n 9 4 6 、中二中n 9 3 - 5 见效 慢，且见效不理想，不足以弥补后续水驱单元产量递减，导致聚合物驱 产量整体呈现下滑趋势。图1 - 1 是孤岛中二南区聚合物驱开发曲线： 图1 - 1 中二南聚合物驱开发曲线 l 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 为了解决这一问题，进一步改善开发效果、提高采收率，迫切需要 探索聚合物驱后提高采收率的途径和方法。阴阳离子聚合物调剖剂作为 一种新的化学驱油方法非常值得进行研究及现场试验【2 】。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 聚合物驱后剩余油分布状况 无论是室内实验、现场实验、还是工业实施，作为三次采油方法的 聚合物驱油在提高采收率方面都取得了较好的效果，大庆与胜利两大油 田，聚合物驱的应用比较广泛。但是，聚合物驱后是否还有可能采取措 施进一步提高采收率，其前景大概如何，这显然是一个很有意义的新问 题。在采取四次采油前，要充分认识油层内的剩余油及残留聚合物在地 下的分布情况，以便在充分利用地下残留聚合物的基础上，达到调剖驱 油的目的闭。 下面分析聚合物驱后的剩余油分布规律： ( i ) 聚合物驱后宏观剩余油分布规律：不同非均质物理模型上，随着 非均质系数增加，高渗层水驱采收率与低渗层的差距加大。聚合物驱油 之后，剩余油主要分布在中低渗透层内，并且非均质系数越高，中低渗 透层的采出程度越低。对于平面均质模型而言，聚合物驱后两翼边界附 近含油饱和度高。平面非均质模型，若沿高渗透条带布井，由于高渗透 条带窜流，聚驱结束时，两翼的油相饱和度远高于主流线；反之，油相 饱和度分布会均匀些。韵律油层，聚合物驱后剩余油纵向上分布在中低 渗透层，平面上分布在主流线两翼卜”。 ( 2 ) 聚合物驱后微观剩余油分布规律： 油藏岩石的润湿性对油水分布有很大的影响，研究表明：对于亲水模 型：从图i - 2 中可以看到残余油是以油滴或段塞形式存在于大孔道之间 或一些流动性不好的通道中。对于亲油模型：由于孔道壁面亲油，除孔 道中间有残余油外，孔壁上还有油膜。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 图卜2 聚合物驱后微观剩余油分布 对于亲水或亲油模型其剩余油分布情况主要有以下几种形式：( 1 ) 盲端状残余油，该类型的残余油其油水界面与聚合物驱体液的流线平行， 主要受岩心颗粒形状影响，致使其无法流动；( 2 ) 孔隙中残余油，该类型 的残余油其两端的液一油界面平行( 或法线垂直) 于聚合物驱替液的流线 方向，此类型的残余油受毛管力的作用而无法流动；( 3 ) 亲油岩石表面的 油膜状残余油，此类不可动残余油主要受岩石与液体问的相互作用吸附 于岩石表面。水驱后，岩心的润湿性与其原始状态相比，变得弱亲油， 聚合物驱后，岩心变为亲水，这一润湿性的转变说明，聚合物驱与水驱 相比，可以从岩石表面“剥离”下更多的油膜，润湿性变为亲水将提高 原油采收率；( 4 ) 残余油垂直于聚合物溶液的驱替方向，此类型残余油受 毛管力和岩石形状的综合作用致使其无法流动，其存在形式有两种；或 是单个油滴，或是被水包围，分布于岩石低渗透部位里连片油状。 根据上面的分析可以看出，聚合物驱后剩余油主要集中在中低渗透 油层中，所以要提高原油采收率，应该先调整油层的吸水剖面，从而使 后续注入流体进入中低渗透油层，驱替其中未动用的原油。 1 2 2 聚合物驱后后续水驱存在的问题 各大油田的注聚合物区块转入后续水驱阶段后，出现了聚合物驱稳 产形势变差、出聚浓度上升、含水上升较快和产量大幅度递减的问题。 经过研究发现，聚合物驱后存在许多问题，主要有：地下还残留 着6 0 - 8 0 9 6 左右的聚合物，造成了不必要的浪费：聚合物驱后转水驱， 由于不合理的流度比，无法进一步提高波及系数；聚合物驱后地下仍 然残留着大量的原油( 5 0 左右) 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 由于聚合物驱后地下残留大量聚合物，且地层的非均质情况更加严 重，所以为了提高聚合物驱后的采收率，必须对含油饱和度低、聚合物 浓度高的高渗条带或高渗透层进行封堵，阴阳离予聚合物调剖剂可有效 利用地下的聚合物对高渗透层进行封堵，从而提高注入流体的波及体积 及洗油能力。 1 2 3 聚合物驱后提高采收率技术研究现状 聚合物驱已经作为三次采油的主要驱油方法在国内推广，因此聚合 物驱后提高采收率措施的研究在国内比较受关注。由于是在三次采油之 后进一步提高采收率措施，所以可称为四次采油问题。四次采油定义为： 水驱后已经注入某种化学驱油剂( 单一的或复合的化学剂) 进行三次采 油之后，再注入另一种驱油剂( 单一的或复合的化学剂) ，从而进一步提高 采收率。 从目前的经验和理论可看出，用于三次采油后进一步提高采收率的 方法较多，例如注入单一的或复合的化学剂驱油、各种热法驱油、各种 微生物方法采油等。聚合物驱后提高采收率的方法具体分为两类： ( 1 ) 聚合物驱后注入驱油剂提高采收率 从聚合物驱开始推广时，人们就不断地研究进一步提高采收率的问 题。四次驱油剂的研究情况如下：1 9 9 7 年郭尚平等人用表面活性剂和液 晶体系作为四次采油的驱油剂进行室内研究，表面活性剂提高8 6 ，液 晶体系提高1 6 ，发现聚合物驱后直接注入四次驱油剂可进一步提高采 收率，但成本较高，仅限于室内研究，没有进行矿场试验；2 0 0 2 年卢祥 国等人对聚合物驱后三元复合驱的驱油效果进行了室内评价，平均提高 采收率1 0 左右，并在大庆油田进行了先导性试验，但效果不理想且施 工复杂；2 0 0 2 年徐德军等人对聚合物驱后低浓度交联聚合物驱提高原油 采收率进行了室内评价，并在孤岛油田进行了先导性试验，由于聚合物、 交联剂浓度低及复杂的地层情况，没有达到理想的效果。投入产出比为 l ：1 2 ；2 0 0 4 年王其伟等人对聚合物驱后泡沫驱提高采收率技术进行了 室内研究，聚合物驱、水驱后再进行泡沫驱采收率可提高1 0 ，但施工 情况未见报道；2 0 0 4 年石梅等人针对大庆油田的注聚区块提出利用微生 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 物进一步提高采收率的方法，并对其可行性进行了室内研究，室内提高 采收率值不高，且微生物对地层条件的要求比较苛刻，推广性不强；2 0 0 5 年，提出了聚合物微球及纳米膜驱油等新型驱油剂【8 - 1 6 1 。 对于平面及纵向渗透率差异较大的油藏，聚合物驱后期，由于注入 水及聚合物的长期冲刷，注入水及聚合物沿高渗透层突入油井，造成注 入的聚合物溶液在注水井和生产井之间循环流动，大大降低了注入聚合 物的利用率。所以聚合物驱后直接注入驱油剂，会造成驱油剂突入油井 的后果，起不到相应的驱油作用。 c 2 ) 聚合物驱后注入调剖剂提高采收率 注聚合物单元在相继转入后续水驱开发阶段后，由于油层的非均质 性，注入水沿高渗透层突入油井，致使油井出聚浓度上升、油压下降、 含水上升速度过快。因此为了使注入的驱油剂不沿大孔道突破，有必要 先进行调剖再注入驱油剂。为降低生产井中聚合物的产出浓度，提高注 入聚合物溶液的利用率及波及系数，必须从生产井及注入井对高渗层或 高渗透条带进行封堵，徐婷等人对聚合物驱后的固定技术进行了研究 0 1 - 2 6 。 阴阳离子聚合物调剖剂中的阳离子聚合物能充分利用地下的阴离子 聚合物，两者反应形成絮状沉淀，从而封堵高渗透孔道，改善后续水驱 的波及范围，可达到降低油井的含水、提高原油的采收率的目的，另外 阳离子聚合物还具有洗油的作用。所以阴阳离子聚合物调剖剂是聚合物 驱后的一种重要接替技术。 从聚合物驱开始推广时，人们就不断地研究继续提高采收率的问题。 但至今还未找到可推广的四次驱油剂，仍需进行大量的室内实验和矿场 试验，才能找出适合开发中国油气藏的四次采油方法。 1 3 本文研究内容及技术路线 本文针对孤岛中二南注聚合物区块后续水驱过程中存在的聚合物驱 稳产形势变差、生产井出聚浓度上升、含水上升较快和产量大幅度递减 的问题，本文主要解决下列问题： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 ( 1 ) 根据聚合物驱后地层的特点，研制了阴、阳离子聚合物絮状沉淀 调剖剂、阴、阳离子聚合物粉煤灰调剖剂和交联体系调剖剂，通过室内 实验优选了三种调剖剂的配方，并研究了三种调剖剂对地层的堵塞情况 及其抗冲刷能力； ( 2 ) 利用常规实验研究了阳离子聚合物的驱油机理，并研究了阳离子 聚合物本身的调剖驱油效果； ( 3 ) 在调剖剂和驱油剂研究的基础上，研究了聚合物驱后调剖荆的调 剖驱油效果； 本文主要从室内实验的角度来研究聚合物驱后的调驱剂，通过理论 分析与实验结合的方法，得出了解决问题的方法及措施。 本文的研究思路及技术路线见图1 - 3 聚合物驱后提高原油采收率技术 1 l 研究聚驱地层水驱过程中存在问题及特点 土上 i 研究提高波及系数的方法 研究提高洗油效率方法 工1 lj l 冲剂阴度灰阴堵交驱阳究地阳 刷配阳及调阳塞联 蕤 层离 筚友离 箨裂享 强体 中子 度系 的聚 壤 裂舅季 研调 驱合 究剖 油物 度物 塞塞雾 剂 驱效在 配 油 果均 及调 “强煤 剂研质抗刑 方 图1 - 3 技术路线图 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 聚合物驱后，由于聚合物驱及水驱阶段的长期冲刷，油层非均质进 一步加剧，地下仍留有大量的聚合物。为提高该类油藏的采收率，必须 对油水井对应的采出程度高的高渗层进行相应的封堵。 本次研究针对孤岛油田地层特点，为充分利用地下残留的聚合物， 研制了阴、阳离子聚合物调剖剂，将带有阳离子基团的阳离子聚合物注 入注聚合物后的地层，它优先进入高渗层，在向前移动的过程中不断与 地下残留的聚合物h p a m 相遇，由于静电吸引，在地层温度下产生雪片 状的絮状沉淀。絮状沉淀对地层砂具有较强的吸附携带能力，在后续注 水过程中，混合有地层砂的絮状沉淀在孔隙吼道处遇阻，堵塞高渗大孔 隙，从而可达到降低高渗层渗透率的目的。 根据孤岛油田的地层情况，对阴阳离子聚合物的絮状反应机理、配 方( 完全反应时的用量比) 及其对岩心的堵塞状况进行了研究。 2 1 阳离子聚合物结构及其絮状反应机理 阳离子聚合物是淀粉改性的产物( 由山东大学提供) 。淀粉的分子式 为【c 出7 0 2 ( o h ) 3 。，有直链淀粉和支链淀粉( 直链淀粉，分子量为3 2 1 6 万，可溶性好；支链淀粉分子量为1 0 1 0 0 万，溶解性较差，碱处理后 溶解性增强) 。支链与直链淀粉的分子结构如下： 。蠡 一国。固。国。一 一书。翰o 一 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 在原淀粉上含有多个羟基，可以缩写为：s t o h 。淀粉溶解后，加 入丙烯酰胺、季铵盐( 醚化剂) 等单体，在一定条件下反应就可生成 具有特定功能的阳离子淀粉。如用2 ，3 一环氧丙基三甲基氯化铵为醚化 剂，反应式为： 0 o h i s t - o f t , 【玛c _ q l 崛隅】。a - - i s t _ o _ 岫琏腿】a 式中，r - 为c h 3 。 上述阳离子淀粉在水中很容易解离，形成含有阳离子基团的聚合物， h p a m 分子上的阴离子基团与阳离子聚合物上的阳离子基团在静电引力的 作用下结合在一起，由于阴、阳离子聚合物上的能反应的基团很多，一 个阳离子聚合物可以和多个阴离子聚合物反应，一个阴离子聚合物也可 以和多个阳离子聚合物反应，因此形成分子较大的絮状沉淀。反应分子 式大致如下： o f i i s t - o - c , r 2 b 吨龟 ( c 弱) i a - + 伽伊椭一f 睁 钿冁幻卵盏 o h弘娟削瑚卜鼢 i弋 1 1 1 棚7 r 轴戳一r 7 譬 s t o _ c 鹃叫m 弋臻彬c c 捣) ，瑚亡6 0 阻 2 2 阴、阳离子聚合物反应状况室内研究 实验所用阴离子聚合物为胜利孤岛油田提供的部分水解聚丙烯酰 胺；阳离子聚合物由山东大学提供，具有遇水溶胀的特性。实验用水为 孤岛油田注入水，实验温度为7 0 实验中将不同浓度的阴阳离子聚合物溶液混合，在7 0 下观察絮状 沉淀情况，得出完全反应时的质量比及沉淀量。 2 2 1 实验步骤 ( 1 ) 配制浓度为5 0 0 、9 0 0 、1 0 0 0 、1 2 0 0 、1 4 0 0 m g l 阴离子聚合物溶 $ 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 液和质量浓度为5 、3 、2 的阳离子聚合物溶液； ( 2 ) 分别取一定量的阴离子( 或阳离子) 聚合物于多个容量瓶中； ( 3 ) 再分别加入不同量的阳离子( 或阴离子) 聚合物，充分搅拌； ( 4 ) 7 0 c 下恒温l o m i n ，观察絮状沉淀的情况； ( 5 ) 2 0 0 0 转，分的转速下离心3 m i t t ，测量沉淀体积。 2 2 2 絮状反应实验 ( 1 ) n 离子用量一定 实验1 - 5 0 0 m g l 的阴离予2 0 m l 与不同体积3 阳离子反应 实验结果见表2 1 和图2 - 1 。 表2 - l5 0 0 m g l 的阴离子与不同体积3 阳离子反应 序 5 0 0 m g 1 , 3 阳离子 溶液总总沉淀 加絮状沉淀， 反应观察 阴离子体 砂总溶液( 体 号 m l n a g 体积a n l体积 n l情况 砌 ，g积比l l2 01 o 3 0 2 1 ，0o 1o 5 0 4 8 22 01 44 22 1 4o 30 51 4 32 02 06 02 2 o0 9o 54 1 42 04 01 2 d：2 4 01 4o 55 8 52 06 o1 8 02 6 o3 30 51 2 7 62 0l o o3 3 0 o6 0o 52 0 0完全反应 72 01 5 04 5 03 5 o9 9o 51 7 1阳离子多余 82 02 0 o6 0 04 0 0 1 6 1 9o s1 5 o阳离子多余 92 02 5 07 5 04 5 0 2 1 4o 51 3 3阳离子多余 注：加砂目的是便 3 u 名 器2 0 垃 艄 炼1 0 葵 鞭o 0 1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 阳离子用鲎匕，珥 图2 - 1 阳离子用量与沉淀量的关系 ( 阴离子5 0 0 舶g l ，阳离子3 ) 由表2 1 看出：5 0 0 m e 班, 的阴离子2 0 m l 与不同体积3 的阳离子反 应，随阳离子用量增加，形成韵絮状沉淀体积增加，阳离子体积为l o m l 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 时阴阳离子完全反应，完全反应时阳离子与阴离子质量比： 阳 3 1 03 0 阴0 0 5 2 0 1 当阴离子多余时，絮状沉淀与溶液界面清晰，当阳离子过量后，溶 液浑浊，由此可以判断何时阴阳离子完全反应。在离心机上离心沉淀3 分钟，测定絮状物体积。图2 一l 为絮状沉淀与阳离子用量的关系，图中 虚线为完全反应时的絮状沉淀量及阳离子用量( 3 0 0 r a g ) 。当阳离子用量 3 0 0 r a g 时，实线与虚线纵坐标之差为阳离子本身的沉积量( 搅拌后浑 浊) 。 实验2 ；1 2 0 0 m g l 的阴离子6 n - , 1 与不周体积3 阳离子反应 实验结果见表2 - 2 和图2 - 2 。由表2 - 2 知，1 2 0 0 m g l 阴离子6 m l 与 3 阳离子7 m i 完全反应。完全反应时，阳、阴离子的质量比为： 阳7 x 3 2 9 2 一= = - 一= ：一 阴6 o 1 2 l 表2 - 21 2 0 0 m g l 的阴离子与3 阳离子按不同比例混合 序 1 2 0 0 r a g 3 阳离子 溶液总总沉淀絮状沉淀，总溶反应观察 l 阴离子 号 m l m g 体积，m i阵移 ，t n l液( 体积比”情况 体积，m l l626 08 o 8 31 0 4絮状沉淀明显 2639 091 4 81 6 4 3641 2 01 02 22 2 o 465 1 5 0 l l 3 02 7 3 5 66 1 8 0 1 24 1 3 4 2 6672 1 01 34 93 7 7完全反应 761 03 0 01 67 83 0 6阳离子多余 861 23 6 01 88 5 2 7 2阳离子多余 961 44 2 02 01 0 32 4 5阳离子多余 l o 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 氍 蛙 姑 蛙 阳离子量略 图2 - 2 阳离子量与沉淀量关系( 阴离子1 2 0 0 m g l ，阳离子3 ) 由表2 - 2 和图2 - 2 可以看出，当阴离子用量一定时，随阳离子用量的 增加，絮状沉淀量增加，当阳离子用量增加到2 1 0 r a g 时，阴、阳离子完 全反应，之后阳离子用量再增加，絮状沉淀量也不再增加，如图2 2 中 虚线所示，但在总溶液中的浓度降低，携砂能力变弱。当阳离子用量 2 1 0 r a g 时，实线与虚线纵坐标之差为阳离子本身的沉积量。 实验3 ：5 0 0 m g l 阴离子聚合物6 m l 与3 m l 不同浓度阳离子聚合物反应 实验结果见表2 。3 及图2 3 和图2 4 。由表2 3 知：9 0 0 m g l 阴离子6 m l 与3 r a l 3 的阳离子完全反应。阴离子质量及阳离子体积一定时，随阳离 子浓度的增加，絮状沉淀逐渐增加，当阳离子浓度达到3 时反应完全， 随后阳离子浓度的继续增加，溶液变浑浊，絮状沉淀与溶液界面不明显。 完全反应时阳、阴离子的质量比为：器= 赢3 x 3 = 3 0 表2 35 0 0 m g l 阴离子聚合物6 m l 与3 m l 不同浓度阳离子聚合物反应 序 阳离阳离子体 5 0 0 m g l溶液总沉絮状沉淀 子浓积与质量 阴离子总体淀体总溶液( 体反应观察情况 号 度 m l l a g 体积m l积m l积m l积比) 1133 0690 8 69 6沉淀强度最大， 沉淀与溶液界面 22 36 0691 6 61 8 4 明显 3339 0692 22 4 4反应完全 4 4 31 2 0693 52 4 4阳离子多余 上部有多余阳离 5531 5 0693 92 4 4 子，溶液浑浊 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 0 2 5 i 0 2 0 蟊0 1 5 蛙 一0 1 0 鲥 蜉0 0 5 o 0 0 朋离子量 n l 图2 - 3 阳离子用量与沉淀量的关系 ( 阴离子5 0 0 r a g l 阳离子3 ) 上图中虚线为絮状沉淀体积，当阳离子用量大于9 0 m g 时，实线与虚 线纵坐标之差为阳离子本身的沉积体积。 图2 _ 4 为絮状沉淀的实物照片( 其中絮状沉淀中加有砂子) 搅动后的 情况，可以看出：当阳离子浓度3 时，溶液与沉淀界面清晰，沉淀成 团性较好，絮状沉淀悬砂性好。当阳离子浓度 3 时，絮状沉淀的悬砂性 仍然较好，但絮状物与溶液的界面不清晰。 图2 - 45 0 0 m g l 阴离子与不同浓度阳离子产生沉淀对比 充分搅拌各离心管中离心后的絮状沉淀物，絮状沉淀呈不连续的块 状悬浮于水中，发现砂子能很好地悬浮于絮状沉淀物中，因此可以推断 其对地层有一定的堵塞强度。 ( 2 ) 阳离子用量一定 实验4 ：2 的阳离子3 m l 与1 0 0 0 m r j l 不同体积的阴离子反应。 实验结果见表2 - 4 和图2 5 、图2 6 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 嚣 蛙 姑 蛙 篓 龋 01 234 阴离子量m g 图2 - 5 阴离子量与絮状沉淀量关系 ( 阴离子1 0 0 0 m g l ，阳离子2 3 m 1 ) 表2 42 的阳离子与1 0 0 0 m g l 不同体积的阴离子反应 序 1 0 0 0 m g 2 阳离子体积 溶液絮状沉 沉淀总 反应观察 l 阴离子 总体淀体积溶液( 体 情况号 m l m g 积，m l m l 积比) ， 体积a n l l1 o36 04 0o 51 2 5阳离子多余 21 236 04 t 2o 61 4 3 31 636 04 6o 81 7 4 42 o36 05 o1 22 4 0完全反应 52 536 05 51 22 1 8阴离子多 63 236 06 2 1 21 9 4 73 536 06 5 1 21 8 5 由图2 5 可以看出：阳离子用量一定时，随阴离子用量的增加，絮 状沉淀量增加，当阴离子聚合物为2 o r a l 时，反应完全，之后，沉淀量 不再增加。由表2 4 得，阳、阴离子完全反应时的质量比为： 里：! ! 型：3 0 0 阴2 0 1 图2 - 62 阳离子聚合物3 m l 与不同体积1 0 0 0 m g l 阴离子 聚合物产生沉淀对比 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 上图为离心管中的絮状沉淀搅拌后的实物照片。可以看出：当阴离 子聚合物用量小于2 0 m l 时，溶液浑浊，阳离子多余，絮状沉淀分不清 楚；当阴离子用量大于2 0 m l 后，絮状沉淀明显，与周围溶液有明显的 界面；随阴离子用量增多，絮状沉淀强度增强，搅拌后絮状沉淀不分散。 2 2 3 絮状沉淀实验结果 ( 1 ) 完全反应时阴、阳离子质量比的确定 通过上述系列实验，可得不同浓度的阴、阳离子完全反应时的质量 比如表2 5 所示。从表2 5 可以看出，阴、阳离子完全反应时：阳离子与 阴离子的聚合物的平均质量比为3 0 。 表2 - 5 各实验中阴、阳离子完全反应时的质量比及絮状沉淀量 序 阴离子聚合物阳离子聚合物 阳阴离阴阳离子象扶沉絮状沉淀 浓度体积质量浓度体积质量 子质量质量之和窿体积物的体积 号 m g lm 1 t 选 m l m g 之比7 喝 m 1 浓度 l5 0 02 0 1 0 3 1 0 3 0 0 3 03 1 06 o2 0 21 2 0 06 7 2 3 7 2 1 0 2 9 22 1 7 24 9 3 7 3 35 0 063339 03 09 3 0 2 2 2 4 4 41 0 0 02 2 2 3 6 0 3 06 2 01 1 82 4 0 ( 2 ) 完全反应时阴、阳离子聚合物总质量与沉淀量的关系 阴阳离子聚合物质量之和与沉淀量的关系见表2 - 5 和图2 7 可以看 出，随阴、阳离子聚合物总质量的增加，絮状沉淀体积增加。 随阴、阳离子浓度的增加，絮状沉淀在总溶液中的浓度增加，携砂 能力增加。 7 姜6 。 萋： 螽2 。 o o1 0 02 0 03 4 0 0 阴阳离子质量之和m g 图加7 阴阳离子总质量与絮状沉淀体积的关系 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 2 2 4 小结 ( 1 ) 不同浓度条件下，阴、阳离子聚合物混合，会形成絮状沉淀，完全 反应时，阳离子与阴离子的质量比为3 0 ：1 ； ( 2 ) 当阴离子聚合物剩余时，形成的絮状沉淀强度较大。界面清晰； 当阳离子聚合物过量时，溶液变浑浊，其中的絮状沉淀肉眼难以辨别， 它与溶液没有明显的界面； ( 4 ) 絮状沉淀具有一定携砂能力，搅拌后砂子仍悬浮在絮状沉淀物中； ( 5 ) 絮状沉淀物的稳定性很好。在室内放置1 0 天基本上没有变化。 2 3 絮状沉淀堵塞强度研究 本次实验用填砂模型对阴、阳离子聚合物形成的絮状沉淀对地层造 成的堵塞及其抗冲刷能力进行了研究。 实验用材料：砂子为孤岛产出砂( o 6 5 r a m ) ：水为孤岛产出水。 实验温度：7 0 ；注入速度：l c m 3 m i n 。 2 3 1 实验步骤 用孤岛产出砂填岩心管一计算孔隙度一水测岩心的渗透率一注入阴 离子聚合物( 浓度为9 0 0 、1 2 0 0 m g i , ，记录不同时刻的压力及流量) 一注入 4 的阳离子聚合物段塞一注入1 2 0 0 m g l 阴离子聚合物段塞一停1 0 分钟 后，水驱，测定突破压力。 根据水驱过程中压力的变化，确定阴阳离子聚合物调剖剂的抗冲刷 能力；改变注入阴阳离子段塞的大小及岩心的渗透率重复上述步骤。 2 3 2 实验流程 整个实验装置置于7 0 c 的恒温箱中，实验流程图见图2 8 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调割效果研究 图2 - 8 堵塞强度及抗冲刷能力实验流程 2 3 3 实验结果及分析 ( 1 ) 基本数据 表2 - 6 实验基础参数 l 实验温度l 水的密压u g o m 3i 水的粘度，m p 鹅l 驱替流速，m l m i i l l 7 0 c 1 0 9 8 8 l 0 7 0 2 7 l 1 表2 7 岩心基本数据 序号岩心长度e l直径c a孔隙度届渗透率“m 2 实验1 3 5 82 73 7 51 4 3 4 实验2 3 5 82 73 3 61 “ 实验3 3 6 12 ，73 7 。52 。1 1 实验43 5 92 73 3 40 7 4 2 实验5 3 5 92 7 3 6 81 2 4 0 实验6 3 5 92 73 5 01 0 1 0 实验7 3 5 9 2 7 3 4 00 9 7 9 0 ( 2 ) 实验结果 见表2 - 8 及图2 - 9 ( 部分实验结果，其它实验曲线类似) 。 1 6 中国石油大学( 华东) 硕十论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 表2 8 阴阳离子聚合物调剖实验结果 实验 渗透率 阴离子阳离 水驱0 5 p v 渗透率 k o 驱替方式及用量 降低 备注 序号 p r 0 2 伊v 浓度 产浓 压力 穆透率 ( k o - k ) ，m g ，l窆脯 口a p m 2 k o 阴( o 5 卜阳( 0 6 8 )水驱压力 l1 4 3 4 9 0 0 4 o 30 0 3 59 7 6 一阴( 1 卜水驱一直增加 阴( o 5 卜- 2 x 阳 21 4 4 ( 0 2 7 卜一阴( 0 3 ) 】 1 2 0 040 0 7 40 1 0 0 溯 水驱压力一直 一水驱 增加 阴( o 5 卜- 2 x 阳水驱0 5 p v 时 3 2 1 l ( o 2 7 卜阴( o 3 ) 1 1 2 0 04 0 1 0 50 0 5 7 鳓间停泵s h , 后 一水驱继续水驱 阴( o 5 ) - - 阳( 0 5 4 )水驱压力一直 40 7 4 21 4 0 040 4 1 5o 0 1 89 7 6 一阴( 0 6 卜水驱 上升 阴( 1 卜- 阳( 0 2 卜 瀚 水驱压力一直 5 1 2 4 0 1 2 0 0 4 0 0 6 8o 1 1 9 阴( o 2 卜一水驱 上升 阴( 1 卜阳( 0 3 ) - - 瀚 水驱压力一直 61 0 1 01 2 0 0 4 o 0 6 6 0 0 5 6 阴( o 2 卜一水驱上升 阴( 1 卜阳( o 4 卜一 黼 水驱压力一直 70 9 7 91 2 0 0 4 0 1 3 10 0 4 5 阴( o 2 ) - - 水驱上升 2 鸯i ： 融 一( 0 捌8 ； 0 ol234 累计注入倍数p v 实验l9 0 0 p p m l 弱+ 4 m 。k = 1 4 3 时 阴l p 、r - 阳0 6 7 5 p v 一阴l p v 一水驱 ： 蠡 8 ： 2 鞋 3 ： 曩计注入倍数p v 实验21 2 0 0 p p m m + 4 阳k = 1 4 4 p r 0 2 阴0 s p y 一2 ( 阳0 2 7 p v 一朋0 3 p v ) 一水驱 累计注入倍数p v 实验31 2 0 0 p p m 阴十4 阳k = 2 1 l p m 2 阴0 5 p v - 2 ( 阳0 2 7 p v 一阴0 3 p v ) 一水驱 图2 - 9 不同注入条件下，注入压力与注入倍数的关系 ( 压力自阴离子驱开始算起) 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 ( 3 ) 结果分析 1 ) 絮状反应特点及其抗冲刷能力 由上述所有实验可以看出：当阴阳离子注入以后，再水驱，在水驱 速度恒定的情况下，岩心两端压力差随驱替时间的增长而逐渐增加。由 于反应形成的絮状沉淀逐渐增多，混有细砂的絮状沉淀随水起运移， 堵塞孔隙喉道，故岩心的渗透率逐渐减小，岩心两端的压力差逐渐增加， 最大水驱压力基本恒定，说明岩心中的絮状沉淀具有很好的抗冲届i 。b 力。 2 ) 岩心渗透率的降低程度 由表2 8 看出，在实验所用岩心渗透率范围内( o ? - 2 1 p m 2 ) ，岩心 渗透率降低都高于8 0 。 3 ) 阳离子用量对岩心堵塞程度的影响 由实验5 、6 、7 可以看出，在岩心渗透率、阴阳离子浓度、注入方 式相同的情况下，注入的阳离子段塞的大小分别是0 2 、o 3 、0 4 p v ， 水驱时注入0 5 p v 的水后岩心的渗透率降低分别为：9 1 2 、9 4 5 、 9 5 4 ，可以看出随阳离子注入倍数的增加，岩心渗透率降低程度增大 4 ) 岩心渗透率对堵塞程度的影响 对比实验2 、3 ，可以看出，在阴、阳离子注入量相同的条件下，岩 心的渗透率越小，渗透率降低幅度越大； 5 ) 段塞组合优化设计 由表2 8 知，实验3 和实验5 累积注入阴、阳离子的p v 数相同，由 于岩心5 渗透率低，注入0 5 p v 水时，岩心5 的渗透率降低略高于岩心3 。 但由于实验3 的阳离子和阴离子聚合物用两个循环注入，在岩心中的混 合程度高，因此随着水驱时间的增长，渗透率降低程度大于实验5 ( 累积 注入3 、3 7 p v 时，岩心3 渗透率分别降低9 5 1 和9 6 6 ，岩心5 渗透 率分别降低9 5 1 和9 5 5 ) 。即在阴、阳离子聚合物调剖过程中，段塞的 组合不同，阴、阳离子的利用率也不同。1 4 0 0 1 1 l g l 的阴离子聚合物( h p 枷 的粘度远小于2 的阳离子的粘度，高粘度的阳离子驱替地层中低粘度的 阴离子聚合物时，不易产生指进现象，阴、阳离子混合程度较小，产生 的絮状沉淀较少。由于后续注入的阴离子聚合物粘度较低，在驱替高粘 1 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章阴阳离子聚合物调剖机理及调剖效果研究 度的阳离子时，指进现象严重，阴、阳离子混合充分，产生的絮状沉淀 量较多。在用量相同的情况下，交替注入阴、阳离子聚合物时，由于混 合充分，对地层的堵塞程度也应越大。 从理论上讲，由于阳离子在岩心表面的吸附及形成的絮状沉淀对孔 隙的堵塞，渗透率越低、粘土含量越大，岩心渗透率的降低程度越大。 2 3 4 小结 ( 1 ) 岩心孔隙中絮状沉淀的抗冲刷能力较强，不容易被水冲出：