近年来，许多油田广泛采用聚合物驱采油技术提高原油采收率、稳定原油产量。注入地层的聚合物在地层温压条件下，由于受到应力剪切、盐及细菌等因素的长时间作用，可能发生机械降解、热降解、化学降解和生物降解等[1-4]，使聚合物相对分子质量减小、水解度升高。产出污水中所含的残余聚合物性能较注入前已有了很大变化。
含聚污水与普通污水的不同之处在于含聚污水中存在一定量的以较低相对分子质量和较高水解度形态存在的残余聚合物。随着聚合物驱的广泛应用，含聚污水产出量也不断增大，有效回收利用含聚污水成为油田关注的问题。将含聚污水常规处理后回注，其中的残余聚合物是否对原油采收率造成影响，与普通污水驱油效率及采出原油产状究竟有多大差别？本试验以锦州9-3油田注聚受益井W7-4采出污水回注为例，在综合分析储层地质特征、利用环境扫描电镜观察产出聚合物的分子形貌等基础上，通过室内驱油实验定量评价不同产出聚合物浓度、不同初始含水饱和度对驱油效率的影响程度，为含聚污水的再利用提供实验依据。
锦州9-3油田主力储层为东营组下段，岩性为含砾中-粗砂岩和中-细砂岩。岩石矿物主要成分为石英(42%~80%)、长石(18%~43%)，岩屑含量10%~15%；胶结物包括泥质、白云石和方解石含量10%~28%。粘土矿物类型主要为蒙脱石，其次为高岭石和伊利石。储层平均孔隙度为29%，平均渗透率为500×10-3μm2。主力油层储集空间以原生粒间孔占优。
该油藏地层温度为61 ℃~65 ℃，压力系数为1.02，东下段地下原油密度为0.87 g/cm3，地下原油粘度小于26 mPa·s，原油体积系数为1.1；地面原油密度为0.933 9 g/cm3。以下的试验就按上述油藏温压进行，试验岩芯为天然岩芯。
锦州9-3油田自2007年底西区8口注水井全部转为注聚，在大幅度提高驱油效率和波及体积的同时，也面临部分油井过早见聚、产出聚合物浓度偏高的现象。锦州9-3油田注聚受益井产出污水所含残余聚合物浓度变化见图 1。自2008年8月开始，多口注聚受益井产出污水中聚合物浓度升高，最高达750 mg/L。该实验所用的注聚受益井W7-4产出污水中残余聚合物浓度近400 mg/L。如果将这些含聚污水直接排放，既浪费资源，又污染环境。由此可见，通过研究含聚污水回注对驱油效率影响，将其合理利用具有一定的现实意义。
(1) 选用现场取回的非注聚受益井E3-4产出水，经沉淀、分离、精细过滤除油除固悬物后，作为普通污水备用；
(2) 选用现场取回的注聚受益井W7-4产出水，经沉淀、分离、精细过滤除油除固悬物后，测定其聚合物浓度及相对分子质量，作为含聚污水备用，并通过环境扫描电镜对其结构形貌进行观察和研究；
(3) 现场钻取代表性岩芯，然后进行洗油、烘干，测试其孔隙度、渗透率等基本地质参数，抽真空饱和普通污水，浸泡20 h以上，为岩芯驱替实验备用；
(4) 取W7-4井采出原油，脱水后对(3)中岩芯以0.1 mL/min的速度恒速驱替，测试初始含水饱和度；
(5) 用普通污水对(4)中饱油岩心以0.2 mL/min的速度恒速驱替，利用显微镜对实验驱出液进行监测，直到镜下观察无油珠出现为止，计算普通污水的驱油效率；
(6) 用普通污水稀释后的不同聚合物浓度的含聚污水对(5)中的岩芯以0.2 mL/min的速度恒速驱替，同样用显微镜对驱出液中的含油情况进行监测，直到无油珠驱出为止，计算其驱油效率；
(7) 驱油试验在锦州9-3油田油层温度(65℃)条件下完成。
利用淀粉-碘化镉光度法测试W7-4井产出含聚污水中聚合物浓度为400 mg/L，粘度法测试其聚合物相对分子质量为1.52×106。现场资料显示，注入前聚合物溶液浓度为1200 mg/L，聚合物相对分子质量为1.2×107，由此可见含聚污水中聚合物浓度及其相对分子质量都有很大的降低。
图 2为注聚受益井W7-4产出含聚污水环境扫描电镜分析图片。由图 2(a)可以看出，产出聚合物并未完全降解为链状结构，仍然保留多层立体网络状结构，网络稠密且存在清晰的节点，主链舒展，层次丰满。由于分子间氢键等的作用，大分子链段相互缠绕发生物理交联。产出聚合物的水解度大约为50%，大分子链上的羧基和酰胺基易发生分子内和分子间交联反应、酰亚胺化反应等，生成亚胺交联桥，进而形成了图 2中所示结构。因此，产出聚合物以相互作用较弱的分子间物理交联为主，化学交联为辅，形成近似球形的立体网络结构。由图 2(b)可以看出，网络结构放大后类似于树枝状排列并且树枝之间是连接在一起的，其中存在粗主干和细分枝，形成粗细不均的网络骨架。
按照上述实验步骤及方案进行驱油实验，实验结果见表 1、图 3和图 4。
由表 1、图 3和图 4可判断出：
(1) 含聚污水比普通污水驱油效率提高1.50%~5.00%，提高幅度随残余聚合物浓度的增大而增大。图 3为不同浓度含聚污水驱油效率与PV(岩芯孔隙体积)间关系图，统计数据时驱油效率取相同PV数、相同聚合物浓度驱油效率的平均值。产出聚合物浓度为100 mg/L的含聚污水，驱油效率平均提高2.76%；产出聚合物浓度为200 mg/L的含聚污水，驱油效率平均提高3.04%；产出聚合物浓度为300 mg/L的含聚污水，驱油效率平均提高3.90%。
(2) 剩余油饱和度越大，转注含聚污水后驱油效率提高幅度越大。初始含水饱和度较高(原始含油饱和度较低)的岩芯用普通污水驱替时，剩余油饱和度较高；换注含聚污水后如图 4所示，剩余油饱和度较高的岩芯驱油效率提高幅度较大。由此可以得出地质储量偏小的油层，虽然普通注水采收率偏低，但转注含聚污水后采收率的提高幅度较大。
对驱油实验产出液进行观察，普通污水驱替饱油岩芯初期的产出液为两相(上部为油，下部为水)，如图 5(a)；普通污水驱替25PV后的产出液为单一水相，无色透明，如图 5(b)所示；后转注含聚污水驱替岩芯中的剩余油，第1个PV的产出液为三相(上部为油，中间相为黄褐色微乳液，下部为水)，如图 5(c)所示；含聚污水驱替2~4个PV的产出液为两相(上部为油，下部为黄褐色微乳液)，宏观特征如图 5(d)~图 5(f)所示，随着驱替PV数的增加，产出液颜色逐渐变浅。将含微乳相的产出液静置72 h，不发生乳滴聚结，仍然稳定。檀国荣等[5-6]研究指出，聚合物能改变常规原油产出液的状态，乳化现象严重。
对普通污水驱替25PV后的产出液利用显微镜对其观察，产出液为纯水相，没有出现油珠。含聚污水驱替产出液中显微镜观察表明(图 6)：第1个PV产出液中含有大量的乳化油珠，直径最大可达50 μm，一般为5 μm~10 μm；第2个PV产出液乳化油珠直径最大为10 μm，一般为1 μm~5 μm；第3个PV产出液乳化油珠直径最大为3 μm，一般为0.5 μm~1 μm；第4个PV产出液乳化油珠直径最大为1 μm，一般为0.5 μm~1 μm。
转注含聚污水第1个PV的产出液出现三相的原因是这一试管的液体是普通污水和含聚污水驱替产出液的混合，下部水相认为是含聚污水驱替开始时岩芯孔隙中充满的之前驱替所用的普通污水，而上部的黄褐色微乳相才是含聚污水驱替的产出液。实验显示在普通污水驱替不出油情况下，转注含聚污水后重新出油，而且二者驱替产出液中原油产状也不同。
王德民等[7]提出具有弹性的聚合物溶液能够提高微观驱油效率。聚合物分子通过平行于油水界面的力将水驱残余油从孔喉、“盲端”处“拉、拽”出来，分子缠绕得越严重，“拉、拽”的作用越强，采收率越高。由图 2环境扫描电镜对产出聚合物的相貌观察表明，各支链相互缠绕形成柔性网状分子结构，理论上具有一定的弹性，能够提高微观驱油效率，最终达到提高采收率的目的。
夏惠芬等系统分析了聚合物溶液对残余油的作用机理，残余油分布是不连续的，存在形态多为孤立的膜状、滴状、柱状和簇状[8-13]。含聚污水的粘弹性改变了残余聚合物在孔道中的受力状态，增加了变径孔道边角处和盲端中流体的流速，这就有可能使聚合物溶液驱油时产生一个不会提高宏观压力梯度的微观力[10]。驱替过程中，残余油团的前段突起部位处产生的微观力最大，微观力的不断作用，使突出部位变形、向前移动并与主残余油团分离，最终产生一个新的、可以向前运移的油滴。水驱残余油运移过程会被残余聚合物拉伸，形成稳定细长的油丝。如果随着驱替过程的进行，这部分残余油一旦与下游残余油相遇，便会沿此“油丝”通道流向下游并富集从而被采出，形成连续的油相；如果不能富集形成连续相，它便会以分散油珠的形式随驱替采出液采出。同时在残余油沿“油丝”通道运移过程中，也会由于油水界面内聚力的作用而形成新的油珠。因此这便出现了在含聚污水驱替采出液中所观察到的不同产状的原油。
(1) 产出聚合物的聚集体呈多层立体网络状结构，网络稠密且存在清晰的节点，主链舒展，层次丰满。
(2) 普通污水驱替不出油后转注含聚污水，驱替驱油效率提高1.5%~5.00%，提高幅度随残余聚合物浓度的增大而增大。
(3) 普通污水驱替后剩余油饱和度越大的岩芯，转注含聚污水后驱油效率提高幅度越大，最大可提高5.00%。
(4) 含聚污水驱替产出液中原油产状较普通污水驱替有所不同，原油存在一定的乳化现象。
2011, Vol. 40 Issue (6): 598-601, 606
2011, Vol. 40 Issue (6): 598-601, 606