利用聚驱进行开采的过程中，聚合物的注入量在不断增长，而油田聚合物的综合注入情况却在逐渐变差，例如注聚井欠注严重和注入压力过高等[1-4]。河南油田双河北块Ⅳ1-3层系纵向上岩性变化不大，主要以细砂岩为主，储层孔隙度11%~12%，平均渗透率0.16 μm2，层间渗透率极差小于4，层内渗透率极差一般小于2，其非均质性较弱。双河区注聚井中，在保持注聚浓度以及黏度相对稳定的条件下，聚驱期间的地下流动阻力会增加，导致注入压力不断上升。截至2009年，31口注聚井的注入压力已达到系统压力值，其中有15口井15层欠注，配注1 260 m3/d，实注643 m3/d，欠注617 m3/d。目前，由于Ⅳ1-3层系受欠注影响，前期见效好的部分油井出现了能量下降、注采失调的现象，虽能达到配注，但注入压力偏高，制约了层系调整，为后期层系在见效高峰期保持稳定生产带来了极大的危胁。国内外研究分析了完井或试注方式造成的堵塞影响、注入液浓度对地层堵塞的影响以及注聚合物相对分子质量的影响等[5]。同时根据研究可知，对于聚合物来说，主要的堵塞机理包括有吸附作用、机械滞留和水力滞留。故本研究从注聚井注入特征入手，以室内测试实验和理论研究为根据[6]，优化聚驱过程中的注入参数，为以后开展注聚井的解堵技术方案提供必要的实践依据。
实验材料：河南油田地层天然岩心、注入水以及聚合物3630s、1630、正力Ⅱ型（其中聚合物的相对分子质量分别为1 960×104、2 200×104、2 200×104，水解度分别为19.4%、24%、24%）。
实验设备主要有：岩心流动装置和DV-3布氏黏度测试计。岩心流动装置主要包括：岩心注入设备、夹持器、出口处计量设备。其中，岩心夹持器为多测点长岩心夹持器，其测压点分别在入口端、1/3处、1/2处及2/3处，出口端为大气压，连接压力表。
开展渗透率对注入性影响的室内实验需要拼接短岩心，通常按照短岩心调和平均方法排序组合。由相关室内研究可知，在实验测试岩心段较长时，可用多个岩性相近的短岩心拼接，并在每个拼接处加筛网来抵消其末端效应。根据双河油田储层岩性选择0.149 mm筛网对实验岩心进行连接。详细流程为：将渗透率接近的岩样按式(1) 得到调和平均渗透率$\overline{K}$，再用$\overline{K}$分别和所选岩心的渗透率值进行比较，将最贴近$\overline{K}$的那块岩心置于出口端的首位；将剩余岩心重复上述步骤并依次排序，即可得到各小块岩心的拼接顺序。调和平均孔隙度的计算方式与式（1）类似，将渗透率K换成孔隙度φ即可[7]。
式中：$\overline{L}$为岩心总长度，cm；$\overline{K}$为岩心的调和平均渗透率，μm2。
室内实验中，渗透率是分析储层损害的常规评价标准之一。然而对聚合物来说，由于在聚驱过程中该溶液的黏度不是一个恒定值，若仍单一地使用渗透率指标来评价显然是不准确的[8]。根据相关调研认为，对聚合物注入性的评价应从如下几点出发：① 注入压力是否稳定；② 侧孔与入口、侧孔与实测侧孔的压力差异程度（均由压力梯度进行计算）；③ 稳定渗流能力。最后以岩心入口端压力的稳定性、实测侧孔压力/计算侧孔压力作为评价堵塞程度的指标，详细数据范围如表 1所示。
本次实验主要从以下几方面开展理论基础研究：通过Pbr值的变化研究各因素对注入性的影响；通过聚合物驱替过程中长岩心前部、中部、后部压力梯度随注入孔隙体积的变化研究注聚过程中的压力变化规律；通过注聚前后聚合物黏度大小的改变研究在岩心中受剪切后该溶液黏度的变化规律。
在不同渗透率的岩心中，以不同注入速度注入不同浓度的聚合物溶液，收集出口端流出液，在70 ℃、7.34 s-1下测其黏度。聚驱中3种溶液黏度的变化规律见表 2。
由表 2可知，随注入速度的增大，黏度损失增加。因为当注入速度增加时，聚合物在喉道内的剪切速率增大，造成聚合物溶液的剪切降解，使黏度下降；其次，当溶液浓度增大时，聚合物初始液与实验产物的黏度值会变大，同时溶液通过岩心时的吸附滞留量也增大，但吸附滞留量的变化幅度会逐渐变小，致使黏度产生相应的变化；最后，当岩心的渗透率减小时，孔喉半径中值会变小，而其岩石比表面较大，导致溶液分子的机械滞留量增加，所以溶液黏度损失也就增大。同时在相同注入速率下，小孔喉中的流体剪切速率大得多，也会造成一定的黏度损失[9]。
选择气测渗透率接近0.5 μm2的3块天然岩心，使用双河区注入水分别调配质量浓度1 500 mg/L的3630s、1630、正力Ⅱ型聚合物溶液，并依次以0.5 mL/min、0.8 mL/min、1.0 mL/min、1.25 mL/min、1.5 mL/min的速度注入，待入口压力稳定后，测试其堵塞程度，结果见图 1。
由图 1可看出，3种聚合物溶液对岩心造成的堵塞程度均随注入速度的增加而逐渐增大。一方面是因为当注入速度增加时，水动力滞留也会随之增加；另一方面是由于聚合物所具有的黏弹性，使其在驱替过程中的拉伸程度和拉伸后的附加压力均有所增大，导致聚合物分子出现了最佳形变，并产生了驱动其逐渐向岩心深部运移的推动力，缓解了岩心的堵塞伤害[10]。观察曲线发现，随着注入速度的增大，Pbr值减小，但仍大于70%。根据聚驱堵塞程度评价标准，岩心发生了轻微堵塞，说明此时岩心中水动力滞留作用更突出，但其堵塞程度变化不大，注入速度对注入性的影响较小。
使用注入水分别调配质量浓度1 200 mg/L、1 500 mg/L、1 800 mg/L、2 000 mg/L、2 200 mg/L的聚合物溶液，按浓度从小到大的顺序依次进行驱替实验。准备气测渗透率大小接近于0.5 μm2的天然岩心，并设定速度为0.5 mL/min进行注入试验，待入口压力稳定后，测试其堵塞程度，结果见图 2。
由图 2可看出，3630s和1630的注入质量浓度≤2 000 mg/L时，Pbr大于70%，表现为轻微堵塞；而当质量浓度为2 200 mg/L时，Pbr下降至67.02%，呈轻微偏中堵塞；正力Ⅱ型的注入质量浓度≤1 800 mg/L时，Pbr大于70%，均属于轻微堵塞，当其质量浓度分别为2 000 mg/L和2 200 mg/L时，Pbr为64.80%和58.54%，呈轻微偏中堵塞。说明随着注聚浓度的增大，该分子在岩心中产生了吸附滞留，导致了堵塞程度加强[11]。结合室内实验测试，要求在油田实际应用中注入3630s或1630时，应控制其质量浓度≤2 000 mg/L，聚合物正力Ⅱ型的质量浓度应≤1 800 mg/L。
设定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4组渗透率大小接近的岩样，每组3块，按长岩心拼接方法进行拼接。其中，Ⅰ组渗透率KA=0.1 μm2、Ⅱ组渗透率KB=0.5 μm2、Ⅲ组渗透率KC=1.0 μm2、Ⅳ组渗透率KD=1.5 μm2，聚合物分别为3630s、1630、正力Ⅱ型，设定实验流速为0.5 mL/min，调配聚合物质量浓度为1 800 mg/L，分别测试入口压力以及1/3处、2/3处（距入口端）的侧孔压力，待入口压力稳定后，计算Pbr值，实验结果见图 3。
从图 3可看出，当岩心渗透率 < 0.8 μm2时，后部堵塞程度均大于前部；而在渗透率达到1.0 μm2左右时，前、后部Pbr值均大于70%，说明整个岩心只发生了轻微堵塞；当渗透率超过1.0 μm2，前、后部Pbr值基本趋于稳定，轻微堵塞主要发生在后部。在较小渗透率的岩心中，分布着较多的窄孔喉，驱替过程中，聚合物溶液流动到这些窄孔喉处时, 会受压产生形变, 由于聚合物溶液的黏弹性效应, 使流体在孔喉处的压力损失和阻力增加, 导致滞留产生，并造成封堵。故岩心渗透率越小，注入介质的机械滞留情况就会越严重[12]。当渗透率增大时，岩心流动通道尺寸也会变大，而溶液分子在孔喉中的机械滞留则会变少，此时的机械滞留与吸附共同引起堵塞；当渗透率再次增大（>1.0 μm2），岩心流动通道对于聚合物分子而言非常“宽敞”，即使发生吸附滞留，仍有大部分的聚合物分子会很容易地进入到岩心深部[13]。
以0.5 mL/min的注入速度向渗透率分别为0.1 μm2和0.5 μm2左右的长岩心注入质量浓度1 800 mg/L的正力Ⅱ型溶液（其中，长岩心是由多个分布均匀、岩性相近的短岩心拼接而成），分别记录入口端压力以及1/3处、2/3处（距入口端）的侧孔压力，并计算压力梯度。不同渗透率的压力梯度随注入孔隙体积倍数的变化曲线如图 4所示。
由图 4可知，在聚驱过程中，实验测试前部、中部和后部压力梯度的变化趋势均相同，处于先增加后达到平稳的状态。对比发现，岩心后部的压力梯度普遍高于前部和中部，故认为堵塞位置应在岩心的后部。同一种聚合物在注入较大渗透率的岩心时，其压力梯度会较小。聚合物溶液的黏度和其在储层中的吸附、滞留是导致注入压力上升的根本原因[14]。
双北Ⅳ1-3层系的高温聚合物驱方案设计了注聚井49口，其中33口井实施调剖，16口井进行直接注聚。在双河油田现场应用中，调整聚合物正力Ⅱ型、1630、3630s的注入浓度，对比改善前后的现场注入情况（见表 3）。其中，1630、3630s两种聚合物的注聚质量浓度调节至1 600 mg/L（≤2 000 mg/L）、正力Ⅱ型的注入质量浓度调节至1 400 mg/L（≤1 800 mg/L）时，欠注下降率达到最大，为35%。这说明，油田现场改善注聚井注入性的效果显著，为提压增注提供了有利的途径。
（1）当注入速度、注聚浓度增大时，聚合物溶液对岩心的堵塞程度也会随之增大。其中，注入速度对储层的堵塞程度影响相对较小，因此，聚驱时的注入速度应以具体区块的产油量为依据进行适当选择。聚合物溶液的注入浓度为主要影响因素，在双河区，3630s和1630聚合物的注入质量浓度应≤2 000 mg/L，正力Ⅱ型的则应≤1 800 mg/L。
（2）岩石渗透率对聚驱的注入性和溶液在储层中的流动能力会产生一定的影响，当岩心渗透率 < 0.8 μm2时，孔喉中后部堵塞程度大于前部；当渗透率逐渐增大（>0.8 μm2），堵塞主要发生在后部。
（3）在聚合物驱替过程中，岩心前部、中部和后部的压力梯度均处于先增加后达到平稳的状态，其后部的压力梯度最高，说明堵塞部位主要发生在后部。
2017, Vol. 46 Issue (3): 83-87
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