一种提高油藏聚合物注入能力的方法 本发明属于石油开采中运用聚合物增稠剂来扩大水淹体积、提高水驱波及效率的一种提高油藏聚合物注入能力的方法。
注水开发是石油开采的有效措施，它可以补充油藏中的能量，维持开发的正常进行，驱替孔隙介质中的原油达到增产的目的。但受我国陆相储层非均质性严重和原油粘度较高的影响，注水开发目前平均仅能开采出原始储量的30％。特别是我国油藏多数的正韵率河道砂岩储层，在重力的作用下注入水沿油层底部的高渗条带指进，产生局部突破，不仅使水驱油的效率下降，还使生产井含水上升过快，产量下降。
聚合物驱油是通过注入井向油层中注入大量的聚合物溶液来实现的。它利用聚合物的增粘作用，控制注入水指进现象，解决油层内部非均质的矛盾，可提高采收率8-10个百分点。
油田中使用的水溶性高分子是一种分子中含有羧基、羟基等极性基团的有机化合物，它们有以下共有的特征：
1.由于分子内、分子间同号电荷的排斥，分子在溶液中充分伸展，溶液呈异常高地粘度，其表观分子量超过1.0×10-7，极易产生剪切降解。
2.由于分子中含有多种基团，呈共聚物属性，不同共聚物组成即极性基团含量不同，分子在溶液中伸展程度不同，产生机械降解的难易也不同。
3.其溶液呈聚电解质属性，分子在溶液中伸展的程度受小分子盐浓度的影响，盐浓度越高，由于分子间静电作用受到屏敝，分子越收缩，溶液的粘度下降。
在技术实施中，保持注入溶液的粘度和维持一定的注入量是关键。由于水溶性高分子是一种柔性的长链高分子，溶液呈异常高的粘度，在溶解、传输、泵入，通过井筒炮眼进入油层的过程中会受到很高的剪切力作用，使聚合物分子产生机械降解，溶液粘度下降。聚合物溶液粘度越高，机械降解越严重，由此影响最终的驱油效果。另一方面，聚合物的注入能力也随不同油藏的沉积类型、渗透率、孔隙度变化，对于沉积类型为复合韵律、多段多韵律、薄层的油藏渗透率级差大，聚合物的注入能力很低，使驱油效果受到影响。
聚合物溶液呈异常高的粘度，在一般地层条件下很难维持一定的注入量，也很难进入低渗透油藏之中。为维持一定的注入能力，必须提高聚合物注入压力。这种作法一方面加剧聚合物的降解，一方面对地层造成伤害。
许多文献和专利报导了解决上述问题的方法。Serigh在SPE9297“机械降解和粘弹性对聚合物溶液注入能力的影响”一文详细阐述了注入能力和降解的关系。美国专利US4,409,110提出了在聚合物溶液中加入带有反向电荷的聚离子，使聚合物分子产生缔合，分子尺寸收缩，溶液粘度降低，从而提高聚合物溶液的注入能力。上述方法由于改变了聚合物溶液的原始物理特征，有时虽然可以提高注入能力，但降低了作为增稠剂来扩大水淹体积、提高水驱波及效率的效果，加带有反向电荷的聚离子溶液，在井下会使带有正电荷的聚离子在岩石表面产生大量的吸附，使地层渗透率下降，最终影响注入能力。
本发明为解决上述问题研究了含羧基类，羧基和羟基同时存在类的水溶性高分子的溶液行为，提出在聚合物驱过程中首先调节聚合物分子所处的电环境，使分子收缩，降低溶液的粘度，减小机械降解，增加聚合物的注入能力，当聚合物分子进入地层后，随着聚合物所处的环境变化至油藏环境，分子恢复原来状态，溶液粘度也随之恢复到初始水平的一种提高油藏聚合物注入能力的方法。
本发明通过如下步骤完成：将聚合物注入油层达到扩大水驱油效果，在注入前通过加入调节剂改变聚合物的电环境来控制聚合物分子的状态和分子在溶液中的有效尺寸，使其粘度降低，将被经控制的聚合物溶液注入地层，随地层内电环境的改变，聚合物的分子自动恢复初始状态，溶液粘度恢复。
所述的聚合物为含弱酸性官能团的水溶性高聚物，包括天然和合成水溶性高分子，既含有羧基或羟基和羧基同时存在的水溶性高聚物，包括：胍胶、田青胶、黄原胶、藻类、多糖、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，含有羧基的丙烯酸衍生物，乙烯基聚合物和纤维及其衍生物。
调节聚合物溶液的电环境来改变分子状态是通过改变溶液的pH值实现，所用的调节剂为无机酸、有机酸及其复合物，包括：硝酸、硫酸、磷酸、硼酸、硅酸、碳酸、盐酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、二乙基巴比妥酸、柠檬酸、草酸、醋酸。聚合物溶液在调节后pH控制在3.5至6.0，最佳为4.0。
本发明优点是可以提高聚合物的注入能力，提高注水效率，对于一些不能进行聚合物驱的低渗透层，采用这一措施处理后可以实施聚合物驱油技术，改善水驱、提高采收率。
本发明附图1为水解聚丙烯酰胺的特性粘数随溶液pH的变化图。
本发明详述如下：控制聚合物分子在溶液中所处的电荷环境，改变聚合物分子间静电排斥程度来控制分子的尺寸和形态是本发明的关键。聚电解质溶液类物质具有异常高的增粘效果主要源于分子间同号电荷的排斥作用，这种作用使聚合物分子在溶液中充分伸展，分子间摩擦力增加，溶液粘度增加。在不改变分子量条件下，通过改变溶液的电环境来影响聚合物分子间的静电排斥作用，可以改变分子在溶液中扩张的程度，由此改变溶液的粘度和分子的尺寸。由于该过程为物理过程，故这种变化是可逆的。每一种水溶液高分子材料根据所含有的不同种类的极性基团，都有一个等电点值，如含有羧基的水溶性高分子的等电点为溶液的pH为3.7-4.0。在这个范围内，羧基处于电中性状态，整个分子处于电荷平衡之内，同号电荷不发生排斥，分子自然收缩，体积变小，溶液粘度下降。水解聚丙烯酰胺的特性粘数随溶液pH的变化见图1。由图，在溶液pH为3.7-5.0范围内，聚合物的分子尺寸产生突变，特性粘度下降48％。当溶液的pH值由4.0变化至4.0时，聚合物的特性粘数恢复到原来水平。由于绝大多数油藏原生水介质是重碳酸钠型，pH为8-9.0，当注入的聚合物溶液的pH变至6.0以上时，溶液的粘度即恢复原始水平。
本发明使用的聚合物溶液电环境调节剂为无机酸、有机酸及其复合物，包括：硫酸、硝酸、磷酸、硼酸、盐酸、硅酸、碳酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、二乙基巴比妥酸、草酸、醋酸。使用的水溶性高分子为(1)含有羧基的天然水溶性高分子：胍胶、田青胶、黄原胶、藻类、多糖等。(2)含有羧基的合成水溶性有机高分子：聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺的共聚物，含有丙烯酸基团的衍生物，含有丙烯酰胺基团的衍生物、乙烯基类聚合物。纤维素及其衍生物等。
本发明的过程为：在聚合物溶解之后，由上述诸多酸中选取1种或多种，调节聚合物溶液的pH值至所用聚合物的等电点附近，然后通过地面注入系统向油层中注入。聚合物溶液达到油层之后，随聚合物溶液所处环境的改变，聚合物分子恢复原来状态，溶液粘度恢复原始水平。
本发明岩心实验评价聚合物注入能力的变化如下：
实例一：
实验条件：天然岩心，长度10cm，半径为2.5cm用模拟地层水配制聚合物溶液1000ppm，模拟水的矿化度为600mg/l，聚合物样品为AT430(日本三井腈胺产品)水解度为25％。聚合物样品溶解后部分样品用磷酸调节至pH4.0，采用措施前后注入压力的变化见表1。表1 采用措施前后注入压力变化比较聚合物溶液粘度(mpa.s)注入量(PV)注入速度(m/d)压力(MPa)未调节 38 3 3 0.38调节后 12 3 3 0.13
实例二：
实验条件：松散砂模型，长度100cm，半径3.0cm。在模型轴向分布6个测压点。用模拟地层水配制聚合物溶液1000ppm，模拟水的矿化度为600mg/l，聚合物样品为AT430，水解度为25％，聚合物样品溶解后部分样品用盐酸调至pH4.0，实验结果见表2。表2 采用措施前后注入压力变化比较粘度(mPa.s)注入量(PV) P1 P2 P3 P4 P5 P6未调节 38 1 0.48 0.40 0.35 0.30 0.28 0.28调节后 12 1 0.29 0.16 0.22 0.25 0.28 0.28