CN103091225A

CN103091225A - 聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法

Info

Publication number: CN103091225A
Application number: CN2013100138820A
Authority: CN
Inventors: 赵娟; 张健; 吕鑫
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: CN103091225B

Abstract

本发明公开了一种聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法。在聚合物溶液中加入小分子的示踪剂，首先向岩心连续注入该混合体系，监测压力的变化情况，同时对产出的混合体系取样，分别分析聚合物和示踪剂的质量浓度，直至混合体系压力稳定，此时聚合物的产出浓度等于注入浓度，进行水驱直至无聚合物产出；然后继续向岩心连续注入聚合物混合体系，同时对产出的混合体系取样，分析聚合物和示踪剂的质量浓度，直至混合体系压力稳定。该发明是对大段塞法改进，可以通过一个实验得到两个参数，并且实验过程为低流度流体驱替高流度流体，避免了指进，使得驱替均匀，既提高了实验精度又减少了实验量。

Description

聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法，属于油气田开发领域。

背景技术

聚合物的动态滞留量和不可入孔隙体积是工程设计的重要依据和油藏数值模拟的基础输入数据。动态滞留量会引起聚合物的消耗损失，还会延迟聚合物溶液和富集油带的推进速度，但是适当的滞留有助于降低水相渗透率，调整注入水吸入剖面。不可入孔隙体积引起聚合物的流速较水要快一些，产生较早的突破。通常采用物质平衡方法测定滞留量，但是该方法会受到管线、接头等影响，造成误差较大，且由于测定复杂，数模中常根据静态吸附量的折算量代替动态滞留量，但是两者差距很大。静态吸附的实验结果并不能代表油藏实际的滞留规律，原因是静态吸附实验中不能测出聚合物分子在岩石孔隙中的机械捕集和水动力学滞留作用所导致的损失量。不可入孔隙体积的测定通常采用双段塞法，该方法是最费时、计算最复杂的方法。聚合物驱数值模拟中这两个物理化学参数往往不易准确获得，严重影响了聚合物驱数值模拟结果和矿场动态预测效果，因此需要改进实验过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方，具体为一种等浓度双段塞测定聚合物动态滞留量和不可入孔隙体积的模拟方法，通过向岩心中注入两个段塞的添加了示踪剂的聚合物溶液，通过前后两次注入聚合物浓度和示踪剂浓度剖面差，计算动态滞留量和不可入孔隙体积，达到一个方法得到两个参数的目的。

本发明所提供的聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法，包括如下步骤：

（1）配制聚合物和示踪剂的混合水溶液；所述混合水溶液中，所述聚合物的浓度记为初始浓度，记为C_p0，所述示踪剂的浓度记为初始浓度，记为C_s0；向岩心中注入所述混合水溶液，收集所述岩心的岩心流出液，并检测所述岩心流出液中所述聚合物和所述示踪剂的浓度；当所述岩心流出液中所述聚合物的浓度等于所述聚合物的初始浓度时，停止向所述岩心中注入所述混合水溶液；

（2）继续向所述岩心中注入水；收集所述岩心的岩心流出液，并检测所述岩心流出液中所述聚合物和所述示踪剂的浓度；当所述岩心流出液中所述聚合物的浓度为零时，停止向所述岩心中注入所述水；

（3）继续向所述岩心中注入所述混合水溶液，收集所述岩心的岩心流出液，并检测所述岩心流出液中所述聚合物和所述示踪剂的浓度；当所述岩心流出液中所述聚合物的浓度等于所述聚合物的初始浓度时，停止向所述岩心中注入所述混合水溶液；

（4）按照式Ⅰ将所述聚合物的浓度进行归一化处理，得到归一化聚合物浓度，记为

式中，C_p表示步骤（1）、（2）或（3）中所述岩心流出液中所述聚合物的浓度，

C_{p}^{*} = \frac{C_{p}}{C_{p 0}}

式Ⅰ

按照式Ⅱ将所述示踪剂的浓度进行归一化处理，得到归一化示踪剂浓度，记为

式中，C_s表示步骤（1）、（2）或（3）中所述岩心流出液中所述示踪剂的浓度，

C_{s}^{*} = \frac{C_{s}}{C_{s 0}}

式Ⅱ；

分别以所述归一化聚合物浓度和所述归一化示踪剂浓度为纵坐标，以注入的孔隙体积倍数为横坐标，绘制所述聚合物和所述示踪剂的出口浓度剖面曲线；

（5）步骤（1）中所对应的所述聚合物的出口浓度剖面曲线与所述示踪剂的出口浓度剖面曲线之间的叠加区域，记为区域A；

步骤（3）中所对应的聚合物的出口浓度剖面曲线与所述示踪剂的出口浓度剖面曲线之间的叠加区域，记为区域B；

按照下述（a）、（b）或（c）的方法得到所述聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积：

（a）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置超前于所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置，如图1（a）中所示，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积为所述区域B的积分面积，所述聚合物在所述岩心中的动态滞留损失体积为所述区域B的积分面积与所述区域A的积分面积之差，所述动态滞留量按照式Ⅲ计算得到，

动态滞留量=动态滞留损失体积×岩心的孔隙体积×聚合物的初始浓度/岩心的质量

式Ⅲ；

（b）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置滞后于所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置，如图1（b）中所示，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积为所述区域B的积分面积，所述聚合物在所述岩心中的动态滞留损失体积为所述区域B的积分面积与所述区域A的积分面积之和，所述动态滞留量按照式Ⅲ计算得到；

（c）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置与所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置重叠，如图1（c）中所示，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积和动态滞留量均为所述区域B的积分面积。

上述的测定方法中，所述示踪剂可为硫氰酸盐，所述硫氰酸盐为小分子物质，其不会影响所考察聚合物的理化性质。

上述的测定方法中，所述硫氰酸盐具体可选择可溶性的一价盐，避免高价盐对聚合物性能的影响，如为硫氰酸钠、硫氰酸钾或硫氰酸铵。

上述的测定方法中，所述混合水溶液中，所述聚合物的浓度一般为油田注入浓度，可为800~3500mg/L，如1500mg/L，所述示踪剂的浓度可为50~500mg/L，如500mg/L。

本发明具有如下优点：

（1）采用的两个浓度剖面均是低流度流体驱替高流度流体，驱替均匀，避免指进的发生，提高了实验精度；

（2）该测定方法避免了管线、接头等造成的误差，只需要仔细分析产出的聚合物浓度和示踪剂浓度；

（3）该测定方法实现了一个步骤得到两个参数的目的，减小了工作量。

附图说明

图1为本发明提供的双段塞测定方法得到的聚合物和示踪剂的浓度剖面示意图；其中，图1（a）为聚合物的前缘位置超前于示踪剂时的情况；图1（b）为聚合物的前缘位置滞后于示踪剂时的情况；图1（c）为聚合物的前缘位置与示踪剂重叠时的情况。

图2为实施例1中采用等浓度双段塞测定方法得到的聚合物和示踪剂的浓度剖面示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中聚丙烯酰胺浓度是按照淀粉-碘化镉比色法进行测定的：

淀粉-碘化镉比色法的原理为：在pH值为5的条件下，Br₂与HPAM分子链中的酰胺基发生Hofmann重排反应生成N-溴代酰胺，此生成物快速水解生成次溴酸并达到平衡，过量的Br₂用还原剂除去。次溴酸可定量地把I^-氧化成I₂，I₂和I^-形成I₃ ^-，I₃ ^-和淀粉形成蓝色淀粉络合物，蓝色深浅正比于HPAM中酰胺链节的浓度或HPAM的浓度，此方法聚合物浓度要求在10~300mg/L范围。

反应机理如下：

溶液配制：

缓冲溶液：准确称取25.00g三水合醋酸钠（CH₃CdONa·3H₂O）溶解在800mL蒸馏水中，加入水合硫酸铝0.50g，用醋酸调节pH值至5.0，最后稀释至1000mL备用。

淀粉-碘化镉试剂：准确称取2.5g淀粉于400mL蒸馏水中，加热煮沸10min，冷却后稀释至约800mL，然后加入11g碘化镉，溶解后用滤纸过滤，最终稀释至1000mL备用。

淀粉-碘化镉法实验步骤如下：

（1）在50mL的容量瓶中加入缓冲溶液5mL，聚合物3640D含量在15～300微克范围内，试液量不超过30mL，再用蒸馏水稀释至35mL；

（2）混匀后加入1mL饱和溴水，摇匀后反应10min后再加入3mL质量分数为1%甲酸钠溶液；

（3）反应5min后，立即加入5mL淀粉-碘化镉试剂，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，稳定10min，用UV-2100型分光光度计于1cm比色皿在波长为590nm时测定其吸光度。

聚合物3640D质量浓度与吸光度关系标准曲线的测定：

配制一系列不同质量浓度（10mg/L，20mg/L，30mg/L，40mg/L，50mg/L，60mg/L，70mg/L，80mg/L，90mg/L和100mg/L）的聚合物3640D溶液，再由上述步骤进行实验，而后用淀粉-碘化镉法测出聚合物不同质量浓度时的吸光度，则可绘制出聚合物3640D的浓度与吸光度之间的关系曲线，根据该曲线即可得到聚合物的浓度。

下述实施例中示踪剂硫氰酸钾的浓度是按照分光光度法进行测定的：

在含硫氰酸钾的水样中加入Fe³⁺，生成红色络合物：Fe³⁺+SCN^-→[FeSCN]²⁺，用UV-2100型分光光度法测定吸光度，利用标准曲线可求得水样中SCN^-浓度。

SCN^-标准溶液：称取分析纯KSCN0.1673g溶于100mL水中，配成SCN^-含量为1000μg/mL的储备液，使用时稀释到100μg/mL。

25%硝酸溶液：取144mL浓硝酸稀释至500mL备用。

2.5%Fe³⁺溶液：取445.3g的（NH₄）Fe（SO₄）₂·12H₂O溶解于水，稀释至1000mL备用。

显色溶液：取100mL的25%硝酸溶液与400mL的2.5%的Fe³⁺溶液混合。

实验步骤如下：

（1）水样的预处理：水样含固体颗粒和油，这些杂质会影响分光光度法测量的准确性，分析前必须进行预处理。用定量滤纸将水样过滤3次以除去这些杂质。

（2）测定步骤：吸取适量经过预处理的水样于25mL的容量瓶中，加入1mL显色溶液，混合均匀后定容。显色15min，以被测定物空白为参比溶液，用2cm比色皿于455nm处测定吸光度。

标准曲线的测定：

取100μg/mL的SCN^-标准溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mL，分别加入25mL容量瓶中，按上面所述方法测量吸光度值，绘制标准曲线，根据该曲线即可得到示踪剂的浓度。

实施例1、

根据某目标油田的油藏条件，油藏温度为57℃，岩心参数见表1。

聚合物为聚丙烯酰胺，法国SNF公司生产的聚合物3640D，注入聚合物浓度为1500mg/L，聚合物经过二级剪切，剪切之后粘度为16.5mPa·s，平流泵流量为0.5mL/min，选择硫氰酸钾（KSCN）作示踪剂，加入到已配好的聚合物水溶液中得到混合水溶液，其中KSCN的浓度为500mg/L。该实施例中流体的注入速度为1mL/min。

具体测定步骤为：

①将饱和好水的岩心装入岩心夹持器中，通过调节泵的流量测定岩心的水测渗透率；

②将聚合物和示踪剂的混合水溶液装入中间容器，向岩心注入该混合水溶液；

③监测压力的变化情况，同时用具塞刻度试管对流出的混合液取样，分别检测流出的混合液聚合物和示踪剂的质量浓度；

④继续注入该混合水溶液直到压力稳定，此时流出液中聚合物的浓度等于聚合物的注入浓度（初始浓度）；

⑤将注入流体切换到地层水，用具塞刻度试管取流出液，分别检测流出液中聚合物和示踪剂的浓度，直到流出液中无聚合物为止；

⑥继续向岩心中注入混合水溶液，直到压力稳定，此时流出液中聚合物的浓度等于聚合物的注入浓度（初始浓度）；

将上述步骤③至⑥中测定的流出液中聚合物浓度和示踪剂浓度分别按照式Ⅰ和式Ⅱ进行归一化处理，得到归一化聚合物浓度和归一化示踪剂浓度；然后分别以归一化聚合物浓度和归一化示踪剂浓度为纵坐标，以注入流体的孔隙体积倍数为横坐标，绘制该聚合物和该示踪剂的出口浓度剖面曲线，如图2所示。

由图2可得知，该聚合物的前缘位置超前于示踪剂，属于图1（a）的情况，表明该聚合物的不可入孔隙体积大于聚合物的滞留损失，则该聚合物在岩心中的不可入孔隙体积等于区域B的积分面积，该聚合物在岩心中的动态滞留量为区域B与区域A的积分面积之差。

数据处理：

动态滞留量=动态滞留损失体积×岩心的孔隙体积×聚合物的初始浓度/岩心的质量=0.017×12×1500/83.7=3.7μg/g。

表1岩心参数

渗透率/μm²	直径/cm	长度/cm	干重/g	孔隙体积/mL	孔隙度/%
						1.6	2.5	9.52	83.7	12	26.4

Claims

1.聚合物在岩心中的动态滞留量和不可入孔隙体积的测定方法，包括如下步骤：

C_{p}^{*} = \frac{C_{p}}{C_{p 0}}

式Ⅰ

C_{s}^{*} = \frac{C_{s}}{C_{s 0}}

式Ⅱ；

（a）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置超前于所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积为所述区域B的积分面积，所述聚合物在所述岩心中的动态滞留损失体积为所述区域B的积分面积与所述区域A的积分面积之差，所述动态滞留量按照式Ⅲ计算得到，

式Ⅲ；

（b）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置滞后于所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积为所述区域B的积分面积，所述聚合物在所述岩心中的动态滞留损失体积为所述区域B的积分面积与所述区域A的积分面积之和，所述动态滞留量按照式Ⅲ计算得到；

（c）、步骤（1）中，当所述聚合物的出口浓度剖面曲线中所述聚合物的前缘位置与所述示踪剂的出口浓度剖面曲线中所述示踪剂的前缘位置重叠，则所述聚合物在所述岩心中的不可入孔隙体积和动态滞留量均为所述区域B的积分面积。

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：所述示踪剂为硫氰酸盐。

3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：所述硫氰酸盐为硫氰酸钠、硫氰酸钾或硫氰酸铵。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测定方法，其特征在于：所述混合水溶液中，所述聚合物的浓度为800~3500mg/L，所述示踪剂的初始浓度为50~500mg/L。