摘要

大庆油田在用的驱油用乳液聚合物与普通聚合物相比具有乳化增黏、低界面张力等性能特点，驱油效果好于普通聚合物驱。但采用常规聚合物驱数值模型无法准确表征乳液聚合物驱油机理，影响注入参数优化和效果预测。针对乳液聚合物性能特点，运用CHEMEOR数值模拟软件中的数学模型，等效表征乳液聚合物驱油体系的乳化增黏、抗剪切性和降低界面张力等驱油机理。通过开展数值模拟研究，对乳液聚合物注入质量浓度、聚合物用量和段塞组合方式等参数进行优化，并给出对驱油效果的影响。优化结果表明，随着乳液聚合物注入质量浓度和用量增加，提高采收率幅度增加，但增幅变缓。当注入质量浓度为1 200 mg/L、聚合物用量为1 200 （mg/L）•PV、采用前置高质量浓度+梯次降低质量浓度段塞组合方式时驱油效果最佳。基于参数优化结果，开展了乳液聚合物驱现场试验。实施后，阶段效果达到预期，且现场含水率变化规律与数值模拟预测结果吻合较好，预测最终可提高采收率14百分点以上。

中外在乳液聚合物驱油领域都进行了大量的研究，早期乳液聚合物在油田上主要用于地层调驱、钻井液调整剂和堵水调剖剂等方面。近年来随着乳液聚合物的发展，在驱油用乳液聚合物的研制和评价等方面均开展了相关研究。通过系统评价乳液聚合物的理化性能和驱油效果，并与普通聚合物进行对比，结果表明乳液聚合物在增黏性、黏度稳定性、抗剪切性、界面性能和乳化性能等方面均优于普通聚合物，具有更大幅度提高油田采收率的能力。由于乳液聚合物具有诸多性能优势，已成为聚合物驱提质增效的发展方向。

目前，大庆油田开展了乳液聚合物驱先导试验，取得较好驱油效果；在室内驱油机理方面也取得了新认识。由于目前现有化学驱油藏数值模拟软件中，聚合物驱数学模型无法反映其乳化增黏和低界面张力对驱油效果的影响，只能部分描述聚合物的增黏性能，而表面活性剂驱数学模型能够模拟界面性能，却无法同时反映乳化增黏性能和聚合物本身的增黏特性，采用单一的聚合物驱数学模型或单一的表面活性剂驱数学模型均无法准确表征乳液聚合物的驱油机理。在先导试验驱油方案设计时，采用单一的聚合物驱数学模型所得到的数值模拟预测结果与实际生产曲线存在较大偏差。为此，在室内研究的基础上，基于CHEMEOR数值模拟软件中已有的聚合物和表面活性剂驱油机理数学模型，将乳液聚合物等效成聚合物和表面活性剂2种组分，利用聚合物驱数学模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能和利用表面活性剂驱数学模型等效表征界面性能，从而实现对乳液聚合物驱油机理的等效表征。基于以上模拟方法，根据室内研究结果确定了各项模拟参数，分析注入质量浓度、聚合物用量和段塞组合方式对乳液聚合物驱油效果的影响，指导现场方案优化设计。通过跟踪评价现场试验效果，验证了数值模拟表征的有效性，为乳液聚合物驱注入参数优化和开发效果预测提供借鉴。

1 试验区块概况

大庆油田在LBB1区块开展了首个乳液聚合物驱先导试验，2020年注入乳液聚合物体系，采用单一质量浓度段塞注入。截至2024年12月，与空白水 驱阶段相比，注入压力增加3.5 MPa，含水率下降 8.2百分点，阶段提高采收率8.9百分点。相较于普通干粉聚合物，乳液聚合物的数值模拟预测结果多提高采收率3百分点以上。为了发展多井组条件下乳液聚合物驱油方案优化设计与跟踪调整技术，在先导试验取得较好效果的基础上，2024年在相 邻LBB2区块开展了扩大试验，试验区面积为 3.98 km2，共有79口注入井，78口采出井（图1），注采井距为150 m，平均砂岩厚度为10.3 m，有效厚度为8.2 m，平均有效渗透率为0.631 μm2。扩大试验区与先导试验区均开采萨Ⅱ13—萨Ⅲ3油层，纵向上细分为萨Ⅱ13+14、萨Ⅱ15+16、萨Ⅲ1+2、萨Ⅲ3沉积单元。主要发育河道砂、分流间席状砂及表外砂体，属于河流相沉积储层，为分流平原环境下的低弯曲分流河道沉积模式。表1为扩大试验区与先导试验区基础数据。从表1可以看出，扩大试验区油层发育相对较好，油层厚度、平均有效渗透率和聚合物驱控制程度均好于先导试验区，但扩大试验区油层非均质性相对较强，且由于扩大试验区水驱时间相对较长，因此，水淹程度相对较高，含油饱和度较低，剩余油相对较少。

图1  乳液聚合物试验区井位分布

2 乳液聚合物性能数值模拟表征

在目标区块油水条件下，对比评价了乳液聚合物和同相对分子质量的普通聚合物（P-HPAM）的性能差异。评价结果表明，乳液聚合物与P-HPAM对比具有乳化增黏作用大、抗剪切性强、降低界面张力等性能优势。基于室内研究结果，运用CHEMEOR数值模拟软件，通过协同利用现有的聚合物和表面活性剂驱数学模型，对表面活性剂驱油机理数学模型进行适当简化，构建了乳液聚合物驱等效数学模型，从而表征乳液聚合物驱油机理。在构建乳液聚合物驱等效数学模型过程中，将乳液聚合物等效成聚合物和表面活性剂2种组分，利用聚合物驱数学模型等效表征乳化增黏、抗剪切性能及表面活性剂驱数学模型等效表征界面性能，从而实现黏度/界面张力协同作用表征。

2.1 乳化增黏性能参数表征

乳液聚合物的主要驱油机理是通过自身增黏特性和形成“油包水”（W/O）型乳液增加驱替相的 黏度，从而提高波及系数。乳液聚合物分子结构与P-HPAM不同，其分子结构中引入了2-丙烯酰胺基- 2甲基丙磺酸（AMPS）单体，降低了电解质对聚合物双电层的压缩和置换作用，有利于维持聚合物分子链的水化体积，提升聚合物溶液在污水矿化度条件下的黏度。从图2可以看出，相同聚合物质量浓度条件下，乳液聚合物增黏性能均明显好于同相对分子质量P-HPAM的。在相同黏度40 mPa•s条件下，乳液聚合物质量浓度为1 100 mg/L，P-HPAM质量浓度为1 450 mg/L，乳液聚合物比P-HPAM节省聚合物用量约占24%。

图2  不同聚合物的质量浓度和黏度对应关系曲线

乳液聚合物驱油体系具有明显的乳化性能，在化学驱过程中，乳化作用可增加驱替相的黏度，降低油水流度比，发挥乳状液调堵和乳化携带作用，有利于剖面调整，扩大波及体积，对化学驱阶段提高采收率是十分有利的。乳液聚合物中引入了具有乳化功能的活性单体和表面活性剂组分，与原油能够形成W/O型乳液，大幅度提高乳化体系黏度。从表2中可以看出，在油水比为1∶1条件下，乳化体系黏度比乳液聚合物溶液黏度大幅增加。在较低乳液聚合物质量浓度（500 mg/L）条件下，具有较强的乳化能力。随着乳液聚合物质量浓度的增加，乳化体系增加黏度增大，但乳化增黏倍数降低。不同质量浓度条件下乳化体系黏度为乳液聚合物溶液黏度的1.6~3.7倍。

在CHEMEOR软件中可通过黏-浓关系数学模型来等效表征乳液聚合物驱油体系的乳化增黏性能，该数学模型的具体形式为：

在优化参数赋值前，需根据室内实验测定的乳液聚合物质量浓度与乳化体系黏度两者之间的关系数据，采用最小二乘法，回归确定黏-浓关系数学模型中等常数。乳液聚合物溶液黏-浓关系数学模型中以上4个常数分别为10、50、600和-0.531，通过对乳液聚合物溶液黏-浓关系数学模型的常数的确定，提高乳液聚合物驱数值模拟的准确性。