鋁離子-聚合物凝膠調(diào)驅(qū)體系配方室內(nèi)優(yōu)選研究

何 莉

（大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513）

A區(qū)聚驅(qū)試驗區(qū)配制聚合物用水水質(zhì)較差，A區(qū)水源水的總礦化度較高，達886～1100mg·L-1，主要是因為鈣、鎂等二價陽離子含量高影響的，（74.8mg·L-1）。按方案設(shè)計用A區(qū)水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度只有26.3mPa·s，而用紅崗水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度可達到44.1mPa·s，采用薩南試驗區(qū)注入水配制的1200mg·L-1的聚合物溶液粘度更高，可達到66.0mPa·s以上，因此，要取得聚驅(qū)效果，必然要增加聚合物用量，致使聚驅(qū)成本增加，而從目前大慶油田聚驅(qū)已取得的認識看，CDG調(diào)驅(qū)技術(shù)取得了較好的增油效果，鋁離子-聚合物凝膠在油田應(yīng)用主要是利用足夠的時間使溶液能夠大量進入油層深處而不至于在井筒附近油層形成阻塞。另外，在井筒附近油層的壓差高于轉(zhuǎn)變壓力，致使鋁離子-聚合物凝膠像非交聯(lián)聚合物一樣流動，當(dāng)流到地層深處，壓差減小，低于轉(zhuǎn)變壓力，使分子束和膠粒膨脹而起到充填油層深處孔隙的作用。這樣便可以改善高滲透率變異系數(shù)的不均一性，使注入水流入低滲透率油層，從而達到提高原油采收率的目的。在相同的條件下，注劑成本低于單純的聚合物驅(qū)油。

為此，開展了室內(nèi)研究工作，研究不同濃度鋁離子-聚合物凝膠體系與不同水質(zhì)的配伍性，從中優(yōu)選最佳的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，既解決A區(qū)水質(zhì)問題，又為下步A區(qū)地區(qū)開展現(xiàn)場試驗提供技術(shù)支持。

1 室內(nèi)實驗

1.1 實驗材料

（1）聚合物：實驗研究中，聚合物采用中分聚合物，有效含量0.88。

（2）交聯(lián)劑：交聯(lián)劑采用現(xiàn)場使用的鋁離子交聯(lián)劑，有效含量3.6%。

（3）配制水:實驗用清水為A區(qū)水源水，實驗用污水為A區(qū)深處理污水，水質(zhì)組成見表1。

表1 A區(qū)深處理污水離子組成Tab.1 Component of disposal sewage of section A

（4）物理模型:實驗根據(jù)某試驗區(qū)油藏地質(zhì)特征、油層物性及沉積韻律特點制作了柱狀及正韻律縱向非均質(zhì)巖心，非均質(zhì)模型各層氣測滲透率分別為 300 ×10-3μm2、1000 ×10-3μm2和 1800 ×10-3μm2，厚度比例為 1∶1∶1，模型尺寸 Φ2.51cm×L9.0cm、30cm×4.5cm×4.5cm。

（5）油:區(qū)地面脫氣原油和航空煤油混合配制而成的模擬油，在45℃下其粘度為6.7mPa·s。

1.2 實驗儀器及流程

圖1 實驗流程圖Fig.1 Experiment flow chart

2 室內(nèi)成膠研究結(jié)果與討論

2.1 鋁離子-聚合物凝膠體系配方室內(nèi)成膠情況

目前，評價鋁離子-聚合物凝膠體系能否成膠是通過室內(nèi)測定轉(zhuǎn)變壓力值來確定的，鋁離子-聚合物凝膠有壓縮流動和正常流動兩種方式，轉(zhuǎn)變壓力是指在一定壓力作用下，鋁離子-聚合物凝膠由壓縮流動方式轉(zhuǎn)變?yōu)檎Ａ鲃臃绞綍r的壓力。

2.1.1 清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用清水配制5000mg·L-1的聚合物母液，然后采用清水稀釋至 300～800mg·L-1，同時加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1[1]，測定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。通過檢測聚合物濃度在600mg·L-1以上、聚鋁比在50∶1以下，以及聚合物濃度在450 mg·L-1、聚鋁比在30∶1以下時，成膠均能達到大慶油田要求的成膠標(biāo)準(zhǔn)，而濃度高于300mg·L-1、聚鋁比在50∶1以下的其它配方體系均能測試到轉(zhuǎn)變壓力，即有成膠顯示。

從測定結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）在聚合物濃度相同時，聚鋁比降低，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力上升加快，成膠效果變好；

（2）在聚鋁比相同時，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

2.1.2 純污水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用污水配制5000mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至 300～800mg·L-1，同時加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測定體系不同時期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。中分聚合物在污水條件下配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠性能明顯變差，我們又對清水配制污水稀釋凝膠體系進行了研究。

2.1.3 清水配制污水稀釋條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用清水配制5000 mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至300～800mg·L-1，同時加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。

從清水配制污水稀釋的鋁離子-聚合物凝膠體系看，中分配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況好于純污水配制的鋁離子-聚合物凝膠體系，從測定結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）中分聚合物的鋁離子-聚合物凝膠體系在聚合物濃度600mg·L-1、聚鋁比30∶1沒有成膠顯示。在800mg·L-1聚鋁比20∶1、30∶1兩個配方中，達到了轉(zhuǎn)變壓力標(biāo)準(zhǔn)要求，而在聚鋁比40∶1時沒有檢測到轉(zhuǎn)變壓力；

（2）在聚合物濃度相同時，聚鋁比降低，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力上升加快，成膠效果變好；

（3）在聚鋁比相同時，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

清水、清水-污水、污水不同的水質(zhì)條件下，同種聚合物在相同的濃度、相同的聚鋁比時，鋁離子-聚合物凝膠體系在轉(zhuǎn)變壓力、粘度表現(xiàn)出較大的差異，并可以得出以下結(jié)論：清水成膠性能最好，清水配制污水稀釋的成膠性能明顯變差，而純污水條件下形成的成膠性能最差。

2.2 室內(nèi)優(yōu)選鋁離子-聚合物凝膠配方的實驗設(shè)計及思路

從前面的室內(nèi)實驗看，不同的聚合物、不同的水質(zhì)條件下可以組合出許多種不同的CDG體系配方，同樣清水條件下達到成膠要求的配方也比較多。因此，我們從現(xiàn)實成本考慮，針對不同水質(zhì)條件，以轉(zhuǎn)變壓力為指標(biāo)，優(yōu)選最經(jīng)濟配方，同時對于成膠較差或沒有測到轉(zhuǎn)變壓力的，選擇聚合物濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的最大成本的配方進行評價。

結(jié)合前面室內(nèi)不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方測定情況，確定以下實驗設(shè)計思路：

（1）先進行單段塞聚合物驅(qū)，作為不同鋁離子-聚合物凝膠體系評價標(biāo)準(zhǔn)；

（2）首先選擇符合現(xiàn)行成膠標(biāo)準(zhǔn)及符合成膠標(biāo)準(zhǔn)的最低配方和可能效果最經(jīng)濟配方進行驅(qū)油實驗；

具體如下：首先聚合物用量最大（600mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）、成膠性能最好的清水凝膠體系配方及符合成膠標(biāo)準(zhǔn)最低的配方（450mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）做室內(nèi)驅(qū)油實驗；

（3）開展低于成膠標(biāo)準(zhǔn)的鋁離子-聚合物凝膠配方的驅(qū)油實驗，即清水體系300mg·L-1、聚鋁比30∶1；

（4）開展沒有成膠顯示的配方的驅(qū)油實驗，即清水配制污水稀釋條件下，濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的驅(qū)油實驗。

（5）確定經(jīng)濟效益最佳的最終鋁離子-聚合物凝膠配方。

3 不同水質(zhì)條件下，鋁離子-聚合物凝膠體系提高采收率幅度研究

在初步確定了鋁離子-聚合物凝膠體系配方后，開展了一系列室內(nèi)開展驅(qū)油實驗，優(yōu)選最佳的檸檬酸鋁-聚合物凝膠體系配方。實驗前結(jié)合試驗區(qū)地質(zhì)特征制作呈正韻律分布的非均質(zhì)物理模型，其各層氣測滲透率分別為 300×10-3μm2、1000×10-3μm2和 1800×10-3μm2，厚度比例按照 1∶1∶1設(shè)計，模型尺寸 30cm×4.5cm×4.5cm[2，3]。該模型設(shè)計著重考慮了調(diào)剖因素也兼顧了驅(qū)替因素。

由于受巖心長度和注入時間的制約，為了能模擬注入過程中成膠的特征，采取了配制后恒溫靜置數(shù)小時，待體系粘度上升后注入的方式，但發(fā)現(xiàn)注入過程中壓力高，注入困難，且受成膠強度等影響，注入后可比性差。為此我們改變了注入方式，隨配隨注，注入到設(shè)計的PV數(shù)時停止注入，候凝，清水體系候凝7d，污水體系候凝12d，再進行后續(xù)水驅(qū)。同時在新一批巖心上開展聚合物單段塞驅(qū)油實驗，以與鋁離子-聚合物凝膠體系進行對比。

3.1 不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方驅(qū)油效果實驗

實驗中以清水1350mg·L-1的中分聚合物單段塞驅(qū)油效果作為衡量該聚合物在不同水質(zhì)條件下配制的X-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)效果的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 鋁離子-聚合物凝膠體系與聚合物溶液驅(qū)油Tab.2 Displacement of reservoir oil of aluminum ion-polymer gel system and polymer solution

從表1中可以明顯看到，經(jīng)鋁離子-聚合物凝膠體系驅(qū)油后，后續(xù)水驅(qū)提高采收率的效果明顯高于單純聚驅(qū)的后續(xù)水驅(qū)，而且成膠強度越大，其后續(xù)水驅(qū)采收率值越高，可見，鋁離子-聚合物凝膠體系具有較強的調(diào)剖能力。表明鋁離子-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)是一種進一步提高原油采收率的有效方法。

3.2 確定經(jīng)濟效益最佳鋁離子-聚合物凝膠體系配方

前面的實驗確定了給定濃度、聚鋁比范圍內(nèi)提高采收率幅度最大的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，但為了尋找經(jīng)濟效益最佳的配方，就不能單獨考慮提高采收率幅度的高低，而且要考慮體系配方的成本，因此，我們按噸油成本進行考慮：

假設(shè)目的區(qū)塊地質(zhì)儲量為A×104t，地下孔隙體積為Vp×104m3，注入孔隙體積倍數(shù)為V，聚合物固含量0.88，噸聚合物干粉成本為1.34萬元，噸交聯(lián)劑（鋁離子含量3.6%）成本為1.95萬元，聚合物濃度為C，聚鋁比為D，交聯(lián)劑比重為1.18，有效含量3.6%，采收率提高值為Qe（小數(shù)）：

式中 Qe：采收率提高值，小數(shù)；A：地質(zhì)儲量，×104t；V1，V2：分別為聚驅(qū)和 CDG驅(qū)注入孔隙體積倍數(shù)，PV；B：地下孔隙體積，×104m3；C1，C2：分別為聚驅(qū)和 CDG驅(qū)聚合物濃度，mg·L-1；D：聚鋁比。

單純聚驅(qū)或CDG驅(qū)時，驅(qū)油成本只是聚驅(qū)成本或CDG驅(qū)成本。

根據(jù)前面得到的采收率提高值，代入上面相關(guān)公式可以得到各種段塞的噸油成本關(guān)系表（詳見表3）。

從表3中可以看到，不論清水還是污水條件下，X-聚合物凝膠體系配方均有一定的能力提高采收率，在清水條件下，符合成膠標(biāo)準(zhǔn)的配方體系中，提高采收率幅度最大的是聚合物濃度600mg·L-1,聚鋁比30∶1體系配方，采收率提高33.084個百分點，驅(qū)替噸增油成本為37.5245B/A元（其中B/A為區(qū)塊地下孔隙體積與地質(zhì)儲量的比值，對具體區(qū)塊為一常數(shù)）低于煉化中分1350mg·L-1單段塞聚合物的驅(qū)替噸增油成本47.08B/A元，表3中經(jīng)濟效益最好的是聚合物濃度450mg·L-1,聚鋁比40∶1體系配方，雖然提高采收率值為27.5個百分點，但驅(qū)替噸增油成本僅為28.89B/A元。

表3 鋁離子-聚合物凝膠體系驅(qū)替噸增油成本Tab.3 Displacement of production gain cost per ton of aluminum ion-polymer gel system

綜上所述，清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系配方成膠效果明顯好于污水,且存在增油幅度最大的配方（中分，濃度 600mg·L-1、聚鋁比 30∶1）和經(jīng)濟效益最佳的配方（中分，濃度450mg·L-1、聚鋁比30∶1），在污水條件下，不推薦使用鋁離子-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)。

4 結(jié)論及認識

（1）配制水的礦化度越高，越難形成鋁離子-聚合物凝膠；聚合物的分子量增大、溶液濃度增加、聚鋁比降低，體系的粘度和轉(zhuǎn)變壓力增大，鋁離子-聚合物凝膠越易于形成。

（2）聚合物所形成的鋁離子-聚合物凝膠體系，隨著其中聚合物濃度的增加，采收率提高幅度增大，而在450mg·L-1之后繼續(xù)增加時，采收率趨于平穩(wěn)上升，因此認為450mg·L-1是鋁離子-聚合物凝膠體系聚合物濃度的臨界點。

（3）結(jié)合一系列篩選評價實驗認為，在理想配方即不考慮經(jīng)濟效益的前提下，對于清水體系：600mg·L-1中分，聚鋁比30∶1的配方最好，而要考慮到經(jīng)濟效益等問題，實驗認為中分聚合物清水體系450mg·L-1、聚鋁比30∶1為鋁離子-聚合物凝膠體系為可選配方。

［1］陳福明，牛金剛，王加瀅，等.低濃度交聯(lián)聚合物深度調(diào)剖技術(shù)研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：66-68.

［2］盧祥國，高振環(huán)，趙小京，等.聚合物驅(qū)油之后剩余油分布規(guī)律研究［J］.石油學(xué)報，1996，17（4）：55-61.

［3］周萬富，王賢君，李建閣，等.膠態(tài)分散凝膠用于聚驅(qū)后進一步提高采收率［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，20（2）：69-71.