延緩交聯(lián)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的研制與性能評價(jià)

劉平德 張 松 馮愛麗 秦 杰

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司采油采氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100083；3.大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江大慶 163514）

延緩交聯(lián)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的研制與性能評價(jià)

劉平德1,2張 松1,2馮愛麗1,2秦 杰3

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司采油采氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100083；3.大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠，黑龍江大慶 163514）

現(xiàn)有交聯(lián)聚合物凝膠體系成膠時(shí)間短，調(diào)驅(qū)劑不能深入油藏實(shí)現(xiàn)深部放置，導(dǎo)致了水驅(qū)開發(fā)效果較差。考察了在一定溫度、熱穩(wěn)定劑作用下，延緩有機(jī)復(fù)合交聯(lián)劑NQJ與聚合物的交聯(lián)反應(yīng)，形成了適用于大慶薩爾圖北部油田油藏的延緩交聯(lián)弱凝膠體系。該體系地面黏度較低，便于現(xiàn)場注入，且具有較好的延緩交聯(lián)效果，可實(shí)現(xiàn)大劑量深部調(diào)驅(qū)。研究結(jié)果表明：抗鹽聚合物、交聯(lián)劑與熱穩(wěn)定劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%～0.25%、0.15%～0.2%與0.015%～0.025%時(shí)，形成的凝膠黏度大于5 000 mPa·s，成膠時(shí)間3～6 d可調(diào)，能夠滿足現(xiàn)場深部調(diào)驅(qū)要求。

調(diào)驅(qū)；弱凝膠；延緩交聯(lián)；熱穩(wěn)定性；提高采收率

大慶油田采油三廠北二區(qū)西部東塊二類油層位于大慶長垣薩爾圖油田北部純油區(qū)內(nèi)， 區(qū)塊含油面積4.4 km2，油層有效厚度14.67 m，平均滲透率0.404 D，油藏溫度45 ℃。該區(qū)塊自1964年投入開發(fā)，目前采用五點(diǎn)法井網(wǎng)，井距150 m。目前全區(qū)注入井開井81口，采油井開井87口，累積產(chǎn)油54.0×104t，綜合含水94.6%。

隨著油田開發(fā)的不斷深入，長期注水造成儲層平面、層間、層內(nèi)三大矛盾加劇，注水低效無效循環(huán)日益嚴(yán)重，水驅(qū)效率大幅降低。油藏非均質(zhì)性和不利的油水流度比造成注入水沿高滲透層突進(jìn)，大大降低了注入水的波及效率［1］。傳統(tǒng)的高強(qiáng)度調(diào)剖劑延緩交聯(lián)時(shí)間短，不能確保調(diào)驅(qū)劑進(jìn)入深部油藏，導(dǎo)致了調(diào)驅(qū)效果變差。延緩交聯(lián)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑能夠進(jìn)入油藏深部，迫使水流轉(zhuǎn)向進(jìn)入低滲透層，進(jìn)一步挖掘縱向和平面未波及區(qū)的剩余油，提高注入水的波及系數(shù)和注水采收率［2-5］。

交聯(lián)聚合物弱凝膠調(diào)驅(qū)劑是由水溶性聚合物與有機(jī)絡(luò)合金屬離子交聯(lián)劑組成［6-8］，在地層條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成凍膠，封堵高滲透層段，迫使注入水發(fā)生液流轉(zhuǎn)向，該類調(diào)剖體系在現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。但目前現(xiàn)有體系交聯(lián)時(shí)間短，使得該類調(diào)剖體系段塞不能有效進(jìn)入油藏深部，導(dǎo)致水驅(qū)采收率降低。基于上述原因，針對大慶采油三廠地層條件，實(shí)驗(yàn)考察了一種帶有多個(gè)官能團(tuán)的延緩有機(jī)交聯(lián)劑NQJ，該交聯(lián)劑在一定溫度下緩慢釋放出交聯(lián)基團(tuán)，在一定溫度作用下與聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)弱凝膠，克服了以往弱凝膠調(diào)驅(qū)劑成膠時(shí)間短，不能大劑量注入并實(shí)現(xiàn)深部放置的缺陷，對改善注入水的波及體積、提高采收率具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

（1）儀器。DV-Ⅱ型Brook-f i eld旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，具塞廣口瓶，電子天平，高速攪拌器，恒溫干燥箱。

（2）藥品。抗鹽聚合物、水解聚丙烯酰胺，分子量分別為1 900萬、1 800萬，水解度分別為20%、18%，工業(yè)品，大慶煉化公司生產(chǎn)；有機(jī)復(fù)合交聯(lián)劑NQJ、熱穩(wěn)定劑TSA，工業(yè)品；大慶模擬鹽水，礦化度4 000 mg/L（Ca2+濃 度 56.6 mg/L， Mg2+濃 度 54.5 mg/L，K++Na+濃度 1 045.8 mg/L，濃度2 354.1 mg/L，Cl-濃度 340.8 mg/L，濃度 148.2 mg/L）。

2 延緩交聯(lián)弱凝膠深部調(diào)驅(qū)劑的研制

弱凝膠調(diào)驅(qū)劑是以合適水解度的抗鹽聚合物為基礎(chǔ)，利用具有延緩交聯(lián)效果的有機(jī)復(fù)合交聯(lián)劑，克服了常規(guī)調(diào)驅(qū)劑成膠時(shí)間短、不能實(shí)現(xiàn)大劑量注入進(jìn)行深部調(diào)驅(qū)的缺陷。

2.1 調(diào)驅(qū)用聚合物的篩選

聚合物是制備凝膠的重要組成部分，與交聯(lián)劑反應(yīng)后形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。利用大慶模擬鹽水（4 000 mg/L）配制抗鹽聚合物、水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液，考查了兩種聚合物對凝膠性能的影響，結(jié)果見表1。

由表1可看出，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，體系成膠時(shí)間縮短，凝膠黏度增大，與HPAM相比，抗鹽聚合物合成的凝膠黏度較大。

表1 不同類型聚合物對弱凝膠性能的影響

2.2 抗鹽聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成膠性能的影響

實(shí)驗(yàn)用水為大慶模擬鹽水，實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，考察了抗鹽聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對凝膠性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對弱凝膠性能的影響

由表2可看出，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，體系成膠時(shí)間縮短，凝膠黏度增大較快。鑒于弱凝膠需要進(jìn)入深部地層，強(qiáng)度太大很難向油層深部推進(jìn)，起不到深調(diào)作用，考慮到多種因素的影響，確定聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.15%～0.25%為宜。

2.3 交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成膠性能的影響

延緩有機(jī)復(fù)合交聯(lián)劑NQJ帶有多個(gè)官能團(tuán)，在一定溫度下緩慢釋放出交聯(lián)基團(tuán)，并與抗鹽聚合物分子鏈上的氨基、羧基發(fā)生延緩交聯(lián)反應(yīng)，形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠。考察了延緩交聯(lián)劑NQJ質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成膠性能的影響，利用大慶模擬鹽水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的抗鹽聚合物，熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.015%，采用具有延緩作用的交聯(lián)劑NQJ與交聯(lián)劑乙酸鉻進(jìn)行了凝膠性能實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)節(jié)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)一步考察其對凝膠性能影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與凝膠性能的關(guān)系

由圖1可看出，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，凝膠黏度增大，成膠時(shí)間縮短；NQJ具有明顯的延緩交聯(lián)作用，而乙酸鉻成膠時(shí)間速度過快，不能實(shí)現(xiàn)大劑量注入與深部放置。考慮到現(xiàn)場試驗(yàn)對調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度和交聯(lián)時(shí)間的要求，確定NQJ交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.20%，交聯(lián)時(shí)間控制在3～6 d，并根據(jù)現(xiàn)場施工中的實(shí)際需要調(diào)節(jié)體系的pH值，這既滿足弱凝膠具有一定的強(qiáng)度又具有合適的成膠時(shí)間，便于大劑量注入進(jìn)行深部調(diào)驅(qū)。

2.4 熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成膠性能的影響

實(shí)驗(yàn)用水為大慶模擬鹽水，實(shí)驗(yàn)溫度為45 ℃，考察了熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對凝膠性能的影響，結(jié)果見表3。

注：聚合物、 NQJ交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.2%，剪切速率為7.34 s-1。

由表3可看出，隨著熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，成膠時(shí)間縮短，凝膠黏度增大較快，考慮到凝膠黏度、成膠時(shí)間等多種因素影響，熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.015%～0.025%為宜。

3 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑性能評價(jià)

3.1 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的抗剪切性

將聚合物與交聯(lián)劑配制的溶液（聚合物、交聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.2%、0.015%）用1 500 r/min的高速攪拌器剪切5 min，將剪切前后的交聯(lián)聚合物溶液置于具塞廣口瓶中，考察在45 ℃條件下的成膠情況。剪切前凝膠黏度5 300 mPa·s，成膠時(shí)間4.5 d；剪切后凝膠黏度4 600 mPa·s，成膠時(shí)間5 d。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高速剪切后，聚合物分子鏈部分發(fā)生斷裂，導(dǎo)致形成的弱凝膠黏度降低，但與未經(jīng)剪切形成的凝膠黏度相比前后變化不大，表明該弱凝膠體劑具有較好的抗剪切性能，可滿足現(xiàn)場施工配注的要求。

3.2 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的注入性

低黏度的調(diào)驅(qū)劑一般容易泵送，并可優(yōu)先進(jìn)入高滲透層帶，減少對低滲透層的傷害，因此，調(diào)驅(qū)劑溶液在注入過程中應(yīng)保持較低的黏度。

評價(jià)一種調(diào)驅(qū)劑的注入性，主要是考察其在地面溫度下的穩(wěn)定性，即地面配制溶液黏度相對穩(wěn)定，能夠保證在低泵壓下注入到地層。調(diào)驅(qū)劑在25 ℃條件下的黏度變化見表4。

注：聚合物、交聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.20%、0.15%、0.015%。

從表4可以看出，調(diào)驅(qū)劑溶液在地面溫度下黏度基本穩(wěn)定，其黏度并不隨著放置時(shí)間的延長而增幅較大，這樣可便于現(xiàn)場配制與大劑量現(xiàn)場注入。

3.3 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的耐鹽性

當(dāng)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑注入到地層后，會接觸到地層中水的無機(jī)鹽離子，且形成凝膠后在后續(xù)注入水的過程中會長期浸泡在鹽水中，因此，調(diào)驅(qū)劑應(yīng)具有一定的耐鹽性能，這樣可保證形成的凝膠具有足夠大的強(qiáng)度來抵御后續(xù)注入水的長期侵蝕，從而保證調(diào)驅(qū)劑段塞可長期有效封堵中高滲透地層，改善水驅(qū)效果。

將配制好的50 mL調(diào)驅(qū)劑溶液（聚合物、交聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.20%、0.2%、0.015%）置于具塞廣口瓶中，待其成膠后，將凝膠放入到大慶模擬鹽水中，定期取樣測定凝膠黏度的變化，結(jié)果見表5。

0 5 400 15 5 200 30 5 200 60 5 100 90 4 800 180 4 600

從表5可看出，在45 ℃條件下，凝膠在大慶模擬鹽水中的黏度隨著時(shí)間的延長變化不大，表明調(diào)驅(qū)劑具有較好的耐溫耐鹽性能，可保證調(diào)驅(qū)劑在地層中具有長期的封堵效果。

3.4 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性是評價(jià)弱凝膠在地層中有效期的一個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)考察了60 ℃條件下，利用大慶模擬鹽水配制的HPAM與抗鹽聚合物形成的凝膠黏度隨時(shí)間的變化關(guān)系，結(jié)果見圖2。

圖2 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑熱穩(wěn)定性

由圖2可以看出，隨著時(shí)間的延長，兩種聚合物形成的弱凝膠黏度均下降，在前90 d內(nèi)二者變化幅度不大，當(dāng)超過90 d后HPAM形成的凝膠黏度變化較大。這是由于抗鹽聚合物在合成過程中引入了抗鹽基團(tuán)，所以形成的凝膠經(jīng)過3個(gè)月的老化后黏度變化不大，表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性能。

3.5 弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的封堵性能

將60～120目的石英砂充填到直徑2.5 cm、長度60 cm的填砂管中，將弱凝膠調(diào)驅(qū)劑分別注入兩個(gè)充填了相同粒徑石英砂的巖心管中，將巖心管兩端密封，置于45 ℃恒溫干燥箱中恒溫72 h，使其成膠，而后注水進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，記錄堵后填砂管滲透率變化情況，以考察弱凝膠封堵效果。聚合物、交聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.20%、0.15%、0.015%，注入量為6 PV。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 弱凝膠封堵性能

由表6可看出，水驅(qū)后弱凝膠在填砂管巖心中封堵率在85%以上，具有較好的封堵效果。

4 結(jié)論

（1）針對大慶油田現(xiàn)場實(shí)際需求，完成了延緩交聯(lián)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的研制，優(yōu)選的有機(jī)復(fù)合交聯(lián)劑NQJ在一定溫度與穩(wěn)定劑條件下，緩慢釋放出交聯(lián)基團(tuán)，與聚合物發(fā)生延緩交聯(lián)反應(yīng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的弱凝膠。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物、交聯(lián)劑與熱穩(wěn)定劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%～0.25%與0.15%～ 0.20%、0.015%～0.025%時(shí)，弱凝膠成膠時(shí)間3～6 d可調(diào)，并且有較好的注入性、抗鹽性、抗剪切性、熱穩(wěn)定性及封堵性能，可滿足現(xiàn)場施工要求。

［1］岡秦麟.高含水期油田改善水驅(qū)效果新技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999.

［2］朱懷江，劉玉章，繩德強(qiáng)，等.弱凝膠對油水相對滲透率的影響［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（3）：69-73.

［3］吳剛，王志強(qiáng)，游靖，等. 高溫低滲透砂巖油藏可動凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2012，34（6）：97-99.

［4］曲波，戰(zhàn)洪浩，魯印龍，等.錦90塊弱凝膠深部調(diào)驅(qū)配方體系的篩選［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2012，13（8）：29-31.

［5］吳秀田，汪寶新，陳龍偉，等.二連油田弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2006，28（S0）：49-52.

［6］田玉芹，趙林，汪廬山，等.低吸附緩交聯(lián)調(diào)驅(qū)體系用多重乳液交聯(lián)劑［J］.特種油氣藏，2011，28（4）：380-384.

［7］SMITH J E. Quantative evaluation of polyacrylamide cross linked gels for use in enhanced oil recovery［C］.Presented at the International ACS Symposium， Anaheim,California. 1986：9-12.

［8］劉慶旺，范振中.弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2003：3-12.

（修改稿收到日期 2013-04-15）

Research of a retarding crosslink weak gel for conformance control and displacement and its performance evaluation

LIU Pingde1,2, ZHANG Song1,2, FENG Aili1,2, QIN Jie3

（1.Research Institute of Petroleum Exploration&Development,PetroChina,Beijing100083,China; 2. Key Laboratory of Oil&Gas Production,CNPC,Beijing100083,China; 3. No.8Oil Production Plant,Daqing Oilf i eld Co.,Ltd.,Daqing163514,China）

Due to the short gelation time of the present cross-linked polymer gel system, conformance control agent cannot enter into deep reservoir, resulting in poor water fl ooding effect. By the crosslinking reaction between the retarding organic composite crosslinking agent NQJ and salt-resistance polymer under thermal stabilizers and specif i c temperature, the weak gel with space network structure is formed. The weak gel conformance control agent has low surface viscosity, easy injection on-site, and good delayed cross-linking effect, so it can achieve the high-dose injection. The research shows that the mass fraction of salt-resistance polymer, cross-linking agent, and the heat stabilizer are 0.15%-0.25%, 0.15%-0.2%, and 0.015%-0.025% respectively. The viscosity of gel is greater than 5000 mPa·s, and the gelation time is 3～6 days. The weak gel can meet the need of deep reservoir conformance control and oil displacement,and improve the water fl ooding effect of high water cut oil fi eld.

conformance control and oil displacement; weak gel; retarded cross-linking; temperature stability; enhanced oil recovery

劉平德，張松，馮愛麗，等.延緩交聯(lián)弱凝膠調(diào)驅(qū)劑的研制與性能評價(jià) ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（3）：90-93.

TE357.46

A

1000 – 7393（ 2013 ） 03 – 0090 – 04

國家科技重大專項(xiàng)“高效深部液流轉(zhuǎn)向與調(diào)驅(qū)和精細(xì)分層注采技術(shù)”（編號：2011ZX05010-003）部分研究內(nèi)容。

劉平德，1972年生。1996年畢業(yè)于東北石油大學(xué)鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事調(diào)剖堵水技術(shù)方面的研究，高級工程師。電話：010-83597567。E-mail：lpd@petrochina.com.cn。

〔編輯

朱 偉〕