冀東油田高溫油藏J R G W凝膠調驅劑性能評價

張強 焦龍（西安石油大學，陜西 西安710065)

吳煒 喬孟占(冀東油田瑞豐化工公司，河北 唐山063200)

張瀚奭(冀東油田鉆采院，河北 唐山 063200）

深部凝膠調驅技術是指從注水井注入調驅劑在地層大孔道或裂縫中，通過緩慢移動，實現調驅劑在地層深部的不斷重新分配，增加其作用范圍，提高注入水的波及效率。低濃度交聯聚合物調驅劑是一種由低濃度聚合物和交聯劑以分子間交聯為主、分子內交聯為輔的弱交聯體系。其在地層中的封堵是動態的，在一定條件下可運移，具有深部調和驅的雙重作用。現階段使用的深部凝膠調驅劑多為酚醛樹脂交聯體系，該體系所形成的弱凝膠易在長期高溫條件下易形成果凍狀凍膠，在地層剪切作用下，其結構易被破壞，降低封堵高滲透率儲層的作用，同時其流動性較差，使注入壓力升高很快，甚至無法注入。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

德國Haake RS-600型流變儀；多功能化學驅物理模擬系統，華東石大儀器公司；CLTD-II高溫高壓滲透率梯度測試儀，荊州創聯石油科技公司；AR1530/C電子天平，美國Ohaus公司，分辨率0.001g；SXJQ-1型數顯無級調速攪拌器，鄭州長城科技有限公司；恒溫箱；高壓中間容器等。

1.2 實驗材料和調驅劑體系的配制

冀東油田柳北區塊地層水，礦化度為497mg/L，用于配制體系和進行驅替實驗，水質分析見表1；冀東油田柳北區塊原油；聚丙烯酰胺，相對分子量1800萬-2000萬，水解度25%-30%，大港博弘公司；JRGW樹脂交聯劑，JRGW螯合劑，JRGW穩定劑，冀東油田瑞豐化工公司；20-100目石英砂，北京普林森環保科技有限公司；填砂模型參數見表2。實驗溫度65-125℃。

表1 柳北水質分析結果

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表2 填砂模型基本參數

1.3 實驗方法

1.3.1 凝膠強度的測定

使用采油用凝膠流變參數法[1]測定凝膠強度。將完全成膠后的聚合物/交聯劑/助劑/溶劑體系視為線性粘彈體，采用振蕩剪切的方法，選定應力為0.5Pa，在頻率為0.01-10HZ進行頻率掃描。由于數值為不規則變化，將頻率0.1HZ處設定為彈性模量G′、粘性模量G''參考值。

1.3.2 凝膠溶液的配制

使用地層水配制2‰聚合物溶液，充分溶脹后，依次加入2‰螯合劑、0.5‰穩定劑、2‰交聯劑，攪拌均勻。

1.3.3 凝膠成膠溫度的測定

將未成膠的聚合物交聯體系放入65℃、75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃恒溫烘箱中，密封保存10日后測定體系G′、G''。

1.3.4 凝膠成膠速度的測定

將未成膠的聚合物交聯體系放入95℃恒溫烘箱中，每隔6h對體系的成膠模量進行測定，連續測樣72h；每隔10d對體系成膠模量進行測定，連續測樣90d。

1.3.5 凝膠熱穩定性的測定

將未成膠的聚合物交聯體系放入95℃恒溫烘箱中，每隔30d對體系成膠模量進行測定，直至體系完全破膠。

1.3.6 機械剪切對凝膠強度的影響

使用混調器在1200r/min的轉速下對體系進行剪切實驗，分別剪切0、30、60、90、120、150min,將經過剪切的樣品在95℃候凝成膠，10d后測其模量值。

1.3.7 砂床剪切對凝膠強度的影響

將凝膠溶液以1cm3/min流速驅替填砂管A，使用燒杯收集排出液。將排出液裝瓶，并將排出液再次經過填砂管，往復操作5次，將經過剪切的樣品在95℃候凝成膠，觀察其10d并測其模量值。

1.3.8 驅油效率、封堵率的測定

開啟物模系統升溫至95℃，恒定驅替流量1mL/min,將原油驅替填砂管B、C，至完全產出油，計算注入油量和產出油量只差。注入地層水清除流程中巖心模型外所有部位影響計量的原油，用注入水以模擬流速驅替10倍孔隙體積，根據排出油總體積和飽和油總體積計算注水驅油效率和殘余油飽和度。向填砂管B中注入聚合物基液（即與弱凝膠中聚合物濃度相同的聚合物溶液）0.5PV。將調驅劑溶液候凝成膠72h，向填砂管C中注入凝膠0.5PV。記錄兩管產油量。向填砂管B、C注入地層水驅替10倍孔隙體積，記錄后續水驅產油量,并測定驅后滲透率。

2 結果與討論

2.1 凝膠靜態成膠溫度

10天后，除65℃下保存的凝膠溶液未能成膠外，其余溫度下凝膠溶液均可成膠，將安瓿瓶倒置形成的凝膠均為吐舌狀凝膠。顏色隨溫度的升高，由淡白色變為淡黃色、土黃色。125℃安瓿瓶瓶口凝膠有脫水現象并有少量凝膠變為灰褐色。9天后所測成膠隨溫度變化的流變數據見圖1。

圖1 9日成膠后體系儲能模量G′、耗能模量G''隨溫度變化

由圖1可知體系成膠后的彈性模量G′介于1-10Pa,屬于中等強度凝膠【1】。彈性與粘性模量線性趨勢隨溫度的變化表現出一致性。在65-115℃時，隨溫度的上升，模量表現為上升趨勢；125℃時模量出現較大幅度的下降。結合凝膠靜態成膠情況分析，該體系隨溫度的升高，交聯速度明顯加快。當溫度達到125℃時，由于溫度過高，體系出現脫水現象，凝膠強度有所下降，模量出現下降趨勢。通過上述實驗分析，可以發現體系在常溫下無法成膠，完全消除了體系地面交聯對施工效果的影響。該體系隨溫度升高，交聯速度加快的特點，可使體系對施工目的層的有效封堵逐漸增強。

2.2 凝膠成膠速度

由于地層深部調驅，需要大劑量的注入調驅劑才能達到所要求的注入半徑，故要求調剖劑的成膠時間必須足夠長。一方面滿足大劑量施工的要求；另一方面使地層深部滲透率得到調整。凝膠成膠速度實驗結果見圖2、3。

圖2 體系在72小時內的成膠速度（95℃）

圖3 體系在90d內的成膠速度（95℃）

從圖2可看出凝膠溶液由弱凝膠（G′＜1）體系轉化為中等強度凝膠【1】的過程。體系儲能與耗能模量均隨時間的增加而增大。體系在54h處時（G′=1.054Pa），體系轉變為中等強度凝膠。根據L10區塊調驅現場情況，綜合計算配液時間（1h）、注聚泵排量(1.67m3/h)、目的層深度(3500m)等相關數據計算，體系進入目標地層所需時間應大于48h。該體系延緩成膠時間已達到注入要求。延長觀察時間至90d，觀察并記錄體系達到最高強度的時間與模量值。分析圖3數據可知，模量在10-80天仍在緩慢上升。當80d體系G′上升至峰值4.184Pa，彈性模量值趨于平緩，而粘性模量值仍在緩慢上升。綜上所述，該體系成膠速度緩慢，在不影響調驅效果的情況下，可降低注聚泵壓，消除注入風險。54h的延緩成膠時間可完全滿足藥劑進入調驅目的層。最高可達4.184Pa彈性模量強度，可保證對高滲層的有效封堵。緩慢增長的粘性模量，可進一步增強其孔隙吸附能力，擴大調驅劑的波及范圍。

2.3 凝膠熱穩定性

為滿足深部調驅需要，調驅劑應具有長時間的耐溫性。通過實驗可觀察到體系由中強凝膠轉變為溶膠液體的過程，即調驅劑失效過程。如圖4

圖4 體系在480d內的熱穩定性實驗（95℃）

將其劃分為4個區域，即凝膠強度增長期I（0-60d）、穩定期II(60-240d)、衰減期III(240-450)，破膠期IV(450-480d)。體系彈性模量值在增長期時，大幅度上升，在90d時達到最高值（G′=4.154）。進入穩定期時下降趨勢較為平緩。衰減期出現了較大幅度的下降趨勢，其中在420d時（G′=0.712Pa）由中強凝膠轉變為弱凝膠。并在破膠期450d時（G′=0.353，G''=0.441，G''＞ G′[1]）由弱凝膠轉變為溶膠液體。粘性模量隨時間的變化趨勢較為平緩，增長期與穩定期數值為上升趨勢，衰減期240d至480d出現了幅度較小的下降趨勢。由此可判斷衰減期，凝膠分子結構出現了較大程度的破壞，凝膠失效速度加快，并在破膠期420d時調驅劑完全失效。高溫深部調驅所需調驅劑熱穩時間應在12個月以上，該體系14個月的熱穩定能力已完全符合現場生產需要。

2.4 驅油效率、封堵率的測定

深部調驅劑作為一種既有調剖封堵作用又有驅油作用的化學劑。評價其性能應具有“驅”與“調”雙重作用。將調驅劑與聚合物進行對比，則可充分體現出藥劑的“堵”、“驅”能力。實驗見表4：

表4 驅替實驗數據分析（95℃）

由表4可知，凝膠較聚合物溶液具有更強的提高采收率、降低滲透率的效果。其中聚合物溶液為粘彈性流體，可驅替出水驅不能驅走的殘余油，從而提高驅油效率。而凝膠的運移具有較強的整體性，有利于降低高滲層的滲透率，可以驅替出聚合物驅不能驅出的殘余油，相較聚合物溶液可大幅度提高采收率。凝膠較相同濃度的聚合物溶液，其封堵效果明顯提高，能夠達到封堵高滲層，將后續注入流體分流到中、低滲層的目的。

3 現場試驗

應用該體系調驅劑體系再柳贊油田L10區塊L15-19井進行現場施工，其對應油井4口，主要開發Es33層，該井組于2010年10月開始注水。由于周圍油井含水上升，層間矛盾突出。2015年6月在L15-19井進行礦場試驗，累計注入二元復合凝膠調驅劑1200方，注入壓力由25.61MPa上升至27.05MPa，對應見效油井2口，含水均有明顯下降，日增油3.07噸，月階段累計增油81.1噸，目前仍有效。

表5 凝膠調驅劑礦場試驗見效油井效果統計表

4 實驗結論

4.1 當環境溫度低于65℃時，調驅劑不能成膠。并具有隨溫度的升高成膠速度逐漸加快的特點。該調驅劑成膠速度較慢，可滿足油田深部調驅需要，消除了體系地面交聯對施工效果的影響。體系抗溫能力強，在95℃下穩定保存14個月不破膠，使調驅波及范圍與有效時間得到了提升。

4.2 物理剪切對凝膠的交聯產生比較大的影響，可控剪切應盡量避免，地層剪切應注入適量的聚合物保護段塞，降低剪切因素影響。

4.3 調驅劑具有提高采收率、降低高滲層的滲透率、封堵高滲層的作用。并在現場試驗過程中得到了很好的印證，月累計增油81.1噸。

[1]中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T6296-1997.采油用聚合物凍膠強度的測定流變參數法[s],1997.

[2]張世同，黃寧，王中華等.耐溫耐鹽低度交聯聚合物驅油體系的研究[J].精細石油化工，2002，9(5):1-3.

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