海外河油田弱凝膠調驅體系成膠影響因素及對策

田 鑫，張欽花，劉二平

(中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

海外河油田位于遼河斷陷盆地中央凸起南部傾末帶南端，是一個局部被斷層復雜化的背斜構造，主要開采層位是下第三系東營組馬圈子油層，可注水儲量376.6 ×105t，平均孔隙度 28.7%，平均滲透率858×10－3μm2。油藏斷裂發育、構造破碎，發育多條斷層;含油井段長，油藏埋深2 350～1 400 m，油層層數多，單層厚度薄，多為2～3 m，儲層非均質性嚴重;油品性質差，黏度差別較大，地下原油黏度在55～216 mPa·s之間，為普通稠油油藏。海外河油田1989年投入開發，現已進入特高含水時期，依靠現有注水技術改善開發效果日益困難。為改善該塊水驅開發效果，在23個井組開展深部調驅礦場試驗。試驗過程中連續兩年出現夏季調驅體系成膠效果差的現象，顯著影響了實施效果。

為解決這一問題開展了弱凝膠調驅體系成膠主要因素研究，找到了制約調驅體系成膠效果的關鍵因素，并針對性地采用成膠綜合調整技術，較好地解決了這一困擾調驅現場應用的難題。

1 實驗

1.1 原料

部分水解聚丙烯酰胺HPAM，相對分子質量2.5×107，遼河油田海瀾化工生產，固含量約為90%，水解度約為25%;有機鉻交聯劑YG－107，石油大學宇光公司生產;弱凝膠調驅體系配制用水，模擬污水和油田回注污水。

1.2 儀器

LVTD－Ⅱ型Brook Field黏度計;電子天平YDP－02－OD型;電熱恒溫干燥箱，設定溫度為油藏溫度65℃。

1.3 弱凝膠調驅體系的配制

將0.20%聚合物、水、0.15%交聯劑依次加入燒杯中，攪拌，配制100 mL溶液，加入150 mL密封瓶內，抽真空，封口，置于65℃恒溫干燥箱內，定期取樣測定黏度，以30 s測定值作為弱凝膠黏度。

2 影響因素對弱凝膠調驅體系成膠性能的影響

對海外河油田弱凝膠調驅體系具有影響的因素主要有成膠溫度、體系pH、礦化度、Fe2+、S2－、懸浮物、溶解氧等。因此采用單因素模擬法，分別考察其對成膠性能的影響。

2.1 成膠溫度

配制有機鉻/HPAM弱凝膠調驅體系，實驗用水為海外河油田回注污水，其中礦化度為2 500 mg/L，pH 為 7.2，Fe2+平 均 濃 度 為0.05 mg/L，考察成膠溫度對調驅體系成膠性能的影響，結果見圖1。有機鉻/聚合物弱凝膠體系在40～70℃下，均能成膠，且成膠溫度與成膠速率成正比關系，成膠溫度較高，成膠速率較快，30 d內黏度保持率在85%以上，但成膠溫度大于85℃，凝膠體系在3 d內迅速成膠，但在短期內破膠，熱穩定性較差。因此，成膠溫度以40～70℃為宜。

圖1 溫度對成膠性能的影響

2.2 體系 pH

體系pH對調驅體系成膠性能具有較明顯的影響，一般認為pH小于5時，酸性較高，溶液中存在大量質子，質子與聚合物鏈上COO－結合，使COO－間靜電排斥力降低，引起聚合物卷曲并使其黏度降低，而pH過高則引起聚合物過度水解，導致聚合物與交聯劑過度交聯，使凝膠穩定性變差。

固定其他條件，采用回注污水配制弱凝膠調驅體系，在65℃下恒溫，考察體系pH對成膠性能的影響，結果見圖2。當體系pH小于6時，體系不成膠;pH為6～8時，體系成膠;pH為7～8時，弱凝膠體系黏度最大，穩定性最好。說明酸性條件下不利于體系成膠，而弱堿性條件下，有利于體系成膠。

圖2 體系pH對成膠性能的影響

2.3 礦化度

礦化度較高時水中無機鹽陽離子濃度較大，由于其具有比水更強的親電性，因此其取代水分子，與聚合物分子鏈上COO－形成反離子對，屏蔽分子鏈上負電荷，使聚合物線團間斥力減弱，導致聚合物鏈卷曲。

固定其他條件，體系pH均為7～8，采用不同礦化度的純凈水、回注污水、地層水及模擬回注污水配制調驅體系，不同水質離子組成見表1，考察礦化度對成膠性能的影響，結果見圖3。配制調驅體系的水溶液具有一定的礦化度對成膠有促進作用，但礦化度大于20 000 mg/L，成膠效果明顯變差。

表1 不同水質中離子組成

圖3 礦化度對成膠性能的影響

2.4 Fe2+濃度

在回注污水處理流程中，分離設備、集輸管線及凝膠配制設備均為鐵金屬材料，因此Fe2+在回注污水中較為常見。Fe2+參與氧和聚合物分子的自由基反應，促進聚合物分子鏈氧化降解，使聚合物相對分子質量降低，導致聚合物黏度降低，影響體系成膠效果。

固定其他條件，采用含不同Fe2+濃度的模擬回注污水配制調驅體系，其中模擬回注污水pH為7.2，礦化度為 2 500 mg/L，Fe2+平均濃度為0.05 mg/L，考察Fe2+濃度對黏度的影響，結果見圖4。當Fe2+濃度小于0.1 mg/L，對體系黏度影響較小;當Fe2+濃度大于0.1 mg/L，體系黏度在5 d內迅速下降至100 mPa·s以下。因此，配制調驅體系的水溶液Fe2+濃度應控制在0.1 mg/L以下。

圖4 Fe2+濃度對成膠性能的影響

2.5 S2－濃度

根據極化理論，S2－具有較強的還原性，可加速聚合物發生氧化反應，另外使聚合物的COO－受到抑制，聚合物分子線團在水中不易舒展，聚合物黏度降低。

固定其他條件，采用含不同S2－濃度的模擬回注污水配制調驅體系，考察S2－濃度對黏度的影響，結果見圖5。當 S2－濃度為 10 mg/L時，10 d后，體系黏度降低90%以上。

圖5 S2－濃度對成膠性能的影響

2.6 懸浮物含量

油田回注污水中含一定量的懸浮物，通常為難溶于水的物質，成分較復雜。用含懸浮物的污水配制調驅體系時，懸浮物被聚合物分子鏈纏繞，會產生絮凝并沉淀，影響聚合物分子鏈伸展。固定其他條件，采用含懸浮物的模擬回注污水配制調驅體系，考察懸浮物含量對體系黏度的影響，結果見表2。隨著懸浮物含量增加，體系黏度降低，當懸浮物含量達40 mg/L時，體系黏度降至初始黏度的50%以上。

表2 懸浮物含量對調驅體系黏度的影響

2.7 溶解氧含量

在一定溫度下，水中的溶解氧會引起調驅體系中聚合物發生自由基氧化降解反應，導致體系黏度大幅下降。

選擇含不同溶解氧濃度的模擬清水及模擬回注污水配制調驅體系，考察溶解氧濃度對體系黏度的影響，結果見圖6。對于清水和污水，隨著時間增加，黏度均下降;但污水配制的體系黏度比清水下降幅度大。當污水中溶解氧濃度超過0.5 mg/L時，10 d內體系黏度降至初始黏度的10%以下。

圖6 溶解氧濃度對成膠性能的影響

3 弱凝膠調驅體系成膠調整技術效果

海外河油田油藏溫度65℃，回注污水礦化度為2 500～3 000 mg/L，體系 pH 7.0～7.5，Fe2+平均濃度為0.05 mg/L，S2－濃度為0，均在上述研究的可接受指標范圍內。因此，排除以上因素對成膠效果的影響。而當懸浮物含量為0～30 mg/L，

溶解氧為0～3 mg/L時，會對調驅體系黏度產生較大影響。為此，開展添加凈水劑、除氧穩定劑來改善調驅體系性能的實驗。實驗所用污水pH為7.2，礦化度 2 500 mg/L，Fe2+濃度 0.05 mg/L，S2－濃度為0。弱凝膠調驅體系配方為:0.2%聚合物+0.15%交聯劑，成膠溫度65℃。

3.1 凈水技術

在懸浮物含量為64 mg/L污水中加入0.08%的凈水劑處理后，懸浮物含量降至7 mg/L，考察添加凈水劑前后調驅體系黏度的變化，結果見表3。經凈水處理后的弱凝膠體系15 d黏度為12 010 mPa·s，而未經凈水處理的弱凝膠體系黏度僅為130 mPa·s。因此，通過凈水處理的方法可解決懸浮物對成膠性能的影響。

表3 添加凈水劑前后調驅體系黏度變化結果

3.2 除氧技術

研究發現通過添加除氧穩定劑降低水中溶解氧濃度，減少自由基活性，可解決聚合物高分子鏈的氧化降解問題。綜合考慮技術和經濟因素，篩選還原型穩定劑硫脲作為海外河油田除氧穩定劑，加入0.03%硫脲后，污水中溶解氧含量由3.000 mg/L降至0.017 mg/L，考察除氧穩定劑加入前后調驅體系黏度的變化，結果見表4。

表4 除氧前后調驅體系黏度變化

由表4可看出，加入硫脲后，15 d成膠黏度17 136 mPa·s，30 d 后黏度保持在10 000 mPa·s以上?，F場加入0.03%除氧穩定劑后，取樣檢測發現成膠率由75%提升至100%。

4 結論

1)海外河油田弱凝膠調驅體系成膠性能影響因素主要是懸浮物和溶解氧，當回注污水中懸浮物含量在石油行業標準規定的10 mg/L以內時影響不大，而當懸浮物含量大于40 mg/L時，體系初始黏度可降低50%以上?；刈⑽鬯腥芙庋鯘舛却笥?.5 mg/L時，體系黏度即降至黏度的10%以下。

2)試驗表明凈水、除氧技術可顯著改善調驅體系的成膠性能，經凈水處理后的凝膠體系15 d黏度為12 010 mPa·s，加入硫脲除氧穩定劑后30 d后黏度保持在10 000 mPa·s以上。是解決現場調驅體系成膠不穩定的有效方法，對同類型油藏調驅具有一定借鑒意義。

［1］乞迎安，陳志會，邱菊.海外河油田深部調驅開發效果評價［J］.精細石油化工進展，2014，15(5):5 －8.

［2］張宇.弱凝膠調驅技術在海1塊普通稠油油藏的應用［J］.油氣藏評價與開發，2013，3(3):37 －42.

［3］張宇.弱凝膠調驅體系成膠性能影響因素研究［J］.油氣藏評價與開發，2013，3(5):50 －53.

［4］隨石磊，盧祥國，王榮健，等.LD10－1油田調驅效果及影響因素實驗研究［J］.海洋石油，2011，31(3):50 －55.

［5］江建林，岳湘剛，高震，等.聚合物－泡沫調驅影響因素實驗研究［J］.斷塊油氣田，2011，18(4):516 －519.

［6］郭斐.水質對深部調驅效果影響研究［J］.科學技術與工程，2014，14(29):194 －196.

［7］陳鐵龍，候天江，趙繼寬，等.高礦化度下影響弱凝膠調驅劑性能因素的研究［J］.油田化學，2003，20(4):351 －353.