滲透率級差對弱凝膠體系性能影響實驗研究

孫鐵南，吳忠正

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

滲透率級差對弱凝膠體系性能影響實驗研究

孫鐵南，吳忠正

（成都理工大學能源學院，四川成都610059）

通過不同滲透率巖心單管驅替試驗，研究了聚合物弱凝膠體系對巖心的封堵規律，當滲透率小于20×10-3μm2時，封堵率高達98%，而隨著滲透率的增大，封堵率下降。雙管并聯驅替試驗結果表明，隨滲透率級差的增加，高滲管分液量下降，當滲透率級差高于4時，高滲管滲透率減少，甚至低于低滲管的滲透率。將并聯弱凝膠驅后的巖心再進行單巖心驅替試驗，試驗結果表明，隨著高滲管滲透率的增加，弱凝膠的進入量增大，封堵效果增加。

弱凝膠；視黏度；剪切作用；礦化度；穩定性

弱凝膠體系在國內各大油田現場調剖措施或深部調驅均有廣泛應用［1-2］。聚合物弱凝膠是通過聚合物分子與交聯劑分子發生分子間交聯為主、分子內交聯為輔的具有空間立體網狀結構的化學體系［3-4］，具有視黏度高、封堵效果好、油藏適應性廣、成本低等特點［5］。目前，弱凝膠的應用主要針對存在非均質性較為嚴重的油藏，尤其是滲透率非均質性嚴重的油藏［6-7］。而聚合物弱凝膠對不同滲透率儲層封堵效果及規律和存在滲透率級差條件下的封堵效果及規律的研究較少，本文針對這兩個問題，開展了相關研究，為認識弱凝膠在不同滲透率儲層內封堵效果以及不同滲透率級差條件下的封堵規律提供參考。

1　實驗部分

1.1材料與儀器

聚合物為HPAM，相對分子量1 500×104，水解度25%，大慶石油化工廠；模擬地層水礦化度1 345 mg/L，NaCl配制；人造巖心29支，滲透率1.82×10-3μm2～2 490× 10-3μm2不等。弱凝膠體系配方為1 200 mg/L HPAM+A劑+B劑，聚交比20∶1。

試驗儀器包括巖心驅替試驗裝置包括平流泵、中間容器、巖心夾持器、壓力表、六通閥等，海安石油科研儀器有限公司；恒溫箱、量筒等。

1.2實驗方法

（1）利用巖心驅替裝置，進行單巖心驅替試驗，巖心9支，滲透率分別為1.82×10-3μm2～2 490×10-3μm2，段塞大小0.2 PV，試驗溫度38℃。首先進行水驅，得到水驅滲透率K1，然后注入弱凝膠體系，成膠24 h后，再后續水驅10 PV，計算滲透率K2，利用弱凝膠封堵前后滲透率變化百分比計算封堵率Fd，即Fd=100%×（K1-K2）/K1。

（2）利用巖心驅替裝置，進行雙管并聯巖心驅替試驗，巖心20支，10支低滲巖心，滲透率100×10-3μm2，10支高滲透率巖心，滲透率分別為100×10-3μm2～1 000×10-3μm2。首先，進行單巖心水驅測定滲透率；然后并聯巖心，進行水驅10 PV，記錄高低滲管的分液量；再注入弱凝膠體系，成膠24 h后，再后續水驅10 PV，分別記錄后續水的分液量；最后，分別水驅單巖心，計算成膠后的滲透率，并利用（1）中公式分別計算高低巖心的封堵率。

2　結果與討論

2.1單巖心驅替試驗研究

為了研究該體系對油層滲透率下降的影響程度，引入封堵率參數Id來進行評價，并借鑒了儲層常規敏感性實驗指標，用來定性定量描述弱凝膠的封堵程度（見表1）。弱凝膠進入巖心后，使得滲透率下降，巖心滲透率參數及試驗后巖心滲透率及封堵率（見表1），注膠前巖心滲透率、注膠后巖心滲透率以及封堵率隨巖心滲透率變化規律（見圖1）。

表1　弱凝膠封堵率評價指標

表2　弱凝膠封堵率評價

由試驗結果可知隨著滲透率的增大，弱凝膠封堵性能逐漸減低。整條曲線表現出三段規律，當滲透率在1.82×10-3μm2～382×10-3μm2變化時，封堵率下降明顯，由98%下降到58%；當地層滲透率在382×10-3μm2～824×10-3μm2變化時，封堵率下降趨勢相對變緩，由58%下降到40%；當地層滲透率大于824×10-3μm2時，封堵率下降趨于平緩。

圖1　滲透率與封堵率的關系曲線

由此可知，弱凝膠封堵巖心能力與滲透率關系大，反映了弱凝膠驅后，油層流體滲流通道的變化。當使用低滲巖心時，弱凝膠進入細小的孔吼中，隨著注入量的增加，弱凝膠不斷在巖心中運移、滯留、聚并、黏附、橋接，形成濾餅，在巖心入口端形成穩定的阻塞，大大降低了低滲巖心的滲透率，封堵率高達98%，因此，大劑量的弱凝膠進入低滲儲層，尤其是滲透率小于20× 10-3μm2儲層，不利于后續水的注入。而當滲透率高于382×10-3μm2后，弱凝膠的封堵效果屬于中等偏強，封堵率為58，封堵后巖心滲透率為161×10-3μm2，這說明滲透率的增加，弱凝膠與孔喉間的作用力大大下降，并沒有形成致密的濾餅，主要是滯留、黏附在吼道兩側，減小了吼道半徑，或是占據大孔吼，迫使后續水進入更小吼道中，后續水滲流機理是通過減小注入水通道半徑或是流體轉向而實現的。

因此，在進行弱凝膠驅時，不存在滲透率低于20× 10-3μm2的儲層條件，也就是說，弱凝膠不會形成濾餅，使得地層產生阻塞，即不會污染儲層。

2.2并聯巖心驅替試驗研究

弱凝膠深部調驅技術所用的弱凝膠能夠在地層中發生緩慢運移，進入油層深部，占據原來的主力水流通道，迫使注入壓力上升，改變后續注入水的滲流規律，使得注入水在油層中發生轉向，因而擴大了波及體積，大幅度提高采收率，實現油田增油控水目的，在水驅開發階段，由于油藏非均質性的存在，油層的滲透率不同，使得高滲透層吸水量大，而相對低滲透層吸水量小，導致整個儲層內縱向上的吸水剖面不均勻，注入水波及體積小，油井過早見水。單巖心驅替試驗結果可知，弱凝膠會改變巖心滲透率，并且改變規律受到巖心滲透率的控制。為了研究非均質性條件下，弱凝膠對后續水滲流特征影響，采用雙巖心并聯試驗，對不同滲透率級差下弱凝膠驅后后續水分液量、高低滲管封堵率進行系統研究。試驗基本參數及試驗結果（見表3），滲透率級差與水驅及后續分液量的關系曲線（見圖2），滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線（見圖3）。

滲透率級差與水驅及后續水驅分液量的關系曲線（見圖2）。由圖2可知，水驅階段高滲管分液量隨著滲透率級差增大而增大，低滲管分液量隨著滲透率級差增大而減小，當滲透率級差大于4時，注入水幾乎全部進入高滲管。因此，蒙古林油田油藏內非均質性高，滲透率級差大于4后，很可能導致注入水只沿高滲層流動，而低滲層基本沒有動用。因而要大幅度提高采收率，應當首先考慮啟用低滲透層。

表3　試驗基本參數及試驗結果

圖2　滲透率級差與水驅及后續分液量的關系曲線

進行弱凝膠調驅后，整體趨勢是高滲管的分液量下降，低滲管的分液量上升，而高滲管的分液量降幅先緩后快，低滲管的增幅先緩后快。隨著滲透率級差的增大，當滲透率級差大于4后，出現原來的高滲巖心分液量低于原來的低滲巖心，事實上也說明，并聯巖心經過弱凝膠驅后，巖心滲透率發生較大變化；而當滲透率級差高于7后，分液量的趨勢減慢。分析試驗結果可知，控制分液量的因素是被驅替介質的吸液能力，當兩個巖心尺寸參數相同時，滲透率則起到了決定性的作用。因此弱凝膠驅過程中，對于非均質性油藏，高滲透層會進入更多的弱凝膠，而試驗過程中，使得弱凝膠進入高滲管的量多于低滲管的，并且，隨著滲透率級差的增大，進入高滲管的量加大。這樣使得膠體能夠進入非均質性油藏高滲透層中。其中，滲透率級差4為分界點，當滲透率級差低于4時，高滲管中的分液量仍高于低滲管，這時，對于地下油層而言，弱凝膠的注入使得高滲層的滲透率下降，但仍高于低滲層的滲透率，后續注入水進入地層后，由于弱凝膠滯留、黏附在高滲層中的孔喉中，增大了水滲流阻力，從而進入低滲儲層，有效改善了注水井的吸水剖面。當滲透率級差高于4后，低滲管中的分液量大幅上升，這也說明高低滲管的滲透率發生轉換。圖3詳細給出了滲透率發生轉換的解釋。當并聯試驗完成后，分別使用單管水驅原來的高低滲透巖心，注入10 PV后進行數據統計。

圖3采用雙縱軸畫圖，左側縱軸給出的是高低滲管的封堵率，右側縱軸給出的是注膠前后高低滲透管滲透率的比值，對數坐標（注明：滲透率級差是大于1的常數，而弱凝膠驅后，高滲管的滲透率下降，甚至低于低滲管的滲透率，故用滲透率比值來描述）。完成雙管并聯注膠后，單管水驅10 PV，測定原來的高低滲管滲透率，分別計算封堵率以及注膠后滲透率比值。

圖3　滲透率級差與高低滲管封堵率及注膠后滲透率級差的關系曲線

由圖3可知，滲透率級差為4同樣是分界點，當滲透率級差低于4時，隨著滲透率級差的增加，高滲管的封堵率迅速上升，而低滲管的封堵率迅速下降，大于4后開始變緩。分析原因可知，當滲透率級差小時，高低滲管均能夠進入弱凝膠，且高滲管的進入量多于低滲管的量，但相差不大；而當滲透率級差高于4后，進入高滲管的量大，且遠高于低滲管，并且當滲透率級差高于9后，低滲管的封堵率基本為0，也就是說沒有弱凝膠的進入，這也說明弱凝膠能夠選擇性封堵高滲層。因此，即使滲透率級差在增大，但進入高滲管的弱凝膠在增加，并且與進入低滲管的量的差值增大，最終導致對高滲管封堵效果在大于4后顯著增加，同樣的原因，使得分液量也在滲透率級差大于4后發生轉換。由注膠后，原來的高低滲管其滲透率比值在級差小于4時是大于1，而在級差大于4后則小于1。

由此可知，對于油藏非均質性越嚴重的儲層，通過弱凝膠驅后，能夠有效改善高低滲層的非均質性，大幅度降低高滲層的滲透率，甚至能夠使高滲層封堵，迫使后續水只沿低滲層流動，但是如果滲透率級差過大，例如大于50后，弱凝膠改變后續水流動規律則還需進一步研究。但在一般的儲層條件下，非均質性還沒有達到上述程度，因此，在油藏實際非均質性條件下，弱凝膠能夠有效改善水驅效果，擴大水驅波及體積。

3　結論

弱凝膠對不同巖心滲透率的封堵效果不同，弱凝膠在相同的注入量條件下，滲透率越低的巖心，封堵率越高；滲透率級差4是弱凝膠封堵巖心后，使得巖心滲透率、分液量發生轉向的分界點；弱凝膠調驅后，能夠通過封堵高滲層，啟動低滲層來擴大水驅波及體積，而實現大幅度提高采收率目的。

［1］陳鐵龍，周曉俊，等.弱凝膠調驅提高采收率技術［M］.北京：石油工業出版社，2006：32-33.

［2］劉一江，王香增.化學調剖堵水技術［M］.北京∶石油工業出版社，1999：11-51.

［3］何啟平，施雷庭，郭智棟.適合高溫高礦化度油藏的弱凝膠體系研究［J］.鉆采工藝，2011，34（2）：79-80.

［4］鄧俊.弱凝膠驅油體系研究［J］.四川化工，2008，11（2）：10-11.

［5］田根林，劉玉章，等.交聯聚合物驅油機理研究［J］.油氣采收率技術，1997，4（2）：13-16.

［6］謝朝陽，余慶森，李建閣，等.膠態分散凝膠深度調剖技術在大慶油田聚驅開發中的應用［J］.浙江大學學報，2002，29（5）：535-541.

［7］楊紅斌，張啟德，柳娜.低溫高礦化度油藏弱凝膠調驅體系的研制及性能評價［J］.油田化學，2013，30（4）：517-519.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.024

TE357.46

A

1673-5285（2015）05-0101-04

2015－03-02

孫鐵南，男（1989-），成都理工大學油氣田開發工程碩士研究生，研究方向為油氣藏工程及數值模擬技術，郵箱：stntf@126.com。