淀粉膠體系調剖性能的影響因素

劉光普 劉述忍 李翔 徐國瑞 楊勁舟 劉豐鋼

1.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司

以注水開發為主要方式的二次采油技術會造成油井含水居高不下，采收率低，而深部調剖技術在老油田的增產穩產中起到了非常重要的作用［1-3］。 深部調剖技術通過改變注水井的吸水剖面，縱向上控制高滲透層過高的吸水能力，從而提高低滲透層的吸水能力，啟動未動用儲層，實現擴大波及體積、提高采收率的目的［4-6］。筆者以渤海SZ36-1儲層和流體為模擬對象，通過室內實驗及確定淀粉膠體系范圍，對基于淀粉膠的調剖體系進行實驗及評價［7-9］，再進行室內巖心驅替實驗進行論證，得出調剖體系的優化配方，提高采收率效果顯著。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

調剖劑配制和儲存儀器設備為Waring混調器、電子天平、燒杯和水浴鍋等，使用哈克RS6000流變儀測試調剖劑黏度。巖心驅替實驗設備為多功能巖心驅替裝置。

1.2 實驗材料

交聯劑JLJ，有效含量100%，淄博中森化工；引發劑YFJ-L，有效含量100%，天津恒興化學試劑制造公司；丙烯酰胺HSG-B，有效含量98%，無水硫酸鈉WDJ，有效含量97%，天津大茂化學試劑廠；羥丙基淀粉DF-1和DF-2，有效含量為100%，石家莊利達淀粉廠。

實驗用油黏度45 mPa·s，由SZ36-1油田脫氣原油與煤油按比例1∶3混合；實驗用水為SZ36-1油田注入水，總礦化度9 950.8 mg/L，Na++K+含量3093.2 mg/L，Mg2+含量 305.5 mg/L，Ca2+含量 275.6 mg/L，Cl–含量 5 879.7 mg/L，含量 85.3 mg/L，含量311.5 mg/L。實驗用黏土礦物為模擬目的油藏礦物比例組成混合物，其中蒙脫土、伊利土和高嶺土含量為3.26%、81.52%和15.22%。

實驗用巖心為縱向非均質人造巖心，由石英砂與環氧樹脂膠結而成，4.5 cm×4.5 cm×30 cm。巖心包括高中低3個滲透層，各個小層滲透率分別為500 mD、1 500 mD、6 000 mD。

1.3 實驗方案

實驗溫度為油藏實際溫度65 ℃。為了考察淀粉濃度、無水亞硫酸鈉、頂替段塞、交聯劑和引發劑對淀粉體系調剖效果的影響，設計了10種方案，如表1所示。

1.4 實驗步驟

（1）將巖心抽真空飽和地層水，計算孔隙度；（2）連接實驗裝置，測試其密封性；（3）飽和油，建立束縛水飽和度，老化24 h；（4）水驅油至含水率達98%以上，計算采收率；（5）根據濃度平行對比實驗，按10種方案分別注入相應的體系；（6）后續水驅，直至含水率為98%以上，計算最終采收率。

表1 實驗方案設計Table 1 Design of experimental program

2 實驗結果及討論

2.1 淀粉成膠時間與黏度的關系

羥丙基淀粉溶液黏度與質量分數關系見圖1，可以看出，質量分數為1.5%時，基液黏度接近，隨羥丙基淀粉質量分數增加，其溶液黏度增加。當質量分數超過2%后，黏度增加速率明顯加快；當質量分數為3%時，樣品DF-1及DF-2溶液黏度均有較大幅度的提升，DF-2溶液黏度明顯小于DF-1的值，表現出較好注入能力。

圖1 羥丙基淀粉溶液黏度與濃度的關系Fig.1 Relationship of hydroxypropyl starch viscosity vs.concentration

采用羥丙基淀粉樣品DF-1和DF-2，按照表1配方配制封堵劑溶液：4%改性淀粉+4%丙烯酰胺+0.036%交聯劑+0.012%引發劑+0.002%無水硫酸鈉，其成膠時間和黏度測試結果見表2。

表2 調剖劑黏度測試數據Table 2 Viscosity test of profile control agent

從表2分析可知，DF-1配制封堵劑初始黏度大于DF-2的值，但二者成膠時間差別不大，成膠強度都較大，因此選擇DF-2進行后續實驗。

通過室內實驗結果及文獻表明［10］，丙烯酰胺濃度對成膠時間影響最大，然后依次是引發劑濃度和交聯劑濃度。在現場施工過程中，凝膠體系成膠時間過短會產生現場注入困難，導致井筒堵塞等問題的發生，因此，實驗過程要考慮地層溫度及地層流體性質。以室內實驗及相關文獻為依據初步確定調剖體系配方組成：3%～4%羥丙基淀粉+3%～6%丙烯酰胺+0.029%～0.054%交聯劑+0.01%～0.018%引發劑+0～0.002%無水硫酸鈉。

2.2 淀粉濃度對體系性能的影響

方案1～4的含水率變化、注入壓力曲線見圖2、圖3，最終采收率數據見表3。可以看出，一次水驅曲線變化一致，較短時間內含水率達到98%，說明已在高滲層形成了竄流通道，在水驅階段，隨注入量增加，注入壓力減小，含水率上升，采收率增加。在調剖劑注入過程中，隨注入量增加，注入壓力大幅上升，含水率、采收率變化不大。

將單因素分析中P值<0.1的因素(年齡≥60歲、腹痛、背痛、食欲減退、AKP、GLU、CEA≥5 ng/ml、CA19-9≥37 U/ml、病灶邊界不清、囊壁厚度>2 mm、壁結節、無分隔及主胰管擴張)納入預測MCN-IC的多因素logistic回歸分析，結果顯示年齡≥60歲、腹痛、CA19-9≥37 U/ml、病灶邊界不清、壁結節、無分隔是MCN-IC的預測因子(表5)。

在后續水驅階段，隨注入量增加，注入壓力明顯降低，含水率先降后升，采收率增加較少，與相同條件下聚合物凝膠（0.075 PV Cr3+聚合物凝膠調剖劑，聚合物有效含量88.5%，分子量1 000萬，交聯劑有機鉻有效物質量分數4.5%，CP=4 000 mg/L，聚、Cr3+配比180∶1，候凝12 h）相比較（圖4），后續水驅階段調剖劑注入壓力明顯降低，表明3%淀粉質量分數下組成的調剖劑體系在多孔介質內成膠和封堵效果較差，未能實現調剖和液流轉向目標。

圖2 方案1～4含水率與注入孔隙體積倍數關系Fig.2 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 1-4

圖3 方案1～4注入壓力與注入孔隙體積倍數關系Fig.3 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 1-4

表3 方案1～10的最終采收率數據Table 3 Ultimate recovery factor of Programs 1-10

圖4 不同濃度Cr3+凝膠注入壓力與注入孔隙體積倍數關系Fig.4 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume at different concentrations of Cr3+ gel

采用調剖劑原優化配方未能達到預期成膠和封堵效果，故需要對調剖劑配方組成進行調整，采用方案5將淀粉含量由3%提升為4%，從表3可以看出，提高淀粉含量后，調剖劑成膠和封堵效果明顯提高，采收率增幅大幅度提高。

2.3 無水亞硫酸鈉及頂替段塞對體系性能的影響

在調剖劑中加入無水亞硫酸鈉可以起到除氧、殺菌的作用，有效減緩調剖體系受氧化降解的影響。調整調剖劑組成和段塞組合后（方案6、7），采收率實驗數據見表3。進一步分析表明，在方案6和方案5中保持其他組分相同，只是改變無水亞硫酸鈉濃度，結果二者成膠效果存在較大差異。此外，對比方案5和方案7可知，兩個方案調剖劑組成和段塞尺寸都相同，只是方案7采用了聚合物溶液作為頂替段塞，采收率增幅較大。由此可見，聚合物溶液頂替段塞可以改善堵調剖劑的調剖效果。實驗過程中注入壓力、含水率與注入量關系見圖5、圖6。

圖5 方案5～7注入壓力與注入孔隙體積倍數關系Fig.5 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 5-7

圖6 方案5～7含水率與注入孔隙體積倍數關系Fig.6 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 5-7

從圖5和圖6可以看出，方案5與方案6相比較，在調剖劑注入過程中二者最高壓力幾乎相同，但后續水驅階段前者注入壓力明顯高于后者，表明無水亞硫酸鈉有利于改善調剖劑成膠效果。方案5與方案7相比較，調剖劑組成和段塞尺寸都相同，但后者使用聚合物溶液頂替段塞將調剖劑推入巖心高滲透層深部，封堵距離增加，后續注入水提前轉向，增大了對中低滲透層波及體積，進而采收率增幅增大。由此可見，適當增加調剖劑封堵距離可以提高封堵增油效果。

2.4 交聯劑和引發劑濃度對體系調剖性能的影響

在淀粉質量分數為4%條件下，改變調剖劑中交聯劑和引發劑質量分數對調剖效果影響實驗結果見表3。從表3可以看出，隨調剖劑中各組成濃度增加，調剖劑成膠效果提高，采收率增幅增加。實驗過程中注入壓力、含水率與注入量關系見圖7、圖8。

圖7 方案8～10注入壓力與注入孔隙體積倍數關系Fig.7 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 8-10

圖8 方案8～10含水率與注入孔隙體積倍數關系Fig.8 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 8-10

從圖7、圖8可以看出，隨調剖劑各組分濃度增加，不僅調剖劑注入階段壓力增加，而且后續水驅階段壓力也保持在較高水平。分析表明，在幾個調剖劑配方中，方案8的注入壓力、后續水驅壓力都明顯低于方案5、方案9和方案10，因而液流轉向效果較差，采收率增幅較小。分析原因認為，當改性淀粉濃度較高時，由于分子之間交聯反應而形成剛性鏈，柔性鏈（丙烯酰胺AM鏈）數量減小，調剖劑柔韌性減弱，黏附能力降低。隨丙烯酰胺（AM）濃度增加，除改性淀粉分子與AM分子間發生交聯外，多余AM分子間也發生交聯反應，由于AM鏈剛性較差，使得調剖劑強度降低。因此，只有當淀粉與丙烯酰胺配比等于1∶1時，各組分作用才能充分發揮。淀粉對調剖劑強度起到決定性因素。從采收率增幅和藥劑成本角度考慮，方案5采收率增幅效果最好且成本較低。

3 結論

（1）根據調剖實驗結果優選了適用于SZ36-1油田的淀粉膠體系為：4%淀粉+4%丙烯酰胺+0.036%交聯劑+0.012%引發劑+0.002%無水亞硫酸鈉，采收率增幅達到22.1%。

（3）調剖劑未成膠前在高滲層中具有較好的流動能力，在成膠時間范圍內能夠有效運移到油藏深部，實現對竄流通道的封堵。

（4）淀粉膠調剖劑相比于其他常規調剖劑具有良好的封堵選擇性，能優先封堵高滲竄流通道，減少對低滲透層的污染，提高波及面積及低滲區采收率。

（5）淀粉膠成膠后抗沖刷能力強，可長時間封堵油藏中的竄流通道，從而延長見效周期。

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