弱凝膠調驅體系性能評價研究

張繼紅，馮建祎

（東北石油大學 提高采收率國家重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

針對中低滲透非均質以及高含水的油藏條件，普通水驅和聚合物驅油愈發困難，從而導致儲層內大量的剩余油和殘余油無法采出[1-4]。調驅作為一種新興的三次采油的技術手段，能夠大幅度提高原油采收 率[5]。復合離子型凝膠調驅體系采用復合離子聚合物作為主劑，使用交聯劑將聚合物交聯生成穩定的網狀立體結構的凝膠，具有強度大、穩定性高和注入容易的特點，作為調驅藥劑在礦場得到了廣泛應用。與聚合物[6-8]相比，弱凝膠具有較強的抗剪切能力，能夠在地層中逐漸成膠，具有較高的強度，且作用時間和距離更長，能對地層中的高滲透通道產生一定的封堵作用，從而使后續驅替液流向改變[9,10]，起到“調”的作用；由于其線團之間是依靠少量化學鍵和氫鍵相連，交聯強度不高，在地層的剪切作用下，形成較小體積的膠團，在后續驅替液的推動下，繼續向地層深部運移，對剩余油起到“驅”作用，從而達到邊調邊驅的效果，能有效的擴大其波及體積，并提高洗油效率，從而提高原油的采收率[11-14]。針對大慶葡北油田的油藏條件，對復合離子型凝膠調驅體系進行配方優選，并對優選出的調驅體系進行抗鹽性、抗剪切性、熱穩定性和黏彈性評價，評估該調驅體系的儲層適應性和提高采收率能力。

1 實驗部分

1. 1 主要試劑與儀器

實驗用水：大慶葡北油田回注污水，礦化度約為4.6 g/L，pH=8；調驅體系為復合離子型聚合物凝膠，其主要成份均由四川光亞科技股份有限公司研制和提供，包括：YFFTP兩性離子型聚合物，陽離子度3%～5%，水解度14%～15%，分子量1 400～1 600萬，白色粉劑，工業品；YFJJ堿性交聯劑，白色粉末，水溶，工業品；BS-99調剖穩定劑，白色或棕色粉末，水溶，工業品。

AL204電子天平，梅特勒-托利多集團；DV-Ⅲ型布氏黏度計，合測實業（上海）有限公司；HAAKE RS6000型高溫高壓流變儀，思百吉集團；數顯恒溫水浴鍋，上海析達儀器有限公司；數顯恒速強力電動攪拌機，北京卓川電子科技有限公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 調驅體系濃度優選實驗

為了使調驅體系能夠更好的適應地層條件，需要對調驅體系配方進行優選，從而獲得適當的成膠時間和成膠強度，在滿足調驅體系大劑量注入的同時還要確保調驅體系具有一定的強度，從而達到邊調邊驅的目的。

利用回注污水，YFFTP兩性離子型聚合物，YFJJ堿性交聯劑和BS-99調剖穩定劑，配制不同配方的調驅體系，測量其初始黏度，并置于45 ℃的恒溫箱中，通過目測法測量調驅體系的成膠時間，并利用布氏黏度計測定調驅體系的成膠強度及其黏度隨時間的變化（測定溫度為45 ℃），分別對調驅體系的聚合物質量濃度、交聯劑質量濃度和穩定劑質量濃度進行優選，從而優選出較佳調驅體系配方。

1. 2. 2 調驅體系性能評價實驗

1）抗鹽性評價實驗

通過加入蒸餾水稀釋或添加無機鹽，將回注污水配制成礦化度分別為2.0，4.5，6.0和8.0 g/L的實驗用水，然后以聚合物質量濃度0.8 g/L、交聯劑質量濃度1.8 g/L以及穩定劑質量濃度0.3 g/L的配方配制成不同的調驅體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定各樣品在不同礦化度下的成膠時間、成膠強度和隨時間黏度的變化情況。

2）抗剪切性評價實驗

①剪切速度對調驅體系的影響

利用優選的弱凝膠調驅體系配方，即聚合物質量濃度0.8 g/L、交聯劑質量濃度1.8 g/L和穩定劑質量濃度0.3 g/L，制備3個相同的調驅體系樣品，分別以300，1 000和2 000 r/min的轉速攪拌30 min，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定其黏度隨時間的變化 情況。

②剪切時間對調驅體系的影響

以聚合物質量濃度0.8 g/L、交聯劑質量濃度 1.8 g/L和穩定劑質量濃度0.3 g/L的配方制備3個相同的調驅體系樣品，分別以1 000 r/min的轉速攪拌30，60和90 min，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定其黏度隨時間的變化情況。

3）熱穩定性評價實驗

模擬油藏條件，以聚合物質量濃度0.8 g/L、交聯劑質量濃度1.8 g/L以及穩定劑質量濃度0.3 g/L的配方制備1個調驅體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測量其黏度隨時間的變化情況。

4）黏彈性評價實驗

模擬油藏條件，以聚合物質量濃度0.8 g/L、交聯劑質量濃度1.8 g/L以及穩定劑質量濃度0.3 g/L的配方制備1個調驅體系樣品，待調驅體系成膠時，利用HAAKE RS6000型高溫高壓流變儀進行測量，首先固定頻率1.0 Hz的條件下，進行應力掃描，找出黏彈性的線性平臺區，然后固定應力條件下，在0.01～100 Hz內進行頻率掃描，測出不同頻率下的儲能模量和耗能模量。

2 結果與討論

2. 1 調驅體系質量濃度優選實驗

2. 1. 1 聚合物

固定交聯劑質量濃度為1.8 g/L，穩定劑質量濃度為0.3 g/L，分別對比聚合物質量濃度為0.6，0.7，0.8，0.9和1.0 g/L的5種不同調驅體系的成膠時間、成膠強度及其黏度隨時間的變化，結果見表1。

表 1 不同聚合物質量濃度下調驅體系的黏度隨時間的變化Tab. 1 The change of viscosity with time at different mass concentrations of polymer

由表1可知，隨著聚合物溶液質量濃度的升高，調驅體系的成膠時間逐漸減少，成膠強度逐漸增大，但幅度逐漸減??；隨著聚合物質量濃度的升高，調驅體系的黏度逐漸增加，當聚合物質量濃度大于0.8 g/L時，增幅變小，且強度均較高，考慮到經濟因素，確定聚合物質量濃度為0.8 g/L。

2. 1. 2 交聯劑

固定聚合物質量濃度為0.8 g/L，穩定劑質量濃度為0.3 g/L，分別對比交聯劑質量濃度為1.6，1.8和2.0 g/L 的3種不同調驅體系的成膠時間、成膠強度及其黏度隨時間的變化，結果見表2。由表2可知，隨著交聯劑質量濃度的升高，調驅體系的成膠時間逐漸減少，成膠強度逐漸增大，當交聯劑質量濃度大于1.8 g/L時，增幅明顯變小，且強度均較高，故交聯劑質量濃度為1.8～2.0 g/L均較為合適，考慮到經濟因素，選擇交聯劑質量濃度為1.8 g/L。

2. 1. 3 穩定劑

固定聚合物質量濃度為0.8 g/L，交聯劑質量濃度為1.8 g/L，分別對比穩定劑質量濃度為0.2，0.3和0.4 g/L 的3種不同調驅體系的初始黏度、成膠時間、成膠強度及其黏度隨時間的變化，結果見表3。由表3可知，隨著調驅體系中穩定劑質量濃度的升高，成膠時間逐漸降低，成膠強度逐漸增加，但增幅逐漸減??；隨著穩定劑質量濃度的增加，穩定劑質量濃度對凝膠體系的影響逐漸減小，考慮到經濟成本和施工要求，確定穩定劑質量濃度為0.3 g/L。

表 2 不同交聯劑質量濃度下調驅體系的黏度隨時間的變化Tab. 2 The change of viscosity with time at different mass concentrations of cross-linking agent

表 3 不同穩定劑質量濃度下調驅體系的黏度隨時間的變化Tab. 3 The change of viscosity with time at different mass concentrations of stabilizer

2. 2 弱凝膠調驅體系性能評價實驗

2. 2. 1 抗鹽性評價實驗

由于儲層內流體具有較高的礦化度，測試調驅體系在高礦化度的油藏條件下能否持續作用，對提高采收率至關重要。測定各樣品在不同礦化度下的成膠時間、成膠強度和黏度隨時間的變化，結果見圖1和 圖2（見下頁）。

由圖1和2可知，隨著礦化度的增加，成膠時間逐漸增加，成膠強度逐漸降低；在第15 d時，礦化度為 8 g/L調驅體系仍具有較高的黏度，能達到6 500 mPa·s以上，說明該調驅體系具有較好的抗鹽性能。

圖 1 不同礦化度下調驅體系的成膠時間和成膠強度Fig. 1 The gelation time and viscosity under different salinity

圖 2 不同礦化度下調驅體系黏度隨時間的變化曲線Fig. 2 The change of viscosity with time under different salinity

2. 2. 2 抗剪切性評價實驗

調驅體系在油層中運移、驅油過程中，容易發生剪切降解，從而導致調驅體系破膠，黏度急劇減小，驅油效果大大降低，因此，在注入前需要對弱凝膠調驅體系進行抗剪切性能評價實驗，從剪切速率（圖3） 和剪切時間（圖4）兩個方面分析調驅體系的抗剪切性能。從圖3中可以看出，剪切時間相同時，隨著剪切速率的增加，成膠后調驅體系的黏度有較大幅度的下降，但其黏度仍能達到4 000 mPa·s以上，且具有較好的穩定性；從圖4中可以看出，在剪切速度一定的條件下，隨著剪切時間的增加，調驅體系的黏度下降，但幅度不大，對于不同的剪切時間，調驅體系的抗剪切能力較強，相比聚合物驅油，弱凝膠在剪切條件下具有一定的抗剪切能力，且能夠形成具有一定強度的可動凝膠，能夠實現邊調邊驅的效果。

2. 2. 3 熱穩定性評價實驗

為了評價調驅體系能否在油藏溫度下長期作用，實現長期穩定的深部調驅，對調驅體系進行了熱穩定性能評價實驗，評估在油藏溫度下調驅體系黏度隨時間的變化情況，制備1個調驅體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測量調驅體系黏度隨時間的變化，結果見表4。

圖 3 不同剪切速率下剪切0.5 h的調驅體系黏度隨時間變化曲線Fig. 3 Th e plots of viscosity versus time with 0.5 h shear at different shear rates

圖 4 剪 切速率為1 000 r/min時不同剪切時間下的調驅體系黏度隨時間變化曲線Fig. 4 Th e plots of viscosity versus time for different shear time at shear rate of 1 000 r/min

表 4 調驅體系黏度隨時間的變化Tab. 4 Th e change of viscosity of the profile-controlling and flooding system with time

由表4可以看出，調驅體系在第5天左右達到峰值，隨著時間的推移，調驅體系的黏度逐漸降低，但下降幅度很小，最后趨于平穩，90 d時調驅體系的黏度保留率達到了74.6%，總體來說該調驅體系的熱穩定性較好，能夠在油藏條件下長期作用。

2. 2. 4 黏彈性評價實驗

從調驅體系成膠后儲能模量和耗能模量隨頻率的變化（圖5）可以看出，調驅體系成膠后具有明顯的黏彈性能，儲能模量和耗能模量分別為3 032和178 Pa，儲能模量遠大于耗能模量，調驅體系表現為軟固體特性，因而能夠在多孔介質中變形通過，可以在礦場應用中，既能夠保證不被地層剪切，同時也可以保證具有一定的封堵強度，從而達到邊調邊驅的效果。

圖 5 調驅體系模量隨頻率的變化曲線Fig. 5 The plots of modulus versus frequency

3 結論

綜合考慮調驅體系的性能和經濟成本，優選出的調驅體系配方為：聚合物質量濃度為0.8 g/L，交聯劑質量濃度為1.8 g/L，穩定劑質量濃度為0.3 g/L；該調驅體系具有較好的抗鹽性、抗剪切性、熱穩定性和黏彈性，能夠在油藏條件下長期作用，實現邊調邊驅。