高溫高鹽極端油藏條件下新型調(diào)驅(qū)體系的研制和性能評價

周玉霞，梁玉凱，宋吉鋒，程利民，王佳偉

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

目前，我國許多油田區(qū)塊屬于高溫高鹽油藏，如輪南、青海、中原、大港和華北、勝利等油田，這些油田的溫度高(85～150 ℃)、礦化度高(5×104～25×104g/L NaCl)、二價鈣鎂離子含量也較高(一般大于1 000 mg/L)。如塔里木部分油田已進(jìn)入高含水、高采出程度的雙高階段，地層水礦化度達(dá)11×104～26×104mg/L，尤其是鈣、鎂離子質(zhì)量濃度高達(dá)10 000 mg/L，一些主力油氣藏的非均質(zhì)段儲集層厚，剩余油儲量大，適用調(diào)剖調(diào)驅(qū)；而常用的聚丙烯酰胺(HPAM)類聚合物因其分子結(jié)構(gòu)中含有的丙烯酰胺鏈節(jié)，很容易在高溫下(>65 ℃)水解成—COO-，與Ca2+、Mg2+絡(luò)合產(chǎn)生沉淀，在這樣的高溫高鹽極度惡劣的油藏條件下，普通聚合物的應(yīng)用很難奏效。為了解決這一難題，本文采用實驗室自制的疏水締和聚合物與交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑等組成耐溫抗鹽聚合物交聯(lián)凝膠體系，以解決高溫高鹽油藏條件下調(diào)剖體系技術(shù)應(yīng)用的問題[1-4]。

1 實驗

1.1 主要試劑和儀器

疏水締和聚合物BY-1，實驗室自制；有機(jī)醛交聯(lián)劑，工業(yè)品，河南油田提供；硫脲，AR，天津市河?xùn)|區(qū)試劑廠；氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂，AR，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

Brookfield-DV -II型黏度儀，美國Brookfiel公司；TWCL-B調(diào)溫磁力攪拌器，北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司；JB300-D電動攪拌機(jī)，上海圣科儀器設(shè)備有限公司;微量注射計，上海科曉科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

高溫醛交聯(lián)劑按照交聯(lián)劑 ∶蒸餾水=2 ∶1(體積比)的比例稀釋后使用。在一定濃度的聚合物溶液中用微量注射計滴加交聯(lián)劑，攪拌除氧后置于恒溫箱中。定期取出觀察其形態(tài)變化。用Brookfield-DV-II型黏度儀(剪切速率為7.34 s-1)測定凝膠強(qiáng)度。用觀察法確定凝膠時間。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 聚合物質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)體系成膠性能的影響

交聯(lián)聚合物體系是由聚合物和交聯(lián)劑交聯(lián)而成。聚合物質(zhì)量濃度不同，其形成的交聯(lián)聚合物體系的成膠強(qiáng)度、所需成膠時間也不同。考察了不同質(zhì)量濃度聚合物BY-1在交聯(lián)劑的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L、礦化度20×104mg/L、鈣鎂離子質(zhì)量濃度2 000 mg/L、溫度為90 ℃條件下的成膠情況，實驗結(jié)果見圖1。

從圖1中可以看出：聚合物質(zhì)量濃度在 1 800～4 000 mg/L時7 d后凝膠體系黏度分別為1 047、2 047、5 987、10 746、14 982、25 987 mPa·s，7 d 后聚合物質(zhì)量濃度在1 800～2 000 mg/L的黏度下降大約50%，這說明該質(zhì)量濃度的聚合物形成的凝膠體系性能不穩(wěn)定；而聚合物質(zhì)量濃度在2 500～4 000 mg/L 時形成的凝膠體系黏度沒有下降反而有上升的趨勢，大于初始成膠黏度，為了保證所形成的交聯(lián)聚合物的強(qiáng)度保持穩(wěn)定，并考慮聚合物質(zhì)量濃度對成膠時間的影響，因此將聚合物質(zhì)量濃度定為2 500～4 000mg/L。

2.2 交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)體系成膠性能的影響

表1為不同質(zhì)量濃度交聯(lián)劑在聚合物BY-1的質(zhì)量濃度為3 000 mg/L、礦化度為20×104mg/L、鈣鎂離子濃度2 000 mg/L、溫度為90 ℃條件下的成膠情況。從表1中可以看出，當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度小于 1 200 mg/L 時，聚合物體系不能成膠。當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度在1 500～4 200 mg/L時，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量濃度增加，成膠強(qiáng)度增加，成膠時間縮短。當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度由1 500 mg/L增加到4 200 mg/L時，成膠時間也由37 h左右下降到18 h左右，成膠強(qiáng)度由4 430 mPa·s上升到31 263 mPa·s。這是因為交聯(lián)劑質(zhì)量濃度增加，體系交聯(lián)機(jī)會和交聯(lián)密度增加所致。當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度過大，會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。這是因為體系在過高的交聯(lián)劑質(zhì)量濃度下形成凝膠后，溶液內(nèi)部的活性基團(tuán)與交聯(lián)劑之間的化學(xué)反應(yīng)仍在進(jìn)行，這會使凝膠體系交聯(lián)點增加，交聯(lián)密度增大，凝膠的分子線團(tuán)發(fā)生收縮，從而出現(xiàn)脫水和破膠現(xiàn)象。綜合考慮成膠時間、成膠強(qiáng)度等，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度可選1 500～3 000 mg/L。

表1 交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對調(diào)驅(qū)體系成膠性能

2.3 除氧劑質(zhì)量濃度對成膠性能的影響

對于聚合物交聯(lián)體系來說，若水中存在溶解氧，會導(dǎo)致凝膠體系產(chǎn)生氧化降解，使體系的黏度降低，從而影響最終的調(diào)驅(qū)效果。通常使用硫脈、甲醛、亞硫酸鈉等除氧劑降低氧化降解對凝膠體系帶來的不利影響，特別要注意的是，除氧劑要在聚合物加入之前加入。圖2為不同質(zhì)量濃度除氧劑對凝膠體系黏度的影響，其中聚合物BY-1的質(zhì)量濃度為3 000 mg/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為2 000 mg/L、礦化度為20×104mg/L、鈣鎂離子質(zhì)量濃度2 000 mg/L、測試時間為成膠后48 h。

從圖2中可以看到，隨著除氧劑質(zhì)量濃度增加，體系的黏度先增加，達(dá)到一個最大值后又降低，存在一個最大值，此時對應(yīng)的除氧劑的質(zhì)量濃度為600 mg/L，可提高體系黏度7.7%，能夠有效抑制溶解氧對聚合物的降解；但隨著除氧劑加量過大，對凝膠體系的黏度有一定負(fù)面影響，因此，最后確定除氧劑的質(zhì)量濃度為600 mg/L。

2.4 調(diào)驅(qū)體系的剪切恢復(fù)性

將配制好的兩種不同質(zhì)量濃度的交聯(lián)體系進(jìn)行剪切實驗，剪切速率為100 s-1，剪切時間15 min，分別測量剪切前后不同老化時間交聯(lián)體系的黏度，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 剪切對不同濃度交聯(lián)體系成膠性能影響

從表2中可以看出，交聯(lián)體系經(jīng)剪切后，成膠時間變化不大，成膠黏度迅速降低。成膠6 h后，黏度保留率上升很快，說明疏水締合聚合物剪切恢復(fù)性較好。交聯(lián)體系剪切后黏度保留率在50%左右，成膠黏度遠(yuǎn)大于初始剪切黏度，說明該體系有較好的抗剪切性?？赡苁且驗槭杷喓暇酆衔锓肿娱g形成可逆的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，剪切時可逆的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)先被破壞，而疏水締合聚合物分子鏈被剪切斷裂的幾率較小。當(dāng)停止剪切后，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)，因而交聯(lián)體系具有較好的剪切恢復(fù)性，能滿足調(diào)驅(qū)的要求。

2.5 長期熱穩(wěn)定性評價

配制不同質(zhì)量濃度的交聯(lián)體系，放置在 90 ℃ 恒溫箱中，每隔一段時間測量交聯(lián)體系的成膠黏度，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3顯示了不同質(zhì)量濃度的疏水締合聚合物交聯(lián)體系的黏度隨老化時間的變化。在 90 ℃ 和礦化度20×104mg/L、鈣鎂離子質(zhì)量濃度2 000 mg/L條件下，2 500～3 500 mg/L的疏水締合聚合物交聯(lián)體系的黏度100 d后仍保持在90%左右，長期穩(wěn)定性較好，說明該交聯(lián)聚合物在油藏條件下具有良好的長期熱穩(wěn)定性。

2.6 并聯(lián)巖心改善吸水剖面實驗

選用JK-1～JK-6不同滲透率的巖心組成三組并聯(lián)巖心模型，模擬現(xiàn)場注入順序，以低速注入配制好的交聯(lián)聚合物溶液0.5 PV，在90 ℃下候凝成膠7～10 d，沖洗入口端面，后續(xù)水驅(qū)5 PV以上，過程中記錄注入壓差及兩巖心的流量等數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，滲透率級差越大，調(diào)驅(qū)劑的選擇進(jìn)入性越強(qiáng)，進(jìn)入高滲透層的調(diào)驅(qū)劑越多，對其封堵性越強(qiáng)，相應(yīng)的剖面改善率越高。交聯(lián)體系對并聯(lián)巖心的吸水剖面有一定改善作用，剖面改善率在60%以上，高滲透率極差剖面改善率達(dá)到80.6%。這說明所配制的交聯(lián)體系在巖心中成膠性能較好，能封堵高滲層，增大高滲巖心的流動阻力，使后續(xù)注入的流體進(jìn)入到滲透率低的巖心，提高垂相波及系數(shù)。如圖4所示，在注入聚合物交聯(lián)體系后，因為層間非均質(zhì)性導(dǎo)致的吸水程度差異過大的矛盾得到了很大程度的改善。

表3 雙管并聯(lián)巖心模型的物性參數(shù)和剖面改善率實驗結(jié)果

2.7 并聯(lián)巖心驅(qū)油實驗

選用JK-7～JK-12不同滲透率的巖心組成并聯(lián)巖心模型.以低速飽和模擬油，使巖心基本達(dá)到或者接近原始含油飽和度，建立束縛水飽和度；以低速進(jìn)行水驅(qū)油，直到含水率達(dá)到100%為止，獲得水驅(qū)采收率；以相同低速交聯(lián)聚合物段塞0.5 PV，計算階段采收率提高值；以相同低速進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，至含水率100%結(jié)束，獲得最終采收率，并計算提高采收率值。實驗結(jié)果見表4。

從表4可以看出，滲透率不同的巖心組合，交聯(lián)體系調(diào)驅(qū)效果是不一樣的。低滲透流動阻力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高滲巖心，所以油層水驅(qū)動用情況最差。高滲透JK-7、JK-9、JK-11巖心水驅(qū)采收率為52%～58%，低滲透JK-8、JK-10、JK-12巖心水驅(qū)采收率為22%～21%，說明了因為滲透率級差的原因，導(dǎo)致了水驅(qū)動用程度差異矛盾的加劇。交聯(lián)體系在成膠后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，高低滲巖心在水驅(qū)基礎(chǔ)上增加采收率分別為14.52%和26.98%，說明注入交聯(lián)體系后對雙管巖心的宏觀非均質(zhì)性進(jìn)行了一定的調(diào)節(jié)，即“封堵”高滲層，使采收率又有一定程度的上升。

表4 雙管并聯(lián)巖心模型巖心參數(shù)和驅(qū)油實驗結(jié)果

圖5為交聯(lián)體系方案的驅(qū)油動態(tài)曲線，可以對交聯(lián)體系的作用機(jī)理作進(jìn)一步說明。水驅(qū)階段，剛開始有一段很短的無水采油期，表現(xiàn)為注入壓差升高，采收率上升很快。由于雙管巖心的非均質(zhì)性，注入水很快沿高滲層突進(jìn)并突破，參與流動的水增多，注入壓差開始有所下降并逐漸穩(wěn)定，采收率也有所上升，最終高滲層采收率為58.6%，低滲為21.15%。交聯(lián)體系水驅(qū)階段，由于注入時體系還沒有成膠，故保證了體系的可注入性。交聯(lián)體系優(yōu)先進(jìn)入流動阻力小的高滲層，由于體系有一定的黏度，使流動阻力變大，注入壓差上升，使驅(qū)替劑進(jìn)入更細(xì)的孔隙，波及到滲透率更低部分的原油，采收率有一定升高。后續(xù)水驅(qū)階段，交聯(lián)體系在成膠后進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。由于交聯(lián)劑先進(jìn)入流動阻力小的高滲層，故成膠后對高滲層有很強(qiáng)的封堵作用，注入水不再沿高滲層突進(jìn)，注入壓力升高很大，注入壓差的升高一方面可以讓注入水進(jìn)入到滲透率更低的滲透層，調(diào)整了吸液剖面，動用此層中的剩余油，增加了低滲巖心中的采收率；另一方面，高滲層注入壓差的增高也可以使注入水進(jìn)入到巖心中更細(xì)的孔隙，從而增加微觀波及系數(shù)，提高高滲巖心的采收率。后續(xù)水驅(qū)結(jié)束，高低滲巖心在水驅(qū)基礎(chǔ)上增加采收率分別為14.52%和26.98%。

3 結(jié)論

研制的新型耐溫抗鹽聚合物交聯(lián)調(diào)驅(qū)體系具有較好的抗剪切性、良好的長期熱穩(wěn)定性、在巖心中成膠性能較好。并聯(lián)雙管巖心吸水剖面改善實驗表明，該體系剖面改善率達(dá)80.6%；可有效封堵高滲層，明顯提高低滲巖心水驅(qū)采收率26.98%，高于高滲巖心的14.52%[5-6]，可以滿足高溫高鹽油藏調(diào)剖調(diào)驅(qū)需要。