韋蘭膠生物聚合物調驅技術可行性初探

張喜鳳， 高怡文， 王蓓蕾， 車衛勤

(1西安石油大學石油工程學院 2陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院 3中國石油渤海鉆探工程公司定向井分公司)

油田的長期注水開發導致地層的非均質性加劇，使注入水沿高滲透層突入油井，導致油井產量降低。降低產水率是油井增產穩產的關鍵。調剖堵水是油田穩產增產的重要技術之一[1-2]。近年來常用的調剖劑有聚合物凝膠類、體膨顆粒類、聚合物微球、泡沫型堵劑及微生物聚合物堵劑[3-4]。韋蘭膠是繼黃原膠、結冷膠之后開發的一種新型微生物多糖膠。韋蘭膠是由某些產堿桿菌Alcaligenes sp合成的微生物雜多糖，分子量為1.5×106。韋蘭膠屬于非牛頓流體，與黃原膠相比具有良好增黏性、熱穩定性、抗鹽性、更高的黏彈性[5-6]，環境友好，安全無毒，近年來己廣泛應用于食品、制藥、石油、化工等多個領域。本文針對延長長2油藏、儲層滲透率低、非均質性較強、采收率低、常規提高采收率技術很難解決生產開發過程中單井產量低、產量遞減快、含水上升快等問題，研究了韋蘭膠的靜態及動態物理性能，在此基礎上首次嘗試將韋蘭膠用于調剖驅油劑，通過單只巖心和并聯巖心實驗，研究了韋蘭膠注入濃度、注入量對阻力系數、殘余阻力系數及驅油效率的影響，其結果對今后進一步研究韋蘭膠在石油行業的應用提供參考。

一、實驗部分

1. 實驗條件

模擬延長某采油廠長2儲層，該儲層地層溫度40℃，地層原油密度0.859 8 g/cm3，地層原油黏度3.9 mPa·s，地層水礦化度6×104mg/L。

2. 材料與儀器

實驗材料：韋蘭膠，石油級，河北恒標生物技術有限公司生產；黃原膠，石油級，河北鑫和生物化工有限公司生產；實驗用油為實驗室配的模擬油(用長2儲層原油、航空煤油及變壓器油按地層原油黏度配制而成)；實驗用水為長2模擬地層水，模擬地層水組成：NaCl∶CaCL2∶6H2O.MgCL2=7∶0.6∶0.4 (質量比)， 礦化度6×104mg/L。

主要儀器：HAAKE RS-300 型流變儀，德國H AAKE 公司；驅替實驗裝置包括巖心夾持器、中間容器、高壓驅替泵(100DX，美國ISCO公司生產)、六通閥、壓力表、圍壓泵，高壓驅替泵、圍壓泵置于烘箱外，其它設備置于烘箱中。

3. 實驗方法

3.1 韋蘭膠溶液性能評價

(1)黏濃關系。分別配制不同濃度韋蘭膠溶液，在室溫下溶脹4 h，使用 HAAKE RS-300 型流變儀，在40℃ 10 s-1下分別測定其黏度。

(2)抗剪切性。配制濃度為3 000 mg/L韋蘭膠溶液，在室溫下溶脹4 h，使用HAAKE RS-300 型流變儀，在40℃，剪切速率0～100 s-1測其黏度隨剪切速率的變化曲線。

(3)耐溫性。配制濃度為3 000 mg/L韋蘭膠和黃原膠溶液，使用 HAAKE RS-300 型流變儀10 s-1下測其黏溫曲線。

(4)抗鹽性。向質量濃度為3 000 mg/L的韋蘭膠溶液中分別加入不同量的鹽(NaCl)，使其礦化度分別為5 000、10 000、30 000、50 000、70 000 mg/L， 40℃ 10 s-1下分別測定其黏度。

(5)黏彈性。利用HAAKE RS-300型流變儀，選用?60/1°(錐板直徑為60 mm，錐板角度為1°)的不銹鋼錐板測量系統，40℃進行應力-應變掃描，觀察復合模量(G*)隨振蕩應力的變化，確定韋蘭膠的線性黏彈區間，在線性黏彈區內，固定振蕩應力，測定韋蘭膠溶液的儲能模量(G＇)損耗模量(G＂)隨角頻率的變化。

3.2 韋蘭膠溶液調驅實驗

進行了單只巖心的調驅和并聯巖心的調驅，試驗方法參照石油天然氣行業標準標準SY/T 5590-2004 調剖劑性能評價方法，具體步驟：①選取巖心，測巖心的滲透率與孔隙度；②用模擬地層水抽真空飽和巖心；③油驅水建立束縛水，計算束縛水飽和度；④水驅油。用模擬地層水驅油10PV(或含水率大于98%)，記錄不同注入倍數的產油量，產液量，計算驅油效率。并聯水驅油是將兩臺巖心夾持器并聯后同時水驅油，記錄兩塊巖心不同注入倍數產油量，驅替壓力，分別計算單只巖心的驅油效率和總驅油效率；⑤在殘余油狀態下測巖心滲透率K1;⑥注入韋蘭膠溶液，記錄注入壓力和注入時間，計算注膠時的滲透率Kp，計算阻力系數RF；⑦繼續水驅油10 PV，測巖心滲透率K2，計算殘余阻力系數RRF，結束實驗。實驗溫度40℃，單只巖心水驅油流量0.4 mL/min，并聯巖心水驅油流量0.8 mL/min。

阻力系數的計算公式：RF=K1/Kp×μp/μ1

殘余阻力系數計算公式：RRF=K1/K2

式中：μp、μ1—韋蘭膠的黏度和模擬水的黏度。

二、韋蘭膠溶液的性能

1. 黏度-濃度關系

濃度對韋蘭膠黏度的影響見表1。由表1可知，隨著韋蘭膠溶液濃度的增加，黏度增加幅度更大，濃度與黏度的關系是非線性關系。這是因為隨著濃度的增加，韋蘭膠分子間的糾纏和相互作用加劇，使有效大分子結構和分子量增加，從而黏度提高更多。

表1 韋蘭膠的黏度與濃度關系

2. 抗剪切性

剪切速率對韋蘭膠溶液黏度的影響見圖1。由圖1可知，韋蘭膠溶液的表觀黏度隨剪切速率的升高而降低，表現出剪切稀釋的非牛頓流體特征。

圖1 韋蘭膠溶液的黏度隨剪切速率的變化曲線

3. 耐溫性

濃度為3 000 mg/L的韋蘭膠和黃原膠溶液的黏度隨溫度變化見圖2。由圖2可知，兩種生物聚合物溶液的黏度均隨溫度的升高而降低，溫度為100℃時，韋蘭膠溶液和黃原膠溶液的黏度保留率分別為86.7%、39%，表明韋蘭膠溶液具有更好的耐溫性能。

圖2 韋蘭膠與黃原膠溶液的黏溫曲線

4. 抗鹽性

韋蘭膠溶液黏度隨礦化度的變化結果見圖3。由圖3可知，隨著含鹽(NaCl)量的增加，韋蘭膠溶液黏度有所降低，隨著礦化度的繼續升高，韋蘭膠溶液黏度變化不大，NaCl含量為50 g/L時韋蘭膠溶液黏度保持率為85.9%，說明韋蘭膠具有較好的抗鹽性，這與文獻[7-9]研究結果一致。

圖3 鹽含量對韋蘭膠溶液黏度的影響

5. 黏彈性

共測了兩個濃度(1 000 mg/L和1 500 mg/L)韋蘭膠的黏彈性，結果見圖4。由圖4看出，韋蘭膠的彈性模量和黏性模量均隨頻率的增加而增加，不同的是兩個濃度彈性模量和黏性模量交點不同，一個是0.01 Hz，一個是0.1 Hz，濃度高的彈性模量和黏性模量交點頻率低，交點后均表現為彈性模量大于黏性模量。韋蘭膠溶液屬于典型的黏彈性流體，且濃度增加，黏彈性增強，用作驅油調剖劑，可以擴大波及系數，提高洗油效率，改善油水流動調剖。

三、韋蘭膠溶液的調驅

1. 單只巖心調驅

單只巖心調驅實驗結果見表2 。從實驗結果可以看出，不論是較低滲儲層還是較高滲透儲層，注入韋蘭膠均能提高水驅效率，水驅效率提高幅度在2.9%～15.4%，注入濃度對調驅效果影響較大(注入濃度為3 000 mg/L驅油效率增加15.4%，注入濃度為1 000 mg/L驅油效率增加3.0%～3.3%)，注入量對調驅效果影響較小(注入量由0.5 PV降到0.1 PV，驅油效率變化不大)，多次注入段塞(巖心100-4)驅油效率仍可增加。韋蘭膠提高驅油效率的機理與大多數聚合物類似，韋蘭膠具有增黏性，通過增加水相黏度，改善流度比，提高波及效率，進而提高采收率，另外韋蘭膠是一種黏彈性流體，也有利于提高采收率。

圖4 不同濃度韋蘭膠溶液的黏彈性

韋蘭膠的濃度對阻力系數和殘余阻力系數影響較大，濃度越高阻力系數和殘余阻力系數越大，濃度為1 000～3 000 mg/L，其阻力系數6.2～59.6，殘余阻力系數5.3～50.4。

表2 單只巖心注韋蘭膠溶液的實驗結果

表3 并聯巖心物性

2. 并聯巖心調驅

實驗考察了兩個級差滲透率巖心并聯模型，見表3，氣測滲透率級差分別約為18.1倍、62.9倍，注韋蘭膠后驅油效果、流量分流情況、耐沖刷性等，實驗結果見表4、圖5～圖6。由實驗結果可以看出，注韋蘭膠段塞后水驅，兩組模型注水壓力比注前均明顯上升，高滲層流量比注前有所下降，低滲層流量比注前大幅度增加(最大的增加25倍)，驅油效率比注前增加(4.1%，13.6%)，說明韋蘭膠調驅效果明顯。注韋蘭膠段塞后水驅30 PV，滲透率仍保持在70.3%～84.7%，說明韋蘭膠耐沖刷性好。

雖然韋蘭膠有一定的調驅效果，但是驅油效率的增加和含水率降低的幅度不夠大，分析認為有兩方面的原因，其一是注韋蘭膠段塞的黏度(濃度)偏低，阻力系數不夠大，其二是注膠時機偏晚，如果注段塞時機提前，韋蘭膠的調驅效果會更好。

韋蘭膠作為調驅劑可以用于延長油田長2儲層，它的使用可以有效地改善水驅波及體積，動用更低滲儲層，提高水驅效率，使用時應注意濃度，建議使用濃度1 500～3 000 mg/l，注入量0.1～0.3 PV。

表4 并聯巖心注韋蘭膠溶液的實驗結果

注:注韋蘭膠溶液的濃度為1 000 mg/L，注入量為0.5 PV。

圖5 第一組并聯巖心調驅實驗結果

圖6 第二組并聯巖心調驅實驗結果

四、結論與建議

(1) 韋蘭膠生物聚合物具有優異的增黏性、抗剪切性以及耐溫抗鹽性，可滿足延長長2聚合物調驅的基本技術要求。

(2)不論是單只巖心還是并聯巖心調驅，韋蘭膠生物聚合物溶液均可以提高驅油效率，增加水驅波及系數，濃度為1 000～3 000 mg/L其阻力系數6.2～59.6 ，殘余阻力系數5.3～50.4，調驅效率提高3%～15.4%。

(3) 韋蘭膠生物聚合物調驅建議注入濃度1 500～3 000 mg/L，注入量0.1～0.3 PV。