海上油田二元復合驅后弱凝膠調驅可行性分析

劉 麗, 郭 軒, 孫 寧

(1.東北石油大學石油工程學院，大慶 163318；2.中國石油大學(華東)石油工程學院，青島 266580)

渤海油田具有儲層類型復雜、非均質性嚴重、邊水能量較弱、巖石膠結強度低、注入水礦化度高、單井注采強度高和注采井距大等特點[1-3]。目前渤海JZ油田西區處于二元復合驅階段，在長期注入流體沖刷作用下，油藏的孔滲結構發生變化，部分油組層間矛盾加劇，注入流體多沿高滲條帶及大孔道突進，形成優勢滲流通道，存在注入化學劑低效甚至無效循環現象，二元復合驅已難以滿足實際需求，急需通過采油新工藝來實現剩余油的挖潛[4-6]。弱凝膠深部調驅技術作為一種改善嚴重非均質油田開發效果的提高采收率技術[7-9]，可有效調整吸液剖面，進一步擴大波及體積，改善開發效果，以渤海JZ油田為例，對海上油田二元復合驅后弱凝膠調驅可行性進行研究[10-11]。

1 調驅可行性

1.1 儲層非均質性

JZ油田非均質性較嚴重(滲透率級差為11 490.19～77 988.33，滲透率變異系數為0.72～0.95，滲透率突進系數為15.77～19.53)，在二元復合驅階段，由于單井注液強度大以及籠統注入等因素，導致儲層非均質性進一步加劇，儲層中形成優勢滲流通道，可以考慮采用弱凝膠調驅技術調整吸液剖面，進一步擴大波及體積，改善開發效果。

1.2 溫壓系統

JZ油田埋藏深度相對不大，具有正常的地層溫度和地層壓力系統，溫度最高為57.8 ℃，壓力最高為16.75 MPa，對聚合物分溶液影響不大，有利于保持弱凝膠體系的穩定性。

1.3 地層原油黏度

JZ油田地層原油密度為0.822～0.951 g/cm3，黏度為6.05～26 mPa·s，在弱凝膠調驅的適用范圍內。

圖1 基于三管并聯模型的弱凝膠調驅實驗設備及流程Fig.1 Experimental equipment and flow chart for weak gel flooding based on three tube parallel model

1.4 邊水能量

JZ油田化學驅區塊為受斷層控制的披覆半背斜構造油藏，不具氣頂，邊水能量較弱，對注入化學劑的稀釋、沖刷等作用較小，利于注入弱凝膠體系。

1.5 地層水礦化度

JZ9-3油田原始地層水礦化度為6 401～9 183 mg/L，Ca2+、Mg2+離子含量較低，聚合物在油藏中擴散層厚度相對較大，ζ電位相對較高，形成的弱凝膠體系較穩定。弱凝膠調驅可行性對比如表1所示。

JZ油田西區自2010年10月開始實施二元復合驅，并完善了注采井網，反九點法井網變為排狀井網，注聚井轉注二元體系，注入能力加強，地層壓力在一定程度上緩慢回升，但目前全區綜合含水率為86.34%，部分井組水淹情況較嚴重，儲層非均質性進一步加劇，常規調整措施見效不明顯。結合以上分析，在JZ油田西區實施弱凝膠調驅是可行的。

表1 弱凝膠調驅可行性對比

2 實驗研究

2.1 實驗材料

(1)實驗用聚合物為四川光亞科技有限公司生產的疏水締合聚合物AP-P4，相對分子質量為1 300×104，固含量為90%，水解度為18.2%。

(2)實驗用表面活性劑為華鼎鴻基采油技術服務(北京)有限公司生產的α-烯烴磺酸鹽類陰離子表面活性劑HDS，有效含量60%。

(3)交聯劑為乙酸鉻，實驗室自制。

(4)實驗用油是按照一定比例混合煤油與JZ油田脫氣原油，配制模擬油，要求其黏度為17.4 mPa·s(57 ℃)。

(5)實驗用水JZ油田注入清水和產出污水，水質分析如表2、表3所示。

(6)實驗模型為三管并聯模型，為人造均質長條狀澆鑄巖心，石英砂環氧樹脂膠結，巖心長×寬×高為30 cm×4.5 cm×4.5 cm，滲透率為500×10-3、1 000×10-3、3 500×10-3μm2，實驗設備及流程如圖1所示。

表2 注入清水性質Table 2 Injection clean water properties

表3 產出污水性質

2.2 實驗設備

弱凝膠和二元復合體系溶液的配制和儲存儀器設備包括BSA224S型電子天平、DJ1C-90型增力電動攪拌器、試管和GTL-1型恒溫箱等。弱凝膠溶液剪切作用測試采用Waring LB20EG型實驗室攪拌器。黏度測試采用DV-II+Pro型數顯黏度計。巖心驅替實驗設備主要包括2PB-00C系列平流泵、Tecsis通用型壓力傳感器、手搖環壓泵、ZR-3型中間容器、1 000 mL和500 mL規格燒杯，50 mL量筒等，除平流泵和手搖泵外，其他部分置于恒溫箱中，溫度為57 ℃。

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2.3 實驗方案

2.3.1 弱凝膠體系影響因素分析

2.3.1.1 溫度對弱凝膠成膠的影響

以1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯劑乙酸鉻為體系配方，設定恒溫箱溫度分別為40、50、60、70、80、90，考察不同溫度下弱凝膠的成膠時間及相應黏度。實驗結果如圖2所示。

圖2 不同溫度條件下的弱凝膠體系成膠性能Fig.2 Gel forming properties of weak gel system at different temperatures

由圖2可知，隨著溫度逐漸升高，體系的成膠時間縮短，成膠黏度先增大后減小。當溫度超過一定值后，聚合物分子發生蜷縮，分子鏈上可用于交聯反應的結點減少，弱凝膠體系成膠黏度有所下降，但仍具有較高黏度。

2.3.1.2 pH對弱凝膠成膠的影響

以1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯劑乙酸鉻為體系配方，用稀HCl溶液和稀NaOH溶液調節體系pH分別為3、5、7、9、11，考察不同pH對弱凝膠體系成膠規律的影響，其成膠曲線如圖3所示。

圖3 不同pH條件下的弱凝膠成膠曲線Fig.3 Gel forming curves of weak gel under different pH conditions

由圖3可知，隨著pH增加，弱凝膠的成膠時間先增加后減小，且穩定性先增強后變差。當pH范圍在7～9時，弱凝膠體系成膠效果較好，成膠穩定時間長。pH過低(低于5)或過高(高于10)，均會對交聯反應造成一定干擾。

2.3.1.3 剪切作用對弱凝膠成膠的影響

機械剪切作用：按照所優選出配方配制弱凝膠體系，利用Waring攪拌器對剛配制好的弱凝膠體系進行機械剪切處理，分別在0、1 000、2 000 r/min條件下剪切30 s，考察機械剪切作用對弱凝膠成膠的影響。實驗結果如圖4所示。

圖4 不同剪切轉速條件下的弱凝膠成膠曲線Fig.4 Gel formation curves of weak gels under different shear speeds

由圖4可以看出，隨著剪切轉速增加，機械剪切作用增強，聚合物分子鏈斷開程度增大，弱凝膠體系黏度降低，但在2 000 r/min條件下，體系仍能成膠，且具有較好的成膠穩定性。當剪切作用停止后，該網絡結構會在溶液中離子的影響下逐漸恢復，使得體系黏度增加，并表現出較好的穩定性。

巖心剪切作用：按照所優選出配方配制弱凝膠體系，利用柱狀巖心對剛配制好的弱凝膠體系進行巖心剪切處理，分別在0、8、16、24 mL/min注入速度條件下將弱凝膠體系注入巖心，經剪切后的溶液分別裝入不同的燒杯內，在57 ℃恒溫箱內密封放置一段時間，定期測定弱凝膠體系黏度并觀察成膠情況。實驗結果如表4所示。

在不同注入速度條件下，經過巖心剪切后的弱凝膠體系初期成膠黏度降低，但并未出現脫水、破膠現象，仍具有較好穩定性。當剪切作用消失后，體系中的網絡結構在溶液中多種離子作用下逐漸恢復，其體系黏度及穩定性與未受剪切作用的弱凝膠體系相差不大。

表4 不同注入速度下巖心對弱凝膠成膠影響

2.3.2 弱凝膠體系配方

弱凝膠體系配方為：1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯劑乙酸鉻，體系成膠時間為48 h，且穩定性好，黏度保持在2 081.35 mPa·s左右。

2.4 正常溫壓系統弱凝膠調驅實驗

具體實驗方案為：水驅至出口端綜合含水率75%，加0.20 PV聚合物驅，加0.20 PV二元復合驅，加3輪次(0.10 PV弱凝膠調驅+0.10 PV水驅)，后續水驅至出口端綜合含水率為95%。實驗結果如圖5、圖6所示由圖5、圖6可知，在二元復合驅階段結束后，開始多輪次注入0.30 PV的弱凝膠體系，由于弱凝膠具有選擇性，先進入高滲層，起到一定調剖作用，其滲流阻力增加，導致注入壓力增加，中、低滲層的吸液壓差增加，吸液量也隨之增加，剩余油進一步被動用，采出端綜合含水率有所降低。在后續水驅階段，弱凝膠已在巖心內成膠，封堵高滲層，迫使注入水轉向，進入中、低滲層，擴大波及體積，進一步提高采收率，其中弱凝膠調驅階段采出程度為17.81%，最終采收率值為71.62%，含水率下降極大值為17.23%，高滲層分流率由87.10%降至60.12%，中、低滲層分流率則由12.90%升至39.88%。

圖5 弱凝膠調驅開采曲線Fig.5 Weak gel flooding profile

圖6 弱凝膠調驅分流率曲線Fig.6 Diversion curve of weak gel profile control and flooding

3 結論

(1)弱凝膠成膠性能受多種因素影響，溫度升高，體系的成膠時間縮短，成膠黏度先增加后降低，存在最佳溫度區間；pH增加，弱凝膠的成膠時間先增加后減小，且穩定性先增強后變差，最佳pH范圍為7～9；剪切作用使得弱凝膠體系初期成膠黏度降低，當剪切作用停止后，體系黏度逐漸恢復，且具有較好的穩定性。

(2)通過室內物理實驗可以確定弱凝膠體系先進入滲流阻力較小的高滲層，增加其滲流阻力，使得注入壓力增加，中、低滲層吸液壓差隨之增加，吸液量增加，且注入水轉向進入中、低滲透層，使其剩余油飽和度降低，動用程度增加，弱凝膠調驅階段采出程度為17.81%，最終采收率值為71.62%，含水率下降極大值為17.23%，可作為海上油田二元復合驅后提高采收率的方法。