異常高溫高鹽油藏液流轉向提高采收率技術

朱秀雨，毛小倩，張 祎，扈福堂，黨楊斌，李柳逸

（中國石油 青海油田分公司，甘肅 敦煌 736202）

青海油田主力油藏尕斯E31油藏為異常高溫、高鹽砂巖油藏，地層溫度126 ℃，地層水礦化度為（17～18）×104mg/L，Ca2++Mg2+含量為2 350 mg/L，孔隙度為13.9%，平均滲透率為45×10-3μm2。經過30多年的注水開發，出現了含水量增幅加快、自然遞減加快、剩余油分布高度分散、滲透率變化大等問題，“控水穩油”難度非常大。提高水驅開發效果的有效手段是調整橫向縱向剖面，提高驅油效率，深部液流轉向劑是提高采收率技術中的重要組成之一［1］，但目前現場應用的提高采收率的配套化學劑不耐異常高溫高鹽，無法滿足水驅開發異常高溫高鹽油藏的要求［2-4］。在高溫下聚合物的主鏈與交聯鍵斷裂和聚合物水解等同時發生，導致聚合物凝膠穩定性變差。為了提高聚合物凝膠熱穩定性能，可采用加入耐溫抗鹽與增黏單體的方法提高耐溫抗鹽性能，在主鏈中引入抗水解或優先水解為羧基的共聚結構抑制水解，利用互穿結構或添加抗氧劑阻斷主鏈上發生自由基連鎖反應［5-8］。基于此，本課題組對以聚合物凝膠體系和驅油表面活性劑為主體的液流轉向提高采收率技術進行了研究，以探索適應青海油田主力油藏穩定性好、有效期長的液流轉向提高采收率技術。

本工作以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）等為單體，合成了耐溫抗鹽聚合物（KTPAM），并將其與耐高溫交聯劑（RHTC）、熱穩定劑（TSA）混合形成聚合物凝膠轉向劑體系（ORHTHS），同時自制了新型陰-非離子驅油表面活性劑。利用FTIR，SEM等方法分析了KTPAM的結構，優化了ORHTHS的配方，研究了ORHTHS和表面活性劑的性能。將轉向劑與表面活性劑復合進行現場應用，考察了對尕斯深層油藏的降水增油效果。

1 實驗部分

1.1 主要原料和儀器

丙烯酰胺、AMPS：工業品，濟南遠祥化工有限公司；低溫復合引發劑：工業品，濟南匯豐達化工有限公司；十二烷基硫酸鈉：工業品，濟南鑫偉達化工有限公司；RHTC：工業品，山東寶莫生物化工股份有限公司；疏水增黏單體N-十四烷基丙烯酰胺（AMC14）、TSA、新型陰非離子驅油表面活性劑（簡稱新型表面活性劑）：自制。

HKY型巖心驅替實驗裝置：江蘇海安石油科研儀器有限公司；JSM-LV5600型掃描電子顯微鏡：日本JEOL公司；TX500C型界面張力儀：上海中晨數字技術設備有限公司；HAKKE MARS Ⅲ型流變儀：上海珩澤科技有限公司。

1.2 KTPAM的合成及表征

稱取一定量的去離子水、純堿、丙烯酰胺、AMPS、十二烷基硫酸鈉、氨水、尿素和AMC14加入廣口瓶中，攪拌至溶解，將溫度控制在12 ℃，通入氮氣30 min，加入低溫復合引發劑，繼續通入氮氣10 min并封口，聚合4 h后，90 ℃下水解4 h，造粒，干燥、粉碎并過篩，得到白色粉末狀固體KTPAM，然后使用無水乙醇進行提純并烘干得到聚合物試樣。

采用美國尼高力儀器公司Nexus 870型傅里葉變換紅外光譜儀對聚合物進行結構表征，KBr壓片。

1.3 封堵性測試

將60～80目石英砂充填到直徑2.5 cm、長度100 cm的填砂管中，將巖心管兩端密封。首先使用現場地層水飽和模擬巖心，然后以0.5 mL/min注入現場注入水，測定巖心堵前的水測滲透率。之后同樣以0.5 mL/min注入0.1～0.3 PV轉向劑溶液，將填砂管置于恒溫干燥箱中126 ℃下放置72 h后取出，測定巖心堵后的水測滲透率，計算轉向劑對巖心的封堵率。

1.4 驅油效率評價

將人造模擬巖心使用現場地層水以0.5 ml/L驅替飽和直至壓力和滲透率平穩，用油藏原油以0.5 ml/L飽和油直至巖心出口端全部為原油，然后以0.5 mL/min注入現場注入水驅油，直至出口端不出水而全部出油，再以0.5 mL/min注入0.2%（w）新型表面活性劑（126 ℃下老化192 h））溶液0.3 PV后水驅。

2 結果與討論

2.1 KTPAM的結構與性能

2.1.1 FTIR表征結果

KTPAM的FTIR譜圖見圖1。從圖1可看出，1 560 cm-1處對應苯環的特征吸收峰；1 250，1 040 cm-1處對應磺酸基內S=O鍵的特征吸收峰，表明單體參與了聚合。

圖1 KTPAM的FTIR譜圖Fig.1 FTIR spectrum of temperature and salt resistance polymer(KTPAM).

2.1.2 流變性能

KTPAM的流變性能見圖2。從圖2可看出，隨剪切速率的增加，KTPAM的表觀黏度降低；在同一剪切速率下，KTPAM的質量分數越高表觀黏度越大。隨振蕩頻率的增大，KTPAM的彈性模量（G'）、黏性模量（G''）增大；在同一頻率下，G'＞G''，表明KTPAM具有較好的黏彈性。

2.2 轉向劑體系的優化及性能

2.2.1 轉向劑體系的優化

利用尕斯深層現場注入，在耐溫抗鹽聚合物KTPAM基礎上，優選RHTC與TSA調節各組分含量，對耐高溫、高礦化度ORHTHS的配方進行優化，結果見表1。從表1可看出，KTPAM含量為0.3%（w）時，ORHTHS表觀黏度偏低，考慮凝膠強度以及其他影響因素，低于此含量不適于高溫高礦化度封堵要求，因此優化的ORHTHS配方為：0.5%～0.6%（w）KTPAM+0.3%～0.5%（w）RHTC+0.3%～0.4%（w）TSA。

圖2 KTPAM的流變性能Fig.2 Rheological properties of KTPAM.

表1 ORHTHS的配方及性能Table 1 Formulation and performance of high temperature resistant and high salinity gel steering agent(ORHTHS)

2.2.2 ORHTHS的熱穩定性

選 取 配 方 為0.5%（w）KTPAM+0.4%（w）RHTC+0.3%（w）TSA的ORHTHS作為轉向劑，用尕斯深層注入水配制后，置于126 ℃干燥箱中，定時取樣，在7.34 s-1下測定表觀黏度，結果見表2。從表2可看出，與普通聚合物轉向劑相比，ORHTHS具有良好的熱穩定性能，這是因為聚合物中引入了耐溫耐鹽基團的功能單體，經過90 d老化后，ORHTHS的黏度保留率保持在85%以上，說明ORHTHS具有良好的熱穩定性。

表2 ORHTHS的熱穩定性Table 2 Thermal stability of ORHTHS

ORHTHS老化前后的SEM照片見圖3。從圖3可看出，老化前ORHTHS的表面較平滑，孔隙少；老化后ORHTHS孔隙加大，致密結構發生微小變化，說明聚合物KTPAM與交聯劑RHTC形成了較好的網絡結構。經過90 d老化后ORHTHS仍表現出較好的熱穩定性能。

圖3 ORHTHS老化前后的SEM照片Fig.3 SEM images of ORHTHS before and after aging.

2.2.3 ORHTHS的封堵性能

ORHTHS的封堵性能見表3。由表3可見，與普通有機轉向劑相比，ORHTHS對不同滲透率巖心的封堵能力明顯提高，注入0.3 PV時模擬巖心封堵率大于95%，說明ORHTHS適用于高溫高礦化度油藏深部封堵的要求。

表3 ORHTHS的封堵性能Table 3 Blocking performance of ORHTHS

2.3 表面活性劑的性能

2.3.1 界面活性

當表面活性劑的疏水碳鏈與烷烴碳鏈相似時降低界面張力的效果會更明顯，尕斯深層油藏地層的高礦化度、高二價離子含量要求表面活性劑具有較好的抗鹽性和抗二價離子性［9-13］，因此將具有抗溫性能的陰離子表面活性劑磺酸鹽和具有抗鹽能力的非離子表面活性劑醇醚類基團同時設計在一個新型表面活性劑分子結構中，實現優勢互補，可達到既抗溫又耐鹽的目標。新型表面活性劑的界面張力見表4。從表4可看出，與石油磺酸鹽和重烷基苯磺酸鈉相比，該新型表面活性劑表現較好的配伍性，老化后能夠達到超低界面張力，且張力值穩定，油 容易分散在表面活性劑溶液中，從而提高采收率。

表4 表面活性劑老化前后的界面張力性能Table 4 Interfacial tension properties of surfactant system before and after aging

2.3.2 巖心驅替實驗

為了進一步探索新型表面活性劑在尕斯E31高溫高鹽油藏的適應性，開展了室內模擬油水的巖心驅油效率實驗，實驗流程見圖4，結果見表5。從表5可看出，注入新型表面活性劑后提高采收率分別為10.5%和11.2%，均在10%以上，能夠滿足現場應用要求。

2.4 液流轉向提高采收率體系的采收率

將60～80 目石英砂充填到直徑2.5 cm、長度100 cm的填砂管中，將巖心管兩端密封，兩管并聯。首先使用現場地層水飽和模擬巖心至壓力和滲透率平穩，飽和尕斯深層油藏原油，至出口端不出水，然后以0.5 mL/min注入尕斯深層注入水，直至出口端不出油，記錄堵前水測滲透率。之后以0.5 mL/min向并聯巖心管中分別注入0.10～0.15 PV的ORHTHS溶液，將填砂管置于126 ℃恒溫干燥箱中放置72 h后取出，測定兩管巖心堵后的水測滲透率，以0.5 mL/min注入0.2%（w）新型表面活性劑溶液0.3 PV（表面活性劑126 ℃下老化192 h））后水驅，結果見表6。

圖4 新型表面活性劑巖心驅油實驗流程Fig.4 Flow chart of new surfactant core flooding experiment.

表5 新型表面活性劑巖心驅油實驗結果Table 5 Experimental results of new surfactant core flooding

表6 采收率實驗Table 6 Experiment of recovery efficiency

從表6可看出，新型表面活性劑段塞尺寸不變，滲透率相近時隨ORHTHS段塞增大，采收率增幅變大，繼續增加ORHTHS段塞尺寸，采收率增幅變化不大，因此建議段塞尺寸為0.12 PV ORHTHS+0.3 PV新型表面活性劑。

3 現場應用

尕斯深層油藏已進入高含水、高采出程度的階段，注水開發效果變差。為了改善綜合開發效果，針對儲層異常高溫、高礦化度的特點，有報道采用有機凝膠體系和陰非離子表面活性劑驅油體系進行先導性礦場試驗［14-15］，先注入有機凝膠轉向劑，調整吸水剖面，防止竄流，實現深部液流轉向，之后通過表面活性劑驅提高采收率。本工作選擇ORHTHS（配方為0.5%（w）KTPMA+0.4%（w）RHTC+0.3%（w）TSA）和0.2%（w）新型表面活性劑復合體系進行試驗，試驗區塊選擇注水井3口、生產井9口，井區日注入量為180 m3，從2018年8月6日開始，累計注入6個月，生產曲線見圖5。從圖5可看出，階段累計增油2 000 t，降水4 088 m3，通過對注水井實施措施，取得了明顯的降水增油效果。

圖5 三個井組施工前后對應油井生產曲線Fig.5 Corresponding oil well production curves before and after construction of the three well groups.

4 結論

1）優選的聚合物凝膠轉向劑ORHTHS配方為：0.5%～0.6%（w）KTPAM+0.3%～0.5%（w）RHTC+0.3%～0.4%（w）TSA，該配方的ORHTHS具有較好的熱穩定性與封堵性能，注入0.3 PV時模擬巖心封堵率大于95%，能夠滿足高溫高礦化度油藏深部封堵的要求。

2）含磺酸鹽和醇醚類的新型陰-非離子驅油表面活性劑具有良好的耐溫抗鹽性和超低界面活性，注入0.3 PV的新型表面活性體系可提高采收率10%以上。

3）采用0.12 PV ORHTHS+0.3 PV新型表面活性劑復合體系，采收率可提高17百分點以上。該液流轉向提高采收率技術在異常高溫、高礦化度油藏進行現場施工應用，增油效果顯著，改善了水驅開發效果。