中低滲油藏提高調驅劑成膠質量研究與應用

徐海波

中國石油遼河油田分公司 茨榆坨采油廠（遼寧 遼中110206）

科爾沁油田包1塊屬于中低滲油藏，探明含油面積5.9 km2，地質儲量1 795×104t，可采儲量271×104t，標定采收率15.1%，油藏埋深890～1 090 m。儲層巖性主要為礫狀砂巖，平均孔隙度18.4%，平均滲透率84.4 mD。2013年5月優選包32-28、包32-25井組進行弱凝膠調驅試驗，對應油井14口，在試驗井組取得較好效果的基礎上，2014年6月擴大調驅井10口，對應油井31口，至2016年底，12口調驅井平均單井累計注入調驅劑21 724 m3，達到調驅設計注入量的94%。

1 存在問題

在該區塊開展調驅施工，夏季出現了調驅劑成膠穩定性差的問題，現場取樣15 d后強度下降90%，達不到設計要求，嚴重影響了調驅效果，調驅區域產量下降。對各調驅點的成膠情況進行調查，2014年4至5月份調驅劑成膠合格率一直維持在100%，但是在6月份成膠合格率下降，8月份僅為61.5%（表1）。

表1 2014年調驅劑成膠合格率統計

合格的調驅劑外觀上觀察有一定的舌長，同時用布氏黏度計檢測其強度在3 000～5 000 mPa·s，注入地層后能夠有效封堵高滲層，有效地起到調驅的效果，不合格的調驅劑強度在3 000 mPa·s以下，注入地層后封堵效果較差，很難取得較好的調驅效果。

2 原因分析及解決辦法

2.1 原因分析

影響調驅劑成膠性能的潛在因素共有4大類20種。調驅點使用的聚合物均需要到供應站抽檢，聚合物的相對分子質量、水解度、固含量、特性黏數都需要檢測合格后才可以送到現場使用，而表觀黏度則在現場施工時即可以判斷，通過對藥劑質量5項原因進行檢測，確定其對調驅劑破膠沒有影響。施工現場的配制環境和配制工藝沒有變化，不會對調驅劑破膠產生影響，因此確定影響調驅劑成膠的因素為配制水質。

2.1.1礦化度影響

影響機理：當礦化度較低時，由于鹽壓縮擴散雙電層，減少靜電斥力，成膠時間隨礦化度的增加而減少；當礦化度較高時，由于鹽敏作用使聚丙烯酰胺大分子線團更加蜷曲而不易被交聯，且凝膠的穩定性較差，極易破膠，成膠強度隨礦化度的增加而降低。

實驗方法：包1塊注水水性為碳酸氫鈉型，因此用分析純碳酸氫鈉與蒸餾水配制不同礦化度的水樣，分別加入聚合物和交聯劑進行交聯反應實驗，按設計時間檢測調驅劑成膠強度。對比包14塊注水的礦化度，確定現場注水中礦化度是否對成膠穩定性有影響。

試驗結果表明,礦化度在5 000 mg/L以內時對成膠穩定性幾乎無影響，隨著礦化度進一步增大，成膠強度及穩定性有所下降。包1塊調驅現場注水礦化度為4 022.9 mg/L，在不影響調驅劑成膠的臨界值內，因此礦化度不影響調驅劑成膠穩定性。

2.1.2 pH值影響

影響機理：在弱酸環境中，聚合物分子-COOH的電離度較大，-COO-所占比例較高，有利于調驅劑的交聯反應。而堿性環境有利于Cr3+交聯劑的水解，亦即有利于凝膠的形成。而且堿性條件還有利于聚合物的水解，使分子中電荷基團增加，電荷基團的增加一方面使分子鏈伸張，交聯反應易于進行，另一方面交聯點也可能增加，使所成凝膠的強度增大。

實驗方法：用鹽酸及氫氧化鈉調節蒸餾水的pH值，配制不同pH值的水樣，分別加入聚合物和交聯劑進行交聯反應實驗，按設計時間檢測調驅劑成膠強度。對比包1塊注水的pH值，確定現場注水中礦化度是否對成膠穩定性有影響。

試驗結果表明,pH值在6～8時對成膠穩定性幾乎無影響。包1塊調驅用注水pH值為7.91，在不影響調驅劑成膠的臨界范圍內，因此pH值不影響調驅劑成膠穩定性。

2.1.3 Fe2+影響

影響機理：在包1塊施工過程中，是在近乎密閉的調驅罐中配制聚合物，但是仍然有氧溶入溶液中，從而使Fe2+被氧化，生成Fe3+與O2-自由基。O2-自由基的活性很高，通過抽氫反應侵入聚合物主鏈，生成過氧化物，最終經過重排，進一步促使主鏈斷裂，發生降解。在聚合物鏈斷裂過程中產生的自由基與Fe3+反應，又生成Fe2+。如此造成聚合物的降解循環，聚丙烯酰胺分子被迅速打斷，造成調驅劑強度大幅度下降。

實驗方法：用分析純氯化亞鐵和蒸餾水配制不同Fe2+濃度的水樣，分別加入聚合物和交聯劑進行交聯反應實驗，按設計時間檢測調驅劑成膠強度。對比包1塊注水的pH值，確定現場注水中礦化度是否對成膠穩定性有影響。

試驗結果表明,Fe2+質量濃度在0.1 mg/L以內時對成膠穩定性幾乎無影響，隨著Fe2+濃度進一步增加，成膠強度及穩定性有所下降，當Fe2+濃度大于0.5 mg/L時藥樣在7 d內破膠。包1塊調驅用注水Fe2+濃度為0.91 mg/L，嚴重影響調驅劑穩定性，因此Fe2+是影響包1塊調驅劑成膠穩定性的因素。

2.1.4溶解氧影響

影響機理：聚合物分子在溫度較高的環境中，由于氧自由基的參與，會使其分子鏈發生斷裂現象，從而分子量減小，溶液黏度降低，這就是聚丙稀酰胺的氧化降解。

確認方法：通過現場曝氧實驗，消除注水中的溶解氧，之后按順序單體藥劑后，確定現場注水中溶解氧是否對成膠穩定性有影響。

通過實驗證明，注水靜置4 h消除溶解氧后，調驅劑在10天后仍然破膠，因此溶解氧不是影響包1塊調驅劑成膠合格率的主要因素。

2.1.5還原菌影響

影響機理：聚合物可以作為還原菌生長繁殖的碳源，為其生長繁殖提供營養物質。還原菌通過聚合物分子中的羧基作電子供給體，用礦物質鹽作末端電子接受體而繁殖。同時羧基的消耗又會促使聚合物的進一步降解，降解的結果又為硫酸鹽還原菌的生長繁殖提供更多的營養物質，使硫酸鹽還原菌在其中的代謝旺盛且持久。

確認方法：收集不同的文獻作參考，找出其中提到的影響調驅劑成膠的還原菌含量的臨界值，對比包1塊注水中還原菌含量，確定是否影響調驅劑成膠穩定性。

包1塊調驅用注水還原菌菌量為103～104個/mL，超過了參考文獻中的最高臨界值102個/mL，因此還原菌是影響包1塊調驅劑成膠穩定性的因素。

2.2 解決方法

2.2.1還原菌影響解決方法

通過初期調研，總計選擇了7種殺菌劑在包1站調驅點進行現場實驗，按加藥流程加入各種藥劑進行交聯反應后，加入殺菌劑并取樣，篩選7 d后成膠黏度在3 000 mPa·s以上為初選殺菌劑，具體效果見表2。

表2 殺菌劑篩選統計表

通過對伊噻、1227、戊二醛、甲醛、東盟等7種殺菌劑進行初選，發現伊噻、甲醛、東盟等3種殺菌劑符合初選標注。

2.2.2 Fe2+影響解決方法

通過初期調研，總計選擇了11種穩定劑在包1站調驅點進行現場實驗，按加藥流程加入各種藥劑進行交聯反應，之后加入0.05%東盟殺菌劑，最后加入各種穩定劑并取樣，篩選15 d后的成膠黏度在3 000～5000 mPa·s為初選穩定劑，具體效果見表3。

表3 穩定劑篩選統計

通過對鄰菲啰啉，有機胺等11種穩定劑進行初選，發現有機胺與氨基硫脲符合初選標注。對這2種穩定劑進行除鐵效果評價。具體效果見表4。

表4 穩定劑效果統計表

續表4

從表4中可以看出氨基硫脲不能滿足現場除鐵要求，而有機胺在加入質量分數為0.05%時就能夠達到對策目標，因此選擇有機胺作為包1塊調驅用穩定劑，使用質量分數為0.05%。

3 應用效果分析

從包1塊調驅劑成膠強度檢測表（表5）中可以看出，加入殺菌劑和穩定劑劑后調驅劑15 d后強度仍然在5 000 mPa·s以上，滿足了施工要求。

表5 包1塊調驅劑成膠強度檢測

4 結論

1）改變以往調驅施工中只針對單項影響成膠的原因進行分析論證的模式，首次實現了對全部影響因素進行系統論證，對每種因素影響的臨界范圍進行了劃定，為以后出現類似問題提供了判定依據。

2）技術人員通過自己的努力，獨立解決了中低滲油藏調驅劑成膠穩定性差這一難題，提出了在調驅劑中加入殺菌劑和穩定劑來保障調驅劑成膠質量。