渤海油田弱凝膠調驅技術研究與應用

蘇毅,姜晶,李建曄,楊勁舟,李海峰,李玲玉,楊航

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300450;2.中海油田服務股份有限公司,天津 300450)

渤海油田經過長時間注水開發,含水率高達90%以上,已進入高含水開發階段,區塊水油流度比較大,原油動用程度小[1-3]。隨著開發程度的增加,地層能量供應不足,周圍油井產液、產油下降,亟需進行控水增油措施[4-5]。弱凝膠體系具有良好的注入性以及較好的運移能力和深部調驅能力,可在油層深部形成封堵,改變注入水的水流通道[6-7]。乳化劑通過降低油水界面張力分散稠油形成水包油乳狀液,一方面通過乳化稠油降低了水油流度比,另一方面通過形成均相乳狀液提高驅替效率[8-10]。通過室內試驗提高弱凝膠強度及乳化劑降粘效果,以及交替注入的方式,改善油水流度比,緩解層內吸水矛盾,提高原油動用程度,以達到改善砂體開發效果的目的。

1 室內實驗

1.1 實驗材料與條件

調剖主劑、交聯助劑A、交聯助劑H、渤海X油田濃水(過濾處理)、蒸餾水、天平、攪拌器、Brookfield黏度計、顯微鏡、巖心驅替裝置、恒溫干燥箱、1 m模擬均質巖心。實驗溫度55 ℃。

1.2 調剖劑的溶解性評價

使用燒杯稱取200 g注入水,在400 r·min-1攪拌速度下加入調剖主劑,每隔10 min利用黏度計測試其黏度,兩次測試的黏度變化率低于5%,且溶液中無魚眼狀的膠結物存在,則視為調剖主劑完全溶解。

1.3 凝膠的成膠性能評價

使用燒杯稱取200 g注入水,在400 r·min-1攪拌速度下,依次加入一定量的調剖主劑、交聯助劑A和交聯助劑H,放置在55 ℃的恒溫條件下,每隔2 h,利用黏度計測試其黏度,觀察成膠效果。待成膠之后,在55 ℃的恒溫條件下繼續老化30 d,每隔一段時間,測試其黏度,觀察其黏度變化。

1.4 凝膠體系驅替評價

(1)取1 m的模擬均質巖心,中間設置4個測壓點,抽真空,飽和水,計算巖心孔隙體積;

(2)在55 ℃的恒溫條件下,以1 mL/min的速度向巖心內注入水,記錄入口端的壓力,并計算巖心滲透率;

(3)以1 mL/min驅替速度向巖心內注入1 PV凝膠體系溶液,記錄入口端壓力變化并進行注入性分析;

(4)關閉閥門,候凝2 d,進行后續水驅,記錄各測壓點壓力變化,計算堵后滲透率和封堵率;

(5)通過測壓點的壓力變化情況,評價其深部運移能力以及深部調驅能力。

2 實驗結果分析

2.1 凝膠體系

2.1.1 調剖主劑優選

在55 ℃條件下,利用注入水配制質量濃度3 000 mg/L干粉調剖主劑溶液,觀察調剖主劑的溶解情況,測定調剖主劑黏度,并開展老化性能實驗,實驗結果如圖1～2。

圖1 弱凝膠體系調剖主劑溶解實驗

圖2 弱凝膠體系調剖主劑優選

根據圖1溶解實驗結果可知,調剖主劑2、3完全溶解時間≤40 min,溶解性好,溶解過程順利,沒有魚眼,黏度較低(≤500 mPa·s)。調剖主劑3比調剖主劑2老化性能更好,老化9 d后黏度保留率高(84%),為確保注入性及穩定性,優選調剖主劑3為弱凝膠主劑。

2.1.2 成膠性能實驗

利用注入水,配制不同質量濃度弱凝膠體系,放置在55 ℃恒溫烘箱中觀察成膠效果,每隔2 h測試樣品黏度,弱凝膠體系成膠實驗結果如圖3所示。弱凝膠體系老化性能評價實驗結果如圖4所示。

圖3 弱凝膠體系成膠曲線

圖4 弱凝膠體系老化曲線

通過實驗發現,0.35%調剖主劑3+0.5%交聯助劑A+0.15%交聯助劑H配方初凝時間8 h,成膠黏度4 028 mPa·s,成膠強度C-D,根據工藝需求,確定0.35%調剖主劑3+0.5%交聯助劑A+0.15%交聯助劑H為弱凝膠調驅主體配方。

2.1.3 注入性實驗

在55 ℃的條件下采用注入水測試單管膠結巖心滲透率,隨后注入1 PV凝膠體系,測試壓力變化,考察凝膠體系的注入性能。表1實驗結果顯示,弱凝膠體系阻力系數較低,滿足現場施工要求。

表1 弱凝膠體系注入性實驗結果

2.1.4 封堵性實驗

55 ℃條件下采用注入水測試填砂巖心滲透率,隨后注入1 PV弱凝膠體系(0.35%調剖主劑+0.5%交聯助劑A+0.15%交聯助劑H),關閉閥門,候凝2 d,進行后續水驅,測試各測壓點壓力變化。從封堵率和殘余阻力系數來看(表2和圖5),弱凝膠體系(0.35%調剖主劑+0.5%交聯助劑A+0.15%交聯助劑H)巖心封堵率均大于85%,水驅累計6 PV后,殘余阻力系數均大于9,滲透率保留率大于50%,表明弱凝膠體系具有良好的封堵性能、耐沖刷性能,從測壓點5壓力可知,該體系具有深部運移性能。

表2 弱凝膠體系封堵性能

圖5 弱凝膠體系注入曲線

2.2 乳化劑驅油體系

乳化劑驅油體系通過降低油水界面張力分散稠油形成水包油乳狀液(圖6),一方面通過乳化稠油降低了水油流度比,另一方面通過形成均相乳狀液提高驅替效率。實驗根據乳化劑降黏性能以及乳狀液穩定性優選乳化劑使用質量濃度。

圖6 乳化劑乳化原油形成乳狀液

使用注入水配制70 mL不同質量濃度的乳化劑溶液,與30 mL原油均在56 ℃條件下放置1 h后混合,攪拌2 min(攪拌槳轉速250 r/min),測試乳狀液的黏度。

表3～4結果顯示:

表3 不同質量濃度乳化劑降粘效果

表4 不同乳化劑質量濃度下油水界面張力

(1)在乳化劑種類一定條件下,隨質量濃度增加,乳狀液黏度下降,與初始原油黏度相比下降顯著,當乳化劑質量濃度達到3 500 mg/L時降黏效果達到最優極限,計算降粘率大于99%。

(2)與1#乳化劑體系相比,2#乳化劑體系的配制乳狀液黏度值更低,乳化降粘效果更好。

(3)在相同質量濃度條件下,與1#乳化劑體系相比,2#乳化劑體系與原油間界面張力較低,更有利于乳化及提高波及區驅油效率。

3 結論

(1)通過溶解實驗及成膠性能實驗,根據現場要求,選擇0.35%調剖主劑3+0.5%交聯助劑A+0.15%交聯助劑H為弱凝膠調驅主體配方;

(2)通過注入性試驗以及封堵實驗可知,弱凝膠體系阻力系數較低,凝膠體系具有良好的封堵性能、耐沖刷性能及深部運移性能;

(3)當乳化劑質量濃度達到3 500 mg/L時降黏效果達到最優極限,2#乳化劑體系的黏度更低,與原油間界面張力較低。