鋁離子-聚合物凝膠調(diào)驅(qū)體系配方室內(nèi)優(yōu)選研究

何 莉

（大慶油田有限責(zé)任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513）

A區(qū)聚驅(qū)試驗(yàn)區(qū)配制聚合物用水水質(zhì)較差，A區(qū)水源水的總礦化度較高，達(dá)886～1100mg·L-1，主要是因?yàn)殁}、鎂等二價(jià)陽(yáng)離子含量高影響的，（74.8mg·L-1）。按方案設(shè)計(jì)用A區(qū)水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度只有26.3mPa·s，而用紅崗水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度可達(dá)到44.1mPa·s，采用薩南試驗(yàn)區(qū)注入水配制的1200mg·L-1的聚合物溶液粘度更高，可達(dá)到66.0mPa·s以上，因此，要取得聚驅(qū)效果，必然要增加聚合物用量，致使聚驅(qū)成本增加，而從目前大慶油田聚驅(qū)已取得的認(rèn)識(shí)看，CDG調(diào)驅(qū)技術(shù)取得了較好的增油效果，鋁離子-聚合物凝膠在油田應(yīng)用主要是利用足夠的時(shí)間使溶液能夠大量進(jìn)入油層深處而不至于在井筒附近油層形成阻塞。另外，在井筒附近油層的壓差高于轉(zhuǎn)變壓力，致使鋁離子-聚合物凝膠像非交聯(lián)聚合物一樣流動(dòng)，當(dāng)流到地層深處，壓差減小，低于轉(zhuǎn)變壓力，使分子束和膠粒膨脹而起到充填油層深處孔隙的作用。這樣便可以改善高滲透率變異系數(shù)的不均一性，使注入水流入低滲透率油層，從而達(dá)到提高原油采收率的目的。在相同的條件下，注劑成本低于單純的聚合物驅(qū)油。

為此，開(kāi)展了室內(nèi)研究工作，研究不同濃度鋁離子-聚合物凝膠體系與不同水質(zhì)的配伍性，從中優(yōu)選最佳的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，既解決A區(qū)水質(zhì)問(wèn)題，又為下步A區(qū)地區(qū)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供技術(shù)支持。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）聚合物：實(shí)驗(yàn)研究中，聚合物采用中分聚合物，有效含量0.88。

（2）交聯(lián)劑：交聯(lián)劑采用現(xiàn)場(chǎng)使用的鋁離子交聯(lián)劑，有效含量3.6%。

（3）配制水:實(shí)驗(yàn)用清水為A區(qū)水源水，實(shí)驗(yàn)用污水為A區(qū)深處理污水，水質(zhì)組成見(jiàn)表1。

表1 A區(qū)深處理污水離子組成Tab.1 Component of disposal sewage of section A

（4）物理模型:實(shí)驗(yàn)根據(jù)某試驗(yàn)區(qū)油藏地質(zhì)特征、油層物性及沉積韻律特點(diǎn)制作了柱狀及正韻律縱向非均質(zhì)巖心，非均質(zhì)模型各層氣測(cè)滲透率分別為 300 ×10-3μm2、1000 ×10-3μm2和 1800 ×10-3μm2，厚度比例為 1∶1∶1，模型尺寸 Φ2.51cm×L9.0cm、30cm×4.5cm×4.5cm。

（5）油:區(qū)地面脫氣原油和航空煤油混合配制而成的模擬油，在45℃下其粘度為6.7mPa·s。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及流程

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.1 Experiment flow chart

2 室內(nèi)成膠研究結(jié)果與討論

2.1 鋁離子-聚合物凝膠體系配方室內(nèi)成膠情況

目前，評(píng)價(jià)鋁離子-聚合物凝膠體系能否成膠是通過(guò)室內(nèi)測(cè)定轉(zhuǎn)變壓力值來(lái)確定的，鋁離子-聚合物凝膠有壓縮流動(dòng)和正常流動(dòng)兩種方式，轉(zhuǎn)變壓力是指在一定壓力作用下，鋁離子-聚合物凝膠由壓縮流動(dòng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)檎Ａ鲃?dòng)方式時(shí)的壓力。

2.1.1 清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用清水配制5000mg·L-1的聚合物母液，然后采用清水稀釋至 300～800mg·L-1，同時(shí)加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1[1]，測(cè)定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時(shí)期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。通過(guò)檢測(cè)聚合物濃度在600mg·L-1以上、聚鋁比在50∶1以下，以及聚合物濃度在450 mg·L-1、聚鋁比在30∶1以下時(shí)，成膠均能達(dá)到大慶油田要求的成膠標(biāo)準(zhǔn)，而濃度高于300mg·L-1、聚鋁比在50∶1以下的其它配方體系均能測(cè)試到轉(zhuǎn)變壓力，即有成膠顯示。

從測(cè)定結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）在聚合物濃度相同時(shí)，聚鋁比降低，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力上升加快，成膠效果變好；

（2）在聚鋁比相同時(shí)，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

2.1.2 純污水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用污水配制5000mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至 300～800mg·L-1，同時(shí)加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測(cè)定體系不同時(shí)期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。中分聚合物在污水條件下配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠性能明顯變差，我們又對(duì)清水配制污水稀釋凝膠體系進(jìn)行了研究。

2.1.3 清水配制污水稀釋條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內(nèi)首先采用清水配制5000 mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至300～800mg·L-1，同時(shí)加入交聯(lián)劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測(cè)定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時(shí)期的粘度及轉(zhuǎn)變壓力值。

從清水配制污水稀釋的鋁離子-聚合物凝膠體系看，中分配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況好于純污水配制的鋁離子-聚合物凝膠體系，從測(cè)定結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）中分聚合物的鋁離子-聚合物凝膠體系在聚合物濃度600mg·L-1、聚鋁比30∶1沒(méi)有成膠顯示。在800mg·L-1聚鋁比20∶1、30∶1兩個(gè)配方中，達(dá)到了轉(zhuǎn)變壓力標(biāo)準(zhǔn)要求，而在聚鋁比40∶1時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到轉(zhuǎn)變壓力；

（2）在聚合物濃度相同時(shí)，聚鋁比降低，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力上升加快，成膠效果變好；

（3）在聚鋁比相同時(shí)，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉(zhuǎn)變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

清水、清水-污水、污水不同的水質(zhì)條件下，同種聚合物在相同的濃度、相同的聚鋁比時(shí)，鋁離子-聚合物凝膠體系在轉(zhuǎn)變壓力、粘度表現(xiàn)出較大的差異，并可以得出以下結(jié)論：清水成膠性能最好，清水配制污水稀釋的成膠性能明顯變差，而純污水條件下形成的成膠性能最差。

2.2 室內(nèi)優(yōu)選鋁離子-聚合物凝膠配方的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及思路

從前面的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)看，不同的聚合物、不同的水質(zhì)條件下可以組合出許多種不同的CDG體系配方，同樣清水條件下達(dá)到成膠要求的配方也比較多。因此，我們從現(xiàn)實(shí)成本考慮，針對(duì)不同水質(zhì)條件，以轉(zhuǎn)變壓力為指標(biāo)，優(yōu)選最經(jīng)濟(jì)配方，同時(shí)對(duì)于成膠較差或沒(méi)有測(cè)到轉(zhuǎn)變壓力的，選擇聚合物濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的最大成本的配方進(jìn)行評(píng)價(jià)。

結(jié)合前面室內(nèi)不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方測(cè)定情況，確定以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：

（1）先進(jìn)行單段塞聚合物驅(qū)，作為不同鋁離子-聚合物凝膠體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）首先選擇符合現(xiàn)行成膠標(biāo)準(zhǔn)及符合成膠標(biāo)準(zhǔn)的最低配方和可能效果最經(jīng)濟(jì)配方進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；

具體如下：首先聚合物用量最大（600mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）、成膠性能最好的清水凝膠體系配方及符合成膠標(biāo)準(zhǔn)最低的配方（450mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）做室內(nèi)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；

（3）開(kāi)展低于成膠標(biāo)準(zhǔn)的鋁離子-聚合物凝膠配方的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，即清水體系300mg·L-1、聚鋁比30∶1；

（4）開(kāi)展沒(méi)有成膠顯示的配方的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，即清水配制污水稀釋條件下，濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

（5）確定經(jīng)濟(jì)效益最佳的最終鋁離子-聚合物凝膠配方。

3 不同水質(zhì)條件下，鋁離子-聚合物凝膠體系提高采收率幅度研究

在初步確定了鋁離子-聚合物凝膠體系配方后，開(kāi)展了一系列室內(nèi)開(kāi)展驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選最佳的檸檬酸鋁-聚合物凝膠體系配方。實(shí)驗(yàn)前結(jié)合試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)特征制作呈正韻律分布的非均質(zhì)物理模型，其各層氣測(cè)滲透率分別為 300×10-3μm2、1000×10-3μm2和 1800×10-3μm2，厚度比例按照 1∶1∶1設(shè)計(jì)，模型尺寸 30cm×4.5cm×4.5cm[2，3]。該模型設(shè)計(jì)著重考慮了調(diào)剖因素也兼顧了驅(qū)替因素。

由于受巖心長(zhǎng)度和注入時(shí)間的制約，為了能模擬注入過(guò)程中成膠的特征，采取了配制后恒溫靜置數(shù)小時(shí)，待體系粘度上升后注入的方式，但發(fā)現(xiàn)注入過(guò)程中壓力高，注入困難，且受成膠強(qiáng)度等影響，注入后可比性差。為此我們改變了注入方式，隨配隨注，注入到設(shè)計(jì)的PV數(shù)時(shí)停止注入，候凝，清水體系候凝7d，污水體系候凝12d，再進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)。同時(shí)在新一批巖心上開(kāi)展聚合物單段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，以與鋁離子-聚合物凝膠體系進(jìn)行對(duì)比。

3.1 不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中以清水1350mg·L-1的中分聚合物單段塞驅(qū)油效果作為衡量該聚合物在不同水質(zhì)條件下配制的X-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)效果的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 鋁離子-聚合物凝膠體系與聚合物溶液驅(qū)油Tab.2 Displacement of reservoir oil of aluminum ion-polymer gel system and polymer solution

從表1中可以明顯看到，經(jīng)鋁離子-聚合物凝膠體系驅(qū)油后，后續(xù)水驅(qū)提高采收率的效果明顯高于單純聚驅(qū)的后續(xù)水驅(qū)，而且成膠強(qiáng)度越大，其后續(xù)水驅(qū)采收率值越高，可見(jiàn)，鋁離子-聚合物凝膠體系具有較強(qiáng)的調(diào)剖能力。表明鋁離子-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)是一種進(jìn)一步提高原油采收率的有效方法。

3.2 確定經(jīng)濟(jì)效益最佳鋁離子-聚合物凝膠體系配方

前面的實(shí)驗(yàn)確定了給定濃度、聚鋁比范圍內(nèi)提高采收率幅度最大的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，但為了尋找經(jīng)濟(jì)效益最佳的配方，就不能單獨(dú)考慮提高采收率幅度的高低，而且要考慮體系配方的成本，因此，我們按噸油成本進(jìn)行考慮：

假設(shè)目的區(qū)塊地質(zhì)儲(chǔ)量為A×104t，地下孔隙體積為Vp×104m3，注入孔隙體積倍數(shù)為V，聚合物固含量0.88，噸聚合物干粉成本為1.34萬(wàn)元，噸交聯(lián)劑（鋁離子含量3.6%）成本為1.95萬(wàn)元，聚合物濃度為C，聚鋁比為D，交聯(lián)劑比重為1.18，有效含量3.6%，采收率提高值為Qe（小數(shù)）：

式中 Qe：采收率提高值，小數(shù)；A：地質(zhì)儲(chǔ)量，×104t；V1，V2：分別為聚驅(qū)和 CDG驅(qū)注入孔隙體積倍數(shù)，PV；B：地下孔隙體積，×104m3；C1，C2：分別為聚驅(qū)和 CDG驅(qū)聚合物濃度，mg·L-1；D：聚鋁比。

單純聚驅(qū)或CDG驅(qū)時(shí)，驅(qū)油成本只是聚驅(qū)成本或CDG驅(qū)成本。

根據(jù)前面得到的采收率提高值，代入上面相關(guān)公式可以得到各種段塞的噸油成本關(guān)系表（詳見(jiàn)表3）。

從表3中可以看到，不論清水還是污水條件下，X-聚合物凝膠體系配方均有一定的能力提高采收率，在清水條件下，符合成膠標(biāo)準(zhǔn)的配方體系中，提高采收率幅度最大的是聚合物濃度600mg·L-1,聚鋁比30∶1體系配方，采收率提高33.084個(gè)百分點(diǎn)，驅(qū)替噸增油成本為37.5245B/A元（其中B/A為區(qū)塊地下孔隙體積與地質(zhì)儲(chǔ)量的比值，對(duì)具體區(qū)塊為一常數(shù)）低于煉化中分1350mg·L-1單段塞聚合物的驅(qū)替噸增油成本47.08B/A元，表3中經(jīng)濟(jì)效益最好的是聚合物濃度450mg·L-1,聚鋁比40∶1體系配方，雖然提高采收率值為27.5個(gè)百分點(diǎn)，但驅(qū)替噸增油成本僅為28.89B/A元。

表3 鋁離子-聚合物凝膠體系驅(qū)替噸增油成本Tab.3 Displacement of production gain cost per ton of aluminum ion-polymer gel system

綜上所述，清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系配方成膠效果明顯好于污水,且存在增油幅度最大的配方（中分，濃度 600mg·L-1、聚鋁比 30∶1）和經(jīng)濟(jì)效益最佳的配方（中分，濃度450mg·L-1、聚鋁比30∶1），在污水條件下，不推薦使用鋁離子-聚合物凝膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）配制水的礦化度越高，越難形成鋁離子-聚合物凝膠；聚合物的分子量增大、溶液濃度增加、聚鋁比降低，體系的粘度和轉(zhuǎn)變壓力增大，鋁離子-聚合物凝膠越易于形成。

（2）聚合物所形成的鋁離子-聚合物凝膠體系，隨著其中聚合物濃度的增加，采收率提高幅度增大，而在450mg·L-1之后繼續(xù)增加時(shí)，采收率趨于平穩(wěn)上升，因此認(rèn)為450mg·L-1是鋁離子-聚合物凝膠體系聚合物濃度的臨界點(diǎn)。

（3）結(jié)合一系列篩選評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，在理想配方即不考慮經(jīng)濟(jì)效益的前提下，對(duì)于清水體系：600mg·L-1中分，聚鋁比30∶1的配方最好，而要考慮到經(jīng)濟(jì)效益等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)認(rèn)為中分聚合物清水體系450mg·L-1、聚鋁比30∶1為鋁離子-聚合物凝膠體系為可選配方。

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