高礦化度油藏弱凝膠調(diào)驅(qū)劑配方研制及性能評價

葉文瀚，王　健，王丹翎,杜忠磊

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點試驗室，成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都 610500;3.吉林油田公司紅崗采油廠地質(zhì)所，吉林大安 131301)

在油藏的注水開發(fā)過程中，由于地層嚴(yán)重非均質(zhì)性，導(dǎo)致注入水沿高滲通道竄流、水驅(qū)采收率低。弱凝膠深部調(diào)驅(qū)可改善注入水竄流、繞流等問題[1-3]。對于某些高含水油藏具有高礦化度的特點，一般弱凝膠體系難以成膠或成膠后穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致調(diào)驅(qū)效果不理想[4-5]。

獅子溝N1油藏位于柴達(dá)木盆地西部，含油面積為4.6 km2，石油地質(zhì)儲量約為217×104t。油藏平均溫度為50 ℃，地層水為CaCl2型，總礦化度平均為230 023 mg/L，屬高礦化度油藏。在油藏注水開發(fā)過程中，由于注入水水竄嚴(yán)重，致油井含水率持續(xù)升高，綜合含水率達(dá)75%。針對獅子溝N1油藏礦化度高，一般弱凝膠體系難以成膠這一問題，筆者對比了不同弱凝膠體系在淡水/鹽水中的成膠性能，選出抗鹽性較好的體系，并對其配方進(jìn)行優(yōu)化，通過性能評價得出適合于獅子溝N1高礦化度油藏調(diào)驅(qū)的弱凝膠體系。

1　試驗儀器和原料

電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，CS1013 型，溫度0～300 ℃，重慶試驗設(shè)備廠；電子天平，BFA114 型，最大量程為 200 g，德國；電動調(diào)速攪拌器，S7401—Ⅱ型，調(diào)速范圍為0～3 000 r/min，重慶試驗設(shè)備廠；旋轉(zhuǎn)黏度儀，Brookfield Synchro-Lectric Digital Viscometer，美國；巖心驅(qū)替試驗設(shè)備，江蘇海安石油科研儀器有限公司。

部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質(zhì)量為25×106，水解度 25%，大慶煉化公司；梳形聚合物KYPAM，相對分子質(zhì)量25×106，水解度25%，北京恒聚公司；交聯(lián)劑：有機(jī)鉻類交聯(lián)劑、酚醛類交聯(lián)劑，試驗室自制；促凝劑：氯化銨，分析純；除氧劑：硫脲，分析純。

2　不同弱凝膠體系成膠性能對比

分別將聚合物HPAM、KYPAM與有機(jī)鉻交聯(lián)劑和酚醛交聯(lián)劑組合，配制成不同的弱凝膠體系，在淡水/鹽水環(huán)境下對比其成膠性能，配方組成見表1。

表1　弱凝膠初步配方組成

2.1　淡水中不同體系成膠性能對比

用淡水配制弱凝膠體系液，將配制好的體系溶液放置在油藏溫度(50 ℃)下的恒溫箱中，在不同時刻取出觀察其成膠情況，測定體系黏度,試驗結(jié)果見圖1。

圖1　不同弱凝膠體系在淡水中的成膠情況

由圖1可知，4種配方配制的凝膠體系在完全成膠后，成膠黏度都在6 000 mPa·s以上，表明4種體系在淡水環(huán)境下均有良好的成膠性能。其中，聚合物與有機(jī)鉻交聯(lián)劑組成的體系成膠時間為2～3 d，聚合物與酚醛類交聯(lián)劑組成的體系成膠時間為4～6 d。

2.2　鹽水中不同體系成膠性能對比

由于獅子溝N1油藏具有高礦化度的特征，弱凝膠體系應(yīng)有很好的抗鹽性，才能適應(yīng)油藏環(huán)境。試驗用不同礦化度的鹽水配制弱凝膠體系液，將配制好的體系溶液放置在油藏溫度(50 ℃)下的恒溫箱中，待體系完全成膠后,取出觀察成膠情況，測定成膠黏度，試驗結(jié)果見圖2。

圖2　不同弱凝膠體系在鹽水中的成膠情況

由圖2可知，隨著鹽水礦化度的增加，體系的成膠性能降低。其中，配方1和配方3體系成膠性能分別弱于配方2和配方4體系，說明在聚合物相同的情況下，酚醛類交聯(lián)劑抗鹽性優(yōu)于有機(jī)鉻類交聯(lián)劑。且配方1和配方3體系成膠性能分別弱于配方2和配方4體系，說明在交聯(lián)劑相同的情況下，聚合物KYPAM抗鹽性優(yōu)于聚合物HPAM。

因此，KYPAM+酚醛交聯(lián)劑體系在鹽水環(huán)境中的成膠性能最好。在鹽水礦化度為23×104mg/L環(huán)境下，其成膠體系黏度能維持在3 700 mPa·s左右。因此，選用配方4為基礎(chǔ)配方，對其進(jìn)一步優(yōu)化，以得到能更好適應(yīng)油藏環(huán)境的弱凝膠體系。

3　抗鹽弱凝膠體系配方優(yōu)化

3.1　聚合物濃度的優(yōu)選

試驗保持酚醛類交聯(lián)劑濃度為200 mg/L，改變聚合物KYPAM的濃度，聚合物濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響見圖3。

圖3　聚合物濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響

由圖3可知，在油藏溫度下，隨著聚合物濃度增加，成膠時間縮短，成膠黏度增加。聚合物濃度在1 300 mg/L以下時，體系成膠時間過長，體系黏度較低。聚合物濃度在1 600 mg/L以上時，成膠黏度上升緩慢。因此，選擇聚合物KYPAM適宜的濃度為1 300～1 600 mg/L。

3.2　交聯(lián)劑濃度優(yōu)選

試驗保持聚合物濃度為1 500 mg/L，改變交聯(lián)劑濃度(50～300 mg/L)，交聯(lián)劑濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響規(guī)律見圖4。

圖4　交聯(lián)劑濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響

由圖4可知，隨著交聯(lián)劑濃度增加，體系成膠時間縮短，成膠黏度增加。交聯(lián)劑濃度低于100 mg/L時體系無法成膠，濃度過高則體系成膠后容易脫水，穩(wěn)定性不好。因此，選擇交聯(lián)劑最佳濃度為200 mg/L。

3.3　促凝劑濃度的優(yōu)選

采用酚醛類交聯(lián)劑，弱凝膠成膠時間較慢。添加促凝劑可改變體系成膠時間，使得弱凝膠具有合適的成膠時間。試驗保持聚合物濃度為1 500 mg/L，交聯(lián)劑濃度為200 mg/L，改變促凝劑的濃度，不同濃度的促凝劑對體系成膠性能的影響見圖5。

圖5　促凝劑濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響

由圖5可以看出，隨著促凝劑濃度的增加，體系成膠時間縮短。促凝劑濃度在100 mg/L以上時，其對體系的成膠黏度具有較大影響，且成膠時間過短。促凝劑濃度在100 mg/L以內(nèi)時，成膠時間較長，綜合考慮成膠時間和成膠黏度，選擇促凝劑的最佳濃度為100 mg/L。

3.4　除氧劑濃度的優(yōu)選

試驗保持聚合物濃度為1 500 mg/L，交聯(lián)劑濃度為200 mg/L，促凝劑的濃度為100 mg/L，改變除氧劑濃度，不同濃度的除氧劑對體系成膠性能的影響見圖6。

圖6　除氧劑濃度對弱凝膠體系成膠性能的影響

由圖6可知，雖然加入除氧劑會降低成膠黏度，但能增強(qiáng)體系的穩(wěn)定性。當(dāng)除氧劑濃度為 100 mg/L時，體系成膠黏度高，形成的凝膠體系穩(wěn)定性最好。當(dāng)除氧劑濃度大為200 mg/L 時，除氧劑對體系成膠性能影響較大，因此，選擇除氧劑的最佳濃度為 100 mg/L。

3.5　弱凝膠體系配方組成

通過配方試驗優(yōu)選，得到適合于獅子溝N1油藏調(diào)驅(qū)所用弱凝膠體系適宜的配方為：梳形聚合物KYPAM(1 300～1 600 mg/L)+酚醛交聯(lián)劑(200 mg/L)+促凝劑(100 mg/L)+除氧劑(100 mg/L)。

4　弱凝膠體系性能評價

4.1　抗鹽性評價

對于油藏的高礦化度環(huán)境，弱凝膠體系應(yīng)具有良好的適應(yīng)性，才能滿足調(diào)驅(qū)的需求。試驗將成膠后的弱凝膠放置于地層水中浸泡，再放置在油藏溫度(50 ℃)下的恒溫箱中，在不同時刻取出測定體系黏度和體積,其結(jié)果見圖7。

圖7　鹽水浸泡對弱凝膠性能的影響

由圖7可以看出，將成膠后的弱凝膠體系放入地層水中，體系黏度和體積都會不斷下降。當(dāng)浸泡時間達(dá)到100 d時，凝膠體系的黏度為4 215 mPa·s，體積保留率為50%，表明凝膠體系抗鹽性良好，在高礦化度環(huán)境中能保持較好的穩(wěn)定性。

4.2　抗剪切性評價

在弱凝膠調(diào)驅(qū)過程中，聚合物存在剪切降解的可能性。剪切會使聚合物分子鏈斷裂，影響體系的成膠強(qiáng)度，使其穩(wěn)定性變差，因此，有必要對凝膠體系的抗剪切性能進(jìn)行評價，其試驗結(jié)果見表2。

表2　弱凝膠體系溶液剪切對成膠性能的影響

從表2可看出,剪切后的弱凝膠體系成膠黏度有所降低，成膠時間略有延遲，但總體上影響不大。因此，該弱凝膠體系具有良好的抗剪切性。

4.3　巖心流動驅(qū)替試驗評價

在試驗中，先將兩根填砂管分別飽和水并測定滲透率，再飽和油后進(jìn)行水驅(qū)，計算含油飽和度以及水驅(qū)原油采收率，然后注入0.5 PV的弱凝膠，進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，測定調(diào)驅(qū)前后的相對產(chǎn)水量和產(chǎn)液量，計算吸水剖面改善率和最終原油采收率。試驗結(jié)果見表3。

表3　巖心流動驅(qū)替試驗結(jié)果

表3的結(jié)果表明，弱凝膠的注入對高滲透產(chǎn)生了有效封堵，使得低滲層的動用程度更高，剖面改善率達(dá)94.4%。弱凝膠調(diào)驅(qū)后，原油采收率進(jìn)一步提高，低滲層的提高采收率幅度比高滲層的更大。

5　結(jié)論

在高礦化度油藏環(huán)境下，梳形聚合物KYPAM抗鹽性好于聚合物HPAM，酚醛類交聯(lián)劑抗鹽性好于有機(jī)鉻類交聯(lián)劑。針對獅子溝N1油藏，弱凝膠體系適宜的配方為KYPAM (1 300～1 600 mg/L) +200 mg/L酚醛類交聯(lián)劑+100 mg/L促凝劑+100 mg/L除氧劑。該弱凝膠體系有很好的抗鹽性和抗剪切性，并且封堵能力強(qiáng)，能很好的調(diào)整吸水剖面，改善地層非均質(zhì)性，可以大幅度的提高采收率。

[1]安玉華,周隆超,康楠,等. 抗鹽弱凝膠調(diào)驅(qū)體系性能評價[J]. 石油化工應(yīng)用,2013,32(9):22-24.

[2]于志省,夏燕敏,李應(yīng)成. 耐溫抗鹽丙烯酰胺系聚合物驅(qū)油劑最新研究進(jìn)展[J]. 精細(xì)化工,2012,29(5):417-424,442.

[3]張還恩,呂茂森,張金鈴,等. 耐溫抗鹽的醛交聯(lián)聚合物弱凝膠成膠時間的控制[J]. 油田化學(xué),2003,20(2):152-153.

[4]陳鐵龍,侯天江,趙繼寬,等. 高礦化度下影響弱凝膠調(diào)驅(qū)劑性能因素的研究[J]. 油田化學(xué),2003,20(4):351-353,367.

[5]何啟平,施雷庭,郭智棟,等. 適合高溫高礦化度油藏的弱凝膠體系研究[J]. 鉆采工藝,2011,34(2):79-82,117-118.