中高溫低滲透油藏深部調(diào)剖凝膠體系的制備*

趙建波，周志軍，王彥新，郭雨仙，崔星

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江大慶163453）

科研與開發(fā)

中高溫低滲透油藏深部調(diào)剖凝膠體系的制備*

趙建波1，周志軍1，王彥新1，郭雨仙1，崔星

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；2.大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江大慶163453）

基于大慶油田中高溫低滲透油藏地質(zhì)開發(fā)特點(diǎn)，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地分析了復(fù)合有機(jī)鉻凝膠體系各個(gè)組分對(duì)成膠過程的影響情況，優(yōu)選配方，并對(duì)其作出性能評(píng)價(jià)。研究表明，通過組分含量調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)對(duì)凝膠體系的成膠控制，優(yōu)選凝膠體系均表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性、抗剪切性和有效封堵高滲透層的性能。

深部調(diào)剖；復(fù)合有機(jī)鉻交聯(lián)凝膠；組分優(yōu)化；性能評(píng)價(jià)

大多數(shù)注水開發(fā)油藏隨著含水率的上升，低效水循環(huán)效應(yīng)增強(qiáng)，采收率逐步降低，水井深部調(diào)剖作為高含水油田提高采收率的重要技術(shù)，已經(jīng)在石油生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[1-4]，用于深部調(diào)剖的凝膠體系越來越多的受到石油工作者的關(guān)注[5，6]。針對(duì)大慶油田中高溫低滲透油藏的地質(zhì)開發(fā)特點(diǎn)，配制適應(yīng)性調(diào)剖凝膠，并對(duì)凝膠體系不同組分含量對(duì)其成膠過程的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析和優(yōu)化，對(duì)優(yōu)選凝膠體系的調(diào)剖性能做出了評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品和儀器

聚合物主劑選用HPAM（2500萬分子量，固含量91%，水解度23.4%）；交聯(lián)劑為復(fù)合有機(jī)鉻交聯(lián)劑溶液（有效成分含量26.6%，實(shí)驗(yàn)室自制）；凝膠助劑（實(shí)驗(yàn)室自制）。實(shí)驗(yàn)用水為經(jīng)過處理的實(shí)際油藏地層采出污水。實(shí)驗(yàn)用油為油藏原油經(jīng)脫水后與一定比例的煤油配制成的模擬油。

磁力攪拌器；布氏粘度計(jì)（美國AMETEK集團(tuán)公司）；電子天平（感量0.01g）；電熱恒溫干燥箱；HAKKE RS6000旋轉(zhuǎn)流變儀（德國HAAKE公司）；實(shí)驗(yàn)巖心為不同滲透率的人造巖心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)基礎(chǔ)配方：2500萬分子量聚合物主劑1000～4000mg·L-1+交聯(lián)劑0.4%～1.4%+凝膠助劑0.2%～1.0%，配制不同組分含量的凝膠體系，通過各個(gè)體系的成膠情況對(duì)凝膠調(diào)剖體系組分進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)集中評(píng)價(jià)優(yōu)選調(diào)剖凝膠體系的調(diào)剖性能。實(shí)驗(yàn)溫度為模擬油層溫度80℃。

2 結(jié)果及分析

2.1 聚合物濃度對(duì)體系成膠性能的影響

在一定的交聯(lián)劑和凝膠助劑濃度條件下，對(duì)比1000～4000mg·L-1的HPAM濃度范圍內(nèi)的凝膠體系成膠情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同聚合物濃度下凝膠體系的成膠情況表Tab.1Gelatinization of gel systems at different polymer concentrations

從表1可以看出，聚合物濃度從1000mg·L-1增加到3000mg·L-1時(shí)，凝膠強(qiáng)度從31921mPa·s增加到83127mPa·s，再增加聚合物的濃度時(shí)凝膠強(qiáng)度增加幅度有所降低，考慮到其初凝粘度較大而在地層中流動(dòng)性差以及初凝時(shí)間較短等因素，不利于深度調(diào)剖應(yīng)用，為了滿足對(duì)高滲層的有效封堵，考慮到目標(biāo)油層低滲透率的實(shí)際情況，應(yīng)優(yōu)選用HPAM聚合物濃度為2000～3000mg·L-1之間。

2.2 交聯(lián)劑濃度對(duì)體系成膠性能的影響

為了定量研究復(fù)合有機(jī)鉻交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠體系的影響情況，以3000mg·L-1的聚合物溶液為母液，配制不同濃度復(fù)合有機(jī)鉻的交聯(lián)凝膠體系，不同交聯(lián)劑用量下凝膠體系的成膠情況見圖1。

圖1 交聯(lián)劑濃度對(duì)初凝粘度和成膠強(qiáng)度的影響Fig.1Effect of crosslinker concentration on initial gelling viscosity and gel strength

由圖1可以看出，在聚合物濃度2000mg·L-1條件下交聯(lián)劑濃度以1%為分界線，在0.6%～1%濃度范圍內(nèi)體系成膠粘度增加明顯，初凝粘度較低（2196mPa·s），大于1%后體系的成膠強(qiáng)度增加緩慢，但初凝粘度增加明顯。由于交聯(lián)劑濃度對(duì)體系成膠性能的影響與HPAM濃度有很大關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2000mg·L-1濃度HPAM聚合物所對(duì)應(yīng)的交聯(lián)劑最佳濃度為1.2%。

2.3 凝膠助劑濃度對(duì)體系成膠性能的影響

以3000mg·L-1的聚合物+1%交聯(lián)劑溶液的聚交配方配制不同助劑濃度的凝膠體系，對(duì)比其成膠情況的不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 凝膠助劑含量與體系成膠情況的關(guān)系Tab.2Relationship between the content of gel additives and gelatinization of gel systems

從表2可以看出，隨助劑濃度增加，體系初凝時(shí)間得到了有效的延長，初凝粘度也隨之增大。當(dāng)凝膠助劑濃度由0.4%增加至1.0%時(shí)，初凝時(shí)間由43h增加為69h，初凝粘度增長了37%。隨著凝膠助劑含量的增加，復(fù)合交聯(lián)體系成膠強(qiáng)度度也隨之增大。當(dāng)助劑濃度超過0.8%時(shí)體系強(qiáng)度增加幅度減小。因此認(rèn)為，雖然凝膠助劑的加入有利于體系的成膠，但并非越多越好，其含量應(yīng)該控制在0.6%～0.8%范圍內(nèi)。

3 性能評(píng)價(jià)

采用大慶油田中高溫油藏采出水按照優(yōu)選凝膠體系配方要求在恒溫80℃條件下配制凝膠體系（見表3），并對(duì)其調(diào)剖施工的凝膠性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 優(yōu)選凝膠體系配方實(shí)驗(yàn)表Tab.3Optimized gel system formulations table

3.1 熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

采用表3中優(yōu)化凝膠體系在模擬地層溫度條件下通過定期測(cè)定體系的膠凝強(qiáng)度變化，對(duì)優(yōu)選凝膠體系熱穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。

圖2 80℃下優(yōu)化凝膠體系強(qiáng)度和時(shí)間的變化關(guān)系Fig.2Relationship between gel strength of optimized systems and time at 80℃

實(shí)驗(yàn)表明，通過組分優(yōu)化優(yōu)選的兩種凝膠體系熱穩(wěn)定性良好，在恒溫80℃環(huán)境下3個(gè)月內(nèi)凝膠強(qiáng)度均保持在合理的強(qiáng)度范圍內(nèi)，120d后凝膠體系凝膠體系無明顯的脫水現(xiàn)象，強(qiáng)度均在50000mPa·s以上，能達(dá)到礦場調(diào)剖施工要求。

3.2 抗剪切性能

為了研究復(fù)合交聯(lián)體系抗剪切性能，使用HAKKE流變儀在模擬油藏流速條件下（21s-1剪切速率）下觀察體系切應(yīng)力變化的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 優(yōu)選凝膠體系剪切應(yīng)力與剪切時(shí)間的關(guān)系圖Fig.3Relationship between the shear stress and the shear time of the gel systems

從圖3中可以看出，在21s-1的恒定剪切速率下編號(hào)1體系的穩(wěn)態(tài)值約為5.0，編號(hào)2的穩(wěn)態(tài)值約為4.4，其對(duì)應(yīng)的最大切應(yīng)力分別為5.2Pa和4.7Pa，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所施加的切應(yīng)力導(dǎo)致凝膠體系被迫產(chǎn)生快速彈性形變，在這個(gè)過程中，剪切應(yīng)力出現(xiàn)峰值，當(dāng)凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被強(qiáng)制剪切破壞后，應(yīng)力逐漸降低（直至平衡值）。結(jié)果表明這兩種凝膠體系的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，具有一定的抗剪切性能。

3.3 封堵率實(shí)驗(yàn)

在一定的注入壓力下，通過向雙管并聯(lián)巖心中注入優(yōu)選出的凝膠調(diào)剖體系0.6PV，測(cè)量兩種不同滲透率巖心在注入調(diào)剖體系前后滲透率值，計(jì)算優(yōu)選出凝膠調(diào)剖體系對(duì)雙管并聯(lián)巖心的封堵率。

表4 巖心封堵率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表Tab.4Experimental data on core plugging ratio

實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)選出兩種調(diào)剖凝膠體系對(duì)高滲巖心的封堵率均達(dá)到85%以上，對(duì)低滲巖心的封堵控制在了5%以內(nèi)，這除了在實(shí)驗(yàn)的過程中控制合理注入壓力之外，還得益于這兩種凝膠體系的初始粘度較小，優(yōu)選凝膠體系能有效封堵高滲層，對(duì)低滲層的影響不大，實(shí)現(xiàn)較好的調(diào)剖效果。

4 結(jié)論

（1）復(fù)合有機(jī)鉻交聯(lián)凝膠體系的成膠性能通過組分優(yōu)化控制可以實(shí)現(xiàn)達(dá)到成膠粘度可控，初凝時(shí)間和成膠時(shí)間可調(diào)，能夠滿足中高溫低滲透油藏的深部調(diào)剖要求。

（2）優(yōu)選凝膠體系均表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性、抗剪切性和有效封堵高滲透層的性能。

（3）優(yōu)選調(diào)剖體系配方為HPAM濃度2000～3000mg·L-1，復(fù)合有機(jī)鉻交聯(lián)劑濃度1.0%～1.2%，凝膠助劑0.6%～0.8%。

［1］王充.懸浮凝膠顆粒復(fù)合調(diào)堵劑研究與應(yīng)用［J］.化學(xué)工程師，2017，（1）：61-65．

［2］趙曉非，楊明全，章磊，等.油田深部調(diào)剖技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.化工科技，2015，（5）：75-79．

［3］紀(jì)朝鳳，葛紅江.調(diào)剖堵水材料研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.石油鉆采工藝，2002，（1）：54-57+85．

［4］李宇鄉(xiāng)，唐孝芬，劉雙成.我國油田化學(xué)堵水調(diào)剖劑開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.油田化學(xué)，1995，（1）：88-94．

［5］戴彩麗，趙娟，姜漢橋，等.延緩交聯(lián)體系深部調(diào)剖性能的影響因素［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，（1）：149-152 +159．

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Research on in-depth profile control gel system for moderate-high temperature and Low-permeability reservoir*

ZHAO Jian-bo1,ZHOU Zhi-jun1,WANG Yan-xin1,GUO Yu-xian1,CUI Xing2
（1.Education Ministry of China for Enhanced Oil and Gas Recovery,Northeast Petroleum University,Daqing 163318，China; 2.Daqing Logging&Testing Services Branch,Daqing 163453,China）

Based on the development behaviors of geological characteristics in moderate-high temperature and low-permeability reservoir of Daqing oilfield,the effects of various components of Composite organic chrome gelation system on the gelation process of deep profile controlling were systematically analyzed by laboratory experiments.Then the formulas were optimized,and their performance were evaluated further.The results show that the desired gelling effect can be achieved by optimizing components of gel system.The optimal gel system showed good performance,such as the good thermal stability,shearing resistance and the effective plugging high permeable strata.

in-depth profile control;composite organic chrome gelation;composition optimization;performance assessing

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170801

2017-07-01

國家重大科技專項(xiàng)（2016ZX05012-002-006）；黑龍江省自然科學(xué)基金（E201333）；提高油氣采收率原理與技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（No.2009td08）

趙建波（1990-），男，河北邢臺(tái)人，在讀碩士研究生，就讀于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)理論與技術(shù)和提高采收率相關(guān)研究。

周志軍（1966-），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，1990年獲大慶石油學(xué)院油藏工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2003年獲東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)博士學(xué)位，主要從事油氣田開發(fā)方面的科研和教學(xué)工作。