淀粉膠體系調(diào)剖性能的影響因素

劉光普 劉述忍 李翔 徐國(guó)瑞 楊勁舟 劉豐鋼

1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部；2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司

以注水開(kāi)發(fā)為主要方式的二次采油技術(shù)會(huì)造成油井含水居高不下，采收率低，而深部調(diào)剖技術(shù)在老油田的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)中起到了非常重要的作用［1-3］。 深部調(diào)剖技術(shù)通過(guò)改變注水井的吸水剖面，縱向上控制高滲透層過(guò)高的吸水能力，從而提高低滲透層的吸水能力，啟動(dòng)未動(dòng)用儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大波及體積、提高采收率的目的［4-6］。筆者以渤海SZ36-1儲(chǔ)層和流體為模擬對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及確定淀粉膠體系范圍，對(duì)基于淀粉膠的調(diào)剖體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)［7-9］，再進(jìn)行室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，得出調(diào)剖體系的優(yōu)化配方，提高采收率效果顯著。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

調(diào)剖劑配制和儲(chǔ)存儀器設(shè)備為Waring混調(diào)器、電子天平、燒杯和水浴鍋等，使用哈克RS6000流變儀測(cè)試調(diào)剖劑黏度。巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)設(shè)備為多功能巖心驅(qū)替裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

交聯(lián)劑JLJ，有效含量100%，淄博中森化工；引發(fā)劑YFJ-L，有效含量100%，天津恒興化學(xué)試劑制造公司；丙烯酰胺HSG-B，有效含量98%，無(wú)水硫酸鈉WDJ，有效含量97%，天津大茂化學(xué)試劑廠；羥丙基淀粉DF-1和DF-2，有效含量為100%，石家莊利達(dá)淀粉廠。

實(shí)驗(yàn)用油黏度45 mPa·s，由SZ36-1油田脫氣原油與煤油按比例1∶3混合；實(shí)驗(yàn)用水為SZ36-1油田注入水，總礦化度9 950.8 mg/L，Na++K+含量3093.2 mg/L，Mg2+含量 305.5 mg/L，Ca2+含量 275.6 mg/L，Cl–含量 5 879.7 mg/L，含量 85.3 mg/L，含量311.5 mg/L。實(shí)驗(yàn)用黏土礦物為模擬目的油藏礦物比例組成混合物，其中蒙脫土、伊利土和高嶺土含量為3.26%、81.52%和15.22%。

實(shí)驗(yàn)用巖心為縱向非均質(zhì)人造巖心，由石英砂與環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)而成，4.5 cm×4.5 cm×30 cm。巖心包括高中低3個(gè)滲透層，各個(gè)小層滲透率分別為500 mD、1 500 mD、6 000 mD。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)溫度為油藏實(shí)際溫度65 ℃。為了考察淀粉濃度、無(wú)水亞硫酸鈉、頂替段塞、交聯(lián)劑和引發(fā)劑對(duì)淀粉體系調(diào)剖效果的影響，設(shè)計(jì)了10種方案，如表1所示。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將巖心抽真空飽和地層水，計(jì)算孔隙度；（2）連接實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試其密封性；（3）飽和油，建立束縛水飽和度，老化24 h；（4）水驅(qū)油至含水率達(dá)98%以上，計(jì)算采收率；（5）根據(jù)濃度平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，按10種方案分別注入相應(yīng)的體系；（6）后續(xù)水驅(qū)，直至含水率為98%以上，計(jì)算最終采收率。

表1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)Table 1 Design of experimental program

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 淀粉成膠時(shí)間與黏度的關(guān)系

羥丙基淀粉溶液黏度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系見(jiàn)圖1，可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，基液黏度接近，隨羥丙基淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，其溶液黏度增加。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)2%后，黏度增加速率明顯加快；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，樣品DF-1及DF-2溶液黏度均有較大幅度的提升，DF-2溶液黏度明顯小于DF-1的值，表現(xiàn)出較好注入能力。

圖1 羥丙基淀粉溶液黏度與濃度的關(guān)系Fig.1 Relationship of hydroxypropyl starch viscosity vs.concentration

采用羥丙基淀粉樣品DF-1和DF-2，按照表1配方配制封堵劑溶液：4%改性淀粉+4%丙烯酰胺+0.036%交聯(lián)劑+0.012%引發(fā)劑+0.002%無(wú)水硫酸鈉，其成膠時(shí)間和黏度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 調(diào)剖劑黏度測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Viscosity test of profile control agent

從表2分析可知，DF-1配制封堵劑初始黏度大于DF-2的值，但二者成膠時(shí)間差別不大，成膠強(qiáng)度都較大，因此選擇DF-2進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及文獻(xiàn)表明［10］，丙烯酰胺濃度對(duì)成膠時(shí)間影響最大，然后依次是引發(fā)劑濃度和交聯(lián)劑濃度。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，凝膠體系成膠時(shí)間過(guò)短會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)注入困難，導(dǎo)致井筒堵塞等問(wèn)題的發(fā)生，因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要考慮地層溫度及地層流體性質(zhì)。以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)為依據(jù)初步確定調(diào)剖體系配方組成：3%～4%羥丙基淀粉+3%～6%丙烯酰胺+0.029%～0.054%交聯(lián)劑+0.01%～0.018%引發(fā)劑+0～0.002%無(wú)水硫酸鈉。

2.2 淀粉濃度對(duì)體系性能的影響

方案1～4的含水率變化、注入壓力曲線見(jiàn)圖2、圖3，最終采收率數(shù)據(jù)見(jiàn)表3?？梢钥闯?，一次水驅(qū)曲線變化一致，較短時(shí)間內(nèi)含水率達(dá)到98%，說(shuō)明已在高滲層形成了竄流通道，在水驅(qū)階段，隨注入量增加，注入壓力減小，含水率上升，采收率增加。在調(diào)剖劑注入過(guò)程中，隨注入量增加，注入壓力大幅上升，含水率、采收率變化不大。

將單因素分析中P值<0.1的因素(年齡≥60歲、腹痛、背痛、食欲減退、AKP、GLU、CEA≥5 ng/ml、CA19-9≥37 U/ml、病灶邊界不清、囊壁厚度>2 mm、壁結(jié)節(jié)、無(wú)分隔及主胰管擴(kuò)張)納入預(yù)測(cè)MCN-IC的多因素logistic回歸分析，結(jié)果顯示年齡≥60歲、腹痛、CA19-9≥37 U/ml、病灶邊界不清、壁結(jié)節(jié)、無(wú)分隔是MCN-IC的預(yù)測(cè)因子(表5)。

在后續(xù)水驅(qū)階段，隨注入量增加，注入壓力明顯降低，含水率先降后升，采收率增加較少，與相同條件下聚合物凝膠（0.075 PV Cr3+聚合物凝膠調(diào)剖劑，聚合物有效含量88.5%，分子量1 000萬(wàn)，交聯(lián)劑有機(jī)鉻有效物質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5%，CP=4 000 mg/L，聚、Cr3+配比180∶1，候凝12 h）相比較（圖4），后續(xù)水驅(qū)階段調(diào)剖劑注入壓力明顯降低，表明3%淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下組成的調(diào)剖劑體系在多孔介質(zhì)內(nèi)成膠和封堵效果較差，未能實(shí)現(xiàn)調(diào)剖和液流轉(zhuǎn)向目標(biāo)。

圖2 方案1～4含水率與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.2 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 1-4

圖3 方案1～4注入壓力與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.3 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 1-4

表3 方案1～10的最終采收率數(shù)據(jù)Table 3 Ultimate recovery factor of Programs 1-10

圖4 不同濃度Cr3+凝膠注入壓力與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.4 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume at different concentrations of Cr3+ gel

采用調(diào)剖劑原優(yōu)化配方未能達(dá)到預(yù)期成膠和封堵效果，故需要對(duì)調(diào)剖劑配方組成進(jìn)行調(diào)整，采用方案5將淀粉含量由3%提升為4%，從表3可以看出，提高淀粉含量后，調(diào)剖劑成膠和封堵效果明顯提高，采收率增幅大幅度提高。

2.3 無(wú)水亞硫酸鈉及頂替段塞對(duì)體系性能的影響

在調(diào)剖劑中加入無(wú)水亞硫酸鈉可以起到除氧、殺菌的作用，有效減緩調(diào)剖體系受氧化降解的影響。調(diào)整調(diào)剖劑組成和段塞組合后（方案6、7），采收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。進(jìn)一步分析表明，在方案6和方案5中保持其他組分相同，只是改變無(wú)水亞硫酸鈉濃度，結(jié)果二者成膠效果存在較大差異。此外，對(duì)比方案5和方案7可知，兩個(gè)方案調(diào)剖劑組成和段塞尺寸都相同，只是方案7采用了聚合物溶液作為頂替段塞，采收率增幅較大。由此可見(jiàn)，聚合物溶液頂替段塞可以改善堵調(diào)剖劑的調(diào)剖效果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率與注入量關(guān)系見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 方案5～7注入壓力與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 5-7

圖6 方案5～7含水率與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.6 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 5-7

從圖5和圖6可以看出，方案5與方案6相比較，在調(diào)剖劑注入過(guò)程中二者最高壓力幾乎相同，但后續(xù)水驅(qū)階段前者注入壓力明顯高于后者，表明無(wú)水亞硫酸鈉有利于改善調(diào)剖劑成膠效果。方案5與方案7相比較，調(diào)剖劑組成和段塞尺寸都相同，但后者使用聚合物溶液頂替段塞將調(diào)剖劑推入巖心高滲透層深部，封堵距離增加，后續(xù)注入水提前轉(zhuǎn)向，增大了對(duì)中低滲透層波及體積，進(jìn)而采收率增幅增大。由此可見(jiàn)，適當(dāng)增加調(diào)剖劑封堵距離可以提高封堵增油效果。

2.4 交聯(lián)劑和引發(fā)劑濃度對(duì)體系調(diào)剖性能的影響

在淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%條件下，改變調(diào)剖劑中交聯(lián)劑和引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)調(diào)剖效果影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，隨調(diào)剖劑中各組成濃度增加，調(diào)剖劑成膠效果提高，采收率增幅增加。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率與注入量關(guān)系見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 方案8～10注入壓力與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.7 Relationship of injection pressure vs.injection pore volume in Programs 8-10

圖8 方案8～10含水率與注入孔隙體積倍數(shù)關(guān)系Fig.8 Relationship of water cut vs.injection pore volume in Programs 8-10

從圖7、圖8可以看出，隨調(diào)剖劑各組分濃度增加，不僅調(diào)剖劑注入階段壓力增加，而且后續(xù)水驅(qū)階段壓力也保持在較高水平。分析表明，在幾個(gè)調(diào)剖劑配方中，方案8的注入壓力、后續(xù)水驅(qū)壓力都明顯低于方案5、方案9和方案10，因而液流轉(zhuǎn)向效果較差，采收率增幅較小。分析原因認(rèn)為，當(dāng)改性淀粉濃度較高時(shí)，由于分子之間交聯(lián)反應(yīng)而形成剛性鏈，柔性鏈（丙烯酰胺AM鏈）數(shù)量減小，調(diào)剖劑柔韌性減弱，黏附能力降低。隨丙烯酰胺（AM）濃度增加，除改性淀粉分子與AM分子間發(fā)生交聯(lián)外，多余AM分子間也發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，由于AM鏈剛性較差，使得調(diào)剖劑強(qiáng)度降低。因此，只有當(dāng)?shù)矸叟c丙烯酰胺配比等于1∶1時(shí)，各組分作用才能充分發(fā)揮。淀粉對(duì)調(diào)剖劑強(qiáng)度起到?jīng)Q定性因素。從采收率增幅和藥劑成本角度考慮，方案5采收率增幅效果最好且成本較低。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)調(diào)剖實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選了適用于SZ36-1油田的淀粉膠體系為：4%淀粉+4%丙烯酰胺+0.036%交聯(lián)劑+0.012%引發(fā)劑+0.002%無(wú)水亞硫酸鈉，采收率增幅達(dá)到22.1%。

（3）調(diào)剖劑未成膠前在高滲層中具有較好的流動(dòng)能力，在成膠時(shí)間范圍內(nèi)能夠有效運(yùn)移到油藏深部，實(shí)現(xiàn)對(duì)竄流通道的封堵。

（4）淀粉膠調(diào)剖劑相比于其他常規(guī)調(diào)剖劑具有良好的封堵選擇性，能優(yōu)先封堵高滲竄流通道，減少對(duì)低滲透層的污染，提高波及面積及低滲區(qū)采收率。

（5）淀粉膠成膠后抗沖刷能力強(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間封堵油藏中的竄流通道，從而延長(zhǎng)見(jiàn)效周期。

參考文獻(xiàn)：

［1］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，2002，24（1）：54-57.JI Chaofeng, GE Hongjiang.Research status and development trend of profile control water blocking materials［J］.Oil Drilling & Production Technology,2002, 24(1): 54-57.

［2］曹功澤，侯吉瑞，岳湘安，莊緒超，鐵磊磊.改性淀粉-丙烯酰胺接枝共聚調(diào)堵劑的動(dòng)態(tài)成膠性能［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（5）：72-74.CAO Gongze, HOU Jirui, YUE Xiangan, ZHUANG Xuchao, TIE Leilei.Gel performance of modified starch graft copolymer shutoff agent ［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2008, 15(5): 72-74.

［3］楊立民，侯吉瑞，宋新民.低溫低滲透砂巖油藏竄流大孔道深部封堵技術(shù)研究［J］.油田化學(xué)，2006，23（4）：337-340.YANG Limin, HOU Jirui, SONG Xinmin.Plugging indepth macroporous flowage channels in low permeability and low temperature sandstone reservoirs［J］.Oilfield Chemistry, 2006, 23(4): 337-340.

［4］李金發(fā)，齊寧，張琪，曲占慶.大劑量多段塞深度調(diào)驅(qū)技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2007，29（2）：76-78.LI Jinfa, QI Ning, ZHANG Qi, QU Zhanqing.Research on large dose multi-block deep profile control and oil displacement technique［J］.Oil Drilling & Production Technology, 2007, 29(2): 76-78.

［5］尹相文，夏凌燕，劉承杰，呂西輝.堵劑井間定位放置深部調(diào)剖優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用［J］.特種油氣藏，2014，21（2）：141-143.YIN Xiangwen, XIA Lingyan, LIU Chengjie, LYU Xihui.Optimization and application of deep profile adjustment in blocking placement ［J］.Special Oil & Gas Reservoirs,2014, 21(2): 141-143.

［6］李粉麗，侯吉瑞，劉應(yīng)輝，呂鑫.改性淀粉強(qiáng)凝膠堵劑的研制［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2007，26（2）：80-82.LI Fenli, HOU Jirui, LIU Yinghui, LYU Xin.Preparation for strong gels plugging agent of modified starch［J］.Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2007, 26(2): 80-82.

［7］唐孝芬，李紅艷，劉玉章，劉戈輝，李紅艷，胡頻.交聯(lián)聚合物凍膠調(diào)堵劑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法［J］.石油鉆采工藝，2004，26（2）：49-53.TANG Xiaofen, LI Hongyan, LIU Yuzhang, LIU Gehui,LI Hongyan, HU Pin.Performance evaluation indexes and measures of cross - linked polymer gel for water shutoff and profile control［J］.Oil Drilling & Production Technology, 2004, 26(2): 49-53.

［8］趙仁保，岳湘安，張秋紅.淀粉-丙烯酰胺低質(zhì)量分?jǐn)?shù)接枝共聚反應(yīng)及產(chǎn)物的流變特性［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（3）：82-84.ZHAO Renbao, YUE Xiangan, ZHANG Qiuhong.Graft copolymerization of acrylamide and starch at low concentration and rheologicai properties of the product［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 2008,15（3）: 82-84.

［9］李補(bǔ)魚，郎學(xué)軍，熊玉濱.SPA淀粉接枝共聚物調(diào)剖調(diào)剖劑性能研究［J］.油田化學(xué)，1998，15（3）：241-244.LI Buyu, LANG Xuejun, XIONG Yubin.Performance properties of starch/acrylamide craft copolymer based aqueous gel as water shutoff/ profile modification agent［J］.Oilfield Chemistry, 1998, 15(3): 241-244.

［10］王婷婷，曹偉佳，盧祥國(guó).半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠黏度及其影響因素［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2016，29（5）：70-76.WANG Tingting, CAO Weijia, LU Xiangguo.Experimental research on viscosity performance and influencing factors of semi-interpenetrating networks ［J］.Journal of Petrochemical Universities, 2016, 29(5): 70-76.