弱凝膠/預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合調(diào)驅(qū)室內(nèi)評價

陳 哲，徐 鵬

(1.延長石油集團有限責(zé)任公司子長采油廠，陜西延安 717300；2.延長石油股份有限公司南泥灣采油廠，陜西延安 716000)

目前我國大多數(shù)油藏都進入水驅(qū)開發(fā)中后期，油井出水是油田開發(fā)中普遍存在的問題[1]。油田進入高含水期或特高含水期后，提高采收率的常用途徑是擴大注水波及體積和提高洗油效率[2-3]。目前，油田常用的深部調(diào)驅(qū)劑主要有無機水泥類調(diào)驅(qū)劑、樹脂類調(diào)驅(qū)劑、泡沫類調(diào)驅(qū)劑、凝膠類調(diào)驅(qū)劑、凍膠類調(diào)驅(qū)劑等[4]，通常弱凝膠調(diào)驅(qū)是改善油井出水的有效技術(shù)手段[5-6]，常規(guī)聚合物凝膠調(diào)堵劑由聚合物干粉+交聯(lián)劑+水組成，這類調(diào)堵劑是全球用量最大的調(diào)堵劑類型[7]。但由于弱凝膠強度有限，當(dāng)遇到大孔道或者裂縫時，在后續(xù)水驅(qū)作用下仍不能較好地實現(xiàn)液流改向。因此本文考慮通過弱凝膠/預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合調(diào)驅(qū)方式對存在大孔道或者裂縫的油藏的調(diào)驅(qū)問題進行改善。本文通過室內(nèi)研究對該復(fù)合調(diào)驅(qū)體系進行了調(diào)驅(qū)效果評價，為存在大孔道或裂縫的油藏復(fù)合調(diào)驅(qū)現(xiàn)場施工提供了理論基礎(chǔ)。

1 試驗部分

1.1 化學(xué)藥品與試驗器材

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺HPAM；交聯(lián)劑：有機鉻；原油：實測黏度為185.4 mPa·s；預(yù)交聯(lián)顆粒：膠體狀，固含量25%，由長慶油田研究院提供。

電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱：CS1013型；巖心流動恒溫裝置，溫度設(shè)定70 ℃；保溫箱：控溫范圍20～120 ℃；驅(qū)替裝置：填砂管、平流泵、壓力表、中間容器。

1.2 試驗方法

試驗方法一：對單根填砂管飽和水、飽和油、水驅(qū)油至含水98%，記錄數(shù)據(jù)之后注入弱凝膠體系或弱凝膠/預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合體系，停泵，最后進行后續(xù)水驅(qū)并記錄數(shù)據(jù)。

試驗方法二：對并聯(lián)填砂管飽和水、飽和油、水驅(qū)油至含水98%，記錄數(shù)據(jù)之后注入弱凝膠體系或弱凝膠/預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合體系，停泵，最后進行后續(xù)水驅(qū)并記錄數(shù)據(jù)。

2 驅(qū)替機理研究

弱凝膠是由低濃度的聚合物和低濃度的交聯(lián)劑(聚合物濃度通常在800～1 500 mg/L之間)形成的、以分子間交聯(lián)為主及分子內(nèi)交聯(lián)為輔的、黏度在100～10 000 mPa·s之間、具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱交聯(lián)體系。從主要以分子間交聯(lián)的特性來看，弱凝膠可被認為是稀( 弱)的本體凝膠，與本體凝膠不同，弱凝膠被認為有一定的流動性[8-10]。一方面弱凝膠具有一定的強度，能對地層中的高滲透通道產(chǎn)生一定封堵作用，使后續(xù)注入水繞流至中低滲透層，起到調(diào)剖作用；另一方面，由于交聯(lián)強度不高，弱凝膠在后續(xù)注入水的推動下在該高滲透通道中還能緩慢向地層深部移動，產(chǎn)生像聚合物驅(qū)一樣的驅(qū)油效果，這種動態(tài)的波及效果要遠遠好于固定凝膠的波及效果，從而能更大限度地擴大波及體積和提高驅(qū)油效率[11]。

預(yù)交聯(lián)顆粒中含有大量的羧基、酰胺基等吸水基團，能吸收自身重量幾倍甚至幾十倍的水，并具有良好的保水性；可在體層中滯留，并且溶脹后的凝膠是彈性體，在壓力等作用下能變形，向地層孔隙中運移，達到調(diào)剖堵水的目的[12]。

在復(fù)合調(diào)驅(qū)過程中，顆粒注入，由于其吸水膨脹作用能有效封堵大孔道，液流改向能力增加，使得后續(xù)弱凝膠能進入更深部地層進行驅(qū)替，從而達到更好的驅(qū)替效果。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 單一弱凝膠體系調(diào)驅(qū)評價

3.1.1 弱凝膠注入殘余阻力系數(shù)評價

殘余阻力系數(shù)是評價體系能否達到預(yù)期封堵效果和提高采收率效果最直接的評價方法，殘余阻力系數(shù)為填砂管原始水測滲透率與調(diào)驅(qū)后填砂管的水測滲透率之比，即

FRR=Kw/Kf

(1)

式中FRR——殘余阻力系數(shù)，mD/mD；

Kw——填砂管原始水測滲透率，mD；

Kf——調(diào)驅(qū)后填砂管的水測滲透率，mD。

試驗用兩組不同滲透率單根填砂管進行分析，填砂管基本參數(shù)見表1。

表1 殘余阻力系數(shù)測定所用填砂管參數(shù)Table 1 Parameters of sand filling pipe for measuring residual resistance coefficient

試驗采用試驗方法一，共注入0.5 PV的弱凝膠，水驅(qū)注入速度為1 mL/min，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 弱凝膠注入后水驅(qū)壓力變化Fig.1 Change of water drive pressure after weak gel injection

通過后續(xù)壓力的變化可以看出弱凝膠在地層中能夠使地層壓力得到明顯且穩(wěn)定的抬升。1號填砂管后續(xù)注水穩(wěn)定壓力為0.15 MPa左右，計算出的殘余阻力系數(shù)為9.3；2號填砂管后續(xù)注水壓力穩(wěn)定在0.06 MPa左右，計算出的殘余阻力系數(shù)為12.8。同時，1號填砂管弱凝膠調(diào)驅(qū)后出油體積為6 mL，提高采收率9.7%；2號填砂管弱凝膠調(diào)驅(qū)后出油體積為9 mL，提高采收率12.7%。說明弱凝膠體系具有良好的封堵性能和驅(qū)油效果。

3.1.2 弱凝膠調(diào)驅(qū)后填砂管吸水剖面改善率

試驗通過并聯(lián)填砂管驅(qū)替考察弱凝膠調(diào)驅(qū)的吸水剖面改善率η，η可用調(diào)驅(qū)后高低滲透層吸水比的差與調(diào)驅(qū)前高低滲透層吸水比的商表示[13]，即

η=(Qhb/Qib-Qha/Qia)/(Qhb/Qib)×100%

(2)

式中Qhb——高滲透層調(diào)驅(qū)前的吸水量，mL；

Qha——高滲透層調(diào)驅(qū)后的吸水量，mL；

Qib——低滲透層調(diào)驅(qū)前的吸水量，mL；

Qia——低滲透層調(diào)驅(qū)后的吸水量，mL。

試驗采用試驗方法二，共注入0.3 PV的弱凝膠。試驗結(jié)果見表2。

試驗結(jié)果表明，在進行弱凝膠調(diào)剖前后，填砂管的吸水能力發(fā)生了明顯變化，剖面改善率達到90%左右，而且高低滲透率的級差越大，剖面的改善

能力越明顯，說明弱凝膠體系具有很強的選擇性。巖心的滲透率級差越大，低滲透巖心進入的弱凝膠溶液越少，剖面的改善效果越好。

表2 弱凝膠調(diào)整吸水剖面能力Table 2 The ability of weak gel adjusted water absorption profile

3.2 復(fù)合調(diào)驅(qū)體系評價

當(dāng)遇到大孔道或者裂縫時，單一弱凝膠調(diào)驅(qū)體系不能有效地實現(xiàn)液流改向，因此考慮弱凝膠與預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合調(diào)驅(qū)。通過對弱凝膠/預(yù)交聯(lián)顆粒復(fù)合調(diào)驅(qū)體系評價，并與單一弱凝膠調(diào)驅(qū)效果對比，考察復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的封堵效果以及剖面的改善效果。

三十四團地處塔克拉瑪干與庫姆塔格大沙漠的夾縫中，每年六級到八級的大風(fēng)多達九次以上，因災(zāi)害造成的損失近2000萬元，惡劣的氣候與惡化的生態(tài)環(huán)境嚴重，制約著團場的發(fā)展，自2001年至今，該團共計實施退耕還林工程3.95萬畝，完成防風(fēng)治沙項目面積0.52萬畝，完成封沙育林面積九萬畝，人工種植梭梭林0.22萬畝，從2008年開始，團場每年投入200余萬元進行城鎮(zhèn)區(qū)域的綠化建設(shè)。

3.2.1 復(fù)合段塞殘余阻力系數(shù)評價

復(fù)合段塞的設(shè)計，旨在對地層大孔道進行有效封堵，應(yīng)對復(fù)雜的地層條件，通過殘余阻力系數(shù)的評價，可以直觀驗證復(fù)合段塞的封堵能力。為了能更好地與單一弱凝膠調(diào)驅(qū)體系殘余阻力系數(shù)對比，填砂管所用砂采用同一類砂體，滲透率與1、2兩組填砂管接近。填砂管參數(shù)見表3。

表3 復(fù)合調(diào)驅(qū)殘余阻力系數(shù)測定所用填砂管參數(shù)Table 3 Parameters of sand filling pipe for measuring residual resistance coefficient of compound regulating drive

試驗采用試驗方法一，先注入0.2 PV顆粒，然后注入0.5 PV弱凝膠，水驅(qū)注入速度為1 mL/min。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 復(fù)合調(diào)驅(qū)后繼續(xù)水驅(qū)壓力變化Fig.2 Change of water drive pressure continued after the compound regulating drive

從圖2可以看出，復(fù)合段塞后續(xù)水驅(qū)3號管在注入1 PV后壓力穩(wěn)定到0.38 MPa左右，殘余阻力系數(shù)為20.3；4號管注入1 PV后壓力穩(wěn)定在0.31 MPa左右，殘余阻力系數(shù)為46.4。滲透率越高，殘余阻力系數(shù)越高，說明顆粒+弱凝膠的復(fù)合段塞能有效封堵高滲層，有效提高整體注入壓力。

3.2.2 復(fù)合調(diào)驅(qū)后填砂管吸水剖面改善率

為了對比復(fù)合段塞與單一弱凝膠調(diào)驅(qū)剖面改善能力的差異，試驗采用試驗方法二考察復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的剖面改善能力。驅(qū)替過程中，注入0.2 PV的預(yù)交聯(lián)顆粒與0.3 PV的弱凝膠。試驗結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合段塞改善吸水剖面能力Table 4 The ability of composite slug in improving water absorption profile

由表4可以看出，復(fù)合調(diào)驅(qū)體系的調(diào)驅(qū)剖面改善率能達到97.0%，相比單一弱凝膠調(diào)驅(qū)能提高7.0%，而且滲透率極差越大，效果越好。

因此，對于存在明顯裂縫和較大水竄通道、單注弱凝膠難以抬升壓力的井組，應(yīng)使用復(fù)合段塞調(diào)驅(qū)進行優(yōu)化。

3.2.3 復(fù)合體系注入方式優(yōu)化

考察兩種注入方式對采收率的影響：

(1)含水90%時，先注入0.5 PV預(yù)交聯(lián)顆粒，后注入0.5 PV弱凝膠體系，再進行后續(xù)水驅(qū)至不出油，計算最終采收率。

(2)含水90%時，先注入0.5 PV弱凝膠體系，后注入0.5 PV預(yù)交聯(lián)顆粒，再后續(xù)水驅(qū)至不出油，計算最終采收率。

兩種注入方式下的采收率見表5。

表5 注入方式對采收率的影響Table 5 Effect of injection mode on recovery rate

由表5可以看出，先注入預(yù)交聯(lián)顆粒的注入方式提高采收率的幅度高于先注入凝膠的注入方式，且前者的最終采收率比后者高出5.5個百分點。

4 結(jié)論

(1)使用弱凝膠調(diào)驅(qū)，水驅(qū)殘余阻力系數(shù)為10左右，說明其具有良好的封堵性能；提高采收率10%左右，說明其具有較好的增油效果；剖面改善率達到90%，說明其剖面改善率較高。

(2)采用復(fù)合調(diào)驅(qū)，水驅(qū)殘余阻力系數(shù)高達20以上，較單一弱凝膠調(diào)驅(qū)高出10以上；剖面改善率高達97%以上，相比單一弱凝膠調(diào)驅(qū)提高7%。復(fù)合調(diào)驅(qū)體系改善液流方向能力更強，更適合具有大孔道或者裂縫的油藏。

(3)復(fù)合調(diào)驅(qū)過程中，先注入預(yù)交聯(lián)顆粒的注入方式更有利于提高采收率。