沙子灣自適應(yīng)深部調(diào)剖體系篩選與評(píng)價(jià)

喬 力，張國棟，席建楨

（延長油田股份有限公司靖邊采油廠，陜西 延安 716004）

沙子灣油田屬于典型的裂縫性特低滲油藏，天然裂縫發(fā)育，在注水開發(fā)過程中，由于人工裂縫與天然裂縫溝通，水竄水淹嚴(yán)重，油藏動(dòng)用程度低，常規(guī)堵水調(diào)剖措施應(yīng)用效果不理想。為緩解注采矛盾，必須對(duì)油水井之間的竄流通道進(jìn)行有效封堵，提高注入水的波及體積和水驅(qū)效率，實(shí)現(xiàn)控水增油的目的[1-2]。為此，沙子灣油田引進(jìn)了自適應(yīng)深部調(diào)剖體系，該體系能有效封堵裂縫性大孔道，降低水竄能力，延緩注入流體突破時(shí)間，改變液流方向[3]。室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)表明，該技術(shù)在裂縫性特低滲油藏方面具有良好的適應(yīng)性和應(yīng)用前景，對(duì)同類油藏的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)室用水為現(xiàn)場注入水，總礦化度為55 760 mg/L，水型為CaCl2水型，pH 值為6.3。試驗(yàn)的成膠溫度設(shè)置為51℃。

1.2 試驗(yàn)儀器

烘箱、天平、溫度計(jì)、酸度計(jì)、磁力攪拌器、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、流變儀。

1.3 試驗(yàn)藥品

山東寶莫生物化工有限公司生產(chǎn)的聚合物，分子量分別為800 萬、1 000 萬、1 200 萬、1 500 萬、1 800 萬、2 000 萬六種；天津市紅巖化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的氯化鉻（分析純）；北京益利化學(xué)品有限公司生產(chǎn)的多元羧酸鹽B（分析純）；濟(jì)南環(huán)正化工有限公司生產(chǎn)的檸檬酸（分析純）；東莞市力勝化工有限公司生產(chǎn)的多元羧酸D（分析純）；西安瑞豐化工廠生產(chǎn)的乳酸（分析純）；杭州科宇化工有限公司生產(chǎn)的無水醋酸鈉（分析純）；正盈通化工生產(chǎn)的無水亞硫酸鈉（分析純）；滄州大雨化工產(chǎn)品銷售有限公司生產(chǎn)的氫氧化鈉（分析純）；青島捷龍化工有限公司生產(chǎn)的草酸（分析純）；太倉市鳳天化工有限公司生產(chǎn)的穩(wěn)定劑L（分析純）。

1.4 試驗(yàn)方法

在51℃下，將上述不同類型的聚合物溶液進(jìn)行恒溫老化，以黏度為指標(biāo)來篩選符合條件的聚合物。通過測定不同配方下的成膠時(shí)間和膠凝強(qiáng)度，篩選出最佳交聯(lián)劑為XT-5，之后篩選出最佳配方調(diào)剖成膠液對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過測定不同交聯(lián)劑濃度下成膠體系的黏度確定最佳交聯(lián)劑濃度；通過測定不同聚合物濃度下成膠體系的黏度和膠凝時(shí)間確定最佳聚合物濃度；再在油藏溫度和礦化度下測定不同穩(wěn)定劑及其濃度下體系的黏度確定穩(wěn)定劑的種類及濃度[4-5]。

向人造填砂管中注入最佳配方下的調(diào)剖體系，將其放入51℃烘箱恒溫，使自適應(yīng)凝膠在巖心中形成，待其穩(wěn)定成膠后水驅(qū)30 PV，測定注入壓力和注入體積，評(píng)價(jià)調(diào)剖體系的耐沖刷能力[6]。其間通過測定調(diào)剖劑成膠后黏度隨時(shí)間的變化關(guān)系，評(píng)價(jià)調(diào)剖劑的長期穩(wěn)定性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物的篩選

使用油田注入水配制不同類型的聚合物溶液，其濃度均為5 000 mg/L，靜置1 d 后，測出不同類型聚合物溶液的黏度。將上述聚合物溶液稀釋到2 000 mg/L，最后加入交聯(lián)劑，交聯(lián)劑的濃度為200 mg/L，測出成膠后的體系黏度。

當(dāng)配方相同時(shí)，不同類型的聚合物配置的交聯(lián)體系中，體系黏度隨著聚合物分子量的增加而升高。代號(hào)為SY-1500、SY-1800、SY-2000 的聚合物能夠配制出黏度較大的交聯(lián)體系，但SY-1800 和SY-2000由于分子質(zhì)量太大導(dǎo)致體系膠凝前黏度非常大，無法實(shí)現(xiàn)深部注入。綜合考慮各種因素，選用SY-1500作為本試驗(yàn)的聚合物。

2.2 交聯(lián)劑的篩選與優(yōu)化

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，油田常用的交聯(lián)劑類型主要包括Cr3+、Al3+和有機(jī)酚醛類體系等。有機(jī)酚醛類體系在高溫地層的深部調(diào)控中具有較好的效果，但其存在毒性太大的缺點(diǎn)。Al3+類型的交聯(lián)劑由于存在Al3+高溫水解的缺點(diǎn)，不適用于高溫地層。Cr3+類型的交聯(lián)劑適應(yīng)性較強(qiáng)。與Al3+類型的交聯(lián)劑相比，Cr3+類型的交聯(lián)劑具有更廣的溫度范圍和更大的穩(wěn)定性。考慮到油田的實(shí)際情況，本試驗(yàn)使用Cr3+類型的交聯(lián)劑。由于常規(guī)使用以水分子做配體的Cr3+交聯(lián)劑反應(yīng)太迅速，沒有辦法實(shí)現(xiàn)將其注入地層深部的目的，通過變化配體與Cr3+的比例，人們可以使其穩(wěn)定性能發(fā)生改變，通過有效控制[Cr（H2O）6]3+釋放的快慢，實(shí)現(xiàn)控制這個(gè)體系的成膠時(shí)間的目的。人們將不同濃度下的羧酸D 和乙酸鈉分別與Cr3+混合，得到了五種交聯(lián)體系。

體系成膠的時(shí)間和黏度隨著交聯(lián)劑類型的變化而不斷變化。在其他條件一樣時(shí)，XT-5 體系增黏效果很明顯，所以本試驗(yàn)使用XT-5。

2.3 交聯(lián)劑的濃度優(yōu)選

試驗(yàn)時(shí)，把濃度為2 000 mg/L 的聚合物和交聯(lián)劑濃度分別是50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、500 mg/L、1 000 mg/L、2 000 mg/L 混合，產(chǎn)生不同配方的交聯(lián)體系，將這些不同配方的交聯(lián)劑體系都放在51℃的烘箱內(nèi)讓它們凝固。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 交聯(lián)劑濃度對(duì)體系黏度的影響

由圖1可知，當(dāng)Cr3+的濃度小于50 mg/L 時(shí)，基本不產(chǎn)生凝膠，原因可能是交聯(lián)點(diǎn)較少；當(dāng)Cr3+的濃度大于100 mg/L 時(shí)，體系的黏度隨著交聯(lián)劑濃度的增大而增大；當(dāng)Cr3+的濃度超過1 000 mg/L 時(shí)，雖然成膠速度非?？欤求w系非常不穩(wěn)定。由圖1可知，該體系交聯(lián)劑濃度的最佳范圍是150～300 mg/L。

2.4 聚合物濃度對(duì)交聯(lián)體系的影響

將聚合物濃度和交聯(lián)劑濃度的比值控制為10。在51℃的條件下，測定不同聚合物濃度下凝膠體系的黏度。

當(dāng)聚合物濃度小于600 mg/L 時(shí)，不會(huì)形成凝膠。當(dāng)聚合物濃度為1 000～1 500 mg/L 時(shí)，凝膠強(qiáng)度很小，無法用于地層的深部調(diào)控。當(dāng)聚合物濃度為1 500～4 000 mg/L 時(shí)，可以形成穩(wěn)定性非常好的交聯(lián)體系。另外，體系的成膠快慢也隨著聚合物濃度的上升而增大。結(jié)合油田具體實(shí)際情況，本試驗(yàn)選用聚合物的濃度為1 500～3 000 mg/L，成膠時(shí)間為55～90 h。

2.5 穩(wěn)定劑及濃度的確定

在儲(chǔ)層條件下，調(diào)控劑的成膠性能將會(huì)受到不同程度的影響。目前，提高體系穩(wěn)定性的主要手段就是往體系中加入一定量的穩(wěn)定劑。不同類型的穩(wěn)定劑提高體系穩(wěn)定性的機(jī)理也不相同。在油田制造交聯(lián)體系時(shí)，通常采用的制作流程是先加注入水，然后加入一定量的穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑，最后加入聚合物母液并將混合液攪拌均勻，調(diào)節(jié)溶液的pH 值為6.3，保持溫度為51℃，等待144 h，然后測定不同用量下穩(wěn)定劑對(duì)凝膠體系黏度的影響并對(duì)其進(jìn)行分析。

控制穩(wěn)定劑的加量范圍在0.03%～0.05%，能夠在很大程度上增大體系的穩(wěn)定性能。本次試驗(yàn)選取L穩(wěn)定劑，試驗(yàn)結(jié)果表明，穩(wěn)定劑濃度越大，體系穩(wěn)定性越好。最好的穩(wěn)定劑濃度是0.02%。當(dāng)穩(wěn)定劑中存在Na2SO3時(shí)，穩(wěn)定劑含量越大，調(diào)控劑的勁度也逐漸提高，在含量大于0.02%時(shí)，調(diào)控劑的黏度稍微有減小的趨勢。在同等穩(wěn)定劑含量條件下，L 穩(wěn)定劑的效果要比Na2SO3的好。

2.6 自適應(yīng)深部調(diào)控體系在裂縫中的運(yùn)移能力

把交聯(lián)劑與聚合物以1:10 的比例配制成交聯(lián)體系。將體系注入填砂管巖心E 中保持密封。然后,把混合物放在51℃的條件下進(jìn)行恒溫，讓混合體系在填砂管中進(jìn)行膠凝，生成自適應(yīng)凝膠。

使用上述方法產(chǎn)生的凝膠進(jìn)行水驅(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明，注入壓力明顯變大。這就說明在填砂管巖心中的確產(chǎn)生了自適應(yīng)的凝膠。另外，產(chǎn)生的自適應(yīng)凝膠也起到了很大程度的封堵作用。當(dāng)注入25 PV 水時(shí)，注入壓力達(dá)到最大，最大值是2.75 MPa，然后很快就變小，最終壓力一直控制在0.65 MPa。上述現(xiàn)象表明，產(chǎn)生的自適應(yīng)凝膠不僅能夠起到封堵地層的作用，還能在地層中慢慢移動(dòng)。試驗(yàn)期間，因?yàn)樽⑷胨黄?，壓力迅速減小。

2.7 調(diào)控劑穩(wěn)定性的研究

人們通常利用體系交聯(lián)以后的長期穩(wěn)定性為指標(biāo)來評(píng)價(jià)調(diào)控劑的穩(wěn)定性能。在配比一定的情況下，取10 種樣品于相同的試劑瓶中，每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣并測定樣品的強(qiáng)度。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在51℃的恒溫作用下，自適應(yīng)凝膠中的聚合物濃度1 500 mg/L、2 000 mg/L、3 000 mg/L 的交聯(lián)體系，能穩(wěn)定存在一年以上。另外，體系在一年內(nèi)能保持不析水。在剛形成凝膠時(shí)，體系的強(qiáng)度慢慢增大，直到達(dá)到峰值，然后體系的強(qiáng)度會(huì)稍微減小，經(jīng)過365 d 以后，體系強(qiáng)度的損失率不超過5%，穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于常規(guī)調(diào)驅(qū)劑的有效期。

3 結(jié)論

本文針對(duì)沙子灣裂縫性油藏，研制了一種自適應(yīng)深部調(diào)剖體系，通過室內(nèi)評(píng)價(jià)與篩選試驗(yàn)，得到了適合該地區(qū)的自適應(yīng)深部調(diào)剖體系。隨著聚合物含量的增加，凝膠體系的黏度逐漸增大，成交速度也逐漸變大，在油田注入水條件下，聚合物最佳分子量為1 500 萬，最佳濃度范圍是1 500～3 000 mg/L；其他條件一定時(shí)，凝膠的生成速度和強(qiáng)度都隨交聯(lián)劑含量的增大而變大。由試驗(yàn)結(jié)果可知，交聯(lián)劑的最佳濃度是150～300 mg/L；穩(wěn)定劑能提高凝膠體系的穩(wěn)定性能，由試驗(yàn)結(jié)果可知，最佳穩(wěn)定劑的濃度是0.02%。

該體系既能起到封堵作用，又具有較強(qiáng)的移動(dòng)能力，51℃條件下，該體系一年后的損失率在5%以內(nèi)，穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于常規(guī)調(diào)驅(qū)劑有效期。