弱凝膠調(diào)驅(qū)體系性能評價研究

張繼紅，馮建祎

（東北石油大學(xué) 提高采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318）

針對中低滲透非均質(zhì)以及高含水的油藏條件，普通水驅(qū)和聚合物驅(qū)油愈發(fā)困難，從而導(dǎo)致儲層內(nèi)大量的剩余油和殘余油無法采出[1-4]。調(diào)驅(qū)作為一種新興的三次采油的技術(shù)手段，能夠大幅度提高原油采收 率[5]。復(fù)合離子型凝膠調(diào)驅(qū)體系采用復(fù)合離子聚合物作為主劑，使用交聯(lián)劑將聚合物交聯(lián)生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的凝膠，具有強(qiáng)度大、穩(wěn)定性高和注入容易的特點(diǎn)，作為調(diào)驅(qū)藥劑在礦場得到了廣泛應(yīng)用。與聚合物[6-8]相比，弱凝膠具有較強(qiáng)的抗剪切能力，能夠在地層中逐漸成膠，具有較高的強(qiáng)度，且作用時間和距離更長，能對地層中的高滲透通道產(chǎn)生一定的封堵作用，從而使后續(xù)驅(qū)替液流向改變[9,10]，起到“調(diào)”的作用；由于其線團(tuán)之間是依靠少量化學(xué)鍵和氫鍵相連，交聯(lián)強(qiáng)度不高，在地層的剪切作用下，形成較小體積的膠團(tuán)，在后續(xù)驅(qū)替液的推動下，繼續(xù)向地層深部運(yùn)移，對剩余油起到“驅(qū)”作用，從而達(dá)到邊調(diào)邊驅(qū)的效果，能有效的擴(kuò)大其波及體積，并提高洗油效率，從而提高原油的采收率[11-14]。針對大慶葡北油田的油藏條件，對復(fù)合離子型凝膠調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行配方優(yōu)選，并對優(yōu)選出的調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行抗鹽性、抗剪切性、熱穩(wěn)定性和黏彈性評價，評估該調(diào)驅(qū)體系的儲層適應(yīng)性和提高采收率能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 主要試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)用水：大慶葡北油田回注污水，礦化度約為4.6 g/L，pH=8；調(diào)驅(qū)體系為復(fù)合離子型聚合物凝膠，其主要成份均由四川光亞科技股份有限公司研制和提供，包括：YFFTP兩性離子型聚合物，陽離子度3%～5%，水解度14%～15%，分子量1 400～1 600萬，白色粉劑，工業(yè)品；YFJJ堿性交聯(lián)劑，白色粉末，水溶，工業(yè)品；BS-99調(diào)剖穩(wěn)定劑，白色或棕色粉末，水溶，工業(yè)品。

AL204電子天平，梅特勒-托利多集團(tuán)；DV-Ⅲ型布氏黏度計(jì)，合測實(shí)業(yè)（上海）有限公司；HAAKE RS6000型高溫高壓流變儀，思百吉集團(tuán)；數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海析達(dá)儀器有限公司；數(shù)顯恒速強(qiáng)力電動攪拌機(jī)，北京卓川電子科技有限公司。

1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

1. 2. 1 調(diào)驅(qū)體系濃度優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

為了使調(diào)驅(qū)體系能夠更好的適應(yīng)地層條件，需要對調(diào)驅(qū)體系配方進(jìn)行優(yōu)選，從而獲得適當(dāng)?shù)某赡z時間和成膠強(qiáng)度，在滿足調(diào)驅(qū)體系大劑量注入的同時還要確保調(diào)驅(qū)體系具有一定的強(qiáng)度，從而達(dá)到邊調(diào)邊驅(qū)的目的。

利用回注污水，YFFTP兩性離子型聚合物，YFJJ堿性交聯(lián)劑和BS-99調(diào)剖穩(wěn)定劑，配制不同配方的調(diào)驅(qū)體系，測量其初始黏度，并置于45 ℃的恒溫箱中，通過目測法測量調(diào)驅(qū)體系的成膠時間，并利用布氏黏度計(jì)測定調(diào)驅(qū)體系的成膠強(qiáng)度及其黏度隨時間的變化（測定溫度為45 ℃），分別對調(diào)驅(qū)體系的聚合物質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度和穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度進(jìn)行優(yōu)選，從而優(yōu)選出較佳調(diào)驅(qū)體系配方。

1. 2. 2 調(diào)驅(qū)體系性能評價實(shí)驗(yàn)

1）抗鹽性評價實(shí)驗(yàn)

通過加入蒸餾水稀釋或添加無機(jī)鹽，將回注污水配制成礦化度分別為2.0，4.5，6.0和8.0 g/L的實(shí)驗(yàn)用水，然后以聚合物質(zhì)量濃度0.8 g/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度1.8 g/L以及穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度0.3 g/L的配方配制成不同的調(diào)驅(qū)體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定各樣品在不同礦化度下的成膠時間、成膠強(qiáng)度和隨時間黏度的變化情況。

2）抗剪切性評價實(shí)驗(yàn)

①剪切速度對調(diào)驅(qū)體系的影響

利用優(yōu)選的弱凝膠調(diào)驅(qū)體系配方，即聚合物質(zhì)量濃度0.8 g/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度1.8 g/L和穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度0.3 g/L，制備3個相同的調(diào)驅(qū)體系樣品，分別以300，1 000和2 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定其黏度隨時間的變化 情況。

②剪切時間對調(diào)驅(qū)體系的影響

以聚合物質(zhì)量濃度0.8 g/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度 1.8 g/L和穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度0.3 g/L的配方制備3個相同的調(diào)驅(qū)體系樣品，分別以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30，60和90 min，置于45 ℃的恒溫水浴中，測定其黏度隨時間的變化情況。

3）熱穩(wěn)定性評價實(shí)驗(yàn)

模擬油藏條件，以聚合物質(zhì)量濃度0.8 g/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度1.8 g/L以及穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度0.3 g/L的配方制備1個調(diào)驅(qū)體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測量其黏度隨時間的變化情況。

4）黏彈性評價實(shí)驗(yàn)

模擬油藏條件，以聚合物質(zhì)量濃度0.8 g/L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度1.8 g/L以及穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度0.3 g/L的配方制備1個調(diào)驅(qū)體系樣品，待調(diào)驅(qū)體系成膠時，利用HAAKE RS6000型高溫高壓流變儀進(jìn)行測量，首先固定頻率1.0 Hz的條件下，進(jìn)行應(yīng)力掃描，找出黏彈性的線性平臺區(qū)，然后固定應(yīng)力條件下，在0.01～100 Hz內(nèi)進(jìn)行頻率掃描，測出不同頻率下的儲能模量和耗能模量。

2 結(jié)果與討論

2. 1 調(diào)驅(qū)體系質(zhì)量濃度優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

2. 1. 1 聚合物

固定交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.8 g/L，穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為0.3 g/L，分別對比聚合物質(zhì)量濃度為0.6，0.7，0.8，0.9和1.0 g/L的5種不同調(diào)驅(qū)體系的成膠時間、成膠強(qiáng)度及其黏度隨時間的變化，結(jié)果見表1。

表 1 不同聚合物質(zhì)量濃度下調(diào)驅(qū)體系的黏度隨時間的變化Tab. 1 The change of viscosity with time at different mass concentrations of polymer

由表1可知，隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度的升高，調(diào)驅(qū)體系的成膠時間逐漸減少，成膠強(qiáng)度逐漸增大，但幅度逐漸減??；隨著聚合物質(zhì)量濃度的升高，調(diào)驅(qū)體系的黏度逐漸增加，當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度大于0.8 g/L時，增幅變小，且強(qiáng)度均較高，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，確定聚合物質(zhì)量濃度為0.8 g/L。

2. 1. 2 交聯(lián)劑

固定聚合物質(zhì)量濃度為0.8 g/L，穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為0.3 g/L，分別對比交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.6，1.8和2.0 g/L 的3種不同調(diào)驅(qū)體系的成膠時間、成膠強(qiáng)度及其黏度隨時間的變化，結(jié)果見表2。由表2可知，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的升高，調(diào)驅(qū)體系的成膠時間逐漸減少，成膠強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度大于1.8 g/L時，增幅明顯變小，且強(qiáng)度均較高，故交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.8～2.0 g/L均較為合適，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，選擇交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.8 g/L。

2. 1. 3 穩(wěn)定劑

固定聚合物質(zhì)量濃度為0.8 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.8 g/L，分別對比穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為0.2，0.3和0.4 g/L 的3種不同調(diào)驅(qū)體系的初始黏度、成膠時間、成膠強(qiáng)度及其黏度隨時間的變化，結(jié)果見表3。由表3可知，隨著調(diào)驅(qū)體系中穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的升高，成膠時間逐漸降低，成膠強(qiáng)度逐漸增加，但增幅逐漸減小；隨著穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的增加，穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度對凝膠體系的影響逐漸減小，考慮到經(jīng)濟(jì)成本和施工要求，確定穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為0.3 g/L。

表 2 不同交聯(lián)劑質(zhì)量濃度下調(diào)驅(qū)體系的黏度隨時間的變化Tab. 2 The change of viscosity with time at different mass concentrations of cross-linking agent

表 3 不同穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度下調(diào)驅(qū)體系的黏度隨時間的變化Tab. 3 The change of viscosity with time at different mass concentrations of stabilizer

2. 2 弱凝膠調(diào)驅(qū)體系性能評價實(shí)驗(yàn)

2. 2. 1 抗鹽性評價實(shí)驗(yàn)

由于儲層內(nèi)流體具有較高的礦化度，測試調(diào)驅(qū)體系在高礦化度的油藏條件下能否持續(xù)作用，對提高采收率至關(guān)重要。測定各樣品在不同礦化度下的成膠時間、成膠強(qiáng)度和黏度隨時間的變化，結(jié)果見圖1和 圖2（見下頁）。

由圖1和2可知，隨著礦化度的增加，成膠時間逐漸增加，成膠強(qiáng)度逐漸降低；在第15 d時，礦化度為 8 g/L調(diào)驅(qū)體系仍具有較高的黏度，能達(dá)到6 500 mPa·s以上，說明該調(diào)驅(qū)體系具有較好的抗鹽性能。

圖 1 不同礦化度下調(diào)驅(qū)體系的成膠時間和成膠強(qiáng)度Fig. 1 The gelation time and viscosity under different salinity

圖 2 不同礦化度下調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間的變化曲線Fig. 2 The change of viscosity with time under different salinity

2. 2. 2 抗剪切性評價實(shí)驗(yàn)

調(diào)驅(qū)體系在油層中運(yùn)移、驅(qū)油過程中，容易發(fā)生剪切降解，從而導(dǎo)致調(diào)驅(qū)體系破膠，黏度急劇減小，驅(qū)油效果大大降低，因此，在注入前需要對弱凝膠調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行抗剪切性能評價實(shí)驗(yàn)，從剪切速率（圖3） 和剪切時間（圖4）兩個方面分析調(diào)驅(qū)體系的抗剪切性能。從圖3中可以看出，剪切時間相同時，隨著剪切速率的增加，成膠后調(diào)驅(qū)體系的黏度有較大幅度的下降，但其黏度仍能達(dá)到4 000 mPa·s以上，且具有較好的穩(wěn)定性；從圖4中可以看出，在剪切速度一定的條件下，隨著剪切時間的增加，調(diào)驅(qū)體系的黏度下降，但幅度不大，對于不同的剪切時間，調(diào)驅(qū)體系的抗剪切能力較強(qiáng)，相比聚合物驅(qū)油，弱凝膠在剪切條件下具有一定的抗剪切能力，且能夠形成具有一定強(qiáng)度的可動凝膠，能夠?qū)崿F(xiàn)邊調(diào)邊驅(qū)的效果。

2. 2. 3 熱穩(wěn)定性評價實(shí)驗(yàn)

為了評價調(diào)驅(qū)體系能否在油藏溫度下長期作用，實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的深部調(diào)驅(qū)，對調(diào)驅(qū)體系進(jìn)行了熱穩(wěn)定性能評價實(shí)驗(yàn)，評估在油藏溫度下調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間的變化情況，制備1個調(diào)驅(qū)體系樣品，置于45 ℃的恒溫水浴中，測量調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間的變化，結(jié)果見表4。

圖 3 不同剪切速率下剪切0.5 h的調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間變化曲線Fig. 3 Th e plots of viscosity versus time with 0.5 h shear at different shear rates

圖 4 剪 切速率為1 000 r/min時不同剪切時間下的調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間變化曲線Fig. 4 Th e plots of viscosity versus time for different shear time at shear rate of 1 000 r/min

表 4 調(diào)驅(qū)體系黏度隨時間的變化Tab. 4 Th e change of viscosity of the profile-controlling and flooding system with time

由表4可以看出，調(diào)驅(qū)體系在第5天左右達(dá)到峰值，隨著時間的推移，調(diào)驅(qū)體系的黏度逐漸降低，但下降幅度很小，最后趨于平穩(wěn)，90 d時調(diào)驅(qū)體系的黏度保留率達(dá)到了74.6%，總體來說該調(diào)驅(qū)體系的熱穩(wěn)定性較好，能夠在油藏條件下長期作用。

2. 2. 4 黏彈性評價實(shí)驗(yàn)

從調(diào)驅(qū)體系成膠后儲能模量和耗能模量隨頻率的變化（圖5）可以看出，調(diào)驅(qū)體系成膠后具有明顯的黏彈性能，儲能模量和耗能模量分別為3 032和178 Pa，儲能模量遠(yuǎn)大于耗能模量，調(diào)驅(qū)體系表現(xiàn)為軟固體特性，因而能夠在多孔介質(zhì)中變形通過，可以在礦場應(yīng)用中，既能夠保證不被地層剪切，同時也可以保證具有一定的封堵強(qiáng)度，從而達(dá)到邊調(diào)邊驅(qū)的效果。

圖 5 調(diào)驅(qū)體系模量隨頻率的變化曲線Fig. 5 The plots of modulus versus frequency

3 結(jié)論

綜合考慮調(diào)驅(qū)體系的性能和經(jīng)濟(jì)成本，優(yōu)選出的調(diào)驅(qū)體系配方為：聚合物質(zhì)量濃度為0.8 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為1.8 g/L，穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為0.3 g/L；該調(diào)驅(qū)體系具有較好的抗鹽性、抗剪切性、熱穩(wěn)定性和黏彈性，能夠在油藏條件下長期作用，實(shí)現(xiàn)邊調(diào)邊驅(qū)。