適合海上Q油田的弱凍膠深部調(diào)驅(qū)性能評價

黎 慧, 代磊陽, 鄭金定, 敖文君, 張 強, 夏 歡

(1.中海石油(中國)有限公司 天津分公司， 天津 300459； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司， 天津 300452)

0 引言

海上Q油田屬于斷塊油藏，儲層滲透率在30.1～1 050.9×10-3μm2之間，滲透率極差較大，平面與縱向上非均質(zhì)性強.注水開發(fā)后，油層中高滲通道或大孔道，使地層壓力場、流線場形成定勢，油水井間形成水流優(yōu)勢通道，注入水易繞過中、低滲透層直接沿高滲透區(qū)油層或裂縫流向油井，造成水驅(qū)“短路”，注入水平面波及系數(shù)和縱向波及系數(shù)變差，平面各井、縱向各層水淹程度不一，各單井含水上升差別較大，嚴(yán)重影響油藏水驅(qū)開發(fā)效果.長期注水開發(fā)使海上Q油田非均質(zhì)性進一步加劇，導(dǎo)致各井區(qū)的采出程度不均衡，其中5井區(qū)W2V油組采出程度達到30%，然而6井區(qū)W2IV油組僅有8.4%.

針對海上Q油田注水開發(fā)過程中存在的問題，經(jīng)濟有效地提高注水開發(fā)過程中原油采收率，開展弱凍膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)研究顯得尤為重要.弱凍膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是在聚合物驅(qū)技術(shù)和凍膠堵水技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項提高采收率技術(shù)，弱凍膠在驅(qū)油的同時還具有調(diào)剖的作用，在國內(nèi)油田研究和應(yīng)用廣泛[1-3].

但是，針對高溫高鹽油藏，弱凍膠深部調(diào)驅(qū)體系研究依然是行業(yè)內(nèi)研究的熱點與難點[4-8]，常規(guī)凍膠體系如鉻凍膠、鋯凍膠、復(fù)合交聯(lián)凍膠等耐溫耐鹽性差，在高溫高礦化度條件下，存在成膠時間短、易水解、穩(wěn)定性差等問題[9-12].本文通過實驗研究了一種由乳液聚合物、單體交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑組成的耐溫耐鹽弱凍膠體系，滿足目標(biāo)油田深部調(diào)驅(qū)需求.

1 實驗部分

1.1 實驗藥品與儀器

1.1.1 實驗藥品

AWW乳液聚合物，相對分子質(zhì)量約為760×104，水解度低于20%，北京恒聚化工集團有限責(zé)任公司生產(chǎn)；單體交聯(lián)劑，河南濱海實業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；穩(wěn)定劑PE,工業(yè)品；模擬油(海上Q油田脫水原油與煤油混合而成)，50 ℃下黏度為6.83 mPa·s；模擬注入水(海上Q油田注入水，總礦化度33 351 mg/L，鈣、鎂離子質(zhì)量濃度達1 613 mg/L,成分分析數(shù)據(jù)如表1所示).

1.1.2 實驗儀器

電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，上海南陽儀器有限公司生產(chǎn)；LB-30型平流泵，北京星達技術(shù)開發(fā)公司；METTLER TOLEDO電子天平，JJ-1電動攪拌器，填砂管(直徑為2.5 cm,長度為20 cm)，填砂管(直徑為2.5 cm,長度為100 cm，平均分布三個測壓點)，中間容器，安瓿瓶，高溫罐，酒精噴燈，注射器等.

1.2 實驗方法

1.2.1 成凍時間和成凍強度的確定方法

利用海上Q油田模擬注入水配制質(zhì)量濃度為3.0%的AWW乳液聚合物母液，稀釋至不同質(zhì)量濃度的目的液.按照設(shè)計的配方將AWW乳液聚合物目的液與交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑混合均勻，用注射器將配好的待成膠液注入安瓿瓶中；然后用酒精噴燈將安瓿瓶封口放于設(shè)定溫度為130 ℃的鼓風(fēng)恒溫箱中，記錄放入時間定時觀察待成膠液的流動情況，采用Sydansk的GSC(Gel Strength Code)目測代碼法[13]確定凍膠成凍時間.以凍膠強度達到穩(wěn)定的時間為成凍時間，穩(wěn)定的強度級別作為成凍強度.

1.2.2 單管物理模型測定方法

采用單管物理模型測弱凍的封堵能力，其流程如圖1所示，在填砂管中充填不同粒徑的砂，可以得到不同滲透率的模擬巖心.設(shè)初始滲透率為k0,成凍后測定滲透率為k1，封堵率和殘余阻力系數(shù)計算公式為：

封堵率：E=(k0-k1)k0×100%

(1)

殘余阻力系數(shù)：FRR=k0/k1

(2)

圖1 單管物理模型流程

1.2.3 雙管物理模型測定方法

采用雙管物理模型測定弱凍膠采收率增值[14]，其流程如圖2所示.具體步驟為：①兩填砂管分別稱干質(zhì)量；②抽真空飽和地層水；③填砂管分別測濕質(zhì)量；④測定兩填砂管的滲透率；⑤填砂管分別飽和地層油；⑥并聯(lián)填砂管水驅(qū)至含水率達98%；⑦注弱凍膠；⑧地層溫度下放置成凍時間；⑨再水驅(qū)至含水率達到98%；⑩計算采收率增值.

圖2 雙管物理模型流程

2 結(jié)果與討論

2.1 弱凍膠深部調(diào)驅(qū)體系配方優(yōu)選

文中研制的弱凍膠深部調(diào)驅(qū)體系主要由AWW乳液聚合物、單體交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑組成，其中單體交聯(lián)劑為酚醛樹脂交聯(lián)劑，由MNE和REL組成，MNE和REL質(zhì)量濃度控制在1∶1.針對海上Q油田油藏的條件，通過改變調(diào)驅(qū)體系中各組分用量，考察交聯(lián)體系的成凍情況.

2.1.1 AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度

固定單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為0.6%，穩(wěn)定劑質(zhì)量PE濃度為3.0%，利用地層模擬水配制不同質(zhì)量濃度的AWW乳液聚合物交聯(lián)體系，裝入安瓿瓶，封口置于130 ℃恒溫烘箱中，在不同時間間隔取出觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，其結(jié)果如表2所示.

表2 AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度對交聯(lián)體系成凍效果的影響

由表2可知，當(dāng)交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度一定時，AWW乳液聚合物的質(zhì)量濃度存在一個臨界值(能夠形成弱凍膠時所需要的最小AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度)，如果小于這個臨界值，交聯(lián)體系不能成膠；大于這個臨界值，隨著AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度的增加，凍膠成凍時間縮短，凍膠強度增大.這是因為當(dāng)AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度較低時，聚合物高分子之間主要發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)，生成一些分子量稍大的分子，不能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；當(dāng)乳液聚合物質(zhì)量濃度大于臨界值時，體系內(nèi)主要發(fā)生分子間交聯(lián)，乳液聚合物質(zhì)量濃度增加，增加酰胺基團數(shù)目，進而提高反應(yīng)基團碰撞的概率，使交聯(lián)反應(yīng)速度加快，成凍時間縮短，成凍強度增大[15].

2.1.2 單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度

固定AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度為3.0%，穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度為3.0%，利用地層模擬水配制不同單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的交聯(lián)體系，裝入安瓿瓶，封口置于130 ℃恒溫烘箱中進行交聯(lián)實驗，結(jié)果如表3所示.

表3 單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度濃度對交聯(lián)體系成凍效果的影響

由表3可知，當(dāng)AWW乳液聚合物、穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度一定時，單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度存在一個臨界值(能夠形成弱凍膠時所需要的最小單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度)，如果小于這個臨界值，交聯(lián)體系不能成膠；大于這個臨界值，隨著單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的增加，凍膠成凍時間縮短，凍膠強度增大.這是因為當(dāng)單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度較低時，交聯(lián)反應(yīng)活性點數(shù)目較少，分子之間交聯(lián)的速度較慢，交聯(lián)后生成的是大分子，并不能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；當(dāng)單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度大于臨界值時，體系內(nèi)主要發(fā)生分子間交聯(lián)，隨著單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度增加，交聯(lián)反應(yīng)活性點數(shù)目增加，進而提高反應(yīng)基團碰撞的概率，使交聯(lián)反應(yīng)速度加快，成凍時間縮短，成凍強度增大[16,17].

2.1.3 穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度

固定AWW乳液聚合物質(zhì)量濃度為3.0%，單體交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為0.6%，調(diào)整穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度利用地層模擬水配制不同穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的交聯(lián)體系，裝入安瓿瓶，封口置于130 ℃恒溫烘箱中，進行穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度優(yōu)化，結(jié)果如表4所示.

表4 穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度對交聯(lián)體系成凍效果的影響

由表4可知，當(dāng)穩(wěn)定劑PE質(zhì)量濃度低于2.0%時，凍膠90 d時脫水嚴(yán)重，熱穩(wěn)定性差，當(dāng)質(zhì)量濃度大于等于2.0%時，凍膠熱穩(wěn)定性較好.該穩(wěn)定劑為金屬離子絡(luò)合劑，對地層水中的高價金屬離子進行絡(luò)合，避免高價金屬離子對凍膠穩(wěn)定性的影響，可改善弱凍膠調(diào)驅(qū)體系的耐溫、耐鹽性[18].

因此，基于合適的成凍時間和成凍強度及弱凍膠的長期熱穩(wěn)定性要求，優(yōu)選出適合海上Q油田的弱凍膠深部調(diào)驅(qū)體系配方為：2.0%～3.0%AWW乳液聚合物+0.6%～1.2%單體交聯(lián)劑+2.0%～3.0%穩(wěn)定劑PE.

2.2 弱凍膠深部調(diào)驅(qū)性能評價

2.2.1 注入性能

采用單管實驗?zāi)Ｐ?，通過測定不同滲透率下凍膠配方(3.0%AWW乳液聚合物+0.6%單體交聯(lián)劑+3.0%穩(wěn)定劑)的注入壓力變化情況，考察不同滲透率下乳液聚合物凍膠成膠系體的注入性能，實驗結(jié)果如圖3所示.

圖3 不同滲透率下凍膠體系的注入性能

由圖3可知，對于優(yōu)選出的弱凍膠調(diào)驅(qū)體系，滲透率越高，最終達到的平穩(wěn)注入壓力越低，體系注入性越好；在目標(biāo)油藏地層滲透率范圍內(nèi)，弱凍膠成膠液的注入壓力低，可泵性好，便于施工.

2.2.2 抗巖心剪切性能

在30 ℃條件下，將地層水配制的成膠液(2.5%AWW乳液聚合物+0.6%單體交聯(lián)劑+3.0%穩(wěn)定劑PE)以1 mL/min的速度連續(xù)注入填砂管巖心(2.5 cm×100 cm,滲透率為400×10-3μm2)12 h，并且在三個出口端和巖心末端收集成膠液，測量成膠液粘度，觀察記錄成膠液在130 ℃條件下成膠情況，實驗結(jié)果如表5所示.

表5 成膠液經(jīng)巖心剪切后成凍情況

由表5可以看出，成膠液經(jīng)巖心剪切后黏度保留率在71.5%以上，形成的凍膠強度級別保持為E，成凍時間略有延長，與剪切樣品具有相近的穩(wěn)定性，表明一定的巖心剪切對體系的成凍時間和穩(wěn)定性影響不大，成膠液抗巖心剪切能力較強.

2.2.3 封堵性能

采用單管實驗?zāi)Ｐ?，選用三組不同滲透率的填砂管進行封堵實驗，在填砂管中注入0.3倍孔隙體積的成膠液(2.5%AWW乳液聚合物+0.6%單體交聯(lián)劑+3.0%穩(wěn)定劑PE)，密封置于130 ℃烘箱中待其成凍后，測其對地層的封堵率，實驗結(jié)果如表6所示.

表6 不同滲透率下乳液聚合物凍膠的封堵性能

由表6可知，乳液聚合物弱凍膠具有較強的封堵能力，封堵率都在95%以上，封堵性能可以滿足現(xiàn)場深部調(diào)驅(qū)作業(yè)的需要.

2.2.4 選擇性封堵性能

采用滲透率級差為3.13的雙管實驗?zāi)Ｐ蜏y定乳液聚合物弱凍膠的選擇性封堵性能，其中高滲管滲透率為0.94μm2，低滲管滲透率為0.3μm2，將兩填砂管并聯(lián)，模擬地層的非均質(zhì)性，籠統(tǒng)注入0.3倍孔隙體積(高滲管)凍膠成膠液(2.5%AWW乳液聚合物+0.6%單體交聯(lián)劑+3.0%穩(wěn)定劑PE)，將填砂管密封，放置在130 ℃烘箱中待其成凍后，測定弱凍膠的選擇性封堵能力，實驗結(jié)果如圖4所示.

從圖4可以看出，注入AWW乳液聚合物凍膠體系后，高滲管和低滲管的分流能力顯著改善，高滲管分流率大幅下降，低滲管的分流率顯著上升，表明凍膠體系具有良好的選擇性封堵性能，能夠有效的封堵高滲層，調(diào)整滲流剖面.由于凍膠體系在注入壓力下優(yōu)先進入較大的孔道，對高滲層產(chǎn)生選擇性封堵，迫使后續(xù)水驅(qū)轉(zhuǎn)向低滲層，起到調(diào)整高低滲透層滲流剖面的作用，有效的改善了巖層的非均質(zhì)性[19].

圖4 乳液聚合物弱凍膠的選擇性封堵能力

2.2.5 提高采收率性能

采用雙管實驗?zāi)Ｐ蜏y定AWW乳液聚合物弱凍膠的提高采收率性能.通過建立高、低滲填砂管模擬地層的非均質(zhì)性；將高、低滲管飽和油，置于油藏溫度130 ℃下老化1 d后，水驅(qū)至含水率達98%，籠統(tǒng)注入0.3倍孔隙體積(高滲管)成膠液(2.5%AWW乳液聚合物+0.6%單體交聯(lián)劑+3.0%穩(wěn)定劑PE)，將填砂管密封，放置在130 ℃烘箱中待其成凍后；轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)至含水率達98%，實驗結(jié)果如表7所示.

表7 填砂管的基本參數(shù)及雙管驅(qū)油實驗結(jié)果

從AWW乳液聚合物凍膠雙管驅(qū)油實驗可以看出，水驅(qū)98%注入成膠液后低滲管采收率顯著上升，采收率增值達到了52.42%，雙管整體采收率增值為29.51%，表明注入AWW乳液聚合物弱凍膠能夠有效的調(diào)整滲流剖面，使液流轉(zhuǎn)向中、低滲層，將其中的原油驅(qū)替出，達到提高原油采收率的目的.

3 結(jié)論

(1)針對海上Q油田油藏條件及海上平臺生產(chǎn)特點，優(yōu)選出易于配制、施工簡便的乳液聚合物弱凍膠深部調(diào)驅(qū)體系：2.0%～3.0%AWW乳液聚合物+0.6%～1.2%單體交聯(lián)劑+2.0%～3.0%穩(wěn)定劑PE，可耐溫130 ℃，抗鹽33 351 mg/L.

(2)AWW乳液聚合物弱凍膠成凍時間可調(diào)和成凍強度可控，與注入海水配伍性好，且注入性好易于泵送，滿足海上油田施工要求.

(3)該體系具有良好的注入性能、抗巖心剪切性能，對不同滲透率地層封堵性能較好；通過對高低滲層進行選擇性封堵改善吸水剖面，可以提高水驅(qū)采收率29.51%.