插層凝膠顆粒調(diào)驅(qū)劑的性能評價(jià)與現(xiàn)場試驗(yàn)

譚良柏 昌倫杰 沈建新 劉毅石 楊之照 劉傳家

中國石油塔里木油田公司開發(fā)事業(yè)部

調(diào)剖堵水技術(shù)一直是油田改善注水開發(fā)效果、實(shí)現(xiàn)油藏穩(wěn)產(chǎn)的有效手段[1-3]。顆粒類調(diào)剖劑具有較好的吸水膨脹性能，但多數(shù)抗高溫高鹽性能差[4-5]。插層凝膠顆粒調(diào)剖劑是近年來發(fā)展起來的一種新型調(diào)驅(qū)劑。目前，插層凝膠顆粒在高溫高鹽油田已經(jīng)得以運(yùn)用。其在哈得油田東河砂巖油藏中的應(yīng)用已取得很好的控水增油效果。該凝膠顆粒采用AM、AMPS、黏土插層方法合成，是一種有機(jī)/無機(jī)復(fù)合吸水材料，經(jīng)剪碎、干燥制成，具有較強(qiáng)的抗高溫高鹽的性能[6-8]。該顆粒在進(jìn)入地層后，逐步發(fā)生變形，體積膨脹后封堵高滲透層，迫使后續(xù)注入水轉(zhuǎn)向中低滲透層，從而有效改善水驅(qū)波及系數(shù)，提高油田采收率[9]。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

哈得油田地層水(礦化度23.5×104mg/L，ρ(Ca2+)14 550 mg/L，ρ(Mg2+)1620 mg/L)、插層凝膠顆粒調(diào)驅(qū)劑(西南石油大學(xué)研制)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(天津泰斯特儀器設(shè)備有限公司)、精密電子天平(上海精密儀器儀表有限公司)、DV-Ⅲ ULTRA型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(美國 Brookfield公司)、壓力傳感器(江蘇海安華達(dá)石油儀器廠)、多功能巖心驅(qū)替裝置(成都巖心科技有限公司)等。

2 插層凝膠顆粒調(diào)驅(qū)機(jī)理

插層凝膠顆粒具有吸水性強(qiáng)、柔韌性好、抗高溫高鹽的優(yōu)點(diǎn)，其提高水驅(qū)采收率機(jī)理，主要分為以下兩方面：①凝膠顆粒進(jìn)入高滲透區(qū)域后，吸水膨脹，滯留堵塞孔隙，封堵優(yōu)勢通道大孔道，迫使后續(xù)水驅(qū)進(jìn)入低滲透層，提高波及體積；②通過吸水膨脹增加排驅(qū)體積，還可把孔隙中的油攜帶出、把孔喉中的油擠出，使水驅(qū)后的油膜或油滴匯集形成油帶，從而提高驅(qū)油效率。

3 評價(jià)方法

3.1 插層凝膠顆粒與地層水配伍性評價(jià)

用哈得油田地層水配制質(zhì)量濃度為5000 mg/L、粒徑為1～3 mm的插層凝膠顆粒懸浮液，在20 ℃下放置1 h、3 h、5h和10 h 后,觀察溶液配伍情況(見表1)。由表1可知，凝膠顆粒溶液初期膨脹倍數(shù)小，溶液體系分散均勻、顆粒懸浮良好，說明顆粒與地層水配伍性良好，有良好的注入性。

表1 插層凝膠顆粒的配伍性Table 1 Compatibility of intercalative gel particles時(shí)間/h13510膨脹倍數(shù)1.181.601.661.92實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象體系分散均勻、顆粒懸浮良好體系分散均勻、顆粒懸浮良好體系分散均勻、顆粒懸浮良好體系分散均勻、顆粒懸浮良好

3.2 耐溫抗鹽性能評價(jià)

用哈得油田地層水配制插層凝膠顆粒質(zhì)量濃度為5000 mg/L、粒徑為 1～3 mm的溶液，放入120 ℃烘箱內(nèi)，在不同的時(shí)間觀察調(diào)驅(qū)劑顆粒的膨脹情況，并測其膨脹倍數(shù)(見圖1)。由圖1可看出，凝膠顆粒的膨脹能力在5天之內(nèi)呈明顯上升趨勢，最大膨脹倍數(shù)達(dá)7.2倍，調(diào)驅(qū)劑在老化30天后，膨脹倍數(shù)依然高于5倍。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，插層凝膠顆粒的膨脹倍數(shù)在高溫高鹽條件下呈先增加后降低的過程，最終隨時(shí)間的增加趨于穩(wěn)定。通常情況下，高溫和高礦化都會影響凝膠的膨脹性能。一般凝膠顆粒的膨脹倍數(shù)隨著礦化度的增加而降低，隨著溫度的升高而增大。由此可見，初始時(shí)間高溫條件發(fā)揮主要作用，插層凝膠顆粒膨脹倍數(shù)增大比較明顯。隨時(shí)間增加，高鹽條件發(fā)揮主要作用，顆粒膨脹倍數(shù)隨時(shí)間增加而降低，最終顆粒的膨脹倍數(shù)趨于穩(wěn)定值。說明溫度和礦化度對顆粒膨脹性能影響不大，其抗溫抗鹽性能良好。

3.3 柔韌性評價(jià)

為了評價(jià)插層凝膠顆粒在不同礦化度下(哈得油田地層水稀釋而成)的柔韌性及抗壓強(qiáng)度，配注已完全膨脹的粒徑1～3 mm的凝膠顆粒，在相同注入流量(1.0 mL/min)下兩次通過0.42 mm的篩管，在泵的作用下，推動(dòng)顆粒移動(dòng)并通過篩網(wǎng)，記錄兩次通過的最大壓力p1、p2，韌性系數(shù)即為p1與p2的比值。由表2可知，隨著礦化度的升高，顆粒膨脹倍率降低，韌性系數(shù)增加。因?yàn)榕蛎洷堵试降?，凝膠顆粒含水量越少，所以顆粒的韌性系數(shù)越大。由此可看出，在哈得油田地層水礦化度下，顆粒韌性系數(shù)達(dá)到0.9以上，說明其在高溫高鹽環(huán)境下的柔韌性較好[10]。

表2 插層凝膠顆粒的柔韌性Table 2 Flexibility of intercalative gel particles編號礦化度/(104mg·L-1)溫度/℃膨脹倍數(shù)抗壓強(qiáng)度p1/MPa抗壓強(qiáng)度p2/MPa韌性系數(shù)15.0210.0315.0420.0523.51201201201201207.921.220.640.527.541.050.720.687.110.700.620.886.550.400.380.955.920.280.270.96

3.4 凝膠顆粒巖心評價(jià)實(shí)驗(yàn)

用石英砂填制不同滲透率填砂管(40 cm×1.1 cm)，在120 ℃、哈得油田地層水礦化度條件下分別注入質(zhì)量濃度為5000 mg/L、粒徑為1～3 mm的調(diào)驅(qū)劑溶液，充分溶脹后測定填砂管注凝膠顆粒前后滲透率的變化，并計(jì)算封堵率。由表3可知，隨著凝膠顆粒的注入，水相滲透率隨之降低，各組封堵率均在90%以上，說明凝膠顆粒具有較好的封堵性能。

表3 插層凝膠顆粒的封堵性Table 3 Plugging property of intercalative gel particles編號滲透率/10-3 μm2 封堵前封堵后封堵率/%142438.890.8522649.296.523820.5199.38

4 現(xiàn)場應(yīng)用

哈得油田東河砂巖油藏具有高溫(120 ℃)、高礦化度(>20×104mg/L)、中等平均有效滲透率(222×10-3μm2)的特點(diǎn)。2016年～2017年，在哈得油田哈4井區(qū)東河砂巖油組(CⅢ)兩口水井進(jìn)行了插層凝膠顆粒深部調(diào)驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)，共注入凝膠顆粒221 t，液量4.06×104m3。2井組實(shí)施后,井組增產(chǎn)效果明顯(見表4)，調(diào)驅(qū)井組的平均日產(chǎn)油由104.06 t上升到121.5 t，含水率由83.95%降至74.40%，截至2018年10月底，已累計(jì)增油1.7×104t。

表4 調(diào)驅(qū)井組增油量Table 4 Oil increase of the well group井組調(diào)驅(qū)前調(diào)驅(qū)后日產(chǎn)油/t含水率/%日產(chǎn)油/t含水率/%累計(jì)增油量/t156.3386.8381.8378.3964492151.8081.06161.2070.4010 641平均104.0683.95121.574.40

5 結(jié)論

(1)插層凝膠顆粒具有良好的抗溫抗鹽性能，適合高溫高鹽油藏深部調(diào)剖。

(2)插層凝膠顆粒吸水膨脹后不但能封堵高滲透層，而且能通過吸水膨脹增加排驅(qū)體積，提高采收率。

(3)插層凝膠顆粒深部調(diào)驅(qū)在哈得油田現(xiàn)場實(shí)施后，截至2018年10月底，已累計(jì)增油1.7×104t，說明其提高原油采收率是可行的，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。