高溫高礦化度油藏深部調(diào)驅(qū)體系性能評價(jià)及應(yīng)用*

鐘萬有，趙 波，韓世寰，賀承祖，余建波，李玉金，張文輝

（新疆科力新技術(shù)發(fā)展股份有限公司，新疆克拉瑪依834000）

國內(nèi)大部分超高溫、超高礦化度油藏已進(jìn)入注水開發(fā)后期，油藏層內(nèi)和層間矛盾逐漸凸出。受油藏非均質(zhì)性以及開發(fā)因素等影響，剩余油分布更加復(fù)雜與分散，大量剩余油分布在注水未波及的低滲帶與微孔喉中。微球、體膨顆粒、涂層、無機(jī)顆粒等［1-7］調(diào)驅(qū)劑具有耐高溫和耐高礦化度特性，但礦場試驗(yàn)中存在注入困難，無法對地層進(jìn)行深部處理等問題。聚合物類調(diào)驅(qū)劑具有良好的注入性能，可有效解決顆粒型調(diào)驅(qū)劑存在的問題，但在高溫、高礦化度下，存在溶解性差，凝膠脆、穩(wěn)定性差等問題［8-17］。相對金屬離子型凝膠和酚醛凝膠，目前報(bào)道較多的耐溫、耐鹽聚乙烯亞胺凝膠體系在性能上有很大的突破［18-20］，但在高礦化度和150℃下的穩(wěn)定性不超過30 d，依然無法滿足青海、塔里木等特殊油藏的高溫、高礦化度環(huán)境（地層溫度≥120℃，礦化度≥20×104mg/L）。因此，亟待研發(fā)一種適用于深井、超高溫、超高礦化度的新型調(diào)驅(qū)體系。本文報(bào)道的新型調(diào)驅(qū)體系由耐溫耐鹽聚合物SD6800［21-22］、高溫交聯(lián)劑［23］、改進(jìn)劑和穩(wěn)定劑組成。SD6800和高溫交聯(lián)劑交聯(lián)形成凝膠，改進(jìn)劑、穩(wěn)定劑起協(xié)同作用進(jìn)一步改善凝膠穩(wěn)定性。研究了調(diào)驅(qū)劑的耐溫性、注入性、流動(dòng)性、封堵性、耐沖刷性和驅(qū)油性能，并在塔里木油藏進(jìn)行了礦場試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

氯化鈉、氯化鈣、苯酚、甲醛、聚乙烯亞胺、硫脲、多乙烯多胺、水楊酸鈉、六次甲基四胺，分析純，成都市科龍化學(xué)試劑廠；陰離子型耐溫耐鹽聚合物SD6800，山東盛達(dá)公司研發(fā)，新疆科力新技術(shù)發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)；模擬鹽水為25×104mg/L氯化鈉溶液；塔里木現(xiàn)場水，礦化度207664.6 mg/L，水型氯化鈣，離子組成（mg/L）為：K++Na+72017.1、Ca2+8381.7、Mg2+368.8、Cl-126790.9、SO42-26.3、HCO3-159.4；單管填砂巖心，φ38 mm×300 mm，孔隙度30%，水測滲透率210×10-3μm2。

BSA2202S電子天平、TQ-1高溫高壓罐、ZQ-1高溫高壓驅(qū)替設(shè)備、FD-240高溫烘箱，常州易用科技有限公司；SY312機(jī)械攪拌器，上海梅穎蒲儀器儀表制造有限公司；MCR302流變儀，安東帕（上海）商貿(mào)有限公司等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）添加劑的制備。①高溫交聯(lián)劑：按照苯酚、甲醛、聚乙烯亞胺摩爾比為1∶3∶1進(jìn)行縮合反應(yīng)。將苯酚與聚乙烯亞胺在40℃下混合均勻，保溫20 min，然后加入甲醛，控溫30℃下反應(yīng)30 min，升溫70℃反應(yīng)2 h，然后升溫至130℃脫水得到高溫交聯(lián)劑，反應(yīng)方程式見圖1。②改進(jìn)劑：按多乙烯多胺、水楊酸鈉、六次甲基四胺摩爾比為1∶1∶2混合，加水溶解，配制固含量為50%的水溶液。③穩(wěn)定劑：配制硫脲含量為50%的水溶液。

（2）調(diào)驅(qū)體系的制備。在模擬鹽水中加入SD6800、高溫交聯(lián)劑、改進(jìn)劑、穩(wěn)定劑，在150℃下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)方程式見圖2。

（3）成膠時(shí)間、強(qiáng)度、穩(wěn)定性評價(jià)。按配方配制調(diào)驅(qū)體系樣品，放入高壓釜中密封，定期取出樣品，監(jiān)測調(diào)驅(qū)劑樣品黏度的變化。根據(jù)調(diào)驅(qū)劑黏度—時(shí)間曲線，黏度拐點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間為成膠時(shí)間［24］；表觀黏度達(dá)到最大所對應(yīng)的時(shí)間為最終成膠時(shí)間；開始水化或脫水對應(yīng)的時(shí)間為穩(wěn)定時(shí)間；強(qiáng)度用調(diào)驅(qū)劑黏度來表征。在溫度90℃、剪切速率10 s-1的條件下測定表觀黏度。

（4）調(diào)驅(qū)劑性能評價(jià)。①用塔里木現(xiàn)場水配制調(diào)驅(qū)劑（1.5%SD6800、SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比50∶1、0.2%改進(jìn)劑、0.1%穩(wěn)定劑），向單管填砂巖心中連續(xù)注入3 PV調(diào)驅(qū)劑，在150℃烘箱中候凝24 h后，在90℃下進(jìn)行5 PV后續(xù)水驅(qū)，考察調(diào)驅(qū)劑的封堵性能和耐沖刷性能。②壓制3個(gè)規(guī)格為φ25 mm×80 mm、滲透率為200×10-3μm2填砂管巖心。將填砂管模型抽真空6 h，飽和塔里木現(xiàn)場水，測量孔隙度和水測滲透率。將調(diào)驅(qū)劑在150℃候凝成膠24 h。將3管巖心串聯(lián)（1號管前面端為測壓點(diǎn)1，1號和2號管之間為測壓點(diǎn)2，2號和3號管之間為測壓點(diǎn)3），90℃下連續(xù)注入3 PV調(diào)驅(qū)劑（注劑速度1 mL/min），考察調(diào)驅(qū)劑的流動(dòng)性。③制備4個(gè)規(guī)格為φ38 mm×300 mm、滲透率具有一定級差的填砂管巖心。將填砂管模型抽真空6 h，飽和塔里木現(xiàn)場水，測量孔隙度和水測滲透率。將4管巖心并聯(lián)，先進(jìn)行水驅(qū)至含水98%；注入0.1 PV保護(hù)段塞（0.5%SD6800溶液）；然后注入調(diào)驅(qū)體系0.1 PV；后續(xù)水驅(qū)至含水98%以上；再注入調(diào)驅(qū)體系0.1 PV，再后續(xù)水驅(qū)至含水98%以上（注劑速度1 mL/min），考察調(diào)驅(qū)劑的驅(qū)油性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)驅(qū)體系性能影響因素

2.1.1 SD6800加量

圖1 制備高溫交聯(lián)劑的反應(yīng)方程式

圖2 制備調(diào)驅(qū)體系交聯(lián)反應(yīng)方程式

為應(yīng)對復(fù)雜的地層環(huán)境（不同的水流優(yōu)勢通道需要的調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度不同），需確定SD6800的用量。在SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比=50∶1、0.3%改進(jìn)劑、0.2%穩(wěn)定劑的條件下，SD6800加量對調(diào)驅(qū)劑交聯(lián)時(shí)間和強(qiáng)度的影響見表1。隨SD6800濃度增加，調(diào)驅(qū)劑成膠速度加快，表觀黏度增加，穩(wěn)定性變優(yōu)，強(qiáng)度增強(qiáng)。這是由于SD6800濃度增加，體系包籠水分子的能力增加，使得調(diào)驅(qū)體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為致密，宏觀上表現(xiàn)出強(qiáng)度增強(qiáng)；穩(wěn)定性改善的同時(shí)交聯(lián)反應(yīng)點(diǎn)增加，分子碰撞幾率增大，表現(xiàn)出成膠時(shí)間縮短。SD6800的濃度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地層水竄通道的滲透率來決定。

表1 SD6800加量對調(diào)驅(qū)劑性能的影響

2.1.2 高溫交聯(lián)劑加量

在1.5%SD6800、0.3%改進(jìn)劑、0.2%穩(wěn)定劑的條件下，SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比對調(diào)驅(qū)劑交聯(lián)時(shí)間、強(qiáng)度和彈性的影響如表2和圖3所示。由表2可見，隨著SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比的降低，調(diào)驅(qū)劑成膠速度加快、強(qiáng)度增強(qiáng)，但穩(wěn)定性變差。SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比過高，調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度較小，過低則調(diào)驅(qū)劑易交聯(lián)過度脫水。SD6800與高溫交聯(lián)劑適宜的質(zhì)量比為50∶1。

由圖3可見，SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比≥100∶1時(shí)，調(diào)驅(qū)體系損耗模量（G"）＞儲能模量（G'），調(diào)驅(qū)劑尚未達(dá)到臨界凝膠點(diǎn)，主要表現(xiàn)出黏性特征；當(dāng)SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比≤50∶1時(shí)，調(diào)驅(qū)體系的G"＜G'，調(diào)驅(qū)體系逐漸凸顯彈性性能，并且以彈性性能為主。SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比越?。ń宦?lián)劑越多），調(diào)驅(qū)體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由二維逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿S，宏觀上表現(xiàn)出調(diào)驅(qū)劑體系的彈性特征越發(fā)突出［15］。

表2 SD6800、高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比對調(diào)驅(qū)劑性能的影響

圖3 SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比對調(diào)驅(qū)劑黏彈性曲線的影響

2.1.3 改進(jìn)劑加量

調(diào)驅(qū)劑配方主體成份為SD6800和高溫交聯(lián)劑，改進(jìn)劑主要是為了進(jìn)一步改善凝膠柔韌性和增加凝膠強(qiáng)度，提高凝膠穩(wěn)定性。在1.5%SD6800、SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比50∶1、0.2%穩(wěn)定劑的條件下，改進(jìn)劑加量對調(diào)驅(qū)劑交聯(lián)時(shí)間和強(qiáng)度的影響如表3所示。無改進(jìn)劑時(shí)，調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度小，穩(wěn)定性差，30 d即水化；改進(jìn)劑的引入可加強(qiáng)調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度和穩(wěn)定性，但需控制在一定范圍，如果過量，調(diào)驅(qū)劑易脫水。這是由于改進(jìn)劑可進(jìn)一步強(qiáng)化體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，過量則易導(dǎo)致整個(gè)體系縮聚。改進(jìn)劑最佳加量為0.2%。

表3 改進(jìn)劑加量對調(diào)驅(qū)劑性能的影響

2.1.4 穩(wěn)定劑加量

為節(jié)約成本需優(yōu)化穩(wěn)定劑用量。在1.5%SD6800、SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比50∶1、0.2%改進(jìn)劑的條件下，穩(wěn)定劑加量對調(diào)驅(qū)劑交聯(lián)時(shí)間和強(qiáng)度的影響如表4所示。體系中無穩(wěn)定劑時(shí)，20 d即脫水。穩(wěn)定劑的引入使凝膠穩(wěn)定性得到改善，最佳加量為0.1%。由于調(diào)驅(qū)劑體系中存在氧氣，高溫下可發(fā)生自由基降解反應(yīng)，穩(wěn)定劑可與氧自由基等發(fā)生反應(yīng)，阻止降解反應(yīng)的進(jìn)行。

表4 穩(wěn)定劑加量對調(diào)驅(qū)劑性能的影響

2.1.5 溫度

調(diào)驅(qū)劑最佳配方為：模擬鹽水、1.5%SD6800、SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比50∶1、0.2%改進(jìn)劑、0.1%穩(wěn)定劑。溫度對調(diào)驅(qū)劑交聯(lián)時(shí)間和凝膠強(qiáng)度的影響如圖4所示。溫度越高，反應(yīng)速度加快，成膠時(shí)間越短［8］。溫度越高，調(diào)驅(qū)劑的強(qiáng)度越大。這是由于高溫下可激活高活化能化學(xué)鍵，增加反應(yīng)點(diǎn)，進(jìn)一步強(qiáng)化調(diào)驅(qū)劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提升調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度。但溫度越高調(diào)驅(qū)劑的穩(wěn)定性越差，主要有兩個(gè)原因：其一根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，化學(xué)鍵易斷裂，導(dǎo)致調(diào)驅(qū)劑穩(wěn)定性差；其二根據(jù)晶格動(dòng)力學(xué)，溫度升高，晶格形變增大，分子運(yùn)動(dòng)更加劇烈，水分子容易脫離晶格束縛，導(dǎo)致調(diào)驅(qū)劑脫水。

圖4 溫度對成膠時(shí)間和凝膠強(qiáng)度的影響

2.2 調(diào)驅(qū)體系性能評價(jià)

2.2.1 注入性、封堵性和耐沖刷性能

調(diào)驅(qū)劑的封堵性能和耐沖刷性能見圖5。調(diào)驅(qū)劑注入過程中，壓力持續(xù)緩慢上升，注入量達(dá)到0.8數(shù)1 PV時(shí)，壓力基本穩(wěn)定在1.8 MPa，說明其具有良好的注入性能，同時(shí)反映出調(diào)驅(qū)劑在巖心中具有良好的波及系數(shù)（高達(dá)80%以上）。阻力系數(shù)41.9，殘余阻力系數(shù)46.5，后續(xù)水驅(qū)突破壓力達(dá)到3.4 MPa、突破壓力梯度達(dá)到11.33 MPa/m，說明調(diào)驅(qū)劑有較好的封堵能力。調(diào)驅(qū)措施后進(jìn)行5 PV水驅(qū)，水驅(qū)壓力基本穩(wěn)定在3 MPa，是調(diào)驅(qū)措施前水驅(qū)壓力的46.5倍，說明調(diào)驅(qū)劑具有良好的耐沖刷性能。

圖5 單管巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)注入壓力隨注入量的變化

2.2.2 流動(dòng)性

圖6 串聯(lián)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)各測壓點(diǎn)壓力隨注入量的變化

由圖6可見，向3管串聯(lián)巖心中注入調(diào)驅(qū)劑后，3個(gè)測壓點(diǎn)壓力均在不同的時(shí)機(jī)出現(xiàn)緩慢而均勻的上升。當(dāng)注入量為3 PV時(shí)，3個(gè)測壓點(diǎn)壓力均基本穩(wěn)定，調(diào)驅(qū)劑穩(wěn)定流出，表明該調(diào)驅(qū)體系在多孔介質(zhì)中具有較好的流動(dòng)性，可對地層進(jìn)行深部調(diào)剖。

2.2.3 驅(qū)油性能

4管并聯(lián)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5和圖7。注調(diào)驅(qū)劑后產(chǎn)液分配發(fā)生變化。高滲層得到有效封堵，中低滲層得到啟動(dòng)，波及體積提高，總體出現(xiàn)含水下降，采收率和注入壓力上升。滲透率107.4×10-3、232.8×10-3、349.4×10-3、698.2×10-3μm2巖心的采收率分別提高51.5%、30.1%、11.5%、8.0%。說明調(diào)驅(qū)體系具有驅(qū)油和改善地層的非均質(zhì)性雙重能力。由表5可見，調(diào)驅(qū)前滲透率698.2×10-3μm2巖心產(chǎn)液百分比高達(dá)89.7%。第一次調(diào)驅(qū)后產(chǎn)液百分比下降至42.7%，下降幅度高達(dá)52%，其他相對低滲巖心產(chǎn)液量不同程度的提升；第二次調(diào)驅(qū)后產(chǎn)液百分比下降至8.4%，降幅高達(dá)90.6%，兩個(gè)低滲巖心產(chǎn)液量再次得到不同程度的提升。進(jìn)一步說明該調(diào)驅(qū)劑體系具有良好的調(diào)剖、改善地層非均質(zhì)性能力。

表5 并聯(lián)巖心注劑前后的產(chǎn)液分配

圖7 并聯(lián)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的驅(qū)油動(dòng)態(tài)曲線

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

2016年該調(diào)驅(qū)體系已在塔里木高溫、高礦化度油藏進(jìn)行1井次先導(dǎo)性試驗(yàn)，2016年5數(shù) 8月期間現(xiàn)場累計(jì)注入104m3調(diào)驅(qū)劑。

2.3.1 油藏基本概況

塔里木深層油藏為構(gòu)造完整、軸向近南北的背斜構(gòu)造砂巖油藏，油層埋深5700數(shù)5840 m，油層最厚120 m，地層傾角4.5數(shù)12°，油藏內(nèi)部斷層、斷距10數(shù)15 m，原始地層壓力62.38 MPa，壓力系數(shù)1.12，地層溫度142℃，礦化度25×104mg/L。油藏為塊狀底水油藏，受儲層物性及夾層影響，表現(xiàn)為層狀開發(fā)特征；儲層孔隙結(jié)構(gòu)整體為小孔道-特小孔道、細(xì)喉-微細(xì)喉，且喉道相對均勻，屬中低滲油藏，平面和縱向上物性差異大，且夾層、隔層發(fā)育不連續(xù)；井網(wǎng)井距＞600 m。

塔里木油藏自1990年開始開發(fā)，共經(jīng)歷了試采、上產(chǎn)、注采結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整和細(xì)分層系開發(fā)5個(gè)階段。近年來，該區(qū)塊年均含水上升速率5%，開發(fā)形勢變差，年均產(chǎn)量遞減率15%，目前含水率高達(dá)80%。此外油藏存水率、水驅(qū)指數(shù)急速下降，耗水指數(shù)上升，剩余油平面和縱向上分布不均勻。2006數(shù)2013年對該區(qū)塊進(jìn)行示蹤劑監(jiān)測，累計(jì)監(jiān)測注水井20井次，對應(yīng)采油井137口，見示蹤劑采油井比例僅占21.9%，區(qū)塊層內(nèi)、層間矛盾突出，注水極為不均衡。說明有大范圍油區(qū)尚未波及，為了抑制注入水“竄流”，進(jìn)一步提高儲集層動(dòng)用程度迫切需要改善地層剖面，提高注水效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。

2.3.2 礦場實(shí)驗(yàn)及措施效果分析

在塔里木油藏注入調(diào)驅(qū)劑后，注水井井口壓力上升2.1 MPa，視吸水指數(shù)下降1.1 m3/d·MPa；注水井壓力指數(shù)（PI）值由措施前的9.82上升至21.83，井筒充滿度（FD）值由措施前的0.59上升至0.97，注水正常；原強(qiáng)吸水層CIII_2-1_T、CIII_2-2_T吸水量下降，原弱吸水層CIII_3-1_T、CIII_3-2_T、CIII4及以下吸水能力均不同程度增強(qiáng)，吸水剖面得到有效改善。目前該區(qū)塊已經(jīng)有3口一線生產(chǎn)井相繼見效，生產(chǎn)井出現(xiàn)不同程度的增油、含水下降等現(xiàn)象。2016年6月開始實(shí)施，截至2018年3月生產(chǎn)井累計(jì)增油7890 t。

3 結(jié)論

調(diào)驅(qū)體系基礎(chǔ)配方為：0.5%數(shù)2.0%耐溫耐鹽高分子SD6800，SD6800與高溫交聯(lián)劑質(zhì)量比50∶1，0.2%改進(jìn)劑，0.1%穩(wěn)定劑。隨著SD6800濃度增加，成膠速度加快，表觀黏度增大，穩(wěn)定性提高。隨著交聯(lián)劑或改進(jìn)劑濃度增加，成膠速度加快，相應(yīng)的表觀黏度增大，交聯(lián)劑或改進(jìn)劑濃度過高，調(diào)驅(qū)體系易交聯(lián)過度而脫水。調(diào)驅(qū)體系在150℃、礦化度25×104mg/L環(huán)境下可長期穩(wěn)定60 d以上。調(diào)驅(qū)體系具有良好的耐溫性、耐鹽性、流動(dòng)性、封堵性和耐沖刷性，可有效緩解油藏層內(nèi)和層間矛盾，封堵高滲通道，改善油藏吸液剖面，提升井口壓力，降低視吸水指數(shù)。