改性淀粉凝膠在含油巖心中的運(yùn)移特性和定位封堵增油效果*

薛寶慶，呂 鵬，李彥閱，代磊陽，黎 慧

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津300452）

改性淀粉體系作為一種新型調(diào)剖劑[1]，強(qiáng)度高，成膠時(shí)間可控，施工上能夠?qū)崿F(xiàn)配制簡單和成膠時(shí)間滿足施工時(shí)間要求。定位調(diào)堵技術(shù)[2,3]在判斷油水前緣線位置的基礎(chǔ)上，將調(diào)剖劑段塞精確定位到合適的位置，使后續(xù)驅(qū)替液段塞提高采收率效果達(dá)到最好。目前，定位封堵技術(shù)開展了部分實(shí)驗(yàn)研究工作，取得了初步的認(rèn)識[4,5]，確定了定位封堵的可行性，但對于改性淀粉體系的定位封堵性能研究還不足。本文開展驅(qū)替前緣確定的強(qiáng)膠定位調(diào)堵物理模擬實(shí)驗(yàn)，對強(qiáng)膠定位調(diào)堵開展系統(tǒng)和綜合的對比分析，開展改性淀粉體系運(yùn)移特性和定位封堵增油效果研究，為強(qiáng)膠定位調(diào)堵方案設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和支持，研究成果對目前認(rèn)識的現(xiàn)場應(yīng)用具有承上啟下的重要作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用水 按照LD10-1地層水礦化度配制，離子濃度見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水離子濃度（mg·L-1）Tab.1 Water quality analysis

實(shí)驗(yàn)用油 為LD10-1模擬油，65℃時(shí)粘度為17mPa·s。

改性淀粉膠體系 濃度為4%的改性淀粉，濃度為4%的不飽和單體，濃度為0.1%引發(fā)劑，濃度為0.1%交聯(lián)劑等。

頂替段塞 分別用與調(diào)剖體系同等濃度的純淀粉溶液。

實(shí)驗(yàn)巖心 選用人造層內(nèi)非均質(zhì)巖心，巖心氣測滲透率為20/600×10-3μm2，寬×高=4.5cm×4.5cm，長度分別為5、10、15、20和30cm。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備 中間容器、巖心夾持器、傳感器、平流泵、恒溫箱、計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental flow

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 改性淀粉體系運(yùn)移特征實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）取長度5、10、15、20cm的巖心，放入模型夾持器中，做平行對比實(shí)驗(yàn)；

（2）模型抽真空，飽和水，測孔隙度，計(jì)算孔隙體積；

（3）飽和油，直到物理模型出口端不出水并持續(xù)注入油量1.5PV，建立束縛水飽和度；

（4）以0.5mL·min-1速度水驅(qū)油，當(dāng)含水率分別達(dá)到75%，85%和95%時(shí)停止水驅(qū)；

（5）做平行對比實(shí)驗(yàn)，以0.3mL·min-1速度注入帶熒光粉的調(diào)剖體系，出口端出現(xiàn)第一滴液時(shí)，停止注入，記錄相應(yīng)參數(shù)。

1.2.2 改性淀粉體系定位封堵增油

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）取長度30cm的巖心抽真空，飽和地層水，測量孔隙體積，計(jì)算孔隙度；

（2）安裝實(shí)驗(yàn)流程，測其密封性；

（3）飽和油，油驅(qū)水至出口端不出水并繼續(xù)增加注油量約1.5PV，計(jì)算束縛水狀態(tài)下的原始含油飽和度；

（4）以0.5mL·min-1排量水驅(qū)油，出口端含水率分別達(dá)到75%、85%、95%時(shí)，停止水驅(qū)；

（5）平行對比實(shí)驗(yàn)，以0.3mL·min-1排量分別將調(diào)剖體系注入到油水前緣線處，候凝；

（6）水驅(qū)油，記錄油水產(chǎn)量，評價(jià)采收率提高效果。

2 改性淀粉體系運(yùn)移特性

采用不同長度的雙層非均質(zhì)物理模型，在含水率分別達(dá)到75%、85%、95%時(shí)，注入帶有熒光粉標(biāo)記的改性淀粉凝膠調(diào)剖體系，記錄出口端開始出現(xiàn)第一滴調(diào)剖體系時(shí)的注入量。通過注入量與物理模型長度建立PV-L模板，為后續(xù)做定位調(diào)堵實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和圖2。

表2 調(diào)剖體系注入量與運(yùn)移距離的關(guān)系Tab.2 Relationship between injection volume and migration distance of profile control system

圖2 為不同含水率條件下凝膠體系注入量與運(yùn)移距離關(guān)系曲線，擬合公式為：

（1）含水率為75%：

（2）含水率為85%：

（3）含水率為95%：

圖2 定位調(diào)堵體系注入量與運(yùn)移距離關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between injection quantity and migration distance in the system of locating and plugging adjustment

由圖2看出，3種含水率條件下調(diào)剖體系注入量與運(yùn)移距離呈線性關(guān)系，擬合度接近1，說明線性擬合很好。聚集點(diǎn)集中在物理模型入口端端面處，可能是物理模型端面效應(yīng)所引起的誤差。

當(dāng)運(yùn)移距離相同時(shí)，含水率為75%時(shí)的注膠量最多，含水率為85%時(shí)的注膠量次之，含水率為95%時(shí)的注膠量最少。運(yùn)移20cm時(shí)，含水率為75%時(shí)的注入量為0.3PV，含水率為85%時(shí)的注入量為0.28PV，含水率為95%時(shí)的注入量為0.26PV。從3條擬合線的斜率角度分析，物理模型越長，含水率為75%時(shí)的注入量越大。

改性淀粉凝膠主劑是淀粉，具有一定的表觀粘度，在多孔介質(zhì)中受到拉伸作用，含水率越高，物理模型內(nèi)剩余油就越少，定位調(diào)堵體系與竄流通道表面產(chǎn)生的流動(dòng)阻力越小，這樣凝膠就越容易在多孔介質(zhì)中運(yùn)移，所以當(dāng)運(yùn)移距離一定時(shí)，含水率越高，注入的凝膠體系越少；在含水率較低條件下，物理模型內(nèi)剩余油就多。注膠時(shí)，驅(qū)替前緣將逐漸形成一定強(qiáng)度的油墻，由于存在較強(qiáng)的原油粘滯阻力，對后續(xù)注入的凝膠體系產(chǎn)生了流度控制作用，注入壓力要逐漸升高，后續(xù)注入的凝膠體系將進(jìn)入一些在高含水條件下不能夠進(jìn)入的小孔隙中。

根據(jù)調(diào)剖體系的注入量與運(yùn)移距離關(guān)系曲線，在礦場實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)置不同長度的主段塞和后續(xù)頂替段塞，即可實(shí)現(xiàn)定位調(diào)堵。

3 封堵位置對增油效果的影響

為了研究定位調(diào)堵技術(shù)在何時(shí)調(diào)堵、調(diào)堵深度，才能達(dá)到充分調(diào)堵的目的，最大限度的發(fā)揮驅(qū)油體系的作用。通過水驅(qū)得出，當(dāng)含水率達(dá)到75%、85%和95%時(shí)的水驅(qū)前緣線與注入端距離約為7.5，10.5和13cm。做平行對比實(shí)驗(yàn)，將0.1PV改性淀粉凝膠體系主段塞分別注入到含水率為75%、85%和95%時(shí)的低滲層水驅(qū)前緣線處、水驅(qū)前緣線之前位置，即調(diào)剖深度，頂替段塞采用純淀粉溶液，對比采收率效果。低滲層的水驅(qū)前緣線長度與注入量關(guān)系可通過定位調(diào)堵體系注入量與運(yùn)移距離關(guān)系計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 水驅(qū)前緣線長度與體系注入量的關(guān)系Tab.3 Relationship between the length of water drive front line and injection rate

由于每組實(shí)驗(yàn)的采收率、含水率和壓力曲線趨勢基本相同，在此不做一一討論，以一次水驅(qū)含水率為85%，調(diào)剖深度為10.5和12.5cm兩個(gè)位置的采收率、含水率和壓力變化曲線為例加以分析，見圖3、4。

圖3 調(diào)剖深度10.5cm的驅(qū)油效果Fig.3 Displacement effect of profile control depth 10.5cm

圖4 調(diào)剖深度12.5cm的驅(qū)油效果Fig.4 Displacement effect of profile control depth 12.5cm

由圖3、4可知，水驅(qū)階段，含水率很快升高到85%，注水量約為0.35PV，一次水驅(qū)采收率約為26%。在注入調(diào)剖劑主段塞和頂替段塞階段，隨著調(diào)剖劑段塞逐漸地深入，采收率也逐漸增大，采收率提高約7%，一定程度上表明調(diào)剖劑體系具有一定的選擇注入性，已成功注入到高滲透層。注入過程壓力急速上升，但曲線未出現(xiàn)波動(dòng)，較為平和，壓力增加幅度保持穩(wěn)定，這說明調(diào)剖劑段塞是整體向前推移的。后續(xù)水驅(qū)階段，壓力明顯上升，表明已經(jīng)啟動(dòng)低滲層，含水率開始上升，含水率增加緩慢，之后迅速增加到90%以上，然后慢慢增加，最后保持平穩(wěn)。

對6組實(shí)驗(yàn)中含水率為75%、85%、95%及2個(gè)位置對應(yīng)的水驅(qū)采收率和采出程度對比分析，評價(jià)6種方法對采收率效果的影響，見圖5。

圖5 3種含水率及2個(gè)位置對應(yīng)的采收率變化Fig.5 3 kinds of water cut and 2 positions corresponding to eor changes

由圖5可見，含水率75%對應(yīng)一次水驅(qū)采收率約為23%，含水率85%對應(yīng)一次水驅(qū)采收率約為26%，含水率95%對應(yīng)一次水驅(qū)采收率為28%；含水率75%對應(yīng)采出程度約為48%，含水率85%對應(yīng)采出程度在52%以上，含水率95%對應(yīng)采出程度在49%以上。綜合分析，得出含水率為85%時(shí)，注入改性淀粉凝膠體系采取增產(chǎn)措施的采收率效果最好；含水率為95%時(shí)，采取注入改性淀粉凝膠體系提高采收率效果次之；含水率為75%時(shí)，采取措施提高采收率效果最差。3種含水率對應(yīng)的凝膠體系在水驅(qū)前緣線前比水驅(qū)前緣線處的采收率效果好，是由于膠壩形成后，前緣線前位置的強(qiáng)膠體系迫使注入水啟動(dòng)低滲層的能力強(qiáng)，較好的封堵高滲層，使后續(xù)液流發(fā)生繞流，擴(kuò)大了水驅(qū)波及體積，從而提高采收率。

4 結(jié)論

（1）改性淀粉凝膠體系在多孔介質(zhì)中運(yùn)移與油水分布狀態(tài)有關(guān)，含水飽和度越大體系運(yùn)移越快，注入量與運(yùn)移距離呈線性關(guān)系。

（2）對比3種不同含水率時(shí)期，含水率85%時(shí)，將改性淀粉凝膠體系作為深部調(diào)剖劑，注入到水驅(qū)前緣線前位置，提高采收率效果最好。

（3）前緣線前位置的強(qiáng)膠體系迫使注入水啟動(dòng)低滲層的能力強(qiáng)，比水驅(qū)前緣線處的采收率效果好。

（4）改性淀粉凝膠體系可實(shí)現(xiàn)深部定位封堵，能夠有效解決非均質(zhì)模型竄流問題。