中低滲油藏提高調(diào)驅(qū)劑成膠質(zhì)量研究與應(yīng)用

徐海波

中國石油遼河油田分公司 茨榆坨采油廠（遼寧 遼中110206）

科爾沁油田包1塊屬于中低滲油藏，探明含油面積5.9 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量1 795×104t，可采儲(chǔ)量271×104t，標(biāo)定采收率15.1%，油藏埋深890～1 090 m。儲(chǔ)層巖性主要為礫狀砂巖，平均孔隙度18.4%，平均滲透率84.4 mD。2013年5月優(yōu)選包32-28、包32-25井組進(jìn)行弱凝膠調(diào)驅(qū)試驗(yàn)，對應(yīng)油井14口，在試驗(yàn)井組取得較好效果的基礎(chǔ)上，2014年6月擴(kuò)大調(diào)驅(qū)井10口，對應(yīng)油井31口，至2016年底，12口調(diào)驅(qū)井平均單井累計(jì)注入調(diào)驅(qū)劑21 724 m3，達(dá)到調(diào)驅(qū)設(shè)計(jì)注入量的94%。

1 存在問題

在該區(qū)塊開展調(diào)驅(qū)施工，夏季出現(xiàn)了調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性差的問題，現(xiàn)場取樣15 d后強(qiáng)度下降90%，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響了調(diào)驅(qū)效果，調(diào)驅(qū)區(qū)域產(chǎn)量下降。對各調(diào)驅(qū)點(diǎn)的成膠情況進(jìn)行調(diào)查，2014年4至5月份調(diào)驅(qū)劑成膠合格率一直維持在100%，但是在6月份成膠合格率下降，8月份僅為61.5%（表1）。

表1 2014年調(diào)驅(qū)劑成膠合格率統(tǒng)計(jì)

合格的調(diào)驅(qū)劑外觀上觀察有一定的舌長，同時(shí)用布氏黏度計(jì)檢測其強(qiáng)度在3 000～5 000 mPa·s，注入地層后能夠有效封堵高滲層，有效地起到調(diào)驅(qū)的效果，不合格的調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度在3 000 mPa·s以下，注入地層后封堵效果較差，很難取得較好的調(diào)驅(qū)效果。

2 原因分析及解決辦法

2.1 原因分析

影響調(diào)驅(qū)劑成膠性能的潛在因素共有4大類20種。調(diào)驅(qū)點(diǎn)使用的聚合物均需要到供應(yīng)站抽檢，聚合物的相對分子質(zhì)量、水解度、固含量、特性黏數(shù)都需要檢測合格后才可以送到現(xiàn)場使用，而表觀黏度則在現(xiàn)場施工時(shí)即可以判斷，通過對藥劑質(zhì)量5項(xiàng)原因進(jìn)行檢測，確定其對調(diào)驅(qū)劑破膠沒有影響。施工現(xiàn)場的配制環(huán)境和配制工藝沒有變化，不會(huì)對調(diào)驅(qū)劑破膠產(chǎn)生影響，因此確定影響調(diào)驅(qū)劑成膠的因素為配制水質(zhì)。

2.1.1礦化度影響

影響機(jī)理：當(dāng)?shù)V化度較低時(shí)，由于鹽壓縮擴(kuò)散雙電層，減少靜電斥力，成膠時(shí)間隨礦化度的增加而減少；當(dāng)?shù)V化度較高時(shí)，由于鹽敏作用使聚丙烯酰胺大分子線團(tuán)更加蜷曲而不易被交聯(lián)，且凝膠的穩(wěn)定性較差，極易破膠，成膠強(qiáng)度隨礦化度的增加而降低。

實(shí)驗(yàn)方法：包1塊注水水性為碳酸氫鈉型，因此用分析純碳酸氫鈉與蒸餾水配制不同礦化度的水樣，分別加入聚合物和交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，按設(shè)計(jì)時(shí)間檢測調(diào)驅(qū)劑成膠強(qiáng)度。對比包14塊注水的礦化度，確定現(xiàn)場注水中礦化度是否對成膠穩(wěn)定性有影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明,礦化度在5 000 mg/L以內(nèi)時(shí)對成膠穩(wěn)定性幾乎無影響，隨著礦化度進(jìn)一步增大，成膠強(qiáng)度及穩(wěn)定性有所下降。包1塊調(diào)驅(qū)現(xiàn)場注水礦化度為4 022.9 mg/L，在不影響調(diào)驅(qū)劑成膠的臨界值內(nèi)，因此礦化度不影響調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性。

2.1.2 pH值影響

影響機(jī)理：在弱酸環(huán)境中，聚合物分子-COOH的電離度較大，-COO-所占比例較高，有利于調(diào)驅(qū)劑的交聯(lián)反應(yīng)。而堿性環(huán)境有利于Cr3+交聯(lián)劑的水解，亦即有利于凝膠的形成。而且堿性條件還有利于聚合物的水解，使分子中電荷基團(tuán)增加，電荷基團(tuán)的增加一方面使分子鏈伸張，交聯(lián)反應(yīng)易于進(jìn)行，另一方面交聯(lián)點(diǎn)也可能增加，使所成凝膠的強(qiáng)度增大。

實(shí)驗(yàn)方法：用鹽酸及氫氧化鈉調(diào)節(jié)蒸餾水的pH值，配制不同pH值的水樣，分別加入聚合物和交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，按設(shè)計(jì)時(shí)間檢測調(diào)驅(qū)劑成膠強(qiáng)度。對比包1塊注水的pH值，確定現(xiàn)場注水中礦化度是否對成膠穩(wěn)定性有影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明,pH值在6～8時(shí)對成膠穩(wěn)定性幾乎無影響。包1塊調(diào)驅(qū)用注水pH值為7.91，在不影響調(diào)驅(qū)劑成膠的臨界范圍內(nèi)，因此pH值不影響調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性。

2.1.3 Fe2+影響

影響機(jī)理：在包1塊施工過程中，是在近乎密閉的調(diào)驅(qū)罐中配制聚合物，但是仍然有氧溶入溶液中，從而使Fe2+被氧化，生成Fe3+與O2-自由基。O2-自由基的活性很高，通過抽氫反應(yīng)侵入聚合物主鏈，生成過氧化物，最終經(jīng)過重排，進(jìn)一步促使主鏈斷裂，發(fā)生降解。在聚合物鏈斷裂過程中產(chǎn)生的自由基與Fe3+反應(yīng)，又生成Fe2+。如此造成聚合物的降解循環(huán)，聚丙烯酰胺分子被迅速打斷，造成調(diào)驅(qū)劑強(qiáng)度大幅度下降。

實(shí)驗(yàn)方法：用分析純氯化亞鐵和蒸餾水配制不同F(xiàn)e2+濃度的水樣，分別加入聚合物和交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，按設(shè)計(jì)時(shí)間檢測調(diào)驅(qū)劑成膠強(qiáng)度。對比包1塊注水的pH值，確定現(xiàn)場注水中礦化度是否對成膠穩(wěn)定性有影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明,Fe2+質(zhì)量濃度在0.1 mg/L以內(nèi)時(shí)對成膠穩(wěn)定性幾乎無影響，隨著Fe2+濃度進(jìn)一步增加，成膠強(qiáng)度及穩(wěn)定性有所下降，當(dāng)Fe2+濃度大于0.5 mg/L時(shí)藥樣在7 d內(nèi)破膠。包1塊調(diào)驅(qū)用注水Fe2+濃度為0.91 mg/L，嚴(yán)重影響調(diào)驅(qū)劑穩(wěn)定性，因此Fe2+是影響包1塊調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性的因素。

2.1.4溶解氧影響

影響機(jī)理：聚合物分子在溫度較高的環(huán)境中，由于氧自由基的參與，會(huì)使其分子鏈發(fā)生斷裂現(xiàn)象，從而分子量減小，溶液黏度降低，這就是聚丙稀酰胺的氧化降解。

確認(rèn)方法：通過現(xiàn)場曝氧實(shí)驗(yàn)，消除注水中的溶解氧，之后按順序單體藥劑后，確定現(xiàn)場注水中溶解氧是否對成膠穩(wěn)定性有影響。

通過實(shí)驗(yàn)證明，注水靜置4 h消除溶解氧后，調(diào)驅(qū)劑在10天后仍然破膠，因此溶解氧不是影響包1塊調(diào)驅(qū)劑成膠合格率的主要因素。

2.1.5還原菌影響

影響機(jī)理：聚合物可以作為還原菌生長繁殖的碳源，為其生長繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)。還原菌通過聚合物分子中的羧基作電子供給體，用礦物質(zhì)鹽作末端電子接受體而繁殖。同時(shí)羧基的消耗又會(huì)促使聚合物的進(jìn)一步降解，降解的結(jié)果又為硫酸鹽還原菌的生長繁殖提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)，使硫酸鹽還原菌在其中的代謝旺盛且持久。

確認(rèn)方法：收集不同的文獻(xiàn)作參考，找出其中提到的影響調(diào)驅(qū)劑成膠的還原菌含量的臨界值，對比包1塊注水中還原菌含量，確定是否影響調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性。

包1塊調(diào)驅(qū)用注水還原菌菌量為103～104個(gè)/mL，超過了參考文獻(xiàn)中的最高臨界值102個(gè)/mL，因此還原菌是影響包1塊調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性的因素。

2.2 解決方法

2.2.1還原菌影響解決方法

通過初期調(diào)研，總計(jì)選擇了7種殺菌劑在包1站調(diào)驅(qū)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，按加藥流程加入各種藥劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)后，加入殺菌劑并取樣，篩選7 d后成膠黏度在3 000 mPa·s以上為初選殺菌劑，具體效果見表2。

表2 殺菌劑篩選統(tǒng)計(jì)表

通過對伊噻、1227、戊二醛、甲醛、東盟等7種殺菌劑進(jìn)行初選，發(fā)現(xiàn)伊噻、甲醛、東盟等3種殺菌劑符合初選標(biāo)注。

2.2.2 Fe2+影響解決方法

通過初期調(diào)研，總計(jì)選擇了11種穩(wěn)定劑在包1站調(diào)驅(qū)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，按加藥流程加入各種藥劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，之后加入0.05%東盟殺菌劑，最后加入各種穩(wěn)定劑并取樣，篩選15 d后的成膠黏度在3 000～5000 mPa·s為初選穩(wěn)定劑，具體效果見表3。

表3 穩(wěn)定劑篩選統(tǒng)計(jì)

通過對鄰菲啰啉，有機(jī)胺等11種穩(wěn)定劑進(jìn)行初選，發(fā)現(xiàn)有機(jī)胺與氨基硫脲符合初選標(biāo)注。對這2種穩(wěn)定劑進(jìn)行除鐵效果評價(jià)。具體效果見表4。

表4 穩(wěn)定劑效果統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表4

從表4中可以看出氨基硫脲不能滿足現(xiàn)場除鐵要求，而有機(jī)胺在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)就能夠達(dá)到對策目標(biāo)，因此選擇有機(jī)胺作為包1塊調(diào)驅(qū)用穩(wěn)定劑，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%。

3 應(yīng)用效果分析

從包1塊調(diào)驅(qū)劑成膠強(qiáng)度檢測表（表5）中可以看出，加入殺菌劑和穩(wěn)定劑劑后調(diào)驅(qū)劑15 d后強(qiáng)度仍然在5 000 mPa·s以上，滿足了施工要求。

表5 包1塊調(diào)驅(qū)劑成膠強(qiáng)度檢測

4 結(jié)論

1）改變以往調(diào)驅(qū)施工中只針對單項(xiàng)影響成膠的原因進(jìn)行分析論證的模式，首次實(shí)現(xiàn)了對全部影響因素進(jìn)行系統(tǒng)論證，對每種因素影響的臨界范圍進(jìn)行了劃定，為以后出現(xiàn)類似問題提供了判定依據(jù)。

2）技術(shù)人員通過自己的努力，獨(dú)立解決了中低滲油藏調(diào)驅(qū)劑成膠穩(wěn)定性差這一難題，提出了在調(diào)驅(qū)劑中加入殺菌劑和穩(wěn)定劑來保障調(diào)驅(qū)劑成膠質(zhì)量。