高鈣鎂稠油油藏化學(xué)復(fù)合驅(qū)油體系的研發(fā)
——以春風(fēng)油田排601區(qū)塊為例

孟霖，張鎖兵，齊義彬，曹麗麗，宋勇，夏海容，鄭孝強

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石化勝利油田分公司新春采油廠，山東 東營 257000）

0 引言

目前在全世界油氣資源中，稠油占有較大的比例，各類稠油的總儲量約為1 000×108t。中國稠油資源分布廣泛，已在12個盆地中發(fā)現(xiàn)了70多個稠油油田，預(yù)計中國稠油儲量可達300×108t以上［1-3］。蒸汽吞吐在稠油油藏開發(fā)中占有重要的地位，超過80%的國內(nèi)稠油采用蒸汽吞吐作為初期開發(fā)手段。隨著蒸汽吞吐輪次的增加，地層經(jīng)過蒸汽反復(fù)沖刷形成高滲條帶，加劇了儲層非均質(zhì)性，使油藏存在熱損失大、能耗高、成本高等問題［4-5］。因此，針對稠油油藏，尤其是經(jīng)過長期熱力開發(fā)的稠油油藏，亟需攻關(guān)開展新型稠油提高采收率的接替技術(shù)。

稠油化學(xué)復(fù)合降黏冷采技術(shù)是國內(nèi)外稠油熱采后期技術(shù)發(fā)展的重要方向［6-8］。經(jīng)過長期熱采，不同稠油油藏的地質(zhì)特征、流體特征、剩余油分布等開發(fā)現(xiàn)狀共同決定了下一步化學(xué)復(fù)合體系的構(gòu)建。鄭昕等［7］針對孤島油田多輪次吞吐后出現(xiàn)的油藏非均質(zhì)性加劇、井間汽竄通道發(fā)育、熱損失大、綜合含水高等問題，設(shè)計了多功能調(diào)堵劑與降黏劑驅(qū)油體系，能有效地降低原油黏度，封堵汽竄通道，提高驅(qū)替效率，擴大波及體積；劉義剛等［9］針對海上稠油油藏的含水率上升、汽竄、低產(chǎn)、低效井等問題，提出了基于磺酸鹽類體系的低溫?zé)峄瘜W(xué)驅(qū)技術(shù)，該體系在120℃條件下驅(qū)油效率可以達到65%，相對于同等溫度下的蒸汽驅(qū)開發(fā)，驅(qū)油效率提高了8.5百分點，達到了降本增效的目的。

現(xiàn)階段稠油化學(xué)冷采體系的構(gòu)建主要聚焦在降低原油黏度、改善油藏非均質(zhì)性方面，對于化學(xué)驅(qū)體系和油藏流體的適配性研究較少。尤其是在高鈣鎂油藏條件下，化學(xué)藥品性能受到巨大影響：鈣鎂離子會顯著降低聚合物黏度，無法滿足調(diào)堵需求；鈣鎂離子還會使降黏劑發(fā)生絡(luò)合、絮凝，大幅降低降黏性能［10-12］。因此，在該類型稠油油藏開發(fā)過程中，常規(guī)的稠油化學(xué)復(fù)合體系并不適用，亟需構(gòu)建耐高礦化度高鈣鎂的新型化學(xué)復(fù)合驅(qū)油體系［13-14］。國內(nèi)多輪次吞吐后的高礦化度高鈣鎂稠油油藏儲量超過1×108t，資源潛力巨大，構(gòu)建耐鈣鎂的化學(xué)驅(qū)油體系對稠油油藏下一步的高效開發(fā)至關(guān)重要［15-16］。本研究以春風(fēng)油田排601區(qū)塊為例，針對該區(qū)塊地層水鈣鎂質(zhì)量濃度高、原油黏度高、高滲通道發(fā)育等特點，研發(fā)了耐高鈣鎂的“調(diào)堵+降黏”復(fù)合驅(qū)油體系，并對復(fù)合驅(qū)油體系進行評價，旨在解決該區(qū)塊流動難、驅(qū)替難、調(diào)堵難和普通化學(xué)藥劑不適用的問題，對經(jīng)過多輪次蒸汽吞吐開發(fā)后高鈣鎂稠油油藏的剩余油進行了有效動用，同時為其他同類型稠油油藏提供參考。

1 試驗區(qū)概況

春風(fēng)油田排601區(qū)塊埋深420～510 m，地層水礦化度為14 000～24 000 mg/L，鈣鎂質(zhì)量濃度為2 000～4 000 mg/L，30℃條件下平均原油黏度為22 900 mPa·s，屬于薄淺層高礦化度高鈣鎂特稠油油藏。油田主體為水平井整體蒸汽吞吐開發(fā)，水平井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)45.0%，2017年產(chǎn)油106.7×104t。但是隨著吞吐輪次增加，區(qū)塊已面臨著輪次高、產(chǎn)量遞減快、采收率低等問題。春風(fēng)油田多數(shù)受到活躍邊水水侵影響，且厚度?。▋雍穸刃∮? m），蒸汽驅(qū)熱損失在65%以上，蒸汽驅(qū)效率低；同時，水平井蒸汽驅(qū)易汽竄，難以實現(xiàn)均衡驅(qū)替。因此，需要開展高礦化度、高鈣鎂特稠油油藏?zé)岵珊蟮幕瘜W(xué)冷采開發(fā)接替技術(shù)研究，攻關(guān)高效耐高礦化度、高鈣鎂的調(diào)堵劑及降黏復(fù)合驅(qū)油體系。

2 化學(xué)復(fù)合驅(qū)油體系構(gòu)建

2.1 調(diào)堵劑體系研發(fā)及性能評價

2.1.1 調(diào)堵劑體系研發(fā)

1）聚合物研發(fā)。根據(jù)油層調(diào)堵需要，開展耐鈣鎂聚合物分子設(shè)計。以丙烯酰胺AM為基本結(jié)構(gòu)，引入不與鈣鎂離子發(fā)生沉淀反應(yīng)的基團，提高耐鈣鎂能力；引入高溫下水解緩慢或不發(fā)生水解反應(yīng)的基團，增加聚合物在儲層中的滯留能力；引入陽離子功能基團，降低地層水中陽離子的敏感度（見圖1）。另外，陽離子和帶負電性的巖石表面結(jié)合力強，封堵效果更好［17-18］。

圖1 耐鈣鎂聚合物分子設(shè)計

2）交聯(lián)劑研發(fā)。排601區(qū)塊油藏埋深淺，溫度低，交聯(lián)劑所需活化能較大，低溫導(dǎo)致不能有效交聯(lián)，成膠強度低，難以滿足堵水需求。此外，無機類的鉻系交聯(lián)劑交聯(lián)區(qū)間廣，毒害性較大，對水質(zhì)污染大；有機類的酚醛交聯(lián)體系刺激性強，且易揮發(fā)，對人員、環(huán)境危害性較大。針對以上不利因素，交聯(lián)劑選用低毒、環(huán)保的材料，以鋁離子為主，無毒、無刺激性，環(huán)境危害小。確定Al-HPAM檸檬酸鋁體系，其中，Al3+與檸檬酸根的摩爾比為1∶2，pH=7［19］。采取有機絡(luò)合金屬離子技術(shù)和可降解微膠囊包覆材料技術(shù)，可以降低、控制水合金屬離子的生成速率和金屬離子釋放速率，延緩與高分子的交聯(lián)反應(yīng)速率，最終制備出環(huán)保、耐鈣鎂螯合型金屬交聯(lián)劑。

2.1.2 性能評價

通過實驗開展調(diào)堵劑體系性能評價及配方優(yōu)化。采用密封瓶法考察、篩選堵劑體系，實驗選取30 mL西林瓶，通入除氧氮氣，考察交聯(lián)體系的成膠時間、凝膠強度等性能。采用Sydansk目測代碼法表征凝膠強度：A級強度最弱，J級強度最大。開展聚合物質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選。實驗溫度為30℃，固定交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)為0.5%，對比不同質(zhì)量分數(shù)的聚合物在不同時間的成膠強度（見表1）。同時考慮化學(xué)劑成本和注入壓力，確定SKY-KY602聚合物的質(zhì)量分數(shù)為0.5%，5 d能達到D級交聯(lián)強度，效果最優(yōu)。

表1 聚合物用量優(yōu)選

交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選，實驗溫度為30℃，固定聚合物質(zhì)量分數(shù)為0.5%，改變交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)，評價調(diào)堵劑成膠強度。交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)為0.5%時，交聯(lián)強度隨時間穩(wěn)定增長，7 d后，高于0.8%下的交聯(lián)強度，綜合考慮，選擇交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)為0.5%。

現(xiàn)場調(diào)堵劑配方由0.5%聚合物+0.5%交聯(lián)劑構(gòu)成。該體系具有以下優(yōu)勢：1）交聯(lián)溫度范圍廣（20℃以上）；2）交聯(lián)時間可調(diào)，成膠時間可控，施工過程中可實現(xiàn)較低的注入壓力，保證施工安全及深部注入；3）耐鈣鎂能力強，在礦化度小于120 000 mg/L、鈣鎂質(zhì)量濃度小于4 000 mg/L時，均可實現(xiàn)成膠，且保證一定強度；4）體系環(huán)境危害小，克服了鉻、苯酚、甲醛及其他酚醛等交聯(lián)劑對人員和環(huán)境造成的危害；5）穩(wěn)定時間長，模擬油藏條件下，穩(wěn)定期大于180 d。

開展填砂管實驗（注入速度20 mL/min，溫度28℃，候凝時間5 d），水驅(qū)后將調(diào)堵劑注入填砂管，滲透率下降4 540×10-3μm2，水竄封堵率為96.2%（見表2）；采用地層水沖刷填砂管，經(jīng)過20.00 PV后，封堵率仍有76%，表明調(diào)堵劑具有較好的耐沖刷性（見表3）。

表2 調(diào)堵劑封堵性能

表3 調(diào)堵劑耐沖刷性能

2.2 微生物降黏劑研發(fā)及評價

2.2.1 研發(fā)

春風(fēng)油田排601區(qū)塊油藏具有溫度低、鈣鎂質(zhì)量濃度高的特點，且油藏中微生物種類豐富，普遍對鈣鎂離子耐受度高。從春風(fēng)特稠油油藏產(chǎn)出液富集篩選培養(yǎng)微生物，經(jīng)過進一步分離篩選，得到產(chǎn)微生物降黏劑的單菌，通過單菌復(fù)篩，獲得高產(chǎn)微生物降黏劑菌株，最后進行室內(nèi)微生物降黏劑產(chǎn)量與性能評價，并以高產(chǎn)菌株的發(fā)酵產(chǎn)物為基礎(chǔ)，制備了稠油冷采降黏劑。

2.2.2 評價

在30℃條件下，采用春風(fēng)油田現(xiàn)場稠油樣品，以油劑體積比5∶5和7∶3充分混合形成乳狀液，測試降黏劑的降黏率。在油劑比為7∶3的情況下，降黏率均達到99%以上［20］。在洗油率方面，根據(jù)春風(fēng)油田的物性參數(shù)，配制50 g石英油砂，倒入50 mL降黏劑，觀察洗油效果。結(jié)果顯示：在靜置1 h后，油砂中的稠油開始出現(xiàn)乳化、拉伸等現(xiàn)象；靜置8 h后，在界面處油砂已基本被洗白，含油飽和度低，中層油水互溶形成乳狀液，在試管上層出現(xiàn)浮油，洗油率達到48%～53%；靜置48 h后，油砂中稠油已經(jīng)被大量洗出，上方形成的乳狀液也無明顯分層，洗油率達到60%～65%（見圖2）。

圖2 微生物降黏劑洗油能力實驗

此外，還對降黏劑在不同溫度、礦化度和pH值條件下的降黏率進行了測試。結(jié)果顯示，溫度為20～100℃，pH值為6～11，以及礦化度為120 000 mg/L（鈣鎂質(zhì)量濃度4 000 mg/L）的條件下，該降黏劑對目標(biāo)油藏降黏率均達到99%以上，這說明能夠?qū)崿F(xiàn)有效降黏（見圖3）。

圖3 溫度、pH值和礦化度對降黏劑的影響

降黏劑防膨率方面，在石英砂中添加20%的膨潤土，配制含有不同質(zhì)量分數(shù)氯化銨的降黏劑，兩者按照質(zhì)量比1∶3的比例混合，測算防膨率。測試發(fā)現(xiàn)，氯化銨對于降黏劑具有一定的防膨效果，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)達到2%時，防膨率達到90%以上；地層水離子飽和后的巖心，氯化銨的防膨效果明顯提高（見圖4）。

圖4 氯化銨質(zhì)量分數(shù)對防膨率的影響

2.3 復(fù)合驅(qū)油體系配伍性評價

采用排601區(qū)塊地層水配制0.1%～0.4%的聚合物和0.4%的調(diào)堵劑，然后添加0.1%的降黏劑，混合均勻后，測定其對排601-X450稠油（黏度為8 400 mPa·s）的降黏率及降黏后乳液顆粒的平均直徑。結(jié)果表明，聚合物質(zhì)量分數(shù)對降黏劑的性能具有一定影響。隨著聚合物質(zhì)量分數(shù)的增加，降黏劑的降黏率從99.3%降低到87.2%，降黏產(chǎn)生的乳液顆粒平均直徑從50μm增加到600μm。當(dāng)調(diào)堵劑交聯(lián)后，將0.4%的調(diào)堵劑與降黏劑充分攪拌，降黏率下降到79.5%，乳液顆粒直徑增加到1 250μm（見表4）。

表4 降黏劑對調(diào)堵劑性能的影響

2.4 復(fù)合體系驅(qū)油效果評價

室內(nèi)用油田現(xiàn)場地層水飽和巖心，對比耐鈣鎂降黏劑驅(qū)-普通降黏劑驅(qū)與耐鈣鎂調(diào)堵劑驅(qū)-普通調(diào)堵劑驅(qū)，以及“調(diào)堵+降黏”復(fù)合驅(qū)和單一化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效果［7］（見表5）。耐鈣鎂降黏劑和調(diào)堵劑在高鈣鎂的地層水飽和巖心中，具有較好的驅(qū)油效果，比普通降黏劑和普通調(diào)堵劑采收率分別提高7.6和10.6百分點；采用相同段塞體積的耐鈣鎂調(diào)堵劑+降黏劑組合的驅(qū)油方式，采收率達到43.5%，遠遠高于采收率為25.1%和26.8%的單一化學(xué)劑驅(qū)。

表5 復(fù)合體系與單一化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效果對比

3 結(jié)論

1）針對排601區(qū)塊油藏礦化度高、鈣鎂質(zhì)量濃度高的特點，設(shè)計研發(fā)了“0.5%聚合物+0.5%交聯(lián)劑”的新型調(diào)堵體系和環(huán)保耐鈣鎂的微生物產(chǎn)物降黏劑。

2）由耐鈣鎂聚合物和低毒環(huán)保交聯(lián)劑形成的調(diào)堵體系具有交聯(lián)溫度范圍廣、交聯(lián)時間可調(diào)、耐鈣鎂、體系環(huán)境危害小和穩(wěn)定時間長的特點。

3）微生物降黏劑降黏性能優(yōu)良，乳化降黏率在99%以上，靜態(tài)洗油率超過50%，具有乳化活性高、適應(yīng)性強、易破乳等特點。溫度150℃、礦化度120 000 mg/L、鈣鎂質(zhì)量濃度4 000 mg/L及pH值在6～11時，降黏率均超過98%。

4）巖心驅(qū)油實驗顯示，降黏劑和調(diào)堵劑在高鈣鎂質(zhì)量濃度地層水條件下，驅(qū)油效果良好，復(fù)合體系的驅(qū)油效果要遠遠高于單一化學(xué)劑驅(qū)。