張強(qiáng) 焦龍（西安石油大學(xué)，陜西 西安710065)

吳煒 喬孟占(冀東油田瑞豐化工公司，河北 唐山063200)

張瀚奭(冀東油田鉆采院，河北 唐山 063200）

深部凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)是指從注水井注入調(diào)驅(qū)劑在地層大孔道或裂縫中，通過緩慢移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)驅(qū)劑在地層深部的不斷重新分配，增加其作用范圍，提高注入水的波及效率。低濃度交聯(lián)聚合物調(diào)驅(qū)劑是一種由低濃度聚合物和交聯(lián)劑以分子間交聯(lián)為主、分子內(nèi)交聯(lián)為輔的弱交聯(lián)體系。其在地層中的封堵是動(dòng)態(tài)的，在一定條件下可運(yùn)移，具有深部調(diào)和驅(qū)的雙重作用?，F(xiàn)階段使用的深部凝膠調(diào)驅(qū)劑多為酚醛樹脂交聯(lián)體系，該體系所形成的弱凝膠易在長(zhǎng)期高溫條件下易形成果凍狀凍膠，在地層剪切作用下，其結(jié)構(gòu)易被破壞，降低封堵高滲透率儲(chǔ)層的作用，同時(shí)其流動(dòng)性較差，使注入壓力升高很快，甚至無法注入。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

德國Haake RS-600型流變儀；多功能化學(xué)驅(qū)物理模擬系統(tǒng)，華東石大儀器公司；CLTD-II高溫高壓滲透率梯度測(cè)試儀，荊州創(chuàng)聯(lián)石油科技公司；AR1530/C電子天平，美國Ohaus公司，分辨率0.001g；SXJQ-1型數(shù)顯無級(jí)調(diào)速攪拌器，鄭州長(zhǎng)城科技有限公司；恒溫箱；高壓中間容器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和調(diào)驅(qū)劑體系的配制

冀東油田柳北區(qū)塊地層水，礦化度為497mg/L，用于配制體系和進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，水質(zhì)分析見表1；冀東油田柳北區(qū)塊原油；聚丙烯酰胺，相對(duì)分子量1800萬-2000萬，水解度25%-30%，大港博弘公司；JRGW樹脂交聯(lián)劑，JRGW螯合劑，JRGW穩(wěn)定劑，冀東油田瑞豐化工公司；20-100目石英砂，北京普林森環(huán)?？萍加邢薰?；填砂模型參數(shù)見表2。實(shí)驗(yàn)溫度65-125℃。

表1 柳北水質(zhì)分析結(jié)果

?

表2 填砂模型基本參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

使用采油用凝膠流變參數(shù)法[1]測(cè)定凝膠強(qiáng)度。將完全成膠后的聚合物/交聯(lián)劑/助劑/溶劑體系視為線性粘彈體，采用振蕩剪切的方法，選定應(yīng)力為0.5Pa，在頻率為0.01-10HZ進(jìn)行頻率掃描。由于數(shù)值為不規(guī)則變化，將頻率0.1HZ處設(shè)定為彈性模量G′、粘性模量G''參考值。

1.3.2 凝膠溶液的配制

使用地層水配制2‰聚合物溶液，充分溶脹后，依次加入2‰螯合劑、0.5‰穩(wěn)定劑、2‰交聯(lián)劑，攪拌均勻。

1.3.3 凝膠成膠溫度的測(cè)定

將未成膠的聚合物交聯(lián)體系放入65℃、75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃恒溫烘箱中，密封保存10日后測(cè)定體系G′、G''。

1.3.4 凝膠成膠速度的測(cè)定

將未成膠的聚合物交聯(lián)體系放入95℃恒溫烘箱中，每隔6h對(duì)體系的成膠模量進(jìn)行測(cè)定，連續(xù)測(cè)樣72h；每隔10d對(duì)體系成膠模量進(jìn)行測(cè)定，連續(xù)測(cè)樣90d。

1.3.5 凝膠熱穩(wěn)定性的測(cè)定

將未成膠的聚合物交聯(lián)體系放入95℃恒溫烘箱中，每隔30d對(duì)體系成膠模量進(jìn)行測(cè)定，直至體系完全破膠。

1.3.6 機(jī)械剪切對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響

使用混調(diào)器在1200r/min的轉(zhuǎn)速下對(duì)體系進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，分別剪切0、30、60、90、120、150min,將經(jīng)過剪切的樣品在95℃候凝成膠，10d后測(cè)其模量值。

1.3.7 砂床剪切對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響

將凝膠溶液以1cm3/min流速驅(qū)替填砂管A，使用燒杯收集排出液。將排出液裝瓶，并將排出液再次經(jīng)過填砂管，往復(fù)操作5次，將經(jīng)過剪切的樣品在95℃候凝成膠，觀察其10d并測(cè)其模量值。

1.3.8 驅(qū)油效率、封堵率的測(cè)定

開啟物模系統(tǒng)升溫至95℃，恒定驅(qū)替流量1mL/min,將原油驅(qū)替填砂管B、C，至完全產(chǎn)出油，計(jì)算注入油量和產(chǎn)出油量只差。注入地層水清除流程中巖心模型外所有部位影響計(jì)量的原油，用注入水以模擬流速驅(qū)替10倍孔隙體積，根據(jù)排出油總體積和飽和油總體積計(jì)算注水驅(qū)油效率和殘余油飽和度。向填砂管B中注入聚合物基液（即與弱凝膠中聚合物濃度相同的聚合物溶液）0.5PV。將調(diào)驅(qū)劑溶液候凝成膠72h，向填砂管C中注入凝膠0.5PV。記錄兩管產(chǎn)油量。向填砂管B、C注入地層水驅(qū)替10倍孔隙體積，記錄后續(xù)水驅(qū)產(chǎn)油量,并測(cè)定驅(qū)后滲透率。

2 結(jié)果與討論

2.1 凝膠靜態(tài)成膠溫度

10天后，除65℃下保存的凝膠溶液未能成膠外，其余溫度下凝膠溶液均可成膠，將安瓿瓶倒置形成的凝膠均為吐舌狀凝膠。顏色隨溫度的升高，由淡白色變?yōu)榈S色、土黃色。125℃安瓿瓶瓶口凝膠有脫水現(xiàn)象并有少量凝膠變?yōu)榛液稚?天后所測(cè)成膠隨溫度變化的流變數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 9日成膠后體系儲(chǔ)能模量G′、耗能模量G''隨溫度變化

由圖1可知體系成膠后的彈性模量G′介于1-10Pa,屬于中等強(qiáng)度凝膠【1】。彈性與粘性模量線性趨勢(shì)隨溫度的變化表現(xiàn)出一致性。在65-115℃時(shí)，隨溫度的上升，模量表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；125℃時(shí)模量出現(xiàn)較大幅度的下降。結(jié)合凝膠靜態(tài)成膠情況分析，該體系隨溫度的升高，交聯(lián)速度明顯加快。當(dāng)溫度達(dá)到125℃時(shí)，由于溫度過高，體系出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，凝膠強(qiáng)度有所下降，模量出現(xiàn)下降趨勢(shì)。通過上述實(shí)驗(yàn)分析，可以發(fā)現(xiàn)體系在常溫下無法成膠，完全消除了體系地面交聯(lián)對(duì)施工效果的影響。該體系隨溫度升高，交聯(lián)速度加快的特點(diǎn)，可使體系對(duì)施工目的層的有效封堵逐漸增強(qiáng)。

2.2 凝膠成膠速度

由于地層深部調(diào)驅(qū)，需要大劑量的注入調(diào)驅(qū)劑才能達(dá)到所要求的注入半徑，故要求調(diào)剖劑的成膠時(shí)間必須足夠長(zhǎng)。一方面滿足大劑量施工的要求；另一方面使地層深部滲透率得到調(diào)整。凝膠成膠速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2、3。

圖2 體系在72小時(shí)內(nèi)的成膠速度（95℃）

圖3 體系在90d內(nèi)的成膠速度（95℃）

從圖2可看出凝膠溶液由弱凝膠（G′＜1）體系轉(zhuǎn)化為中等強(qiáng)度凝膠【1】的過程。體系儲(chǔ)能與耗能模量均隨時(shí)間的增加而增大。體系在54h處時(shí)（G′=1.054Pa），體系轉(zhuǎn)變?yōu)橹械葟?qiáng)度凝膠。根據(jù)L10區(qū)塊調(diào)驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)情況，綜合計(jì)算配液時(shí)間（1h）、注聚泵排量(1.67m3/h)、目的層深度(3500m)等相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，體系進(jìn)入目標(biāo)地層所需時(shí)間應(yīng)大于48h。該體系延緩成膠時(shí)間已達(dá)到注入要求。延長(zhǎng)觀察時(shí)間至90d，觀察并記錄體系達(dá)到最高強(qiáng)度的時(shí)間與模量值。分析圖3數(shù)據(jù)可知，模量在10-80天仍在緩慢上升。當(dāng)80d體系G′上升至峰值4.184Pa，彈性模量值趨于平緩，而粘性模量值仍在緩慢上升。綜上所述，該體系成膠速度緩慢，在不影響調(diào)驅(qū)效果的情況下，可降低注聚泵壓，消除注入風(fēng)險(xiǎn)。54h的延緩成膠時(shí)間可完全滿足藥劑進(jìn)入調(diào)驅(qū)目的層。最高可達(dá)4.184Pa彈性模量強(qiáng)度，可保證對(duì)高滲層的有效封堵。緩慢增長(zhǎng)的粘性模量，可進(jìn)一步增強(qiáng)其孔隙吸附能力，擴(kuò)大調(diào)驅(qū)劑的波及范圍。

2.3 凝膠熱穩(wěn)定性

為滿足深部調(diào)驅(qū)需要，調(diào)驅(qū)劑應(yīng)具有長(zhǎng)時(shí)間的耐溫性。通過實(shí)驗(yàn)可觀察到體系由中強(qiáng)凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z液體的過程，即調(diào)驅(qū)劑失效過程。如圖4

圖4 體系在480d內(nèi)的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)（95℃）

將其劃分為4個(gè)區(qū)域，即凝膠強(qiáng)度增長(zhǎng)期I（0-60d）、穩(wěn)定期II(60-240d)、衰減期III(240-450)，破膠期IV(450-480d)。體系彈性模量值在增長(zhǎng)期時(shí)，大幅度上升，在90d時(shí)達(dá)到最高值（G′=4.154）。進(jìn)入穩(wěn)定期時(shí)下降趨勢(shì)較為平緩。衰減期出現(xiàn)了較大幅度的下降趨勢(shì)，其中在420d時(shí)（G′=0.712Pa）由中強(qiáng)凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿跄z。并在破膠期450d時(shí)（G′=0.353，G''=0.441，G''＞ G′[1]）由弱凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z液體。粘性模量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)較為平緩，增長(zhǎng)期與穩(wěn)定期數(shù)值為上升趨勢(shì)，衰減期240d至480d出現(xiàn)了幅度較小的下降趨勢(shì)。由此可判斷衰減期，凝膠分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大程度的破壞，凝膠失效速度加快，并在破膠期420d時(shí)調(diào)驅(qū)劑完全失效。高溫深部調(diào)驅(qū)所需調(diào)驅(qū)劑熱穩(wěn)時(shí)間應(yīng)在12個(gè)月以上，該體系14個(gè)月的熱穩(wěn)定能力已完全符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。

2.4 驅(qū)油效率、封堵率的測(cè)定

深部調(diào)驅(qū)劑作為一種既有調(diào)剖封堵作用又有驅(qū)油作用的化學(xué)劑。評(píng)價(jià)其性能應(yīng)具有“驅(qū)”與“調(diào)”雙重作用。將調(diào)驅(qū)劑與聚合物進(jìn)行對(duì)比，則可充分體現(xiàn)出藥劑的“堵”、“驅(qū)”能力。實(shí)驗(yàn)見表4：

表4 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（95℃）

由表4可知，凝膠較聚合物溶液具有更強(qiáng)的提高采收率、降低滲透率的效果。其中聚合物溶液為粘彈性流體，可驅(qū)替出水驅(qū)不能驅(qū)走的殘余油，從而提高驅(qū)油效率。而凝膠的運(yùn)移具有較強(qiáng)的整體性，有利于降低高滲層的滲透率，可以驅(qū)替出聚合物驅(qū)不能驅(qū)出的殘余油，相較聚合物溶液可大幅度提高采收率。凝膠較相同濃度的聚合物溶液，其封堵效果明顯提高，能夠達(dá)到封堵高滲層，將后續(xù)注入流體分流到中、低滲層的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

應(yīng)用該體系調(diào)驅(qū)劑體系再柳贊油田L(fēng)10區(qū)塊L15-19井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，其對(duì)應(yīng)油井4口，主要開發(fā)Es33層，該井組于2010年10月開始注水。由于周圍油井含水上升，層間矛盾突出。2015年6月在L15-19井進(jìn)行礦場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)注入二元復(fù)合凝膠調(diào)驅(qū)劑1200方，注入壓力由25.61MPa上升至27.05MPa，對(duì)應(yīng)見效油井2口，含水均有明顯下降，日增油3.07噸，月階段累計(jì)增油81.1噸，目前仍有效。

表5 凝膠調(diào)驅(qū)劑礦場(chǎng)試驗(yàn)見效油井效果統(tǒng)計(jì)表

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4.1 當(dāng)環(huán)境溫度低于65℃時(shí)，調(diào)驅(qū)劑不能成膠。并具有隨溫度的升高成膠速度逐漸加快的特點(diǎn)。該調(diào)驅(qū)劑成膠速度較慢，可滿足油田深部調(diào)驅(qū)需要，消除了體系地面交聯(lián)對(duì)施工效果的影響。體系抗溫能力強(qiáng)，在95℃下穩(wěn)定保存14個(gè)月不破膠，使調(diào)驅(qū)波及范圍與有效時(shí)間得到了提升。

4.2 物理剪切對(duì)凝膠的交聯(lián)產(chǎn)生比較大的影響，可控剪切應(yīng)盡量避免，地層剪切應(yīng)注入適量的聚合物保護(hù)段塞，降低剪切因素影響。

4.3 調(diào)驅(qū)劑具有提高采收率、降低高滲層的滲透率、封堵高滲層的作用。并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中得到了很好的印證，月累計(jì)增油81.1噸。

[1]中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6296-1997.采油用聚合物凍膠強(qiáng)度的測(cè)定流變參數(shù)法[s],1997.

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[3]劉明峰，盧濤，劉巖等.濮側(cè)2-403井組AMPS低度交聯(lián)聚合物調(diào)驅(qū)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].河南油田，2005，19(5):44-46.

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