海外河油田弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠影響因素及對策

田 鑫，張欽花，劉二平

(中國石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010)

海外河油田位于遼河斷陷盆地中央凸起南部傾末帶南端，是一個局部被斷層復雜化的背斜構(gòu)造，主要開采層位是下第三系東營組馬圈子油層，可注水儲量376.6 ×105t，平均孔隙度 28.7%，平均滲透率858×10－3μm2。油藏斷裂發(fā)育、構(gòu)造破碎，發(fā)育多條斷層;含油井段長，油藏埋深2 350～1 400 m，油層層數(shù)多，單層厚度薄，多為2～3 m，儲層非均質(zhì)性嚴重;油品性質(zhì)差，黏度差別較大，地下原油黏度在55～216 mPa·s之間，為普通稠油油藏。海外河油田1989年投入開發(fā)，現(xiàn)已進入特高含水時期，依靠現(xiàn)有注水技術(shù)改善開發(fā)效果日益困難。為改善該塊水驅(qū)開發(fā)效果，在23個井組開展深部調(diào)驅(qū)礦場試驗。試驗過程中連續(xù)兩年出現(xiàn)夏季調(diào)驅(qū)體系成膠效果差的現(xiàn)象，顯著影響了實施效果。

為解決這一問題開展了弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠主要因素研究，找到了制約調(diào)驅(qū)體系成膠效果的關(guān)鍵因素，并針對性地采用成膠綜合調(diào)整技術(shù)，較好地解決了這一困擾調(diào)驅(qū)現(xiàn)場應(yīng)用的難題。

1 實驗

1.1 原料

部分水解聚丙烯酰胺HPAM，相對分子質(zhì)量2.5×107，遼河油田海瀾化工生產(chǎn)，固含量約為90%，水解度約為25%;有機鉻交聯(lián)劑YG－107，石油大學宇光公司生產(chǎn);弱凝膠調(diào)驅(qū)體系配制用水，模擬污水和油田回注污水。

1.2 儀器

LVTD－Ⅱ型Brook Field黏度計;電子天平Y(jié)DP－02－OD型;電熱恒溫干燥箱，設(shè)定溫度為油藏溫度65℃。

1.3 弱凝膠調(diào)驅(qū)體系的配制

將0.20%聚合物、水、0.15%交聯(lián)劑依次加入燒杯中，攪拌，配制100 mL溶液，加入150 mL密封瓶內(nèi)，抽真空，封口，置于65℃恒溫干燥箱內(nèi)，定期取樣測定黏度，以30 s測定值作為弱凝膠黏度。

2 影響因素對弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠性能的影響

對海外河油田弱凝膠調(diào)驅(qū)體系具有影響的因素主要有成膠溫度、體系pH、礦化度、Fe2+、S2－、懸浮物、溶解氧等。因此采用單因素模擬法，分別考察其對成膠性能的影響。

2.1 成膠溫度

配制有機鉻/HPAM弱凝膠調(diào)驅(qū)體系，實驗用水為海外河油田回注污水，其中礦化度為2 500 mg/L，pH 為 7.2，F(xiàn)e2+平 均 濃 度 為0.05 mg/L，考察成膠溫度對調(diào)驅(qū)體系成膠性能的影響，結(jié)果見圖1。有機鉻/聚合物弱凝膠體系在40～70℃下，均能成膠，且成膠溫度與成膠速率成正比關(guān)系，成膠溫度較高，成膠速率較快，30 d內(nèi)黏度保持率在85%以上，但成膠溫度大于85℃，凝膠體系在3 d內(nèi)迅速成膠，但在短期內(nèi)破膠，熱穩(wěn)定性較差。因此，成膠溫度以40～70℃為宜。

圖1 溫度對成膠性能的影響

2.2 體系 pH

體系pH對調(diào)驅(qū)體系成膠性能具有較明顯的影響，一般認為pH小于5時，酸性較高，溶液中存在大量質(zhì)子，質(zhì)子與聚合物鏈上COO－結(jié)合，使COO－間靜電排斥力降低，引起聚合物卷曲并使其黏度降低，而pH過高則引起聚合物過度水解，導致聚合物與交聯(lián)劑過度交聯(lián)，使凝膠穩(wěn)定性變差。

固定其他條件，采用回注污水配制弱凝膠調(diào)驅(qū)體系，在65℃下恒溫，考察體系pH對成膠性能的影響，結(jié)果見圖2。當體系pH小于6時，體系不成膠;pH為6～8時，體系成膠;pH為7～8時，弱凝膠體系黏度最大，穩(wěn)定性最好。說明酸性條件下不利于體系成膠，而弱堿性條件下，有利于體系成膠。

圖2 體系pH對成膠性能的影響

2.3 礦化度

礦化度較高時水中無機鹽陽離子濃度較大，由于其具有比水更強的親電性，因此其取代水分子，與聚合物分子鏈上COO－形成反離子對，屏蔽分子鏈上負電荷，使聚合物線團間斥力減弱，導致聚合物鏈卷曲。

固定其他條件，體系pH均為7～8，采用不同礦化度的純凈水、回注污水、地層水及模擬回注污水配制調(diào)驅(qū)體系，不同水質(zhì)離子組成見表1，考察礦化度對成膠性能的影響，結(jié)果見圖3。配制調(diào)驅(qū)體系的水溶液具有一定的礦化度對成膠有促進作用，但礦化度大于20 000 mg/L，成膠效果明顯變差。

表1 不同水質(zhì)中離子組成

圖3 礦化度對成膠性能的影響

2.4 Fe2+濃度

在回注污水處理流程中，分離設(shè)備、集輸管線及凝膠配制設(shè)備均為鐵金屬材料，因此Fe2+在回注污水中較為常見。Fe2+參與氧和聚合物分子的自由基反應(yīng)，促進聚合物分子鏈氧化降解，使聚合物相對分子質(zhì)量降低，導致聚合物黏度降低，影響體系成膠效果。

固定其他條件，采用含不同F(xiàn)e2+濃度的模擬回注污水配制調(diào)驅(qū)體系，其中模擬回注污水pH為7.2，礦化度為 2 500 mg/L，F(xiàn)e2+平均濃度為0.05 mg/L，考察Fe2+濃度對黏度的影響，結(jié)果見圖4。當Fe2+濃度小于0.1 mg/L，對體系黏度影響較小;當Fe2+濃度大于0.1 mg/L，體系黏度在5 d內(nèi)迅速下降至100 mPa·s以下。因此，配制調(diào)驅(qū)體系的水溶液Fe2+濃度應(yīng)控制在0.1 mg/L以下。

圖4 Fe2+濃度對成膠性能的影響

2.5 S2－濃度

根據(jù)極化理論，S2－具有較強的還原性，可加速聚合物發(fā)生氧化反應(yīng)，另外使聚合物的COO－受到抑制，聚合物分子線團在水中不易舒展，聚合物黏度降低。

固定其他條件，采用含不同S2－濃度的模擬回注污水配制調(diào)驅(qū)體系，考察S2－濃度對黏度的影響，結(jié)果見圖5。當 S2－濃度為 10 mg/L時，10 d后，體系黏度降低90%以上。

圖5 S2－濃度對成膠性能的影響

2.6 懸浮物含量

油田回注污水中含一定量的懸浮物，通常為難溶于水的物質(zhì)，成分較復雜。用含懸浮物的污水配制調(diào)驅(qū)體系時，懸浮物被聚合物分子鏈纏繞，會產(chǎn)生絮凝并沉淀，影響聚合物分子鏈伸展。固定其他條件，采用含懸浮物的模擬回注污水配制調(diào)驅(qū)體系，考察懸浮物含量對體系黏度的影響，結(jié)果見表2。隨著懸浮物含量增加，體系黏度降低，當懸浮物含量達40 mg/L時，體系黏度降至初始黏度的50%以上。

表2 懸浮物含量對調(diào)驅(qū)體系黏度的影響

2.7 溶解氧含量

在一定溫度下，水中的溶解氧會引起調(diào)驅(qū)體系中聚合物發(fā)生自由基氧化降解反應(yīng)，導致體系黏度大幅下降。

選擇含不同溶解氧濃度的模擬清水及模擬回注污水配制調(diào)驅(qū)體系，考察溶解氧濃度對體系黏度的影響，結(jié)果見圖6。對于清水和污水，隨著時間增加，黏度均下降;但污水配制的體系黏度比清水下降幅度大。當污水中溶解氧濃度超過0.5 mg/L時，10 d內(nèi)體系黏度降至初始黏度的10%以下。

圖6 溶解氧濃度對成膠性能的影響

3 弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠調(diào)整技術(shù)效果

海外河油田油藏溫度65℃，回注污水礦化度為2 500～3 000 mg/L，體系 pH 7.0～7.5，F(xiàn)e2+平均濃度為0.05 mg/L，S2－濃度為0，均在上述研究的可接受指標范圍內(nèi)。因此，排除以上因素對成膠效果的影響。而當懸浮物含量為0～30 mg/L，

溶解氧為0～3 mg/L時，會對調(diào)驅(qū)體系黏度產(chǎn)生較大影響。為此，開展添加凈水劑、除氧穩(wěn)定劑來改善調(diào)驅(qū)體系性能的實驗。實驗所用污水pH為7.2，礦化度 2 500 mg/L，F(xiàn)e2+濃度 0.05 mg/L，S2－濃度為0。弱凝膠調(diào)驅(qū)體系配方為:0.2%聚合物+0.15%交聯(lián)劑，成膠溫度65℃。

3.1 凈水技術(shù)

在懸浮物含量為64 mg/L污水中加入0.08%的凈水劑處理后，懸浮物含量降至7 mg/L，考察添加凈水劑前后調(diào)驅(qū)體系黏度的變化，結(jié)果見表3。經(jīng)凈水處理后的弱凝膠體系15 d黏度為12 010 mPa·s，而未經(jīng)凈水處理的弱凝膠體系黏度僅為130 mPa·s。因此，通過凈水處理的方法可解決懸浮物對成膠性能的影響。

表3 添加凈水劑前后調(diào)驅(qū)體系黏度變化結(jié)果

3.2 除氧技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)通過添加除氧穩(wěn)定劑降低水中溶解氧濃度，減少自由基活性，可解決聚合物高分子鏈的氧化降解問題。綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟因素，篩選還原型穩(wěn)定劑硫脲作為海外河油田除氧穩(wěn)定劑，加入0.03%硫脲后，污水中溶解氧含量由3.000 mg/L降至0.017 mg/L，考察除氧穩(wěn)定劑加入前后調(diào)驅(qū)體系黏度的變化，結(jié)果見表4。

表4 除氧前后調(diào)驅(qū)體系黏度變化

由表4可看出，加入硫脲后，15 d成膠黏度17 136 mPa·s，30 d 后黏度保持在10 000 mPa·s以上?，F(xiàn)場加入0.03%除氧穩(wěn)定劑后，取樣檢測發(fā)現(xiàn)成膠率由75%提升至100%。

4 結(jié)論

1)海外河油田弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠性能影響因素主要是懸浮物和溶解氧，當回注污水中懸浮物含量在石油行業(yè)標準規(guī)定的10 mg/L以內(nèi)時影響不大，而當懸浮物含量大于40 mg/L時，體系初始黏度可降低50%以上?；刈⑽鬯腥芙庋鯘舛却笥?.5 mg/L時，體系黏度即降至黏度的10%以下。

2)試驗表明凈水、除氧技術(shù)可顯著改善調(diào)驅(qū)體系的成膠性能，經(jīng)凈水處理后的凝膠體系15 d黏度為12 010 mPa·s，加入硫脲除氧穩(wěn)定劑后30 d后黏度保持在10 000 mPa·s以上。是解決現(xiàn)場調(diào)驅(qū)體系成膠不穩(wěn)定的有效方法，對同類型油藏調(diào)驅(qū)具有一定借鑒意義。

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