水質(zhì)對弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠性能影響因素研究

高本成，閆炳旭，趙家國

（1.中國石油遼河油田公司高升采油廠，遼寧 盤錦124125；2.東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

分析測試

水質(zhì)對弱凝膠調(diào)驅(qū)體系成膠性能影響因素研究

高本成1，閆炳旭2，趙家國2

（1.中國石油遼河油田公司高升采油廠，遼寧 盤錦124125；2.東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318）

針對遼河油田高18塊調(diào)驅(qū)體系成膠性差，調(diào)驅(qū)效果不理想的問題，對調(diào)驅(qū)體系配方濃度進行了篩選，認(rèn)為凝膠中聚合物濃度范圍在0.15%～0.2%，交聯(lián)劑濃度的范圍在0.15%～0.25%時強度最為理想。通過對弱凝膠體系的影響因素考查，配液水水質(zhì)滿足懸浮顆粒含量≤30mg·L-1、粒徑中值≤8μm、含油量≤20mg-1、SRB≤102個·mL-1、礦化度≤7000mg-1時，調(diào)驅(qū)體系成膠性較好。

調(diào)驅(qū)；弱凝膠；水質(zhì)；成膠性能

調(diào)驅(qū)技術(shù)是在充分調(diào)剖堵水，最大限度地提高注入水的波及系數(shù)的基礎(chǔ)上進行有限度的三次采油。遼河油田高18塊經(jīng)過多年注水開發(fā)，存在儲層非均質(zhì)性強，縱向吸水不均；油水流度比大，水竄嚴(yán)重等問題，需要實施調(diào)驅(qū)改善開發(fā)效果，凝膠類調(diào)驅(qū)是一項被廣泛應(yīng)用并已較成熟的技術(shù)，而現(xiàn)用的弱凝膠體系成膠性能受區(qū)塊水質(zhì)［1-3］影響嚴(yán)重，弱凝膠調(diào)驅(qū)的效果不理想，調(diào)驅(qū)劑不能有效成膠嚴(yán)重影響了調(diào)驅(qū)效果，因此需要對影響因素進行分析。目前，國內(nèi)外學(xué)者對于水質(zhì)對聚丙烯酰胺溶液粘度的影響有很多的研究［4-6］，而對水質(zhì)對凝膠體系的影響卻少有分析，因此，有必要進行水質(zhì)對弱凝膠調(diào)驅(qū)體系的實驗研究。本文根據(jù)弱凝膠驅(qū)油機理并結(jié)合高18塊的實際情況，在室內(nèi)對調(diào)驅(qū)體系的配方進行了優(yōu)化，對水質(zhì)中影響因素進行了系統(tǒng)的分析研究。

1　實驗部分

1.1儀器、藥品

攪拌器、恒溫箱、真空泵、粘度計BROOKFIELD DV-Ⅱ+PRO。

聚合物，交聯(lián)劑為現(xiàn)場提供，蒸餾水，CaCl2，MgCl2，NaCl，NaHCO3。

1.2實驗溫度

室內(nèi)溫度25℃，水浴、恒溫箱溫度65℃。

1.3實驗步驟

（1）配制不同的弱凝膠體系并進行編號，室溫下測量初始粘度；（2）間隔4h測量粘度后，將交聯(lián)體系放入恒溫箱；（3）每隔6～12h在恒溫水浴下測一次粘度至72h；（4）后隔2～3d觀察配方體系粘度狀況。

2　實驗方案

（1）確定聚合物濃度，改變交聯(lián)劑濃度配置調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能。（2）確定交聯(lián)劑濃度，改變聚合物濃度配置調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能。（3）固定固相顆粒粒徑，改變固相顆粒濃度配置調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能。（4）以不同的含油量的實驗用水配制調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能；（5）使用不同SRB含量的實驗用水配制調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能；（6）使用不同礦化度的實驗用水配制調(diào)驅(qū)體系，測定成膠性能。

3　結(jié)果及分析

3.1聚合物濃度的優(yōu)化

聚合物濃度太高，溶液的初始粘度過大，不利于現(xiàn)場注入，聚合物濃度太低，體系有可能不發(fā)生交聯(lián)，因而應(yīng)選擇合適的聚合物濃度。

圖1　不同聚合物濃度調(diào)驅(qū)體系粘度圖與時間關(guān)系曲線Fig.1　Gel Performance under Different concentration of polymer

從圖1中可以看出，調(diào)驅(qū)體系在室溫下較為穩(wěn)定，粘度在34～290mPa·s左右。65℃條件下，交聯(lián)劑濃度為2000mg·L-1聚合物濃度為1000mg·L-1時，不能成膠。其余體系均能成膠，但成膠強度相差比較大在11696～39672mPa·s之間。

圖2為成膠強度與聚合物濃度的關(guān)系曲線。

圖2　不同聚合物濃度調(diào)驅(qū)體系成膠強度Fig.2　Gel strength curve

交聯(lián)劑濃度相同時，成膠強度隨著聚合物濃度的增加而增加，在聚合物濃度超過2000mg·L-1之后增長減緩，且交聯(lián)劑濃度為2000mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系比交聯(lián)劑濃度為1500mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系成膠強度高。

聚合物濃度和交聯(lián)劑濃度超過1500mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系均能成膠，成膠強度可以達到調(diào)驅(qū)的要求，但交聯(lián)劑濃度超過2500mg·L-1時，成膠速度加快，不利于現(xiàn)場施工，聚合物濃度低于1500mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系成膠性差，無法達到調(diào)驅(qū)要求；因此建議調(diào)驅(qū)體系的聚合物濃度范圍在1500～2000mg· L-1，交聯(lián)劑濃度的范圍在1500～2500mg·L-1。

3.2交聯(lián)劑濃度的優(yōu)化

交聯(lián)劑用量的增加，終凝時間縮短，凝膠粘度增大，聚合物分子既有分子間交聯(lián)又有分子內(nèi)部交聯(lián)，交聯(lián)密度大。交聯(lián)劑濃度過低，凝膠成膠性變差，交聯(lián)劑濃度過高，成膠時間變短，這會導(dǎo)致注入壓力大、施工半徑小，不宜深度調(diào)驅(qū)［7］。因此，應(yīng)選擇合適的交聯(lián)劑用量。

圖3　不同交聯(lián)劑濃度調(diào)驅(qū)體系粘度與時間關(guān)系曲線Fig.3　Gel Performance under Different Concentration of Cross-linking

各調(diào)驅(qū)體系在室溫下穩(wěn)定，聚合物濃度為2000mg· L-1的體系粘度均在120mPa·s左右，聚合物濃度為1500mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系粘度為60mPa·s左右。在65℃條件下，體系均能成膠，但成膠強度相差較大，其中聚合物濃度為2000mg·L-1，交聯(lián)劑為1000mg· L-1的調(diào)驅(qū)體系隨著時間的增加，粘度增長緩慢，成膠強度最低，僅在3000mPa·s左右。其余各體系在聚合物濃度一定的條件下，隨著交聯(lián)劑濃度的增加，調(diào)驅(qū)體系粘度逐漸增長，成膠速度逐漸加快，成膠強度均大于10000mPa·s，其中交聯(lián)劑濃度為3000mg·L-1時，成膠強度超過40000mPa·s。在聚合物濃度一定的條件下，交聯(lián)劑濃度對體系的成膠強度影響還是比較大的。圖4為聚合物濃度一定時，成膠強度與交聯(lián)劑濃度的關(guān)系曲線。

圖4　不同交聯(lián)劑濃度調(diào)驅(qū)體系成膠強度Fig.4　Gel strength curve

由圖4可見，聚合物濃度相同時，成膠強度隨著交聯(lián)劑濃度的增加而增加，在交聯(lián)劑濃度超過2000mg·L-1之后增長減緩。聚合物濃度為2000mg· L-1的調(diào)驅(qū)體系比聚合物濃度為1500mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系成膠強度高。

3.3固相顆粒粒徑及含量對成膠的影響

懸浮固體也就是人們常說的機械雜質(zhì)，通常是指水中不溶解而又存在于水中且不能通過過濾器的物質(zhì)［8］。注入水中懸浮固相的含量及其大小是影響注入水水質(zhì)的重要指標(biāo)，是造成地層傷害的重要因素。

圖5　不同固含量調(diào)驅(qū)體系粘度與時間關(guān)系曲線（粒徑3μm）Fig 5　The Gel Performance under Different Concentration of Suspended Particle（Median Diameter=3μm）

從圖5中可以看出，粒徑為3μm時，初始12h內(nèi)各體系在室溫下的粘度測量結(jié)果較為平穩(wěn)，在100mPa·s左右。12h后轉(zhuǎn)為65℃條件下存儲，隨著時間的推移，粘度長幅較大。各調(diào)驅(qū)體系在48～60h左右達到粘度最大值，最終趨于平穩(wěn)。當(dāng)粒徑分別為5和8μm時，曲線變化趨勢相同（圖線省略）。在粒徑相同的條件下，隨著固相含量的增加，體系最終穩(wěn)定的粘度逐漸下降，但均能成膠，且成膠強度均在17000mPa·s以上，能夠達到調(diào)驅(qū)要求的。當(dāng)粒徑分別為5和8μm時，曲線變化趨勢相同。

圖6為上述各調(diào)驅(qū)體系成膠強度與固相顆粒含量的關(guān)系曲線。

圖6　成膠強度與固相顆粒含量關(guān)系曲線Fig.6　Gel Strength Curve

在固相顆粒粒徑相同時，體系的成膠強度隨著固相顆粒含量的增加逐漸下降，達到10mg·L-1下降速度逐漸減弱；相同固含量時，粒徑增大時，最大成膠強度有所下降，固含量超過20mg·L-1后，下降幅度變緩。

3.4礦化度對成膠的影響

根據(jù)高18塊采出水和地層水的水質(zhì)分析結(jié)果，配制不同礦化度的模擬水，分別配制成聚合物濃度為和交聯(lián)劑濃度均為2000mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系，進行粘度測定。

圖7　不同地層水礦化度下調(diào)驅(qū)體系粘度與時間關(guān)系曲線Fig.7　Gel Performance under Different mineralization of Formation Water

圖7是不同地層水礦化度下調(diào)驅(qū)體系粘度與時間的關(guān)系曲線，實驗結(jié)果可知，各調(diào)驅(qū)體系在室溫下的粘度測量結(jié)果較為平穩(wěn)，均在100mPa·s左右。65℃條件下，隨著時間的增加，濃度為15228.6 和7614.3mg·L-1調(diào)驅(qū)體系大體成下降趨勢，均未見成膠；濃度為2538.1和5076.2mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系粘度增加，在60h左右達到最大值，成膠強度分別達到39000和8000mPa·s。

圖8是采出水礦化度配制的各礦化度水配制的調(diào)驅(qū)體系與時間的關(guān)系曲線。

圖8　不同采出水礦化度下調(diào)驅(qū)體系粘度與時間關(guān)系曲線Fig.8　The Gel performance under different mineralization of Produced Water

在初始12h內(nèi)，濃度為2311.8mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系在室溫下粘度大幅度增長，其余各調(diào)驅(qū)體系在室溫下的粘度測量結(jié)果較為平穩(wěn)。12h后轉(zhuǎn)為65℃條件下存儲，隨著時間的增加，濃度為2311.8mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系粘度大幅度增加，在48h左右達到最大強度，之后趨于平穩(wěn)；濃度為4623.6mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系粘度在36h達到最大值后趨于平穩(wěn)；濃度為6935.4mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系在65℃條件下變化緩慢，60h左右達到最大值；濃度為9247.2mg·L-1的調(diào)驅(qū)體系在24h達到最大值后粘度逐漸下降，終未見成膠。

因此，隨著礦化度的增加調(diào)驅(qū)體系的成膠強度降低，在地層水礦化度超過7000mg·L-1后出現(xiàn)不成膠或成膠強度低的現(xiàn)象。

3.5不同油含量對成膠的影響

含油量分別為5、10、15、20mg·L-1調(diào)驅(qū)體系在室溫下的粘度測量結(jié)果較為平穩(wěn)，均在120mPa·s左右。65℃條件下，隨著時間的增加，粘度長幅較大。各體系強度差異不大，成膠強度在33800mPa·s以上，含油量對弱凝膠成膠性能影響不大。

3.6不同SRB菌含量對成膠的影響

使用不同SRB含量（25、50、102個·mL-1）的模擬采出水配制調(diào)驅(qū)體系，進行粘度測定。室溫下的粘度測量結(jié)果較為平穩(wěn)，均在120mPa·s左右。65℃條件下存儲，隨著時間的增加，粘度長幅較大但各體系強度差異不大，成膠強度在33000mPa·s以上，符合調(diào)驅(qū)要求。

4　結(jié)論與建議

（1）建議調(diào)驅(qū)體系的聚合物濃度范圍在1500～2000mg·L-1，交聯(lián)劑濃度的范圍在1500～2500mg·L-1。

（2）配液水中固相顆粒的粒徑、含量均對調(diào)驅(qū)體系的成膠性能有影響，粒徑越大、含量越高成膠性能變差，但是均能成膠，而且具有一定的成膠強度。配液用水應(yīng)滿足懸浮顆粒含量小于等于30mg· L-1、懸浮顆粒粒徑中值小于等于8μm。

（3）含油量小于等于20mg·L-1、SRB含量小于等于102個·mL-1時對調(diào)驅(qū)體系的成膠性能沒有影響。

（4）礦化度對調(diào)驅(qū)體系的成膠性能影響很大，隨著礦化度增加、調(diào)驅(qū)體系的成膠性能變差，當(dāng)?shù)V化度達到7000mg·L-1時該體系不能成膠。

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Research on the influence factors of water quality on gel profile control and flooding system property

GAO Ben-cheng1，YAN Bing-xu1，ZHAO Jia-guo3
（1.Gaosheng Oil Extraction Plant，Liaohe Oilfield Co.，Petrochina，Panjin 124125，China；2.Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery，Ministry of Education，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

According to the poor performance of weak gel and bad displacement effect in Gao 18 block of Liao He oil field，we do the research on the recipe optimization of profile control agent，include the concentration of polymer and the concentration of the cross-link.The result shows that the strength of the gel is the most acceptable when the polymer concentration in the gel with range of 1500～2000mg·L-1，and the cross-linking with range of 1500～2500mg·L-1.At the same time，by studying the influence factors of weak gel system，the gel would have the best performance when the water quality should meet the following requirements：suspended solid particles concentration≤30mg·L-1，median diameter≤8μm，suspended oil concentration≤20mg·L-1，SRB≤102·mL，mineralization degree≤7000mg·L-1.

profile control flooding；weak gel；water quality；gelling property

TE357

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160741

2016-03-29

國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項（2013YQ24042102）

高本成（1966-），男，高級工程師，1989年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，1999年獲大慶石油學(xué)院石油工程碩士，主要從事油田開采方面的研究工作。