低溫耐鹽膠態(tài)分散凝膠深部調(diào)驅體系的研究

謝志海 王玲燕 王海力 藤曉曉

(西北大學，合成與天然功能分子化學教育部重點實驗室，化學與材料科學學院，陜西 西安 710127)

陜北油田蘊藏著豐富的油氣資源，屬于“三低”(低滲、低壓和低豐度)油藏，為了實現(xiàn)工業(yè)油流，普遍采用壓裂和注水開采工藝。油田進入注水開發(fā)中后期，層間、層內(nèi)、平面矛盾日益突出，尤其對于中東部的低壓、低溫，而且嚴重非均質(zhì)油藏，出現(xiàn)高含水期。調(diào)驅是解決非均質(zhì)、低滲透油藏增油控水問題的主要措施之一。但常規(guī)調(diào)驅在實施過程中常常面臨調(diào)驅體系初始粘度高、流動阻力大、交聯(lián)后形成的凝膠幾乎沒有流動性，易在近井地帶造成堵塞(淺堵)，導致注入壓力增高，增油降水效果差[1]。20世紀80年代后期發(fā)展起來的膠態(tài)分散凝膠技術，是聚合物和交聯(lián)劑濃度均很低，聚合物的交聯(lián)主要發(fā)生在分子內(nèi)[2]，交聯(lián)前后粘度均較小，交聯(lián)后形成的凝膠具有一定地流動性，可實現(xiàn)調(diào)剖和驅油的雙重目的。膠態(tài)分散凝膠的調(diào)剖作用，主要體現(xiàn)在弱凝膠可以改善油藏縱向和平面上的非均質(zhì)性，調(diào)整滲透率，改變后續(xù)注入水的流向，擴大注入水的波及體積；膠態(tài)分散凝膠的驅油機理是通過增加水相粘度，改善油水流度比，通過波及效率，增加水驅效果，以提高采收率。但是，聚合物與交聯(lián)劑的交聯(lián)反應溫度通常在50 ℃以上，在低溫(25～50 ℃)難以形成凝膠[3]。

此外，陜北油田地處黃土高原，水資源匱乏，油田生產(chǎn)過程中采出了大量高礦化度的污水，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重影響。高礦化度的水，會導致聚合物粘度降低，尤其是二價的Ca2+和Mg2+離子對聚合物溶液粘度的影響更為嚴重，隨著Ca2+和Mg2+濃度增加，聚合物溶液粘度顯著下降，甚至出現(xiàn)稠化劑析出[4]。

本文針對陜北低滲透油藏調(diào)驅的實際需要，開展了用油田水作為配液水的低溫耐鹽型膠態(tài)分散凝膠調(diào)驅體系的研究，并在此基礎上進行了調(diào)驅體系性能及其注入?yún)?shù)優(yōu)化的模擬實驗研究。

1實驗部分

1.1 儀器及實驗材料

DNN-D6型六速旋轉粘度計(青島海膠南分析儀器廠)；電熱恒溫干燥箱(上海實驗儀器有限公司)。電熱恒溫水浴鍋、攪拌器、電子天平。

有機鋁離子配合物交聯(lián)劑(自制)；陰離子聚丙烯酰胺，陽離子聚丙烯酰胺，兩性聚丙烯酰胺均為工業(yè)品；油田水(礦化度：5.64×104mg/L，其中Ca2+：4 500 mg/L，Mg2+：410 mg/L))，經(jīng)除油、除懸浮物后作為配液用水。

1.2 粘度的測定

基液粘度：在500 mL燒杯中加入400 mL油田水，將攪拌器轉速控制在600 r/min，按照配比準確稱取稠化劑，緩慢加入到攪拌的水中，攪拌一定時間后，將溶液倒入六速旋轉粘度計的膠桶中，溶液至膠桶的刻線處，在轉速為100 r/min(170 s-1)下測其粘度；加入交聯(lián)劑交聯(lián)，保溫放置一定時間，用粘度計測定體系的粘度。

1.3 基液的配制

稱取一定量的稠化劑，攪拌下加入到500 mL的油田水中，其中礦化度為5.64×104mg/L，攪拌溶解60 min，使稠化劑充分溶脹，呈均勻粘稠液體，待用。

2結果與討論

2.1 稠化劑的優(yōu)選

選取國內(nèi)常用的改性聚丙烯酰胺作為稠化劑，基液濃度為1 500 mg/L，配制用水為油田水，攪拌溶解60 min，測定聚合物的溶解時間和基液的初始粘度；然后在基液中加入有機金屬離子配合物交聯(lián)劑，在35 ℃水浴中養(yǎng)護3～7 d，觀察交聯(lián)性能，試驗結果見表1。從表1可以看出，陰離子聚丙烯酰胺，分子量在1 800～2 000萬為佳，后續(xù)實驗選用其作為稠化劑。

表1 不同聚丙烯酰胺的溶解性能Table 1 Solubility property of the different polyacrylamides

2.2 稠化劑用量的影響

稠化劑用量是影響調(diào)驅劑溶液形成凝膠和所生成凝膠性能的重要因素。實驗選取陰離子聚丙烯酰胺(分子量為1 800萬)，油田水作為配液用水，配制不同濃度的基液，測定初始粘度，然后加入有機金屬離子配合物交聯(lián)劑，在35 ℃水浴中恒溫養(yǎng)護，測定凝膠粘度，實驗結果列于表2。從表2可以看出，隨著稠化劑用量的增加，初始粘度增加，交聯(lián)延遲時間縮短，生成的凝膠粘度增大。當稠化劑用量增加到0.12%時，凝膠粘度達到1.7×104mPa·s。從性能和成本費用兩方面考慮，適宜用量可在0.12%～0.2%之間選擇。

表2 稠化劑用量試驗結果Table 2 Experimental results of the concentrationof thickening agent

2.3 交聯(lián)劑種類對交聯(lián)延遲時間的影響

分別制備了有機醛、有機鉻[5]和有機鋁三種交聯(lián)劑，試驗其交聯(lián)性能。實驗的基液濃度為1 500 mg/L，用油田水配制基液，交聯(lián)劑的用量為0.5℅,在35 ℃下進行交聯(lián)反應。有機醛和有機鉻交聯(lián)劑在35 ℃恒溫7 d，溶液粘度沒有增加，表明沒有發(fā)生交聯(lián)反應形成凝膠。有機鋁離子交聯(lián)劑能夠在約3 d內(nèi)使溶液從基液粘度增加到1.7×104mPa·s以上，具有很好的交聯(lián)延時性能和凝膠強度。同時對選取的有機鋁離子交聯(lián)劑的用量和交聯(lián)延遲時間進行了試驗，結果見表3。交聯(lián)劑用量增加，體系延遲時間縮短，凝膠粘度增大，這是因為交聯(lián)劑用量的增加，體系中交聯(lián)點增多，交聯(lián)反應加快，凝膠強度增大。但交聯(lián)劑用量過大時，體系反應速度過快，形成的凝膠易發(fā)生脫水現(xiàn)象。交聯(lián)劑最佳用量在0.4～0.8之間。

表3 交聯(lián)延遲時間Table 3 Experimental results of the crosslinking delay time

2.4 pH值的影響

稠化劑與有機鋁離子交聯(lián)劑的成膠體系對溶液的pH值很敏感。在pH值為4.5～8范圍內(nèi)，試驗了體系在35 ℃下的交聯(lián)延遲時間和生成凝膠的粘度，結果見表4。最佳成膠的pH范圍在5.5～7.5之間。

表4 pH值的影響Table 4 Effect of pH value

2.5 溫度的影響

溫度升高，有利于交聯(lián)反應，體系的交聯(lián)延遲時間縮短，生成的凝膠粘度增大，溫度試驗結果見表5。在溫度高于60 ℃時，體系的交聯(lián)延遲時間過短，僅有10幾個h，不能滿足深部調(diào)驅的要求。本文主要是針對低溫油田，因此，研發(fā)的低溫耐鹽型膠態(tài)分散凝膠深部調(diào)驅體系的使用溫度范圍為25～50 ℃。

表5 溫度的影響Table 5 Effect of temperature

2.6 耐剪切性能

將配制的基液在常溫、170 s-1下連續(xù)剪切60 min，測定溶液粘度、交聯(lián)延遲時間和生成的凝膠粘度。1 500 mg/L基液連續(xù)剪切60 min后，粘度為21 mPa·s，粘度下降了30%。這是因為溶液中的稠化劑受剪切力的作用，發(fā)生了一定程度的降解。剪切60 min后的基液中加入交聯(lián)劑，進行交聯(lián)試驗，35 ℃，3 d后形成凝膠，粘度降為1.8×104mPa·s。結果表明，剪切對體系的初始粘度影響較大，但對體系的交聯(lián)延遲時間和凝膠的粘度影響不大。

2.7 穩(wěn)定性

試驗了在35 ℃溫度下粘度隨時間的變化情況，結果表明，在加入交聯(lián)劑后的48 h內(nèi)，體系的粘度增加緩慢，這期間交聯(lián)劑釋放出的Al3+很少，稠化劑的交聯(lián)反應基本沒有發(fā)生。48 h后，交聯(lián)劑釋放出的Al3+逐步增加，交聯(lián)反應開始，體系粘度大幅增加，逐漸轉變?yōu)槿跄z。體系完全形成凝膠后，粘度不再增加，維持高值不變。在35℃恒溫保存六個月，體系粘度仍維持不變。

3小 結

本文研發(fā)的低溫耐鹽膠態(tài)分散凝膠深部調(diào)驅體系，使用油田采出的油田污水作為配液用水，成膠延遲時間為2～3 d，生成的膠態(tài)分散凝膠粘度大于1.8×104mPa·s，可用于低溫油田注水井的深部調(diào)剖，也可用于油井低滲透率地層的堵水。

[1] 劉文超,盧祥國,張脊.低滲透油藏深部調(diào)驅劑篩選及其效果評價[J].《油田化學》，2010,27(3):265～270.

[2] 林梅欽, 李建閣,康燕 等. HPAM/檸檬酸鋁膠態(tài)分散凝膠形成條件研究[J].油田化學，1998,15(2); 160～163.

[3] 胡艷霞,劉淑芳.耐溫抗鹽深部復合調(diào)驅體系的研究與應用[J].內(nèi)蒙古石油化工, 2011年, 第 5期:112～114.

[4] 劉進祥,盧祥國,王榮健.海上油田水質(zhì)處理及其對驅油劑性能影響研究[J].鉆采工藝,2011,34(4):72～75.

[5] 張建國,余維初,羅躍.3種交聯(lián)劑與HPAM溶液交聯(lián)后的調(diào)驅效果[J].石油鉆采工藝,2004,26(4):66～68.