乳液型聚合凝膠調(diào)驅(qū)體系性能評(píng)價(jià)*

易文君，劉文輝，李 翔，鐵磊磊，侯吉瑞，趙鳳蘭

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院，北京 102249；2.中國(guó)石化海相油氣藏開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；4.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450）

海上油田平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)空間有限、生產(chǎn)井距大、井段長(zhǎng)，淡水缺乏。由于海上水驅(qū)采收率僅18%數(shù)25%，采取的強(qiáng)注強(qiáng)采等措施既不利于水驅(qū)，又會(huì)加劇油藏非均質(zhì)性及水驅(qū)指進(jìn)程度［1-5］。當(dāng)油田開(kāi)采進(jìn)入中后期，由于地層的非均質(zhì)性強(qiáng)，注入水大部分被高滲透層及層內(nèi)微觀孔隙吸收，導(dǎo)致較低的波及體積和驅(qū)油效率［6-8］。為了提高注入水的波及體積和驅(qū)油效率，將中低滲透層中仍有高含量的儲(chǔ)油開(kāi)采出來(lái)，通常向注水井中加入化學(xué)劑，對(duì)高滲透層進(jìn)行一定程度的封堵［9-11］。目前陸上油田應(yīng)用的調(diào)剖堵水、深部調(diào)剖（調(diào)驅(qū)）技術(shù)不能滿(mǎn)足海上平臺(tái)作業(yè)要求，需深入開(kāi)展適合海上油田特點(diǎn)的調(diào)剖堵水技術(shù)研究［12］。

弱凝膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)是通過(guò)降低油田高滲透層滲透率、提高水驅(qū)波及系數(shù)、改善水驅(qū)開(kāi)發(fā)效果來(lái)實(shí)現(xiàn)原油穩(wěn)產(chǎn)的重要手段［13］，是在本體凝膠和膠態(tài)分散凝膠的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種調(diào)剖劑，由交聯(lián)劑和低濃度的聚合物組成，以分子間交聯(lián)為主及分子內(nèi)交聯(lián)為輔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)體系［14］。弱膠型調(diào)剖劑的控水増油機(jī)理為：封堵高滲條帶，使注入水繞流至中、低滲透層，起到調(diào)剖作用［15-16］；弱交聯(lián)強(qiáng)度的凝膠在后續(xù)注入水的推動(dòng)下在高滲透層中緩慢運(yùn)移，起到驅(qū)油作用［17］。因此，弱凝膠型調(diào)剖劑具有良好的液流導(dǎo)向性和控速性，在水驅(qū)油藏中起到調(diào)剖和驅(qū)油的雙重作用，可以作為海上油田的調(diào)驅(qū)劑［18-19］。目前實(shí)驗(yàn)室關(guān)于乳液型聚合物抗剪切性、穩(wěn)定性的研究大多基于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，本文通過(guò)1 m填砂模型封堵性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了乳液型聚合凝膠調(diào)驅(qū)體系的抗剪切性、穩(wěn)定性及對(duì)填砂模型的封堵性，并比較了乳液型聚合物凝膠體系對(duì)不同滲透率巖心的驅(qū)油能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

ZX-20乳液型聚合物，水解度20%、相對(duì)分子質(zhì)量1500×104，墾利油田現(xiàn)場(chǎng)；交聯(lián)劑I（苯酚）、交聯(lián)劑II（烏洛托品），北京慶凱華豐科技開(kāi)發(fā)有限公司；墾利海上油田模擬地層水，礦化度4400 mg/L，含4000 mg/L CaCl2、400 mg/L NaCl；填砂模型露頭砂，0.125 mm（120 目），江蘇拓創(chuàng)科研儀器有限公司；人造均質(zhì)巖心，長(zhǎng)0.300 m、寬0.045 m、高0.045 m，氣測(cè)滲透率分別為1000×10-3、3000×10-3、5000×10-3μm2；聯(lián)合站原油配制的模擬油，在65℃下的黏度為88.7 mPa·s。

BSA224S 型天平，德國(guó) Saorius 公司；EURO-ST 20 D S025攪拌器，德國(guó)IKA公司。MCR301型界面流變儀，奧地利Aton Paar 有限公司；多測(cè)壓點(diǎn)填砂模型，江蘇海安石油科研儀器有限公司，工作壓力0數(shù)15 MPa，直徑2.5 cm、長(zhǎng)100 cm，填砂模型主體上設(shè)計(jì)了7 個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，分別位于距離注入端5、10、25、35、50、65和80 cm處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注入動(dòng)態(tài)狀況，本實(shí)驗(yàn)封堵條件下選取的測(cè)壓點(diǎn)為10、35、50 和80 cm，實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖1。驅(qū)油裝置如圖2所示，含巖心夾持器1個(gè)，活塞式中間容器3個(gè)，六通閥2個(gè)，管線(xiàn)若干，手動(dòng)計(jì)量泵1個(gè)，高精度壓力傳感器及配套計(jì)算機(jī)設(shè)備等。

圖1 聚合物弱凝膠封堵性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)流程圖

圖2 驅(qū)油裝置示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）黏度的測(cè)定

在恒速攪拌（400 r/min）的燒杯中配制100 mL 2000 mg/L 的乳液型聚合物溶液。同樣，按照交聯(lián)劑比例配制乳液型聚合物凝膠體系200 mL；置于65℃恒溫箱內(nèi)熟化24 h 后，選用界面流變儀19686轉(zhuǎn)子，在剪切速率為7.34 s-1的條件下測(cè)量乳液型聚合物的黏度；將聚合物溶液或凝膠體系放入65℃恒溫箱中，測(cè)量不同時(shí)間段乳液型聚合物和乳液聚型合物凝膠體系的黏度。放置一段時(shí)間后的黏度與配液24 h的初始黏度之比即為黏度保留率。

（2）填砂模型封堵實(shí)驗(yàn)

選取目標(biāo)油層對(duì)應(yīng)的露頭砂，抽真空，飽和地層水，計(jì)算孔隙體積，再按達(dá)西定律測(cè)量填砂模型水測(cè)滲透率；將其放入65℃恒溫箱中，分別以0.4、0.65、0.9 mL/min（等效滲流速率分別為3、5、7 m/d）的流速向填砂模型內(nèi)注入地層水，至模型內(nèi)部壓力平穩(wěn)；同時(shí)以相同的流速向填砂模型中分別注入0.35 PV乳液型聚合物前置段塞、0.4 PV熟化后的乳液型聚合物弱凝膠調(diào)驅(qū)體系及0.1 PV 乳液型聚合物后置段塞，記錄驅(qū)替過(guò)程中壓力的變化；關(guān)閉注入端和采出端，在65℃恒溫箱中放置20 d后再次以相同的流速向填砂模型內(nèi)注入后續(xù)水，記錄驅(qū)替過(guò)程中壓力的變化。

（3）乳液型聚合物驅(qū)油性能評(píng)價(jià)

建立束縛水，測(cè)量巖心水測(cè)滲透率，將巖心置于65℃恒溫箱內(nèi)飽和油，老化48 h，再按篩選出的流量水驅(qū)至含水率98%，計(jì)算水驅(qū)效率；注入0.5 PV熟化后的凝膠段塞，記錄出口端的出油量，計(jì)算注入弱凝膠過(guò)程中的驅(qū)油效率；密閉放置15 d，在相同流量下繼續(xù)水驅(qū)至含水率98%。對(duì)比相同注入速率下，滲透率為 1000×10-3、3000×10-3和5000×10-3μm2巖心驅(qū)油的采出程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液型聚合物凝膠體系篩選

2.1.1 乳液型聚合物的穩(wěn)定性

乳液型聚合物溶液黏度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。乳液型聚合物溶液黏度在放置5數(shù)10 d 的變化較小，10 d后溶液黏度隨時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢下降，31 d時(shí)乳液型聚合物的黏度保留率為71.15%。

圖3 乳液型聚合物溶液黏度隨時(shí)間的變化

2.1.2 交聯(lián)劑加量

交聯(lián)劑對(duì)聚合物凝膠體系黏度的影響見(jiàn)表1。從表1數(shù)據(jù)可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)4 和實(shí)驗(yàn)2 的成膠時(shí)間最長(zhǎng)，分別為8 d 和7 d；從成膠黏度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)2、3 和4 的成膠黏度分別為771、815、911 mPa·s，其中實(shí)驗(yàn)4中交聯(lián)劑1 和交聯(lián)劑2 的質(zhì)量比為2∶3，成膠黏度最大，交聯(lián)劑用量最少；從成膠穩(wěn)定性來(lái)看，實(shí)驗(yàn)4 成膠10 d 后的黏度保留率最高。實(shí)驗(yàn)5 中凝膠體系10 d后的黏度保留率較低，且成膠時(shí)間較短，不符合弱凝膠調(diào)驅(qū)體系要求。乳液型聚合物凝膠體系適合的配方為：0.06%交聯(lián)劑I+0.09%交聯(lián)劑II+2000 mg/L乳液型聚合物，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均按此配方進(jìn)行。

表1 交聯(lián)劑加量對(duì)聚合物凝膠體系黏度的影響

2.2 乳液型聚合物凝膠的封堵性

乳液型聚合物凝膠體系封堵實(shí)驗(yàn)中填砂管物理模型參數(shù)如表2所示。填砂模型水測(cè)滲透率分別為5165×10-3、5216×10-3、5198×10-3μm2，孔隙度分別為41.78%、40.76%、41.78%，符合海上油田高孔高滲的油藏特點(diǎn)。

表2 不同注入速率封堵實(shí)驗(yàn)填砂管物理模型參數(shù)

由填砂管模型封堵性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）可見(jiàn)，注入速率為3 m/d時(shí)，水驅(qū)突破時(shí)各測(cè)點(diǎn)壓力分別為1345.45、1277.95、940.59、622.46 kPa，填砂管模型入口端封堵率達(dá)到95.44%，但出口端封堵率只有83.12%。由于注入速率過(guò)慢，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中出現(xiàn)前端突破壓力過(guò)高，而后端突破壓力低，造成填砂模型前端封堵性能好而后端封堵性能差的現(xiàn)象。注入速率為5 m/d 時(shí)，水驅(qū)突破時(shí)各測(cè)點(diǎn)壓力分別為1405.34、1382.24、1202.82、945.13 kPa，填砂模型出口端的封堵率為90.17%，且沿程封堵率均超過(guò)90%，封堵性能相對(duì)較強(qiáng)，乳液型聚合物凝膠體系在模擬地層環(huán)境下具有一定的抗剪切性。注入速率為7 m/d時(shí)，水驅(qū)突破時(shí)各測(cè)點(diǎn)壓力分別為1389.48、1273.66、1069.55、897.34 kPa。由于注入速率過(guò)快，造成注入凝膠體系過(guò)于分散，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中壓力下降較快，且壓力值明顯低于3 m/d及5 m/d的填砂模型，沿程封堵率約80%，乳液型聚合物凝膠體系封堵性能相對(duì)較弱。注入速率較低，沿程封堵率差別大，段塞深部封堵性減弱；注入速率較高，沿程封堵率較低，體系耐沖刷能力下降，封堵性變?nèi)?；水?qū)、乳液型聚合物弱凝膠體系驅(qū)適宜的注入速率為5 m/d。

表3 距注入端不同距離乳液型聚合物凝膠的封堵率

2.3 乳液型聚合物凝膠的驅(qū)油性能

由均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表4）可見(jiàn)，注入相同乳液型聚合物凝膠段塞（0.5 PV）后，滲透率為1000×10-3、3000×10-3及5000×10-3μm2的巖心采出程度增幅分別為8.32%、16.95%和20.78%，采出程度增幅差異明顯。相同注入量下，隨著滲透率的增大采出程度增幅逐步增加。巖心滲透率降低，孔隙半徑減小，凝膠體系受多孔介質(zhì)的剪切效果增強(qiáng)，封堵效果減弱。巖心滲透率為5000×10-3μm2時(shí)，乳液型聚合物凝膠的驅(qū)油效果較好。

表4 乳液型聚合物凝膠均質(zhì)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖4可見(jiàn)，滲透率為5000×10-3μm2的巖心一次水驅(qū)過(guò)程中，含水率隨水驅(qū)注入量增加而上升，最終達(dá)98%，采出程度曲線(xiàn)逐漸趨于平穩(wěn)值47%；注入前置段塞過(guò)程中，由于注入段塞黏度增加，隨注入量的增加，注入壓力增大，瞬時(shí)含水率下降至82%；注膠過(guò)程中，隨注入量的增加，瞬時(shí)含水率降低至83.3%，采出程度相應(yīng)增加；后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中，瞬時(shí)含水率降至79%，注入壓力快速攀升至893 kPa，隨注入量的增加，含水率逐漸上升至98%，壓力逐漸趨于平緩，采出程度逐漸穩(wěn)定?？梢?jiàn)，乳液型聚合物凝膠體系能封堵高滲通道。

圖4 滲透率為5000×10-3 μm2巖心的驅(qū)油曲線(xiàn)

3 結(jié)論

乳液型聚合物穩(wěn)定性良好。由乳液型聚合物和兩種交聯(lián)劑組成的弱凝膠體系成膠過(guò)程緩慢，成膠后具有良好的黏度保留率，滿(mǎn)足海上油田深部調(diào)驅(qū)要求。乳液型聚合物凝膠封堵1 m填砂模型時(shí)合適的注入速率為5 m/d，既能保持較高且接近的沿程封堵率，又具有一定的耐沖刷能力。聚合物凝膠可封堵高滲通道，對(duì)5000×10-3μm2滲透率巖心的驅(qū)油效果較好。