冀东油田高温油藏J R G W凝胶调驱剂性能评价

张强 焦龙（西安石油大学，陕西 西安710065)

吴炜 乔孟占(冀东油田瑞丰化工公司，河北 唐山063200)

张瀚奭(冀东油田钻采院，河北 唐山 063200）

深部凝胶调驱技术是指从注水井注入调驱剂在地层大孔道或裂缝中，通过缓慢移动，实现调驱剂在地层深部的不断重新分配，增加其作用范围，提高注入水的波及效率。低浓度交联聚合物调驱剂是一种由低浓度聚合物和交联剂以分子间交联为主、分子内交联为辅的弱交联体系。其在地层中的封堵是动态的，在一定条件下可运移，具有深部调和驱的双重作用。现阶段使用的深部凝胶调驱剂多为酚醛树脂交联体系，该体系所形成的弱凝胶易在长期高温条件下易形成果冻状冻胶，在地层剪切作用下，其结构易被破坏，降低封堵高渗透率储层的作用，同时其流动性较差，使注入压力升高很快，甚至无法注入。

1 实验部分

1.1 实验装置

德国Haake RS-600型流变仪；多功能化学驱物理模拟系统，华东石大仪器公司；CLTD-II高温高压渗透率梯度测试仪，荆州创联石油科技公司；AR1530/C电子天平，美国Ohaus公司，分辨率0.001g；SXJQ-1型数显无级调速搅拌器，郑州长城科技有限公司；恒温箱；高压中间容器等。

1.2 实验材料和调驱剂体系的配制

冀东油田柳北区块地层水，矿化度为497mg/L，用于配制体系和进行驱替实验，水质分析见表1；冀东油田柳北区块原油；聚丙烯酰胺，相对分子量1800万-2000万，水解度25%-30%，大港博弘公司；JRGW树脂交联剂，JRGW螯合剂，JRGW稳定剂，冀东油田瑞丰化工公司；20-100目石英砂，北京普林森环保科技有限公司；填砂模型参数见表2。实验温度65-125℃。

表1 柳北水质分析结果

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表2 填砂模型基本参数

1.3 实验方法

1.3.1 凝胶强度的测定

使用采油用凝胶流变参数法[1]测定凝胶强度。将完全成胶后的聚合物/交联剂/助剂/溶剂体系视为线性粘弹体，采用振荡剪切的方法，选定应力为0.5Pa，在频率为0.01-10HZ进行频率扫描。由于数值为不规则变化，将频率0.1HZ处设定为弹性模量G′、粘性模量G''参考值。

1.3.2 凝胶溶液的配制

使用地层水配制2‰聚合物溶液，充分溶胀后，依次加入2‰螯合剂、0.5‰稳定剂、2‰交联剂，搅拌均匀。

1.3.3 凝胶成胶温度的测定

将未成胶的聚合物交联体系放入65℃、75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃恒温烘箱中，密封保存10日后测定体系G′、G''。

1.3.4 凝胶成胶速度的测定

将未成胶的聚合物交联体系放入95℃恒温烘箱中，每隔6h对体系的成胶模量进行测定，连续测样72h；每隔10d对体系成胶模量进行测定，连续测样90d。

1.3.5 凝胶热稳定性的测定

将未成胶的聚合物交联体系放入95℃恒温烘箱中，每隔30d对体系成胶模量进行测定，直至体系完全破胶。

1.3.6 机械剪切对凝胶强度的影响

使用混调器在1200r/min的转速下对体系进行剪切实验，分别剪切0、30、60、90、120、150min,将经过剪切的样品在95℃候凝成胶，10d后测其模量值。

1.3.7 砂床剪切对凝胶强度的影响

将凝胶溶液以1cm3/min流速驱替填砂管A，使用烧杯收集排出液。将排出液装瓶，并将排出液再次经过填砂管，往复操作5次，将经过剪切的样品在95℃候凝成胶，观察其10d并测其模量值。

1.3.8 驱油效率、封堵率的测定

开启物模系统升温至95℃，恒定驱替流量1mL/min,将原油驱替填砂管B、C，至完全产出油，计算注入油量和产出油量只差。注入地层水清除流程中岩心模型外所有部位影响计量的原油，用注入水以模拟流速驱替10倍孔隙体积，根据排出油总体积和饱和油总体积计算注水驱油效率和残余油饱和度。向填砂管B中注入聚合物基液（即与弱凝胶中聚合物浓度相同的聚合物溶液）0.5PV。将调驱剂溶液候凝成胶72h，向填砂管C中注入凝胶0.5PV。记录两管产油量。向填砂管B、C注入地层水驱替10倍孔隙体积，记录后续水驱产油量,并测定驱后渗透率。

2 结果与讨论

2.1 凝胶静态成胶温度

10天后，除65℃下保存的凝胶溶液未能成胶外，其余温度下凝胶溶液均可成胶，将安瓿瓶倒置形成的凝胶均为吐舌状凝胶。颜色随温度的升高，由淡白色变为淡黄色、土黄色。125℃安瓿瓶瓶口凝胶有脱水现象并有少量凝胶变为灰褐色。9天后所测成胶随温度变化的流变数据见图1。

图1 9日成胶后体系储能模量G′、耗能模量G''随温度变化

由图1可知体系成胶后的弹性模量G′介于1-10Pa,属于中等强度凝胶【1】。弹性与粘性模量线性趋势随温度的变化表现出一致性。在65-115℃时，随温度的上升，模量表现为上升趋势；125℃时模量出现较大幅度的下降。结合凝胶静态成胶情况分析，该体系随温度的升高，交联速度明显加快。当温度达到125℃时，由于温度过高，体系出现脱水现象，凝胶强度有所下降，模量出现下降趋势。通过上述实验分析，可以发现体系在常温下无法成胶，完全消除了体系地面交联对施工效果的影响。该体系随温度升高，交联速度加快的特点，可使体系对施工目的层的有效封堵逐渐增强。

2.2 凝胶成胶速度

由于地层深部调驱，需要大剂量的注入调驱剂才能达到所要求的注入半径，故要求调剖剂的成胶时间必须足够长。一方面满足大剂量施工的要求；另一方面使地层深部渗透率得到调整。凝胶成胶速度实验结果见图2、3。

图2 体系在72小时内的成胶速度（95℃）

图3 体系在90d内的成胶速度（95℃）

从图2可看出凝胶溶液由弱凝胶（G′＜1）体系转化为中等强度凝胶【1】的过程。体系储能与耗能模量均随时间的增加而增大。体系在54h处时（G′=1.054Pa），体系转变为中等强度凝胶。根据L10区块调驱现场情况，综合计算配液时间（1h）、注聚泵排量(1.67m3/h)、目的层深度(3500m)等相关数据计算，体系进入目标地层所需时间应大于48h。该体系延缓成胶时间已达到注入要求。延长观察时间至90d，观察并记录体系达到最高强度的时间与模量值。分析图3数据可知，模量在10-80天仍在缓慢上升。当80d体系G′上升至峰值4.184Pa，弹性模量值趋于平缓，而粘性模量值仍在缓慢上升。综上所述，该体系成胶速度缓慢，在不影响调驱效果的情况下，可降低注聚泵压，消除注入风险。54h的延缓成胶时间可完全满足药剂进入调驱目的层。最高可达4.184Pa弹性模量强度，可保证对高渗层的有效封堵。缓慢增长的粘性模量，可进一步增强其孔隙吸附能力，扩大调驱剂的波及范围。

2.3 凝胶热稳定性

为满足深部调驱需要，调驱剂应具有长时间的耐温性。通过实验可观察到体系由中强凝胶转变为溶胶液体的过程，即调驱剂失效过程。如图4

图4 体系在480d内的热稳定性实验（95℃）

将其划分为4个区域，即凝胶强度增长期I（0-60d）、稳定期II(60-240d)、衰减期III(240-450)，破胶期IV(450-480d)。体系弹性模量值在增长期时，大幅度上升，在90d时达到最高值（G′=4.154）。进入稳定期时下降趋势较为平缓。衰减期出现了较大幅度的下降趋势，其中在420d时（G′=0.712Pa）由中强凝胶转变为弱凝胶。并在破胶期450d时（G′=0.353，G''=0.441，G''＞ G′[1]）由弱凝胶转变为溶胶液体。粘性模量随时间的变化趋势较为平缓，增长期与稳定期数值为上升趋势，衰减期240d至480d出现了幅度较小的下降趋势。由此可判断衰减期，凝胶分子结构出现了较大程度的破坏，凝胶失效速度加快，并在破胶期420d时调驱剂完全失效。高温深部调驱所需调驱剂热稳时间应在12个月以上，该体系14个月的热稳定能力已完全符合现场生产需要。

2.4 驱油效率、封堵率的测定

深部调驱剂作为一种既有调剖封堵作用又有驱油作用的化学剂。评价其性能应具有“驱”与“调”双重作用。将调驱剂与聚合物进行对比，则可充分体现出药剂的“堵”、“驱”能力。实验见表4：

表4 驱替实验数据分析（95℃）

由表4可知，凝胶较聚合物溶液具有更强的提高采收率、降低渗透率的效果。其中聚合物溶液为粘弹性流体，可驱替出水驱不能驱走的残余油，从而提高驱油效率。而凝胶的运移具有较强的整体性，有利于降低高渗层的渗透率，可以驱替出聚合物驱不能驱出的残余油，相较聚合物溶液可大幅度提高采收率。凝胶较相同浓度的聚合物溶液，其封堵效果明显提高，能够达到封堵高渗层，将后续注入流体分流到中、低渗层的目的。

3 现场试验

应用该体系调驱剂体系再柳赞油田L10区块L15-19井进行现场施工，其对应油井4口，主要开发Es33层，该井组于2010年10月开始注水。由于周围油井含水上升，层间矛盾突出。2015年6月在L15-19井进行矿场试验，累计注入二元复合凝胶调驱剂1200方，注入压力由25.61MPa上升至27.05MPa，对应见效油井2口，含水均有明显下降，日增油3.07吨，月阶段累计增油81.1吨，目前仍有效。

表5 凝胶调驱剂矿场试验见效油井效果统计表

4 实验结论

4.1 当环境温度低于65℃时，调驱剂不能成胶。并具有随温度的升高成胶速度逐渐加快的特点。该调驱剂成胶速度较慢，可满足油田深部调驱需要，消除了体系地面交联对施工效果的影响。体系抗温能力强，在95℃下稳定保存14个月不破胶，使调驱波及范围与有效时间得到了提升。

4.2 物理剪切对凝胶的交联产生比较大的影响，可控剪切应尽量避免，地层剪切应注入适量的聚合物保护段塞，降低剪切因素影响。

4.3 调驱剂具有提高采收率、降低高渗层的渗透率、封堵高渗层的作用。并在现场试验过程中得到了很好的印证，月累计增油81.1吨。

[1]中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6296-1997.采油用聚合物冻胶强度的测定流变参数法[s],1997.

[2]张世同，黄宁，王中华等.耐温耐盐低度交联聚合物驱油体系的研究[J].精细石油化工，2002，9(5):1-3.

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