低温耐盐胶态分散凝胶深部调驱体系的研究

谢志海 王玲燕 王海力 藤晓晓

(西北大学，合成与天然功能分子化学教育部重点实验室，化学与材料科学学院，陕西 西安 710127)

陕北油田蕴藏着丰富的油气资源，属于“三低”(低渗、低压和低丰度)油藏，为了实现工业油流，普遍采用压裂和注水开采工艺。油田进入注水开发中后期，层间、层内、平面矛盾日益突出，尤其对于中东部的低压、低温，而且严重非均质油藏，出现高含水期。调驱是解决非均质、低渗透油藏增油控水问题的主要措施之一。但常规调驱在实施过程中常常面临调驱体系初始粘度高、流动阻力大、交联后形成的凝胶几乎没有流动性，易在近井地带造成堵塞(浅堵)，导致注入压力增高，增油降水效果差[1]。20世纪80年代后期发展起来的胶态分散凝胶技术，是聚合物和交联剂浓度均很低，聚合物的交联主要发生在分子内[2]，交联前后粘度均较小，交联后形成的凝胶具有一定地流动性，可实现调剖和驱油的双重目的。胶态分散凝胶的调剖作用，主要体现在弱凝胶可以改善油藏纵向和平面上的非均质性，调整渗透率，改变后续注入水的流向，扩大注入水的波及体积；胶态分散凝胶的驱油机理是通过增加水相粘度，改善油水流度比，通过波及效率，增加水驱效果，以提高采收率。但是，聚合物与交联剂的交联反应温度通常在50 ℃以上，在低温(25～50 ℃)难以形成凝胶[3]。

此外，陕北油田地处黄土高原，水资源匮乏，油田生产过程中采出了大量高矿化度的污水，对生态环境产生严重影响。高矿化度的水，会导致聚合物粘度降低，尤其是二价的Ca2+和Mg2+离子对聚合物溶液粘度的影响更为严重，随着Ca2+和Mg2+浓度增加，聚合物溶液粘度显著下降，甚至出现稠化剂析出[4]。

本文针对陕北低渗透油藏调驱的实际需要，开展了用油田水作为配液水的低温耐盐型胶态分散凝胶调驱体系的研究，并在此基础上进行了调驱体系性能及其注入参数优化的模拟实验研究。

1实验部分

1.1 仪器及实验材料

DNN-D6型六速旋转粘度计(青岛海胶南分析仪器厂)；电热恒温干燥箱(上海实验仪器有限公司)。电热恒温水浴锅、搅拌器、电子天平。

有机铝离子配合物交联剂(自制)；阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺，两性聚丙烯酰胺均为工业品；油田水(矿化度：5.64×104mg/L，其中Ca2+：4 500 mg/L，Mg2+：410 mg/L))，经除油、除悬浮物后作为配液用水。

1.2 粘度的测定

基液粘度：在500 mL烧杯中加入400 mL油田水，将搅拌器转速控制在600 r/min，按照配比准确称取稠化剂，缓慢加入到搅拌的水中，搅拌一定时间后，将溶液倒入六速旋转粘度计的胶桶中，溶液至胶桶的刻线处，在转速为100 r/min(170 s-1)下测其粘度；加入交联剂交联，保温放置一定时间，用粘度计测定体系的粘度。

1.3 基液的配制

称取一定量的稠化剂，搅拌下加入到500 mL的油田水中，其中矿化度为5.64×104mg/L，搅拌溶解60 min，使稠化剂充分溶胀，呈均匀粘稠液体，待用。

2结果与讨论

2.1 稠化剂的优选

选取国内常用的改性聚丙烯酰胺作为稠化剂，基液浓度为1 500 mg/L，配制用水为油田水，搅拌溶解60 min，测定聚合物的溶解时间和基液的初始粘度；然后在基液中加入有机金属离子配合物交联剂，在35 ℃水浴中养护3～7 d，观察交联性能，试验结果见表1。从表1可以看出，阴离子聚丙烯酰胺，分子量在1 800～2 000万为佳，后续实验选用其作为稠化剂。

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

2.2 稠化剂用量的影响

稠化剂用量是影响调驱剂溶液形成凝胶和所生成凝胶性能的重要因素。实验选取阴离子聚丙烯酰胺(分子量为1 800万)，油田水作为配液用水，配制不同浓度的基液，测定初始粘度，然后加入有机金属离子配合物交联剂，在35 ℃水浴中恒温养护，测定凝胶粘度，实验结果列于表2。从表2可以看出，随着稠化剂用量的增加，初始粘度增加，交联延迟时间缩短，生成的凝胶粘度增大。当稠化剂用量增加到0.12%时，凝胶粘度达到1.7×104mPa·s。从性能和成本费用两方面考虑，适宜用量可在0.12%～0.2%之间选择。

表2 稠化剂用量试验结果Table 2 Experimental results of the concentrationof thickening agent

2.3 交联剂种类对交联延迟时间的影响

分别制备了有机醛、有机鉻[5]和有机铝三种交联剂，试验其交联性能。实验的基液浓度为1 500 mg/L，用油田水配制基液，交联剂的用量为0.5℅,在35 ℃下进行交联反应。有机醛和有机鉻交联剂在35 ℃恒温7 d，溶液粘度没有增加，表明没有发生交联反应形成凝胶。有机铝离子交联剂能够在约3 d内使溶液从基液粘度增加到1.7×104mPa·s以上，具有很好的交联延时性能和凝胶强度。同时对选取的有机铝离子交联剂的用量和交联延迟时间进行了试验，结果见表3。交联剂用量增加，体系延迟时间缩短，凝胶粘度增大，这是因为交联剂用量的增加，体系中交联点增多，交联反应加快，凝胶强度增大。但交联剂用量过大时，体系反应速度过快，形成的凝胶易发生脱水现象。交联剂最佳用量在0.4～0.8之间。

表3 交联延迟时间Table 3 Experimental results of the crosslinking delay time

2.4 pH值的影响

稠化剂与有机铝离子交联剂的成胶体系对溶液的pH值很敏感。在pH值为4.5～8范围内，试验了体系在35 ℃下的交联延迟时间和生成凝胶的粘度，结果见表4。最佳成胶的pH范围在5.5～7.5之间。

表4 pH值的影响Table 4 Effect of pH value

2.5 温度的影响

温度升高，有利于交联反应，体系的交联延迟时间缩短，生成的凝胶粘度增大，温度试验结果见表5。在温度高于60 ℃时，体系的交联延迟时间过短，仅有10几个h，不能满足深部调驱的要求。本文主要是针对低温油田，因此，研发的低温耐盐型胶态分散凝胶深部调驱体系的使用温度范围为25～50 ℃。

表5 温度的影响Table 5 Effect of temperature

2.6 耐剪切性能

将配制的基液在常温、170 s-1下连续剪切60 min，测定溶液粘度、交联延迟时间和生成的凝胶粘度。1 500 mg/L基液连续剪切60 min后，粘度为21 mPa·s，粘度下降了30%。这是因为溶液中的稠化剂受剪切力的作用，发生了一定程度的降解。剪切60 min后的基液中加入交联剂，进行交联试验，35 ℃，3 d后形成凝胶，粘度降为1.8×104mPa·s。结果表明，剪切对体系的初始粘度影响较大，但对体系的交联延迟时间和凝胶的粘度影响不大。

2.7 稳定性

试验了在35 ℃温度下粘度随时间的变化情况，结果表明，在加入交联剂后的48 h内，体系的粘度增加缓慢，这期间交联剂释放出的Al3+很少，稠化剂的交联反应基本没有发生。48 h后，交联剂释放出的Al3+逐步增加，交联反应开始，体系粘度大幅增加，逐渐转变为弱凝胶。体系完全形成凝胶后，粘度不再增加，维持高值不变。在35℃恒温保存六个月，体系粘度仍维持不变。

3小 结

本文研发的低温耐盐胶态分散凝胶深部调驱体系，使用油田采出的油田污水作为配液用水，成胶延迟时间为2～3 d，生成的胶态分散凝胶粘度大于1.8×104mPa·s，可用于低温油田注水井的深部调剖，也可用于油井低渗透率地层的堵水。

[1] 刘文超,卢祥国,张脊.低渗透油藏深部调驱剂筛选及其效果评价[J].《油田化学》，2010,27(3):265～270.

[2] 林梅钦, 李建阁,康燕 等. HPAM/柠檬酸铝胶态分散凝胶形成条件研究[J].油田化学，1998,15(2); 160～163.

[3] 胡艳霞,刘淑芳.耐温抗盐深部复合调驱体系的研究与应用[J].内蒙古石油化工, 2011年, 第 5期:112～114.

[4] 刘进祥,卢祥国,王荣健.海上油田水质处理及其对驱油剂性能影响研究[J].钻采工艺,2011,34(4):72～75.

[5] 张建国,余维初,罗跃.3种交联剂与HPAM溶液交联后的调驱效果[J].石油钻采工艺,2004,26(4):66～68.