弱凝胶/预交联颗粒复合调驱室内评价

陈 哲，徐 鹏

(1.延长石油集团有限责任公司子长采油厂，陕西延安 717300；2.延长石油股份有限公司南泥湾采油厂，陕西延安 716000)

目前我国大多数油藏都进入水驱开发中后期，油井出水是油田开发中普遍存在的问题[1]。油田进入高含水期或特高含水期后，提高采收率的常用途径是扩大注水波及体积和提高洗油效率[2-3]。目前，油田常用的深部调驱剂主要有无机水泥类调驱剂、树脂类调驱剂、泡沫类调驱剂、凝胶类调驱剂、冻胶类调驱剂等[4]，通常弱凝胶调驱是改善油井出水的有效技术手段[5-6]，常规聚合物凝胶调堵剂由聚合物干粉+交联剂+水组成，这类调堵剂是全球用量最大的调堵剂类型[7]。但由于弱凝胶强度有限，当遇到大孔道或者裂缝时，在后续水驱作用下仍不能较好地实现液流改向。因此本文考虑通过弱凝胶/预交联颗粒复合调驱方式对存在大孔道或者裂缝的油藏的调驱问题进行改善。本文通过室内研究对该复合调驱体系进行了调驱效果评价，为存在大孔道或裂缝的油藏复合调驱现场施工提供了理论基础。

1 试验部分

1.1 化学药品与试验器材

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺HPAM；交联剂：有机铬；原油：实测黏度为185.4 mPa·s；预交联颗粒：胶体状，固含量25%，由长庆油田研究院提供。

电热鼓风恒温干燥箱：CS1013型；岩心流动恒温装置，温度设定70 ℃；保温箱：控温范围20～120 ℃；驱替装置：填砂管、平流泵、压力表、中间容器。

1.2 试验方法

试验方法一：对单根填砂管饱和水、饱和油、水驱油至含水98%，记录数据之后注入弱凝胶体系或弱凝胶/预交联颗粒复合体系，停泵，最后进行后续水驱并记录数据。

试验方法二：对并联填砂管饱和水、饱和油、水驱油至含水98%，记录数据之后注入弱凝胶体系或弱凝胶/预交联颗粒复合体系，停泵，最后进行后续水驱并记录数据。

2 驱替机理研究

弱凝胶是由低浓度的聚合物和低浓度的交联剂(聚合物浓度通常在800～1 500 mg/L之间)形成的、以分子间交联为主及分子内交联为辅的、黏度在100～10 000 mPa·s之间、具有三维网络结构的弱交联体系。从主要以分子间交联的特性来看，弱凝胶可被认为是稀( 弱)的本体凝胶，与本体凝胶不同，弱凝胶被认为有一定的流动性[8-10]。一方面弱凝胶具有一定的强度，能对地层中的高渗透通道产生一定封堵作用，使后续注入水绕流至中低渗透层，起到调剖作用；另一方面，由于交联强度不高，弱凝胶在后续注入水的推动下在该高渗透通道中还能缓慢向地层深部移动，产生像聚合物驱一样的驱油效果，这种动态的波及效果要远远好于固定凝胶的波及效果，从而能更大限度地扩大波及体积和提高驱油效率[11]。

预交联颗粒中含有大量的羧基、酰胺基等吸水基团，能吸收自身重量几倍甚至几十倍的水，并具有良好的保水性；可在体层中滞留，并且溶胀后的凝胶是弹性体，在压力等作用下能变形，向地层孔隙中运移，达到调剖堵水的目的[12]。

在复合调驱过程中，颗粒注入，由于其吸水膨胀作用能有效封堵大孔道，液流改向能力增加，使得后续弱凝胶能进入更深部地层进行驱替，从而达到更好的驱替效果。

3 试验结果与讨论

3.1 单一弱凝胶体系调驱评价

3.1.1 弱凝胶注入残余阻力系数评价

残余阻力系数是评价体系能否达到预期封堵效果和提高采收率效果最直接的评价方法，残余阻力系数为填砂管原始水测渗透率与调驱后填砂管的水测渗透率之比，即

FRR=Kw/Kf

(1)

式中FRR——残余阻力系数，mD/mD；

Kw——填砂管原始水测渗透率，mD；

Kf——调驱后填砂管的水测渗透率，mD。

试验用两组不同渗透率单根填砂管进行分析，填砂管基本参数见表1。

表1 残余阻力系数测定所用填砂管参数Table 1 Parameters of sand filling pipe for measuring residual resistance coefficient

试验采用试验方法一，共注入0.5 PV的弱凝胶，水驱注入速度为1 mL/min，试验结果如图1所示。

图1 弱凝胶注入后水驱压力变化Fig.1 Change of water drive pressure after weak gel injection

通过后续压力的变化可以看出弱凝胶在地层中能够使地层压力得到明显且稳定的抬升。1号填砂管后续注水稳定压力为0.15 MPa左右，计算出的残余阻力系数为9.3；2号填砂管后续注水压力稳定在0.06 MPa左右，计算出的残余阻力系数为12.8。同时，1号填砂管弱凝胶调驱后出油体积为6 mL，提高采收率9.7%；2号填砂管弱凝胶调驱后出油体积为9 mL，提高采收率12.7%。说明弱凝胶体系具有良好的封堵性能和驱油效果。

3.1.2 弱凝胶调驱后填砂管吸水剖面改善率

试验通过并联填砂管驱替考察弱凝胶调驱的吸水剖面改善率η，η可用调驱后高低渗透层吸水比的差与调驱前高低渗透层吸水比的商表示[13]，即

η=(Qhb/Qib-Qha/Qia)/(Qhb/Qib)×100%

(2)

式中Qhb——高渗透层调驱前的吸水量，mL；

Qha——高渗透层调驱后的吸水量，mL；

Qib——低渗透层调驱前的吸水量，mL；

Qia——低渗透层调驱后的吸水量，mL。

试验采用试验方法二，共注入0.3 PV的弱凝胶。试验结果见表2。

试验结果表明，在进行弱凝胶调剖前后，填砂管的吸水能力发生了明显变化，剖面改善率达到90%左右，而且高低渗透率的级差越大，剖面的改善

能力越明显，说明弱凝胶体系具有很强的选择性。岩心的渗透率级差越大，低渗透岩心进入的弱凝胶溶液越少，剖面的改善效果越好。

表2 弱凝胶调整吸水剖面能力Table 2 The ability of weak gel adjusted water absorption profile

3.2 复合调驱体系评价

当遇到大孔道或者裂缝时，单一弱凝胶调驱体系不能有效地实现液流改向，因此考虑弱凝胶与预交联颗粒复合调驱。通过对弱凝胶/预交联颗粒复合调驱体系评价，并与单一弱凝胶调驱效果对比，考察复合调驱体系的封堵效果以及剖面的改善效果。

三十四团地处塔克拉玛干与库姆塔格大沙漠的夹缝中，每年六级到八级的大风多达九次以上，因灾害造成的损失近2000万元，恶劣的气候与恶化的生态环境严重，制约着团场的发展，自2001年至今，该团共计实施退耕还林工程3.95万亩，完成防风治沙项目面积0.52万亩，完成封沙育林面积九万亩，人工种植梭梭林0.22万亩，从2008年开始，团场每年投入200余万元进行城镇区域的绿化建设。

3.2.1 复合段塞残余阻力系数评价

复合段塞的设计，旨在对地层大孔道进行有效封堵，应对复杂的地层条件，通过残余阻力系数的评价，可以直观验证复合段塞的封堵能力。为了能更好地与单一弱凝胶调驱体系残余阻力系数对比，填砂管所用砂采用同一类砂体，渗透率与1、2两组填砂管接近。填砂管参数见表3。

表3 复合调驱残余阻力系数测定所用填砂管参数Table 3 Parameters of sand filling pipe for measuring residual resistance coefficient of compound regulating drive

试验采用试验方法一，先注入0.2 PV颗粒，然后注入0.5 PV弱凝胶，水驱注入速度为1 mL/min。试验结果如图2所示。

图2 复合调驱后继续水驱压力变化Fig.2 Change of water drive pressure continued after the compound regulating drive

从图2可以看出，复合段塞后续水驱3号管在注入1 PV后压力稳定到0.38 MPa左右，残余阻力系数为20.3；4号管注入1 PV后压力稳定在0.31 MPa左右，残余阻力系数为46.4。渗透率越高，残余阻力系数越高，说明颗粒+弱凝胶的复合段塞能有效封堵高渗层，有效提高整体注入压力。

3.2.2 复合调驱后填砂管吸水剖面改善率

为了对比复合段塞与单一弱凝胶调驱剖面改善能力的差异，试验采用试验方法二考察复合调驱体系的剖面改善能力。驱替过程中，注入0.2 PV的预交联颗粒与0.3 PV的弱凝胶。试验结果见表4。

表4 复合段塞改善吸水剖面能力Table 4 The ability of composite slug in improving water absorption profile

由表4可以看出，复合调驱体系的调驱剖面改善率能达到97.0%，相比单一弱凝胶调驱能提高7.0%，而且渗透率极差越大，效果越好。

因此，对于存在明显裂缝和较大水窜通道、单注弱凝胶难以抬升压力的井组，应使用复合段塞调驱进行优化。

3.2.3 复合体系注入方式优化

考察两种注入方式对采收率的影响：

(1)含水90%时，先注入0.5 PV预交联颗粒，后注入0.5 PV弱凝胶体系，再进行后续水驱至不出油，计算最终采收率。

(2)含水90%时，先注入0.5 PV弱凝胶体系，后注入0.5 PV预交联颗粒，再后续水驱至不出油，计算最终采收率。

两种注入方式下的采收率见表5。

表5 注入方式对采收率的影响Table 5 Effect of injection mode on recovery rate

由表5可以看出，先注入预交联颗粒的注入方式提高采收率的幅度高于先注入凝胶的注入方式，且前者的最终采收率比后者高出5.5个百分点。

4 结论

(1)使用弱凝胶调驱，水驱残余阻力系数为10左右，说明其具有良好的封堵性能；提高采收率10%左右，说明其具有较好的增油效果；剖面改善率达到90%，说明其剖面改善率较高。

(2)采用复合调驱，水驱残余阻力系数高达20以上，较单一弱凝胶调驱高出10以上；剖面改善率高达97%以上，相比单一弱凝胶调驱提高7%。复合调驱体系改善液流方向能力更强，更适合具有大孔道或者裂缝的油藏。

(3)复合调驱过程中，先注入预交联颗粒的注入方式更有利于提高采收率。