高温高盐极端油藏条件下新型调驱体系的研制和性能评价

周玉霞，梁玉凯，宋吉锋，程利民，王佳伟

(中海石油(中国)有限公司 湛江分公司，广东 湛江 524057)

目前，我国许多油田区块属于高温高盐油藏，如轮南、青海、中原、大港和华北、胜利等油田，这些油田的温度高(85～150 ℃)、矿化度高(5×104～25×104g/L NaCl)、二价钙镁离子含量也较高(一般大于1 000 mg/L)。如塔里木部分油田已进入高含水、高采出程度的双高阶段，地层水矿化度达11×104～26×104mg/L，尤其是钙、镁离子质量浓度高达10 000 mg/L，一些主力油气藏的非均质段储集层厚，剩余油储量大，适用调剖调驱；而常用的聚丙烯酰胺(HPAM)类聚合物因其分子结构中含有的丙烯酰胺链节，很容易在高温下(>65 ℃)水解成—COO-，与Ca2+、Mg2+络合产生沉淀，在这样的高温高盐极度恶劣的油藏条件下，普通聚合物的应用很难奏效。为了解决这一难题，本文采用实验室自制的疏水缔和聚合物与交联剂和稳定剂等组成耐温抗盐聚合物交联凝胶体系，以解决高温高盐油藏条件下调剖体系技术应用的问题[1-4]。

1 实验

1.1 主要试剂和仪器

疏水缔和聚合物BY-1，实验室自制；有机醛交联剂，工业品，河南油田提供；硫脲，AR，天津市河东区试剂厂；氯化钠、氯化钙、氯化镁，AR，天津市大茂化学试剂厂。

Brookfield-DV -II型黏度仪，美国Brookfiel公司；TWCL-B调温磁力搅拌器，北京瑞成伟业仪器设备有限公司；JB300-D电动搅拌机，上海圣科仪器设备有限公司;微量注射计，上海科晓科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

高温醛交联剂按照交联剂 ∶蒸馏水=2 ∶1(体积比)的比例稀释后使用。在一定浓度的聚合物溶液中用微量注射计滴加交联剂，搅拌除氧后置于恒温箱中。定期取出观察其形态变化。用Brookfield-DV-II型黏度仪(剪切速率为7.34 s-1)测定凝胶强度。用观察法确定凝胶时间。

2 实验结果与讨论

2.1 聚合物质量浓度对调驱体系成胶性能的影响

交联聚合物体系是由聚合物和交联剂交联而成。聚合物质量浓度不同，其形成的交联聚合物体系的成胶强度、所需成胶时间也不同。考察了不同质量浓度聚合物BY-1在交联剂的质量浓度为2 000 mg/L、矿化度20×104mg/L、钙镁离子质量浓度2 000 mg/L、温度为90 ℃条件下的成胶情况，实验结果见图1。

从图1中可以看出：聚合物质量浓度在 1 800～4 000 mg/L时7 d后凝胶体系黏度分别为1 047、2 047、5 987、10 746、14 982、25 987 mPa·s，7 d 后聚合物质量浓度在1 800～2 000 mg/L的黏度下降大约50%，这说明该质量浓度的聚合物形成的凝胶体系性能不稳定；而聚合物质量浓度在2 500～4 000 mg/L 时形成的凝胶体系黏度没有下降反而有上升的趋势，大于初始成胶黏度，为了保证所形成的交联聚合物的强度保持稳定，并考虑聚合物质量浓度对成胶时间的影响，因此将聚合物质量浓度定为2 500～4 000mg/L。

2.2 交联剂质量浓度对调驱体系成胶性能的影响

表1为不同质量浓度交联剂在聚合物BY-1的质量浓度为3 000 mg/L、矿化度为20×104mg/L、钙镁离子浓度2 000 mg/L、温度为90 ℃条件下的成胶情况。从表1中可以看出，当交联剂质量浓度小于 1 200 mg/L 时，聚合物体系不能成胶。当交联剂质量浓度在1 500～4 200 mg/L时，随着交联剂质量浓度增加，成胶强度增加，成胶时间缩短。当交联剂质量浓度由1 500 mg/L增加到4 200 mg/L时，成胶时间也由37 h左右下降到18 h左右，成胶强度由4 430 mPa·s上升到31 263 mPa·s。这是因为交联剂质量浓度增加，体系交联机会和交联密度增加所致。当交联剂质量浓度过大，会出现脱水现象。这是因为体系在过高的交联剂质量浓度下形成凝胶后，溶液内部的活性基团与交联剂之间的化学反应仍在进行，这会使凝胶体系交联点增加，交联密度增大，凝胶的分子线团发生收缩，从而出现脱水和破胶现象。综合考虑成胶时间、成胶强度等，交联剂质量浓度可选1 500～3 000 mg/L。

表1 交联剂质量浓度对调驱体系成胶性能

2.3 除氧剂质量浓度对成胶性能的影响

对于聚合物交联体系来说，若水中存在溶解氧，会导致凝胶体系产生氧化降解，使体系的黏度降低，从而影响最终的调驱效果。通常使用硫脉、甲醛、亚硫酸钠等除氧剂降低氧化降解对凝胶体系带来的不利影响，特别要注意的是，除氧剂要在聚合物加入之前加入。图2为不同质量浓度除氧剂对凝胶体系黏度的影响，其中聚合物BY-1的质量浓度为3 000 mg/L、交联剂质量浓度为2 000 mg/L、矿化度为20×104mg/L、钙镁离子质量浓度2 000 mg/L、测试时间为成胶后48 h。

从图2中可以看到，随着除氧剂质量浓度增加，体系的黏度先增加，达到一个最大值后又降低，存在一个最大值，此时对应的除氧剂的质量浓度为600 mg/L，可提高体系黏度7.7%，能够有效抑制溶解氧对聚合物的降解；但随着除氧剂加量过大，对凝胶体系的黏度有一定负面影响，因此，最后确定除氧剂的质量浓度为600 mg/L。

2.4 调驱体系的剪切恢复性

将配制好的两种不同质量浓度的交联体系进行剪切实验，剪切速率为100 s-1，剪切时间15 min，分别测量剪切前后不同老化时间交联体系的黏度，实验结果如表2所示。

表2 剪切对不同浓度交联体系成胶性能影响

从表2中可以看出，交联体系经剪切后，成胶时间变化不大，成胶黏度迅速降低。成胶6 h后，黏度保留率上升很快，说明疏水缔合聚合物剪切恢复性较好。交联体系剪切后黏度保留率在50%左右，成胶黏度远大于初始剪切黏度，说明该体系有较好的抗剪切性。可能是因为疏水缔合聚合物分子间形成可逆的网络结构，剪切时可逆的网状结构先被破坏，而疏水缔合聚合物分子链被剪切断裂的几率较小。当停止剪切后，网状结构得到恢复，因而交联体系具有较好的剪切恢复性，能满足调驱的要求。

2.5 长期热稳定性评价

配制不同质量浓度的交联体系，放置在 90 ℃ 恒温箱中，每隔一段时间测量交联体系的成胶黏度，实验结果如图3所示。

图3显示了不同质量浓度的疏水缔合聚合物交联体系的黏度随老化时间的变化。在 90 ℃ 和矿化度20×104mg/L、钙镁离子质量浓度2 000 mg/L条件下，2 500～3 500 mg/L的疏水缔合聚合物交联体系的黏度100 d后仍保持在90%左右，长期稳定性较好，说明该交联聚合物在油藏条件下具有良好的长期热稳定性。

2.6 并联岩心改善吸水剖面实验

选用JK-1～JK-6不同渗透率的岩心组成三组并联岩心模型，模拟现场注入顺序，以低速注入配制好的交联聚合物溶液0.5 PV，在90 ℃下候凝成胶7～10 d，冲洗入口端面，后续水驱5 PV以上，过程中记录注入压差及两岩心的流量等数据。实验结果如表3所示。

由表3可以看出，渗透率级差越大，调驱剂的选择进入性越强，进入高渗透层的调驱剂越多，对其封堵性越强，相应的剖面改善率越高。交联体系对并联岩心的吸水剖面有一定改善作用，剖面改善率在60%以上，高渗透率极差剖面改善率达到80.6%。这说明所配制的交联体系在岩心中成胶性能较好，能封堵高渗层，增大高渗岩心的流动阻力，使后续注入的流体进入到渗透率低的岩心，提高垂相波及系数。如图4所示，在注入聚合物交联体系后，因为层间非均质性导致的吸水程度差异过大的矛盾得到了很大程度的改善。

表3 双管并联岩心模型的物性参数和剖面改善率实验结果

2.7 并联岩心驱油实验

选用JK-7～JK-12不同渗透率的岩心组成并联岩心模型.以低速饱和模拟油，使岩心基本达到或者接近原始含油饱和度，建立束缚水饱和度；以低速进行水驱油，直到含水率达到100%为止，获得水驱采收率；以相同低速交联聚合物段塞0.5 PV，计算阶段采收率提高值；以相同低速进行后续水驱，至含水率100%结束，获得最终采收率，并计算提高采收率值。实验结果见表4。

从表4可以看出，渗透率不同的岩心组合，交联体系调驱效果是不一样的。低渗透流动阻力要远远高于高渗岩心，所以油层水驱动用情况最差。高渗透JK-7、JK-9、JK-11岩心水驱采收率为52%～58%，低渗透JK-8、JK-10、JK-12岩心水驱采收率为22%～21%，说明了因为渗透率级差的原因，导致了水驱动用程度差异矛盾的加剧。交联体系在成胶后进行后续水驱，高低渗岩心在水驱基础上增加采收率分别为14.52%和26.98%，说明注入交联体系后对双管岩心的宏观非均质性进行了一定的调节，即“封堵”高渗层，使采收率又有一定程度的上升。

表4 双管并联岩心模型岩心参数和驱油实验结果

图5为交联体系方案的驱油动态曲线，可以对交联体系的作用机理作进一步说明。水驱阶段，刚开始有一段很短的无水采油期，表现为注入压差升高，采收率上升很快。由于双管岩心的非均质性，注入水很快沿高渗层突进并突破，参与流动的水增多，注入压差开始有所下降并逐渐稳定，采收率也有所上升，最终高渗层采收率为58.6%，低渗为21.15%。交联体系水驱阶段，由于注入时体系还没有成胶，故保证了体系的可注入性。交联体系优先进入流动阻力小的高渗层，由于体系有一定的黏度，使流动阻力变大，注入压差上升，使驱替剂进入更细的孔隙，波及到渗透率更低部分的原油，采收率有一定升高。后续水驱阶段，交联体系在成胶后进行后续水驱。由于交联剂先进入流动阻力小的高渗层，故成胶后对高渗层有很强的封堵作用，注入水不再沿高渗层突进，注入压力升高很大，注入压差的升高一方面可以让注入水进入到渗透率更低的渗透层，调整了吸液剖面，动用此层中的剩余油，增加了低渗岩心中的采收率；另一方面，高渗层注入压差的增高也可以使注入水进入到岩心中更细的孔隙，从而增加微观波及系数，提高高渗岩心的采收率。后续水驱结束，高低渗岩心在水驱基础上增加采收率分别为14.52%和26.98%。

3 结论

研制的新型耐温抗盐聚合物交联调驱体系具有较好的抗剪切性、良好的长期热稳定性、在岩心中成胶性能较好。并联双管岩心吸水剖面改善实验表明，该体系剖面改善率达80.6%；可有效封堵高渗层，明显提高低渗岩心水驱采收率26.98%，高于高渗岩心的14.52%[5-6]，可以满足高温高盐油藏调剖调驱需要。