海上油田二元复合驱后弱凝胶调驱可行性分析

刘 丽, 郭 轩, 孙 宁

(1.东北石油大学石油工程学院，大庆 163318；2.中国石油大学(华东)石油工程学院，青岛 266580)

渤海油田具有储层类型复杂、非均质性严重、边水能量较弱、岩石胶结强度低、注入水矿化度高、单井注采强度高和注采井距大等特点[1-3]。目前渤海JZ油田西区处于二元复合驱阶段，在长期注入流体冲刷作用下，油藏的孔渗结构发生变化，部分油组层间矛盾加剧，注入流体多沿高渗条带及大孔道突进，形成优势渗流通道，存在注入化学剂低效甚至无效循环现象，二元复合驱已难以满足实际需求，急需通过采油新工艺来实现剩余油的挖潜[4-6]。弱凝胶深部调驱技术作为一种改善严重非均质油田开发效果的提高采收率技术[7-9]，可有效调整吸液剖面，进一步扩大波及体积，改善开发效果，以渤海JZ油田为例，对海上油田二元复合驱后弱凝胶调驱可行性进行研究[10-11]。

1 调驱可行性

1.1 储层非均质性

JZ油田非均质性较严重(渗透率级差为11 490.19～77 988.33，渗透率变异系数为0.72～0.95，渗透率突进系数为15.77～19.53)，在二元复合驱阶段，由于单井注液强度大以及笼统注入等因素，导致储层非均质性进一步加剧，储层中形成优势渗流通道，可以考虑采用弱凝胶调驱技术调整吸液剖面，进一步扩大波及体积，改善开发效果。

1.2 温压系统

JZ油田埋藏深度相对不大，具有正常的地层温度和地层压力系统，温度最高为57.8 ℃，压力最高为16.75 MPa，对聚合物分溶液影响不大，有利于保持弱凝胶体系的稳定性。

1.3 地层原油黏度

JZ油田地层原油密度为0.822～0.951 g/cm3，黏度为6.05～26 mPa·s，在弱凝胶调驱的适用范围内。

图1 基于三管并联模型的弱凝胶调驱实验设备及流程Fig.1 Experimental equipment and flow chart for weak gel flooding based on three tube parallel model

1.4 边水能量

JZ油田化学驱区块为受断层控制的披覆半背斜构造油藏，不具气顶，边水能量较弱，对注入化学剂的稀释、冲刷等作用较小，利于注入弱凝胶体系。

1.5 地层水矿化度

JZ9-3油田原始地层水矿化度为6 401～9 183 mg/L，Ca2+、Mg2+离子含量较低，聚合物在油藏中扩散层厚度相对较大，ζ电位相对较高，形成的弱凝胶体系较稳定。弱凝胶调驱可行性对比如表1所示。

JZ油田西区自2010年10月开始实施二元复合驱，并完善了注采井网，反九点法井网变为排状井网，注聚井转注二元体系，注入能力加强，地层压力在一定程度上缓慢回升，但目前全区综合含水率为86.34%，部分井组水淹情况较严重，储层非均质性进一步加剧，常规调整措施见效不明显。结合以上分析，在JZ油田西区实施弱凝胶调驱是可行的。

表1 弱凝胶调驱可行性对比

2 实验研究

2.1 实验材料

(1)实验用聚合物为四川光亚科技有限公司生产的疏水缔合聚合物AP-P4，相对分子质量为1 300×104，固含量为90%，水解度为18.2%。

(2)实验用表面活性剂为华鼎鸿基采油技术服务(北京)有限公司生产的α-烯烃磺酸盐类阴离子表面活性剂HDS，有效含量60%。

(3)交联剂为乙酸铬，实验室自制。

(4)实验用油是按照一定比例混合煤油与JZ油田脱气原油，配制模拟油，要求其黏度为17.4 mPa·s(57 ℃)。

(5)实验用水JZ油田注入清水和产出污水，水质分析如表2、表3所示。

(6)实验模型为三管并联模型，为人造均质长条状浇铸岩心，石英砂环氧树脂胶结，岩心长×宽×高为30 cm×4.5 cm×4.5 cm，渗透率为500×10-3、1 000×10-3、3 500×10-3μm2，实验设备及流程如图1所示。

表2 注入清水性质Table 2 Injection clean water properties

表3 产出污水性质

2.2 实验设备

弱凝胶和二元复合体系溶液的配制和储存仪器设备包括BSA224S型电子天平、DJ1C-90型增力电动搅拌器、试管和GTL-1型恒温箱等。弱凝胶溶液剪切作用测试采用Waring LB20EG型实验室搅拌器。黏度测试采用DV-II+Pro型数显黏度计。岩心驱替实验设备主要包括2PB-00C系列平流泵、Tecsis通用型压力传感器、手摇环压泵、ZR-3型中间容器、1 000 mL和500 mL规格烧杯，50 mL量筒等，除平流泵和手摇泵外，其他部分置于恒温箱中，温度为57 ℃。

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2.3 实验方案

2.3.1 弱凝胶体系影响因素分析

2.3.1.1 温度对弱凝胶成胶的影响

以1 750 mg/L疏水缔合聚合物AP-P4+30 mg/L交联剂乙酸铬为体系配方，设定恒温箱温度分别为40、50、60、70、80、90，考察不同温度下弱凝胶的成胶时间及相应黏度。实验结果如图2所示。

图2 不同温度条件下的弱凝胶体系成胶性能Fig.2 Gel forming properties of weak gel system at different temperatures

由图2可知，随着温度逐渐升高，体系的成胶时间缩短，成胶黏度先增大后减小。当温度超过一定值后，聚合物分子发生蜷缩，分子链上可用于交联反应的结点减少，弱凝胶体系成胶黏度有所下降，但仍具有较高黏度。

2.3.1.2 pH对弱凝胶成胶的影响

以1 750 mg/L疏水缔合聚合物AP-P4+30 mg/L交联剂乙酸铬为体系配方，用稀HCl溶液和稀NaOH溶液调节体系pH分别为3、5、7、9、11，考察不同pH对弱凝胶体系成胶规律的影响，其成胶曲线如图3所示。

图3 不同pH条件下的弱凝胶成胶曲线Fig.3 Gel forming curves of weak gel under different pH conditions

由图3可知，随着pH增加，弱凝胶的成胶时间先增加后减小，且稳定性先增强后变差。当pH范围在7～9时，弱凝胶体系成胶效果较好，成胶稳定时间长。pH过低(低于5)或过高(高于10)，均会对交联反应造成一定干扰。

2.3.1.3 剪切作用对弱凝胶成胶的影响

机械剪切作用：按照所优选出配方配制弱凝胶体系，利用Waring搅拌器对刚配制好的弱凝胶体系进行机械剪切处理，分别在0、1 000、2 000 r/min条件下剪切30 s，考察机械剪切作用对弱凝胶成胶的影响。实验结果如图4所示。

图4 不同剪切转速条件下的弱凝胶成胶曲线Fig.4 Gel formation curves of weak gels under different shear speeds

由图4可以看出，随着剪切转速增加，机械剪切作用增强，聚合物分子链断开程度增大，弱凝胶体系黏度降低，但在2 000 r/min条件下，体系仍能成胶，且具有较好的成胶稳定性。当剪切作用停止后，该网络结构会在溶液中离子的影响下逐渐恢复，使得体系黏度增加，并表现出较好的稳定性。

岩心剪切作用：按照所优选出配方配制弱凝胶体系，利用柱状岩心对刚配制好的弱凝胶体系进行岩心剪切处理，分别在0、8、16、24 mL/min注入速度条件下将弱凝胶体系注入岩心，经剪切后的溶液分别装入不同的烧杯内，在57 ℃恒温箱内密封放置一段时间，定期测定弱凝胶体系黏度并观察成胶情况。实验结果如表4所示。

在不同注入速度条件下，经过岩心剪切后的弱凝胶体系初期成胶黏度降低，但并未出现脱水、破胶现象，仍具有较好稳定性。当剪切作用消失后，体系中的网络结构在溶液中多种离子作用下逐渐恢复，其体系黏度及稳定性与未受剪切作用的弱凝胶体系相差不大。

表4 不同注入速度下岩心对弱凝胶成胶影响

2.3.2 弱凝胶体系配方

弱凝胶体系配方为：1 750 mg/L疏水缔合聚合物AP-P4+30 mg/L交联剂乙酸铬，体系成胶时间为48 h，且稳定性好，黏度保持在2 081.35 mPa·s左右。

2.4 正常温压系统弱凝胶调驱实验

具体实验方案为：水驱至出口端综合含水率75%，加0.20 PV聚合物驱，加0.20 PV二元复合驱，加3轮次(0.10 PV弱凝胶调驱+0.10 PV水驱)，后续水驱至出口端综合含水率为95%。实验结果如图5、图6所示由图5、图6可知，在二元复合驱阶段结束后，开始多轮次注入0.30 PV的弱凝胶体系，由于弱凝胶具有选择性，先进入高渗层，起到一定调剖作用，其渗流阻力增加，导致注入压力增加，中、低渗层的吸液压差增加，吸液量也随之增加，剩余油进一步被动用，采出端综合含水率有所降低。在后续水驱阶段，弱凝胶已在岩心内成胶，封堵高渗层，迫使注入水转向，进入中、低渗层，扩大波及体积，进一步提高采收率，其中弱凝胶调驱阶段采出程度为17.81%，最终采收率值为71.62%，含水率下降极大值为17.23%，高渗层分流率由87.10%降至60.12%，中、低渗层分流率则由12.90%升至39.88%。

图5 弱凝胶调驱开采曲线Fig.5 Weak gel flooding profile

图6 弱凝胶调驱分流率曲线Fig.6 Diversion curve of weak gel profile control and flooding

3 结论

(1)弱凝胶成胶性能受多种因素影响，温度升高，体系的成胶时间缩短，成胶黏度先增加后降低，存在最佳温度区间；pH增加，弱凝胶的成胶时间先增加后减小，且稳定性先增强后变差，最佳pH范围为7～9；剪切作用使得弱凝胶体系初期成胶黏度降低，当剪切作用停止后，体系黏度逐渐恢复，且具有较好的稳定性。

(2)通过室内物理实验可以确定弱凝胶体系先进入渗流阻力较小的高渗层，增加其渗流阻力，使得注入压力增加，中、低渗层吸液压差随之增加，吸液量增加，且注入水转向进入中、低渗透层，使其剩余油饱和度降低，动用程度增加，弱凝胶调驱阶段采出程度为17.81%，最终采收率值为71.62%，含水率下降极大值为17.23%，可作为海上油田二元复合驱后提高采收率的方法。