海上X油田调驱剂评价及调驱效果实验研究

别梦君 刘 斌 张 伟 瞿朝朝 杨志成

(中海石油(中国)有限公司天津分公司， 天津 300452)

海上X油田储层物性较好，高孔高渗，平均渗透率为1 750×10-3μm2，但渗透率变异系数为0.85，非均质性严重。目前，由于层间矛盾突出，注入水单层单向突进严重，含水率已高达88%，亟待采取调驱措施以抑制注入水突进。针对此类强非均质性、高矿化度油田，Cr3+聚合物凝胶调驱技术应用较为普遍，并在陆上油田“降水增油”实践中发挥了重要作用[1-4]。渤海各油田目前均处于开发中期，由于海上平台操作空间小、化学驱设备改造难度大、生产操作费用较高，因此大部分油田仍以水驱开发为主，较少采用 Cr3+聚合物凝胶调驱技术[5-8]。有关X油田的矿场试验研究也未见报道。为此，我们结合X油田的地质特征和流体性质制作人造岩心，开展Cr3+聚合物凝胶性能室内实验研究，分析Cr3+聚合物凝胶的增油效果及其影响因素。

1 实验设计

1.1 实验药剂

实验所用的主要药剂有：聚合物，为大庆炼化公司生产的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)干粉，其相对分子质量为1 900×104(简称“高分”，固含量90%，水解度为24.6%)；有机铬，取自渤海油田，Cr3+含量为2.7%；实验用水，采用海上X油田模拟注入水，其矿化度为6 502.4 mg/L；实验用油，为模拟油，由X油田脱气原油与煤油混合而成，在65 ℃条件下黏度为15.0 mPa·s。

1.2 物理模型

流动性能实验的物理模型为石英砂岩环氧树脂胶结人造柱状岩心[9]，其几何尺寸为φ2.5 cm×10 cm，气测渗透率(Kg)为3 000×10-3μm2。

调驱效果实验的物理模型由环氧树脂石英砂胶结而成，包括高、低、中3层渗透层，其气测渗透率分别为3 000×10-3、500×10-3、1 200×10-3μm2，小层厚度分别为1.0、0.5、3.0 cm，外观几何尺寸(高×宽×长)为4.5 cm×4.5 cm× 30 cm。

1.3 实验仪器

采用DV-Ⅱ型布氏黏度仪，采用“0”号转子和“1”号转子，转速为7.34 s-1。

实验所用主要仪器设备包括平流泵、压力传感器、岩心夹持器、手摇泵和中间容器等。除平流泵和手摇泵外，其他置于65 ℃恒温箱内。

1.4 调驱方案

(1) 方案1：观察调驱剂类型对驱油效果的影响。此方案分为以下2种：

方案1-1，水驱至含水90%+0.10 PV聚合物溶液(cP=800 mg/L )+后续水驱98%。

方案1-2，水驱至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝胶(cP=800 mg/L，聚 ∶Cr3+=270 ∶1，此比值为质量浓度比，下同)+后续水驱98%。

(2) 方案2：观察聚合物浓度对驱油效果的影响(聚 ∶Cr3+=270 ∶1 )。此方案细分为5种(方案2-1 — 方案2-5)：水驱至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝胶(各方案cP依次为400、600、800、1 000、1 200 mg/L)+后续水驱98%。

(3) 方案3：观察交联剂浓度对驱油效果的影响(cP=800 mg/L )。此方案细分为4种(方案3-1 — 方案3-4)：水驱至含水90%+0.10 PVCr3+聚合物凝胶(各方案聚 ∶Cr3+依次取360 ∶1、270 ∶1、180 ∶1、90 ∶1)+后续水驱98%。

(4) 方案4：观察段塞体积对驱油效果的影响(聚 ∶Cr3+=270 ∶1，cP=800 mg/L)。此方案细分为5种(方案4-1 — 4-5)：水驱至含水90%+Cr3+聚合物凝胶(各方案段塞体积依次为0.05、0.075、0.10、0.125、0.15 PV )+后续水驱98%。

在上述实验过程中，注入速度为0.3 mL/min，压力记录间隔为30 min。聚合物凝聚成胶温度为油藏温度65 ℃，成胶时间为6 h。实验开始前对调驱剂进行预剪切，使其黏度保留率为60%。

2 实验结果分析

2.1 压力特征分析

2.1.1 聚合物浓度对压力特征的影响

利用模拟注入水配制4种不同聚合物质量浓度的Cr3+聚合物凝胶(聚 ∶Cr3+取270 ∶1)和聚合物溶液，其黏度测试结果如表1所示。

表1 4种Cr3+聚合物凝胶黏度测试结果

实验所用岩心的渗透率为3 000×10-3μm2，其注入压力与段塞体积关系如图1所示。

从图1可以看出，在岩心渗透率和交联剂浓度相近的条件下，聚合物质量浓度愈大，注入压力愈高。在后续水驱阶段，对于聚合物凝胶的水驱注入压力逐渐升高并最终趋于稳定，而聚合物溶液的注入压力规律则与此相反，即后续水驱压力逐渐降低[10]。

此外，在相同聚合物浓度条件下，聚合物凝胶和聚合物溶液的黏度相差不大，但前者的注入压力却高出很多，且后续水驱压力持续升高，表现出了独特的渗流特征。这说明该凝胶是以“分子内”的交联结构形态为主[11]。

注：聚合物凝胶与聚合物溶液压力实验结果对比以cp=1 600 mg/L为例，其他浓度规律一样

2.1.2 交联剂浓度对压力特征的影响

利用模拟注入水配制4种不同交联剂浓度的Cr3+聚合物凝胶，其黏度测试结果如表2所示。

表2 4种Cr3+聚合物凝胶黏度测试结果

实验所用岩心的渗透率为3 000×10-3μm2，注入压力与段塞体积关系如图2所示。

从图2可以看出，在岩心渗透率和聚合物浓度相近的条件下，聚 ∶ Cr3+的比值越小即交联剂浓度越大，Cr3+聚合物凝胶交联作用越强，对岩心多孔介质的封堵作用也越加强烈，注入压力也会越来高[12]。

2.2 调驱效果分析

2.2.1 调驱剂类型对调驱效果的影响

在段塞体积为0.1 PV的条件下，调驱剂类型对调驱效果的影响(采收率)如表3所示。

图2 注入压力与段塞体积关系

表3中的数据显示，调驱剂类型对调驱剂的增油效果有影响。在调驱剂用量相同的条件下，Cr3+聚合物凝胶的增油效果优于聚合物溶液，两种方案相对于水驱的采收率增幅分别为5.6%和9.9%，后者比前者高出4.3%。

在调驱阶段，随着调驱剂的注入量增加，调驱剂在岩心的吸附滞留量不断增加，从而导致过流断面减小、流动阻力增大，因此注入压力也逐渐升高。当聚合物分子发生“分子内”交联反应后，Cr3+使得分子链收缩而变得紧凑，刚性增强，变形能力变差。当聚合物凝胶分子通过孔喉半径与其分子线团尺寸相当的岩石喉道时，极易发生捕集，封堵能力更强，故其注入压力要高于相同浓度条件下的聚合物溶液的值。

表3 调驱剂类型对调驱效果的影响(cp=800 mg/L，聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

在后续水驱阶段，由于注入水的稀释作用，聚合物分子链表面原有的电荷动态平衡被破坏，一部分阳离子会从扩散层进入到Stern层，聚合物分子链的负电荷数量进一步减少，静电排斥力减弱，促使原本卷曲的分子链变得更卷曲。对于聚合物凝胶，其 “分子内”的交联反应会加剧，分子线团变得更紧凑，变形能力进一步变差，使得原来已经处于捕集状态的分子线团越发不易通过变形挤出孔隙而被采出，从而使渗流阻力增大，注入压力持续上升，最终趋于稳定[13]。而对于聚合物溶液，随着后续水驱的冲刷容易通过变形而不断被采出，其吸附量逐渐减少，对多孔介质的封堵作用越来越弱，最终导致后续水驱压力逐渐降低。

综合分析认为，聚合物凝胶的注入压力远高于聚合物溶液。特别是在后续水驱阶段，更能有效地改善吸水剖面，扩大注入水的波及体积，进而使各个小层的水驱动用程度提高、采收率增幅加大。

2.2.2 聚合物质量浓度对调驱效果的影响

在调驱剂段塞体积为0.1PV的条件下，聚合物质量浓度对调驱效果的影响(采收率)如表4所示。

表4 聚合物质量浓度对调驱效果的影响(聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

从表4可以看出，聚合物浓度对调驱剂增油效果存在影响。在调驱剂段塞体积相同的条件下，随着聚合物质质量浓度的增大，调驱采收率也会提高但增幅逐渐减小。这是因为，随着聚合物质量浓度变大，聚合物凝胶的黏度逐渐增加，使得驱替相与被驱替相流度比逐渐减小并越来越接近于1，从而使前缘推进更加均匀，进而有效地改善了流度比，提高了波及体积效率及采收率。此外，聚合物的质量浓度越大、注入压力越高，就越有利于提高采收率。从经济性的角度考虑，调驱剂的聚合物质量浓度以600～800 mg/L为宜。

2.2.3 交联剂浓度对调驱效果的影响

在调驱剂段塞体积为0.1PV条件下，交联剂浓度(聚络质量浓度比)对调驱剂的影响如表5所示。

从表5可以看出，交联剂浓度对调驱剂增油效果存在影响。在调驱剂段塞体积相同的条件下，随聚铬比减小即交联剂浓度增大，Cr3+聚合物凝胶的交联作用增强，分子链的变形能力进一步变差，导致对多孔介质的封堵作用增强，注入压力逐渐升高，从而使吸液剖面逐渐得到改善，使调驱采收率得以提高。同样，交联剂浓度(聚 ∶Cr3+)以180 ∶1～270 ∶1为宜。

2.2.4 段塞体积对调驱效果的影响

在聚合物质量浓度为800 mg/L的条件下，调驱剂段塞体积对调驱效果的影响如表6所示。

表5 交联剂浓度对调驱剂的影响(cP=800 mg/L)

表6 调驱剂段塞体积对调驱效果的影响(聚 ∶Cr3+=270 ∶1)

从表6可以看出，在聚合物质量浓度相同的条件下，调驱采收率随着Cr3+聚合物凝胶注入段塞体积的增大而提高，相对于水驱采收率其增幅分别为5.3%、7.2%、10.4%、14.2%、17.7%、20.5%，相邻方案间的采收率增幅分别为1.9%、3.2%、3.8%、3.5%、2.8%。由此可见，在实验段塞体积范围内，段塞体积越大，Cr3+聚合物凝胶封堵高渗透层的效果就越好，而且后续水驱波及体积范围越大，采收率及其增幅也越大[14-15]。同样，调驱剂的段塞体积以0.075～0.125 PV为宜。

3 结 语

在海上X油藏的温度和注入水条件下，Cr3+聚合物凝胶以“分子内”交联结构形态为主，具有黏度低、流动阻力大、与油藏多孔介质适应性强等特点，其调驱增油效果优于聚合物溶液。随着聚合物和交联剂浓度增大，调驱剂段塞体积增加，最终采收率逐渐增加。但是，从经济性和采收率增长的角度考虑，这三者并不是越大越好，宜选用最佳参数值。根据实验结果，推荐了X油田调驱剂室内实验的聚合物浓度、交联剂浓度和段塞体积等参数范围，以供参考。