铝离子-聚合物凝胶调驱体系配方室内优选研究

何 莉

（大庆油田有限责任公司 第五采油厂，黑龙江 大庆 163513）

A区聚驱试验区配制聚合物用水水质较差，A区水源水的总矿化度较高，达886～1100mg·L-1，主要是因为钙、镁等二价阳离子含量高影响的，（74.8mg·L-1）。按方案设计用A区水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度只有26.3mPa·s，而用红岗水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度可达到44.1mPa·s，采用萨南试验区注入水配制的1200mg·L-1的聚合物溶液粘度更高，可达到66.0mPa·s以上，因此，要取得聚驱效果，必然要增加聚合物用量，致使聚驱成本增加，而从目前大庆油田聚驱已取得的认识看，CDG调驱技术取得了较好的增油效果，铝离子-聚合物凝胶在油田应用主要是利用足够的时间使溶液能够大量进入油层深处而不至于在井筒附近油层形成阻塞。另外，在井筒附近油层的压差高于转变压力，致使铝离子-聚合物凝胶像非交联聚合物一样流动，当流到地层深处，压差减小，低于转变压力，使分子束和胶粒膨胀而起到充填油层深处孔隙的作用。这样便可以改善高渗透率变异系数的不均一性，使注入水流入低渗透率油层，从而达到提高原油采收率的目的。在相同的条件下，注剂成本低于单纯的聚合物驱油。

为此，开展了室内研究工作，研究不同浓度铝离子-聚合物凝胶体系与不同水质的配伍性，从中优选最佳的铝离子-聚合物凝胶体系配方，既解决A区水质问题，又为下步A区地区开展现场试验提供技术支持。

1 室内实验

1.1 实验材料

（1）聚合物：实验研究中，聚合物采用中分聚合物，有效含量0.88。

（2）交联剂：交联剂采用现场使用的铝离子交联剂，有效含量3.6%。

（3）配制水:实验用清水为A区水源水，实验用污水为A区深处理污水，水质组成见表1。

表1 A区深处理污水离子组成Tab.1 Component of disposal sewage of section A

（4）物理模型:实验根据某试验区油藏地质特征、油层物性及沉积韵律特点制作了柱状及正韵律纵向非均质岩心，非均质模型各层气测渗透率分别为 300 ×10-3μm2、1000 ×10-3μm2和 1800 ×10-3μm2，厚度比例为 1∶1∶1，模型尺寸 Φ2.51cm×L9.0cm、30cm×4.5cm×4.5cm。

（5）油:区地面脱气原油和航空煤油混合配制而成的模拟油，在45℃下其粘度为6.7mPa·s。

1.2 实验仪器及流程

图1 实验流程图Fig.1 Experiment flow chart

2 室内成胶研究结果与讨论

2.1 铝离子-聚合物凝胶体系配方室内成胶情况

目前，评价铝离子-聚合物凝胶体系能否成胶是通过室内测定转变压力值来确定的，铝离子-聚合物凝胶有压缩流动和正常流动两种方式，转变压力是指在一定压力作用下，铝离子-聚合物凝胶由压缩流动方式转变为正常流动方式时的压力。

2.1.1 清水条件下铝离子-聚合物凝胶体系成胶情况 室内首先采用清水配制5000mg·L-1的聚合物母液，然后采用清水稀释至 300～800mg·L-1，同时加入交联剂，并使体系中聚铝比介于50∶1～20∶1[1]，测定铝离子-聚合物凝胶体系不同时期的粘度及转变压力值。通过检测聚合物浓度在600mg·L-1以上、聚铝比在50∶1以下，以及聚合物浓度在450 mg·L-1、聚铝比在30∶1以下时，成胶均能达到大庆油田要求的成胶标准，而浓度高于300mg·L-1、聚铝比在50∶1以下的其它配方体系均能测试到转变压力，即有成胶显示。

从测定结果可以得出以下结论：

（1）在聚合物浓度相同时，聚铝比降低，体系粘度和转变压力上升加快，成胶效果变好；

（2）在聚铝比相同时，聚合物溶液浓度增大，体系粘度和转变压力升高幅度增加，越容易成胶。

2.1.2 纯污水条件下铝离子-聚合物凝胶体系成胶情况 室内首先采用污水配制5000mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀释至 300～800mg·L-1，同时加入交联剂，并使体系中聚铝比介于50∶1～20∶1，测定体系不同时期的粘度及转变压力值。中分聚合物在污水条件下配制的铝离子-聚合物凝胶体系成胶性能明显变差，我们又对清水配制污水稀释凝胶体系进行了研究。

2.1.3 清水配制污水稀释条件下铝离子-聚合物凝胶体系成胶情况 室内首先采用清水配制5000 mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀释至300～800mg·L-1，同时加入交联剂，并使体系中聚铝比介于50∶1～20∶1，测定铝离子-聚合物凝胶体系不同时期的粘度及转变压力值。

从清水配制污水稀释的铝离子-聚合物凝胶体系看，中分配制的铝离子-聚合物凝胶体系成胶情况好于纯污水配制的铝离子-聚合物凝胶体系，从测定结果可以得出以下结论：

（1）中分聚合物的铝离子-聚合物凝胶体系在聚合物浓度600mg·L-1、聚铝比30∶1没有成胶显示。在800mg·L-1聚铝比20∶1、30∶1两个配方中，达到了转变压力标准要求，而在聚铝比40∶1时没有检测到转变压力；

（2）在聚合物浓度相同时，聚铝比降低，体系粘度和转变压力上升加快，成胶效果变好；

（3）在聚铝比相同时，聚合物溶液浓度增大，体系粘度和转变压力升高幅度增加，越容易成胶。

清水、清水-污水、污水不同的水质条件下，同种聚合物在相同的浓度、相同的聚铝比时，铝离子-聚合物凝胶体系在转变压力、粘度表现出较大的差异，并可以得出以下结论：清水成胶性能最好，清水配制污水稀释的成胶性能明显变差，而纯污水条件下形成的成胶性能最差。

2.2 室内优选铝离子-聚合物凝胶配方的实验设计及思路

从前面的室内实验看，不同的聚合物、不同的水质条件下可以组合出许多种不同的CDG体系配方，同样清水条件下达到成胶要求的配方也比较多。因此，我们从现实成本考虑，针对不同水质条件，以转变压力为指标，优选最经济配方，同时对于成胶较差或没有测到转变压力的，选择聚合物浓度为600mg·L-1、聚铝比为30∶1的最大成本的配方进行评价。

结合前面室内不同铝离子-聚合物凝胶体系配方测定情况，确定以下实验设计思路：

（1）先进行单段塞聚合物驱，作为不同铝离子-聚合物凝胶体系评价标准；

（2）首先选择符合现行成胶标准及符合成胶标准的最低配方和可能效果最经济配方进行驱油实验；

具体如下：首先聚合物用量最大（600mg·L-1）、聚铝比最低（30∶1）、成胶性能最好的清水凝胶体系配方及符合成胶标准最低的配方（450mg·L-1）、聚铝比最低（30∶1）做室内驱油实验；

（3）开展低于成胶标准的铝离子-聚合物凝胶配方的驱油实验，即清水体系300mg·L-1、聚铝比30∶1；

（4）开展没有成胶显示的配方的驱油实验，即清水配制污水稀释条件下，浓度为600mg·L-1、聚铝比为30∶1的驱油实验。

（5）确定经济效益最佳的最终铝离子-聚合物凝胶配方。

3 不同水质条件下，铝离子-聚合物凝胶体系提高采收率幅度研究

在初步确定了铝离子-聚合物凝胶体系配方后，开展了一系列室内开展驱油实验，优选最佳的柠檬酸铝-聚合物凝胶体系配方。实验前结合试验区地质特征制作呈正韵律分布的非均质物理模型，其各层气测渗透率分别为 300×10-3μm2、1000×10-3μm2和 1800×10-3μm2，厚度比例按照 1∶1∶1设计，模型尺寸 30cm×4.5cm×4.5cm[2，3]。该模型设计着重考虑了调剖因素也兼顾了驱替因素。

由于受岩心长度和注入时间的制约，为了能模拟注入过程中成胶的特征，采取了配制后恒温静置数小时，待体系粘度上升后注入的方式，但发现注入过程中压力高，注入困难，且受成胶强度等影响，注入后可比性差。为此我们改变了注入方式，随配随注，注入到设计的PV数时停止注入，候凝，清水体系候凝7d，污水体系候凝12d，再进行后续水驱。同时在新一批岩心上开展聚合物单段塞驱油实验，以与铝离子-聚合物凝胶体系进行对比。

3.1 不同铝离子-聚合物凝胶体系配方驱油效果实验

实验中以清水1350mg·L-1的中分聚合物单段塞驱油效果作为衡量该聚合物在不同水质条件下配制的X-聚合物凝胶体系调驱效果的标准。

表2 铝离子-聚合物凝胶体系与聚合物溶液驱油Tab.2 Displacement of reservoir oil of aluminum ion-polymer gel system and polymer solution

从表1中可以明显看到，经铝离子-聚合物凝胶体系驱油后，后续水驱提高采收率的效果明显高于单纯聚驱的后续水驱，而且成胶强度越大，其后续水驱采收率值越高，可见，铝离子-聚合物凝胶体系具有较强的调剖能力。表明铝离子-聚合物凝胶体系调驱技术是一种进一步提高原油采收率的有效方法。

3.2 确定经济效益最佳铝离子-聚合物凝胶体系配方

前面的实验确定了给定浓度、聚铝比范围内提高采收率幅度最大的铝离子-聚合物凝胶体系配方，但为了寻找经济效益最佳的配方，就不能单独考虑提高采收率幅度的高低，而且要考虑体系配方的成本，因此，我们按吨油成本进行考虑：

假设目的区块地质储量为A×104t，地下孔隙体积为Vp×104m3，注入孔隙体积倍数为V，聚合物固含量0.88，吨聚合物干粉成本为1.34万元，吨交联剂（铝离子含量3.6%）成本为1.95万元，聚合物浓度为C，聚铝比为D，交联剂比重为1.18，有效含量3.6%，采收率提高值为Qe（小数）：

式中 Qe：采收率提高值，小数；A：地质储量，×104t；V1，V2：分别为聚驱和 CDG驱注入孔隙体积倍数，PV；B：地下孔隙体积，×104m3；C1，C2：分别为聚驱和 CDG驱聚合物浓度，mg·L-1；D：聚铝比。

单纯聚驱或CDG驱时，驱油成本只是聚驱成本或CDG驱成本。

根据前面得到的采收率提高值，代入上面相关公式可以得到各种段塞的吨油成本关系表（详见表3）。

从表3中可以看到，不论清水还是污水条件下，X-聚合物凝胶体系配方均有一定的能力提高采收率，在清水条件下，符合成胶标准的配方体系中，提高采收率幅度最大的是聚合物浓度600mg·L-1,聚铝比30∶1体系配方，采收率提高33.084个百分点，驱替吨增油成本为37.5245B/A元（其中B/A为区块地下孔隙体积与地质储量的比值，对具体区块为一常数）低于炼化中分1350mg·L-1单段塞聚合物的驱替吨增油成本47.08B/A元，表3中经济效益最好的是聚合物浓度450mg·L-1,聚铝比40∶1体系配方，虽然提高采收率值为27.5个百分点，但驱替吨增油成本仅为28.89B/A元。

表3 铝离子-聚合物凝胶体系驱替吨增油成本Tab.3 Displacement of production gain cost per ton of aluminum ion-polymer gel system

综上所述，清水条件下铝离子-聚合物凝胶体系配方成胶效果明显好于污水,且存在增油幅度最大的配方（中分，浓度 600mg·L-1、聚铝比 30∶1）和经济效益最佳的配方（中分，浓度450mg·L-1、聚铝比30∶1），在污水条件下，不推荐使用铝离子-聚合物凝胶体系调驱技术。

4 结论及认识

（1）配制水的矿化度越高，越难形成铝离子-聚合物凝胶；聚合物的分子量增大、溶液浓度增加、聚铝比降低，体系的粘度和转变压力增大，铝离子-聚合物凝胶越易于形成。

（2）聚合物所形成的铝离子-聚合物凝胶体系，随着其中聚合物浓度的增加，采收率提高幅度增大，而在450mg·L-1之后继续增加时，采收率趋于平稳上升，因此认为450mg·L-1是铝离子-聚合物凝胶体系聚合物浓度的临界点。

（3）结合一系列筛选评价实验认为，在理想配方即不考虑经济效益的前提下，对于清水体系：600mg·L-1中分，聚铝比30∶1的配方最好，而要考虑到经济效益等问题，实验认为中分聚合物清水体系450mg·L-1、聚铝比30∶1为铝离子-聚合物凝胶体系为可选配方。

［1］陈福明，牛金刚，王加滢，等.低浓度交联聚合物深度调剖技术研究［J］.大庆石油地质与开发，2001，20（2）：66-68.

［2］卢祥国，高振环，赵小京，等.聚合物驱油之后剩余油分布规律研究［J］.石油学报，1996，17（4）：55-61.

［3］周万富，王贤君，李建阁，等.胶态分散凝胶用于聚驱后进一步提高采收率［J］.大庆石油地质与开发，2001，20（2）：69-71.