高矿化度油藏弱凝胶调驱剂配方研制及性能评价

叶文瀚，王　健，王丹翎,杜忠磊

(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点试验室，成都 610500；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都 610500;3.吉林油田公司红岗采油厂地质所，吉林大安 131301)

在油藏的注水开发过程中，由于地层严重非均质性，导致注入水沿高渗通道窜流、水驱采收率低。弱凝胶深部调驱可改善注入水窜流、绕流等问题[1-3]。对于某些高含水油藏具有高矿化度的特点，一般弱凝胶体系难以成胶或成胶后稳定性不好，导致调驱效果不理想[4-5]。

狮子沟N1油藏位于柴达木盆地西部，含油面积为4.6 km2，石油地质储量约为217×104t。油藏平均温度为50 ℃，地层水为CaCl2型，总矿化度平均为230 023 mg/L，属高矿化度油藏。在油藏注水开发过程中，由于注入水水窜严重，致油井含水率持续升高，综合含水率达75%。针对狮子沟N1油藏矿化度高，一般弱凝胶体系难以成胶这一问题，笔者对比了不同弱凝胶体系在淡水/盐水中的成胶性能，选出抗盐性较好的体系，并对其配方进行优化，通过性能评价得出适合于狮子沟N1高矿化度油藏调驱的弱凝胶体系。

1　试验仪器和原料

电热鼓风恒温干燥箱，CS1013 型，温度0～300 ℃，重庆试验设备厂；电子天平，BFA114 型，最大量程为 200 g，德国；电动调速搅拌器，S7401—Ⅱ型，调速范围为0～3 000 r/min，重庆试验设备厂；旋转黏度仪，Brookfield Synchro-Lectric Digital Viscometer，美国；岩心驱替试验设备，江苏海安石油科研仪器有限公司。

部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量为25×106，水解度 25%，大庆炼化公司；梳形聚合物KYPAM，相对分子质量25×106，水解度25%，北京恒聚公司；交联剂：有机铬类交联剂、酚醛类交联剂，试验室自制；促凝剂：氯化铵，分析纯；除氧剂：硫脲，分析纯。

2　不同弱凝胶体系成胶性能对比

分别将聚合物HPAM、KYPAM与有机铬交联剂和酚醛交联剂组合，配制成不同的弱凝胶体系，在淡水/盐水环境下对比其成胶性能，配方组成见表1。

表1　弱凝胶初步配方组成

2.1　淡水中不同体系成胶性能对比

用淡水配制弱凝胶体系液，将配制好的体系溶液放置在油藏温度(50 ℃)下的恒温箱中，在不同时刻取出观察其成胶情况，测定体系黏度,试验结果见图1。

图1　不同弱凝胶体系在淡水中的成胶情况

由图1可知，4种配方配制的凝胶体系在完全成胶后，成胶黏度都在6 000 mPa·s以上，表明4种体系在淡水环境下均有良好的成胶性能。其中，聚合物与有机铬交联剂组成的体系成胶时间为2～3 d，聚合物与酚醛类交联剂组成的体系成胶时间为4～6 d。

2.2　盐水中不同体系成胶性能对比

由于狮子沟N1油藏具有高矿化度的特征，弱凝胶体系应有很好的抗盐性，才能适应油藏环境。试验用不同矿化度的盐水配制弱凝胶体系液，将配制好的体系溶液放置在油藏温度(50 ℃)下的恒温箱中，待体系完全成胶后,取出观察成胶情况，测定成胶黏度，试验结果见图2。

图2　不同弱凝胶体系在盐水中的成胶情况

由图2可知，随着盐水矿化度的增加，体系的成胶性能降低。其中，配方1和配方3体系成胶性能分别弱于配方2和配方4体系，说明在聚合物相同的情况下，酚醛类交联剂抗盐性优于有机铬类交联剂。且配方1和配方3体系成胶性能分别弱于配方2和配方4体系，说明在交联剂相同的情况下，聚合物KYPAM抗盐性优于聚合物HPAM。

因此，KYPAM+酚醛交联剂体系在盐水环境中的成胶性能最好。在盐水矿化度为23×104mg/L环境下，其成胶体系黏度能维持在3 700 mPa·s左右。因此，选用配方4为基础配方，对其进一步优化，以得到能更好适应油藏环境的弱凝胶体系。

3　抗盐弱凝胶体系配方优化

3.1　聚合物浓度的优选

试验保持酚醛类交联剂浓度为200 mg/L，改变聚合物KYPAM的浓度，聚合物浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响见图3。

图3　聚合物浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响

由图3可知，在油藏温度下，随着聚合物浓度增加，成胶时间缩短，成胶黏度增加。聚合物浓度在1 300 mg/L以下时，体系成胶时间过长，体系黏度较低。聚合物浓度在1 600 mg/L以上时，成胶黏度上升缓慢。因此，选择聚合物KYPAM适宜的浓度为1 300～1 600 mg/L。

3.2　交联剂浓度优选

试验保持聚合物浓度为1 500 mg/L，改变交联剂浓度(50～300 mg/L)，交联剂浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响规律见图4。

图4　交联剂浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响

由图4可知，随着交联剂浓度增加，体系成胶时间缩短，成胶黏度增加。交联剂浓度低于100 mg/L时体系无法成胶，浓度过高则体系成胶后容易脱水，稳定性不好。因此，选择交联剂最佳浓度为200 mg/L。

3.3　促凝剂浓度的优选

采用酚醛类交联剂，弱凝胶成胶时间较慢。添加促凝剂可改变体系成胶时间，使得弱凝胶具有合适的成胶时间。试验保持聚合物浓度为1 500 mg/L，交联剂浓度为200 mg/L，改变促凝剂的浓度，不同浓度的促凝剂对体系成胶性能的影响见图5。

图5　促凝剂浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响

由图5可以看出，随着促凝剂浓度的增加，体系成胶时间缩短。促凝剂浓度在100 mg/L以上时，其对体系的成胶黏度具有较大影响，且成胶时间过短。促凝剂浓度在100 mg/L以内时，成胶时间较长，综合考虑成胶时间和成胶黏度，选择促凝剂的最佳浓度为100 mg/L。

3.4　除氧剂浓度的优选

试验保持聚合物浓度为1 500 mg/L，交联剂浓度为200 mg/L，促凝剂的浓度为100 mg/L，改变除氧剂浓度，不同浓度的除氧剂对体系成胶性能的影响见图6。

图6　除氧剂浓度对弱凝胶体系成胶性能的影响

由图6可知，虽然加入除氧剂会降低成胶黏度，但能增强体系的稳定性。当除氧剂浓度为 100 mg/L时，体系成胶黏度高，形成的凝胶体系稳定性最好。当除氧剂浓度大为200 mg/L 时，除氧剂对体系成胶性能影响较大，因此，选择除氧剂的最佳浓度为 100 mg/L。

3.5　弱凝胶体系配方组成

通过配方试验优选，得到适合于狮子沟N1油藏调驱所用弱凝胶体系适宜的配方为：梳形聚合物KYPAM(1 300～1 600 mg/L)+酚醛交联剂(200 mg/L)+促凝剂(100 mg/L)+除氧剂(100 mg/L)。

4　弱凝胶体系性能评价

4.1　抗盐性评价

对于油藏的高矿化度环境，弱凝胶体系应具有良好的适应性，才能满足调驱的需求。试验将成胶后的弱凝胶放置于地层水中浸泡，再放置在油藏温度(50 ℃)下的恒温箱中，在不同时刻取出测定体系黏度和体积,其结果见图7。

图7　盐水浸泡对弱凝胶性能的影响

由图7可以看出，将成胶后的弱凝胶体系放入地层水中，体系黏度和体积都会不断下降。当浸泡时间达到100 d时，凝胶体系的黏度为4 215 mPa·s，体积保留率为50%，表明凝胶体系抗盐性良好，在高矿化度环境中能保持较好的稳定性。

4.2　抗剪切性评价

在弱凝胶调驱过程中，聚合物存在剪切降解的可能性。剪切会使聚合物分子链断裂，影响体系的成胶强度，使其稳定性变差，因此，有必要对凝胶体系的抗剪切性能进行评价，其试验结果见表2。

表2　弱凝胶体系溶液剪切对成胶性能的影响

从表2可看出,剪切后的弱凝胶体系成胶黏度有所降低，成胶时间略有延迟，但总体上影响不大。因此，该弱凝胶体系具有良好的抗剪切性。

4.3　岩心流动驱替试验评价

在试验中，先将两根填砂管分别饱和水并测定渗透率，再饱和油后进行水驱，计算含油饱和度以及水驱原油采收率，然后注入0.5 PV的弱凝胶，进行后续水驱，测定调驱前后的相对产水量和产液量，计算吸水剖面改善率和最终原油采收率。试验结果见表3。

表3　岩心流动驱替试验结果

表3的结果表明，弱凝胶的注入对高渗透产生了有效封堵，使得低渗层的动用程度更高，剖面改善率达94.4%。弱凝胶调驱后，原油采收率进一步提高，低渗层的提高采收率幅度比高渗层的更大。

5　结论

在高矿化度油藏环境下，梳形聚合物KYPAM抗盐性好于聚合物HPAM，酚醛类交联剂抗盐性好于有机铬类交联剂。针对狮子沟N1油藏，弱凝胶体系适宜的配方为KYPAM (1 300～1 600 mg/L) +200 mg/L酚醛类交联剂+100 mg/L促凝剂+100 mg/L除氧剂。该弱凝胶体系有很好的抗盐性和抗剪切性，并且封堵能力强，能很好的调整吸水剖面，改善地层非均质性，可以大幅度的提高采收率。

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