海外河油田弱凝胶调驱体系成胶影响因素及对策

田 鑫，张钦花，刘二平

(中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010)

海外河油田位于辽河断陷盆地中央凸起南部倾末带南端，是一个局部被断层复杂化的背斜构造，主要开采层位是下第三系东营组马圈子油层，可注水储量376.6 ×105t，平均孔隙度 28.7%，平均渗透率858×10－3μm2。油藏断裂发育、构造破碎，发育多条断层;含油井段长，油藏埋深2 350～1 400 m，油层层数多，单层厚度薄，多为2～3 m，储层非均质性严重;油品性质差，黏度差别较大，地下原油黏度在55～216 mPa·s之间，为普通稠油油藏。海外河油田1989年投入开发，现已进入特高含水时期，依靠现有注水技术改善开发效果日益困难。为改善该块水驱开发效果，在23个井组开展深部调驱矿场试验。试验过程中连续两年出现夏季调驱体系成胶效果差的现象，显著影响了实施效果。

为解决这一问题开展了弱凝胶调驱体系成胶主要因素研究，找到了制约调驱体系成胶效果的关键因素，并针对性地采用成胶综合调整技术，较好地解决了这一困扰调驱现场应用的难题。

1 实验

1.1 原料

部分水解聚丙烯酰胺HPAM，相对分子质量2.5×107，辽河油田海澜化工生产，固含量约为90%，水解度约为25%;有机铬交联剂YG－107，石油大学宇光公司生产;弱凝胶调驱体系配制用水，模拟污水和油田回注污水。

1.2 仪器

LVTD－Ⅱ型Brook Field黏度计;电子天平YDP－02－OD型;电热恒温干燥箱，设定温度为油藏温度65℃。

1.3 弱凝胶调驱体系的配制

将0.20%聚合物、水、0.15%交联剂依次加入烧杯中，搅拌，配制100 mL溶液，加入150 mL密封瓶内，抽真空，封口，置于65℃恒温干燥箱内，定期取样测定黏度，以30 s测定值作为弱凝胶黏度。

2 影响因素对弱凝胶调驱体系成胶性能的影响

对海外河油田弱凝胶调驱体系具有影响的因素主要有成胶温度、体系pH、矿化度、Fe2+、S2－、悬浮物、溶解氧等。因此采用单因素模拟法，分别考察其对成胶性能的影响。

2.1 成胶温度

配制有机铬/HPAM弱凝胶调驱体系，实验用水为海外河油田回注污水，其中矿化度为2 500 mg/L，pH 为 7.2，Fe2+平 均 浓 度 为0.05 mg/L，考察成胶温度对调驱体系成胶性能的影响，结果见图1。有机铬/聚合物弱凝胶体系在40～70℃下，均能成胶，且成胶温度与成胶速率成正比关系，成胶温度较高，成胶速率较快，30 d内黏度保持率在85%以上，但成胶温度大于85℃，凝胶体系在3 d内迅速成胶，但在短期内破胶，热稳定性较差。因此，成胶温度以40～70℃为宜。

图1 温度对成胶性能的影响

2.2 体系 pH

体系pH对调驱体系成胶性能具有较明显的影响，一般认为pH小于5时，酸性较高，溶液中存在大量质子，质子与聚合物链上COO－结合，使COO－间静电排斥力降低，引起聚合物卷曲并使其黏度降低，而pH过高则引起聚合物过度水解，导致聚合物与交联剂过度交联，使凝胶稳定性变差。

固定其他条件，采用回注污水配制弱凝胶调驱体系，在65℃下恒温，考察体系pH对成胶性能的影响，结果见图2。当体系pH小于6时，体系不成胶;pH为6～8时，体系成胶;pH为7～8时，弱凝胶体系黏度最大，稳定性最好。说明酸性条件下不利于体系成胶，而弱碱性条件下，有利于体系成胶。

图2 体系pH对成胶性能的影响

2.3 矿化度

矿化度较高时水中无机盐阳离子浓度较大，由于其具有比水更强的亲电性，因此其取代水分子，与聚合物分子链上COO－形成反离子对，屏蔽分子链上负电荷，使聚合物线团间斥力减弱，导致聚合物链卷曲。

固定其他条件，体系pH均为7～8，采用不同矿化度的纯净水、回注污水、地层水及模拟回注污水配制调驱体系，不同水质离子组成见表1，考察矿化度对成胶性能的影响，结果见图3。配制调驱体系的水溶液具有一定的矿化度对成胶有促进作用，但矿化度大于20 000 mg/L，成胶效果明显变差。

表1 不同水质中离子组成

图3 矿化度对成胶性能的影响

2.4 Fe2+浓度

在回注污水处理流程中，分离设备、集输管线及凝胶配制设备均为铁金属材料，因此Fe2+在回注污水中较为常见。Fe2+参与氧和聚合物分子的自由基反应，促进聚合物分子链氧化降解，使聚合物相对分子质量降低，导致聚合物黏度降低，影响体系成胶效果。

固定其他条件，采用含不同Fe2+浓度的模拟回注污水配制调驱体系，其中模拟回注污水pH为7.2，矿化度为 2 500 mg/L，Fe2+平均浓度为0.05 mg/L，考察Fe2+浓度对黏度的影响，结果见图4。当Fe2+浓度小于0.1 mg/L，对体系黏度影响较小;当Fe2+浓度大于0.1 mg/L，体系黏度在5 d内迅速下降至100 mPa·s以下。因此，配制调驱体系的水溶液Fe2+浓度应控制在0.1 mg/L以下。

图4 Fe2+浓度对成胶性能的影响

2.5 S2－浓度

根据极化理论，S2－具有较强的还原性，可加速聚合物发生氧化反应，另外使聚合物的COO－受到抑制，聚合物分子线团在水中不易舒展，聚合物黏度降低。

固定其他条件，采用含不同S2－浓度的模拟回注污水配制调驱体系，考察S2－浓度对黏度的影响，结果见图5。当 S2－浓度为 10 mg/L时，10 d后，体系黏度降低90%以上。

图5 S2－浓度对成胶性能的影响

2.6 悬浮物含量

油田回注污水中含一定量的悬浮物，通常为难溶于水的物质，成分较复杂。用含悬浮物的污水配制调驱体系时，悬浮物被聚合物分子链缠绕，会产生絮凝并沉淀，影响聚合物分子链伸展。固定其他条件，采用含悬浮物的模拟回注污水配制调驱体系，考察悬浮物含量对体系黏度的影响，结果见表2。随着悬浮物含量增加，体系黏度降低，当悬浮物含量达40 mg/L时，体系黏度降至初始黏度的50%以上。

表2 悬浮物含量对调驱体系黏度的影响

2.7 溶解氧含量

在一定温度下，水中的溶解氧会引起调驱体系中聚合物发生自由基氧化降解反应，导致体系黏度大幅下降。

选择含不同溶解氧浓度的模拟清水及模拟回注污水配制调驱体系，考察溶解氧浓度对体系黏度的影响，结果见图6。对于清水和污水，随着时间增加，黏度均下降;但污水配制的体系黏度比清水下降幅度大。当污水中溶解氧浓度超过0.5 mg/L时，10 d内体系黏度降至初始黏度的10%以下。

图6 溶解氧浓度对成胶性能的影响

3 弱凝胶调驱体系成胶调整技术效果

海外河油田油藏温度65℃，回注污水矿化度为2 500～3 000 mg/L，体系 pH 7.0～7.5，Fe2+平均浓度为0.05 mg/L，S2－浓度为0，均在上述研究的可接受指标范围内。因此，排除以上因素对成胶效果的影响。而当悬浮物含量为0～30 mg/L，

溶解氧为0～3 mg/L时，会对调驱体系黏度产生较大影响。为此，开展添加净水剂、除氧稳定剂来改善调驱体系性能的实验。实验所用污水pH为7.2，矿化度 2 500 mg/L，Fe2+浓度 0.05 mg/L，S2－浓度为0。弱凝胶调驱体系配方为:0.2%聚合物+0.15%交联剂，成胶温度65℃。

3.1 净水技术

在悬浮物含量为64 mg/L污水中加入0.08%的净水剂处理后，悬浮物含量降至7 mg/L，考察添加净水剂前后调驱体系黏度的变化，结果见表3。经净水处理后的弱凝胶体系15 d黏度为12 010 mPa·s，而未经净水处理的弱凝胶体系黏度仅为130 mPa·s。因此，通过净水处理的方法可解决悬浮物对成胶性能的影响。

表3 添加净水剂前后调驱体系黏度变化结果

3.2 除氧技术

研究发现通过添加除氧稳定剂降低水中溶解氧浓度，减少自由基活性，可解决聚合物高分子链的氧化降解问题。综合考虑技术和经济因素，筛选还原型稳定剂硫脲作为海外河油田除氧稳定剂，加入0.03%硫脲后，污水中溶解氧含量由3.000 mg/L降至0.017 mg/L，考察除氧稳定剂加入前后调驱体系黏度的变化，结果见表4。

表4 除氧前后调驱体系黏度变化

由表4可看出，加入硫脲后，15 d成胶黏度17 136 mPa·s，30 d 后黏度保持在10 000 mPa·s以上。现场加入0.03%除氧稳定剂后，取样检测发现成胶率由75%提升至100%。

4 结论

1)海外河油田弱凝胶调驱体系成胶性能影响因素主要是悬浮物和溶解氧，当回注污水中悬浮物含量在石油行业标准规定的10 mg/L以内时影响不大，而当悬浮物含量大于40 mg/L时，体系初始黏度可降低50%以上。回注污水中溶解氧浓度大于0.5 mg/L时，体系黏度即降至黏度的10%以下。

2)试验表明净水、除氧技术可显著改善调驱体系的成胶性能，经净水处理后的凝胶体系15 d黏度为12 010 mPa·s，加入硫脲除氧稳定剂后30 d后黏度保持在10 000 mPa·s以上。是解决现场调驱体系成胶不稳定的有效方法，对同类型油藏调驱具有一定借鉴意义。

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