双河油田高温油藏调剖体系性能评价及影响因素研究

2018-06-22黄敬上张连锋李俊杰梁丽梅张伊琳

石油地质与工程 2018年3期

林杨，黄敬上，张连锋，李俊杰，梁丽梅，张伊琳

（1．河南油田分公司勘探开发研究院，河南南阳 473132；2.河南油田分公司油气开发管理部）

“九五”以来，河南油田已经在18个单元进行了化学驱技术的现场应用[1-2]，化学驱技术在开发稳产中发挥了重要的作用[3-4]。适用于化学驱的Ⅰ类、Ⅱ类储量已经基本动用完毕，需要对温度较高的Ⅲ类地质储量进行化学驱开发，实现产量接替。为了动用高温油藏的地质储量，在双河油田Ⅶ1-3层系开展了高温聚合物驱先导试验。双河油田Ⅶ1-3层系油层温度较高，达到95 ℃，非均质性较强，渗透率变异系数达到0.69～0.77。为了防止或抑制注入液窜流、改善吸水剖面、确保聚驱效果，需要对适用于高温油藏的调剖剂进行研究[5-7]。

本文通过室内成胶实验及物理模拟实验，对适用于双河油田Ⅶ1-3层系 95 ℃高温油藏条件的调剖技术进行了研究，包括耐高温调剖剂的性能评价及影响因素研究，调剖剂注入性能及封堵能力研究[8]，以确保现场开展Ⅲ类油藏高温聚合物驱先导试验效果[9-10]。

1 实验部分

1.1 主要材料和仪器

实验用水：双河油田现场注入水，暴氧陈化后经0.45 μm滤膜过滤后使用。注入水离子组成和含量如表1所示。

聚合物：北京化工研究院生产的部分水解聚丙烯酰胺（BHY型），基本物性指标见表2。

表1 双河油田现场注入水离子组成和含量 mg/L

表2 BHY型聚合物理化性能

交联剂：河南飞亚公司生产的有机醛交联剂，有效含量15.86%。

实验用岩心：人造胶结柱状岩心，直径2.5 cm，长8 cm，渗透率为（300～1 500）×10-3μm2。

实验仪器：美国Brookfield DV-Ⅲ型黏度计，HYA100DX型恒压恒速驱替泵，HYZB-Ⅱ型环压自动跟踪泵；EDWARDS RV12型真空泵，HYXS-Ⅱ型恒温箱。

1.2 实验方法

调剖剂成胶性能评价方法。将双河现场污水与BHY聚合物干粉配制成溶液，放置在转样瓶中并将其抽真空，控制溶液中的溶解氧浓度小于 0.1 mg/L（用测氧管测量）。

将有机醛交联剂转入转样瓶，混合均匀后转入安剖瓶，用酒精喷灯烧封。将安剖瓶置于95 ℃恒温箱中老化，间隔一定时间，取出安培瓶，测定不同老化时间时交联聚合物溶液的黏度（用Brookfield黏度计在30 ℃、6 r/min条件下测量）。

物模实验方法。岩心烘干后测量尺寸，装入岩心夹持器，抽真空，饱和水，水测渗透率，注入设计配方的交联聚合物溶液5 PV，在95 ℃恒温箱中老化侯凝10 d后，将岩心取出，清洗岩心端面，重新装回岩心夹持器，再次水测渗透率。

2 调剖体系成胶性能的影响因素

2.1 交联剂浓度对调剖体系成胶性能的影响

使用BHY聚合物和有机醛交联剂，聚合物浓度固定在1 500 mg/L，交联剂浓度为30～ 400 mg/L，进行成胶性能评价。实验温度为95 ℃(表3)。

表3 交联剂浓度对调剖体系成胶性能的影响

从表 3中可以看出，当交联剂浓度为 30 mg/L时，调剖体系未见明显成胶现象，仅在老化7～ 10 d时，黏度小幅上升。而当交联剂浓度为50 mg/L时，老化 5 d后调剖体系黏度开始明显上升，并且老化10 d后成胶黏度基本稳定，达到278 mPa·s。当交联剂浓度增加到200 mg/L时，老化3 d后调剖体系黏度开始快速上升。当交联剂浓度增加到400 mg/L时，仅需1天交联聚合物体系即出现明显的成胶现象。因此，交联剂浓度的大小，是决定交联聚合物溶液体系能否成胶以及成胶速度的关键因素。当聚合物浓度不变时，交联剂浓度越高，调剖体系成胶反应越快，成胶黏度越大。在聚合物浓度为1 500 mg/L时，要保证调剖体系成胶，则交联剂浓度要达到50 mg/L以上。交联剂浓度为50～ 400 mg/L变化时，交联聚合物体系成胶时间为1～ 5 d，成胶黏度为160～2 000 mPa·s。

2.2 聚合物浓度对调剖体系成胶性能的影响

使用BHY聚合物和有机醛交联剂，交联剂浓度固定为100 mg/L，聚合物浓度为800～1 800 mg/L，进行成胶性能评价，实验温度为95 ℃(表4)。

表4 聚合物浓度对调剖体系成胶性能的影响

从表 4中可以看出，聚合物浓度为 800～1 800 mg/L变化时，调剖体系均可以成胶。当聚合物浓度为800～1 000 mg/L时，交联聚合物体系需5 d时间才开始成胶，7～10 d后黏度逐渐上升到150 mPa·s以上，老化30 d后体系黏度达到232～251 mPa·s，老化120 d后体系黏度维持在209～235 mPa·s。当聚合物浓度为1 500～1 800 mg/L时，交联聚合物体系需3 d时间才开始成胶，老化30 d后体系黏度达到339～606 mPa·s，老化120 d后体系黏度维持在287～523 mPa·s。聚合物的浓度越高，交联反应越快且成胶黏度越高。当交联剂浓度固定为100 mg/L时，聚合物浓度增加至1 500 mg/L以上时，交联聚合物体系成胶反应速度加快，成胶黏度明显增大。

2.3 溶解氧含量对调剖体系成胶性能的影响

在高温条件下，溶液中的溶解氧会引起交联聚合物调剖体系中的聚合物发生明显的热氧降解反应，从而影响调剖体系的成胶性能。在95 ℃下进行成胶实验，考察高温条件下溶解氧含量（0.3～6 mg/L）对调剖体系（聚合物1 500 mg/L＋交联剂100 mg/L）成胶性能的影响，成胶实验结果见表5。

从表5的实验数据看出，在95 ℃高温下，当溶解氧浓度为 2～6 mg/L时，调剖体系始终无法成胶。调剖体系老化1 d后黏度即开始下降，30 d后体系黏度只有 11.7～32 mPa·s。而当溶解氧浓度为 0.9 mg/L时，调剖体系黏度在保持稳定的同时，略有上升。只有当体系氧浓度为0.3 mg/L时，调剖体系才表现出良好的成胶性能，体系黏度 5 d后开始快速上升，达到初始黏度的3倍左右，30 d后体系黏度上升为初始黏度的6倍左右，并在老化超过60 d后仍然具有较高的黏度。实验结果表明，溶解氧浓度对交联聚合物调剖体系的成胶性能影响很大。要保证交联聚合物体系的成胶性能，配制时必须除氧，溶解氧浓度应控制在0.5 mg/L以下。

表5 溶解氧含量对交联聚合物体系成胶性能的影响

2.4 温度对调剖体系成胶性能的影响

固定交联聚合物调剖体系配方为聚合物 1 500 mg/L＋交联剂 100 mg/L，温度为 80～100 ℃时考察调剖体系在不同老化时间下的黏度，分析调剖体系的热稳定性和耐温性能，实验结果见表6。

表6 温度对交联聚合物体系成胶性能的影响

从表6看出，温度为80～100 ℃时，调剖体系均可以成胶，耐温性能以及长期热稳定性能良好。随着温度的增加，调剖体系成胶时间缩短，成胶黏度略有增大。在100 ℃条件下，调剖体系老化3 d后黏度即开始快速上升，老化30 d后黏度上升至373 mPa·s，而在80 ℃条件下，则需要老化7d后黏度才开始上升，老化30 d后体系黏度达到196 mPa·s。

3 调剖体系注入性能及封堵性能评价

图1 调剖体系在不同渗透率岩心里的注入压力变化

3.1 调剖体系注入性能评价

调剖体系必需具备良好的注入性能，否则调剖体系无法有效注入到指定层位，可能会造成近井地带的堵塞，对调剖效果造成不利影响。通过注入压力随岩心孔隙体积倍数变化的曲线特征可以对调剖体系的注入性能进行评价。如果注入压力上升变化平稳，说明体系的注入性良好；若注入压力急剧升高并且难以趋于稳定，表示体系的注入性较差。

以0.5 mL/min的注入速度，将调剖体系（聚合物1 500 mg/L＋交联剂100 mg/L）分别注入空气渗透率为 1.571 μm2、1.091 μm2、0.561 μm2和 0.275 μm2的高、中、低渗透率岩心，定时监测注入压力和流速变化，直到注入压力基本上平稳后结束（图1）。

从图 1可以看出，渗透率为 1.091～1.571 μm2的中、高渗透岩心里，注入3～5 PV的调剖体系后注入压力趋于平缓，而在0.275～0.561 μm2的中、低渗透岩心里，注入5 PV调剖体系后注入压力仍然有上升趋势，直至注入量达到7～8 PV后，注入压力才趋于平缓。在体系配方浓度相同的条件下，岩心渗透率越高，调剖体系的注入压力越低，注入压力达到平衡所需时间越短，且变化越平缓，注入性和流动性越好。在低渗透率岩心中调剖体系的注入压力较高，流动阻力较大，注入性和流动性与高渗透率岩心相比较差。这说明在相同注入压力下，调剖体系应该是优先进入中、高渗透层位。

3.2 调剖体系封堵性能评价

调剖体系必需具备良好的封堵性能，才能对目的层进行有效的封堵，促使液流转向，从而达到调整剖面的目的。交联聚合物调剖体系（聚合物1 500 mg/L+交联剂100 mg/L）在不同渗透率岩心中的阻力系数、残余阻力系数以及封堵效率见表7。

表7 调剖体系在不同渗透率岩心中的阻力系数及封堵效率

从表7可以看出，当交联聚合物体系配方一定时，随着渗透率的增高，阻力系数降低，说明交联聚合物优先进入高渗透率层，对非均质油层具有选择性进入能力。随岩心渗透率增高，交联聚合物溶液的残余阻力系数增加，封堵效率增大，说明交联聚合物调剖体系优先封堵高渗层，对于高渗透岩心的封堵作用比对低渗透岩心的封堵效果更明显，对非均质油层具有选择性封堵能力。