插层凝胶颗粒调驱剂的性能评价与现场试验

谭良柏 昌伦杰 沈建新 刘毅石 杨之照 刘传家

中国石油塔里木油田公司开发事业部

调剖堵水技术一直是油田改善注水开发效果、实现油藏稳产的有效手段[1-3]。颗粒类调剖剂具有较好的吸水膨胀性能，但多数抗高温高盐性能差[4-5]。插层凝胶颗粒调剖剂是近年来发展起来的一种新型调驱剂。目前，插层凝胶颗粒在高温高盐油田已经得以运用。其在哈得油田东河砂岩油藏中的应用已取得很好的控水增油效果。该凝胶颗粒采用AM、AMPS、黏土插层方法合成，是一种有机/无机复合吸水材料，经剪碎、干燥制成，具有较强的抗高温高盐的性能[6-8]。该颗粒在进入地层后，逐步发生变形，体积膨胀后封堵高渗透层，迫使后续注入水转向中低渗透层，从而有效改善水驱波及系数，提高油田采收率[9]。

1 实验药品及仪器

1.1 实验药品

哈得油田地层水(矿化度23.5×104mg/L，ρ(Ca2+)14 550 mg/L，ρ(Mg2+)1620 mg/L)、插层凝胶颗粒调驱剂(西南石油大学研制)。

1.2 实验仪器

电热恒温鼓风干燥箱(天津泰斯特仪器设备有限公司)、精密电子天平(上海精密仪器仪表有限公司)、DV-Ⅲ ULTRA型旋转黏度计(美国 Brookfield公司)、压力传感器(江苏海安华达石油仪器厂)、多功能岩心驱替装置(成都岩心科技有限公司)等。

2 插层凝胶颗粒调驱机理

插层凝胶颗粒具有吸水性强、柔韧性好、抗高温高盐的优点，其提高水驱采收率机理，主要分为以下两方面：①凝胶颗粒进入高渗透区域后，吸水膨胀，滞留堵塞孔隙，封堵优势通道大孔道，迫使后续水驱进入低渗透层，提高波及体积；②通过吸水膨胀增加排驱体积，还可把孔隙中的油携带出、把孔喉中的油挤出，使水驱后的油膜或油滴汇集形成油带，从而提高驱油效率。

3 评价方法

3.1 插层凝胶颗粒与地层水配伍性评价

用哈得油田地层水配制质量浓度为5000 mg/L、粒径为1～3 mm的插层凝胶颗粒悬浮液，在20 ℃下放置1 h、3 h、5h和10 h 后,观察溶液配伍情况(见表1)。由表1可知，凝胶颗粒溶液初期膨胀倍数小，溶液体系分散均匀、颗粒悬浮良好，说明颗粒与地层水配伍性良好，有良好的注入性。

表1 插层凝胶颗粒的配伍性Table 1 Compatibility of intercalative gel particles时间/h13510膨胀倍数1.181.601.661.92实验现象体系分散均匀、颗粒悬浮良好体系分散均匀、颗粒悬浮良好体系分散均匀、颗粒悬浮良好体系分散均匀、颗粒悬浮良好

3.2 耐温抗盐性能评价

用哈得油田地层水配制插层凝胶颗粒质量浓度为5000 mg/L、粒径为 1～3 mm的溶液，放入120 ℃烘箱内，在不同的时间观察调驱剂颗粒的膨胀情况，并测其膨胀倍数(见图1)。由图1可看出，凝胶颗粒的膨胀能力在5天之内呈明显上升趋势，最大膨胀倍数达7.2倍，调驱剂在老化30天后，膨胀倍数依然高于5倍。由实验结果可以得出，插层凝胶颗粒的膨胀倍数在高温高盐条件下呈先增加后降低的过程，最终随时间的增加趋于稳定。通常情况下，高温和高矿化都会影响凝胶的膨胀性能。一般凝胶颗粒的膨胀倍数随着矿化度的增加而降低，随着温度的升高而增大。由此可见，初始时间高温条件发挥主要作用，插层凝胶颗粒膨胀倍数增大比较明显。随时间增加，高盐条件发挥主要作用，颗粒膨胀倍数随时间增加而降低，最终颗粒的膨胀倍数趋于稳定值。说明温度和矿化度对颗粒膨胀性能影响不大，其抗温抗盐性能良好。

3.3 柔韧性评价

为了评价插层凝胶颗粒在不同矿化度下(哈得油田地层水稀释而成)的柔韧性及抗压强度，配注已完全膨胀的粒径1～3 mm的凝胶颗粒，在相同注入流量(1.0 mL/min)下两次通过0.42 mm的筛管，在泵的作用下，推动颗粒移动并通过筛网，记录两次通过的最大压力p1、p2，韧性系数即为p1与p2的比值。由表2可知，随着矿化度的升高，颗粒膨胀倍率降低，韧性系数增加。因为膨胀倍率越低，凝胶颗粒含水量越少，所以颗粒的韧性系数越大。由此可看出，在哈得油田地层水矿化度下，颗粒韧性系数达到0.9以上，说明其在高温高盐环境下的柔韧性较好[10]。

表2 插层凝胶颗粒的柔韧性Table 2 Flexibility of intercalative gel particles编号矿化度/(104mg·L-1)温度/℃膨胀倍数抗压强度p1/MPa抗压强度p2/MPa韧性系数15.0210.0315.0420.0523.51201201201201207.921.220.640.527.541.050.720.687.110.700.620.886.550.400.380.955.920.280.270.96

3.4 凝胶颗粒岩心评价实验

用石英砂填制不同渗透率填砂管(40 cm×1.1 cm)，在120 ℃、哈得油田地层水矿化度条件下分别注入质量浓度为5000 mg/L、粒径为1～3 mm的调驱剂溶液，充分溶胀后测定填砂管注凝胶颗粒前后渗透率的变化，并计算封堵率。由表3可知，随着凝胶颗粒的注入，水相渗透率随之降低，各组封堵率均在90%以上，说明凝胶颗粒具有较好的封堵性能。

表3 插层凝胶颗粒的封堵性Table 3 Plugging property of intercalative gel particles编号渗透率/10-3 μm2 封堵前封堵后封堵率/%142438.890.8522649.296.523820.5199.38

4 现场应用

哈得油田东河砂岩油藏具有高温(120 ℃)、高矿化度(>20×104mg/L)、中等平均有效渗透率(222×10-3μm2)的特点。2016年～2017年，在哈得油田哈4井区东河砂岩油组(CⅢ)两口水井进行了插层凝胶颗粒深部调驱现场试验，共注入凝胶颗粒221 t，液量4.06×104m3。2井组实施后,井组增产效果明显(见表4)，调驱井组的平均日产油由104.06 t上升到121.5 t，含水率由83.95%降至74.40%，截至2018年10月底，已累计增油1.7×104t。

表4 调驱井组增油量Table 4 Oil increase of the well group井组调驱前调驱后日产油/t含水率/%日产油/t含水率/%累计增油量/t156.3386.8381.8378.3964492151.8081.06161.2070.4010 641平均104.0683.95121.574.40

5 结论

(1)插层凝胶颗粒具有良好的抗温抗盐性能，适合高温高盐油藏深部调剖。

(2)插层凝胶颗粒吸水膨胀后不但能封堵高渗透层，而且能通过吸水膨胀增加排驱体积，提高采收率。

(3)插层凝胶颗粒深部调驱在哈得油田现场实施后，截至2018年10月底，已累计增油1.7×104t，说明其提高原油采收率是可行的，可进一步推广应用。