韦兰胶生物聚合物调驱技术可行性初探

张喜凤， 高怡文， 王蓓蕾， 车卫勤

(1西安石油大学石油工程学院 2陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院 3中国石油渤海钻探工程公司定向井分公司)

油田的长期注水开发导致地层的非均质性加剧，使注入水沿高渗透层突入油井，导致油井产量降低。降低产水率是油井增产稳产的关键。调剖堵水是油田稳产增产的重要技术之一[1-2]。近年来常用的调剖剂有聚合物凝胶类、体膨颗粒类、聚合物微球、泡沫型堵剂及微生物聚合物堵剂[3-4]。韦兰胶是继黄原胶、结冷胶之后开发的一种新型微生物多糖胶。韦兰胶是由某些产碱杆菌Alcaligenes sp合成的微生物杂多糖，分子量为1.5×106。韦兰胶属于非牛顿流体，与黄原胶相比具有良好增黏性、热稳定性、抗盐性、更高的黏弹性[5-6]，环境友好，安全无毒，近年来己广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。本文针对延长长2油藏、储层渗透率低、非均质性较强、采收率低、常规提高采收率技术很难解决生产开发过程中单井产量低、产量递减快、含水上升快等问题，研究了韦兰胶的静态及动态物理性能，在此基础上首次尝试将韦兰胶用于调剖驱油剂，通过单只岩心和并联岩心实验，研究了韦兰胶注入浓度、注入量对阻力系数、残余阻力系数及驱油效率的影响，其结果对今后进一步研究韦兰胶在石油行业的应用提供参考。

一、实验部分

1. 实验条件

模拟延长某采油厂长2储层，该储层地层温度40℃，地层原油密度0.859 8 g/cm3，地层原油黏度3.9 mPa·s，地层水矿化度6×104mg/L。

2. 材料与仪器

实验材料：韦兰胶，石油级，河北恒标生物技术有限公司生产；黄原胶，石油级，河北鑫和生物化工有限公司生产；实验用油为实验室配的模拟油(用长2储层原油、航空煤油及变压器油按地层原油黏度配制而成)；实验用水为长2模拟地层水，模拟地层水组成：NaCl∶CaCL2∶6H2O.MgCL2=7∶0.6∶0.4 (质量比)， 矿化度6×104mg/L。

主要仪器：HAAKE RS-300 型流变仪，德国H AAKE 公司；驱替实验装置包括岩心夹持器、中间容器、高压驱替泵(100DX，美国ISCO公司生产)、六通阀、压力表、围压泵，高压驱替泵、围压泵置于烘箱外，其它设备置于烘箱中。

3. 实验方法

3.1 韦兰胶溶液性能评价

(1)黏浓关系。分别配制不同浓度韦兰胶溶液，在室温下溶胀4 h，使用 HAAKE RS-300 型流变仪，在40℃ 10 s-1下分别测定其黏度。

(2)抗剪切性。配制浓度为3 000 mg/L韦兰胶溶液，在室温下溶胀4 h，使用HAAKE RS-300 型流变仪，在40℃，剪切速率0～100 s-1测其黏度随剪切速率的变化曲线。

(3)耐温性。配制浓度为3 000 mg/L韦兰胶和黄原胶溶液，使用 HAAKE RS-300 型流变仪10 s-1下测其黏温曲线。

(4)抗盐性。向质量浓度为3 000 mg/L的韦兰胶溶液中分别加入不同量的盐(NaCl)，使其矿化度分别为5 000、10 000、30 000、50 000、70 000 mg/L， 40℃ 10 s-1下分别测定其黏度。

(5)黏弹性。利用HAAKE RS-300型流变仪，选用Ø60/1°(锥板直径为60 mm，锥板角度为1°)的不锈钢锥板测量系统，40℃进行应力-应变扫描，观察复合模量(G*)随振荡应力的变化，确定韦兰胶的线性黏弹区间，在线性黏弹区内，固定振荡应力，测定韦兰胶溶液的储能模量(G＇)损耗模量(G＂)随角频率的变化。

3.2 韦兰胶溶液调驱实验

进行了单只岩心的调驱和并联岩心的调驱，试验方法参照石油天然气行业标准标准SY/T 5590-2004 调剖剂性能评价方法，具体步骤：①选取岩心，测岩心的渗透率与孔隙度；②用模拟地层水抽真空饱和岩心；③油驱水建立束缚水，计算束缚水饱和度；④水驱油。用模拟地层水驱油10PV(或含水率大于98%)，记录不同注入倍数的产油量，产液量，计算驱油效率。并联水驱油是将两台岩心夹持器并联后同时水驱油，记录两块岩心不同注入倍数产油量，驱替压力，分别计算单只岩心的驱油效率和总驱油效率；⑤在残余油状态下测岩心渗透率K1;⑥注入韦兰胶溶液，记录注入压力和注入时间，计算注胶时的渗透率Kp，计算阻力系数RF；⑦继续水驱油10 PV，测岩心渗透率K2，计算残余阻力系数RRF，结束实验。实验温度40℃，单只岩心水驱油流量0.4 mL/min，并联岩心水驱油流量0.8 mL/min。

阻力系数的计算公式：RF=K1/Kp×μp/μ1

残余阻力系数计算公式：RRF=K1/K2

式中：μp、μ1—韦兰胶的黏度和模拟水的黏度。

二、韦兰胶溶液的性能

1. 黏度-浓度关系

浓度对韦兰胶黏度的影响见表1。由表1可知，随着韦兰胶溶液浓度的增加，黏度增加幅度更大，浓度与黏度的关系是非线性关系。这是因为随着浓度的增加，韦兰胶分子间的纠缠和相互作用加剧，使有效大分子结构和分子量增加，从而黏度提高更多。

表1 韦兰胶的黏度与浓度关系

2. 抗剪切性

剪切速率对韦兰胶溶液黏度的影响见图1。由图1可知，韦兰胶溶液的表观黏度随剪切速率的升高而降低，表现出剪切稀释的非牛顿流体特征。

图1 韦兰胶溶液的黏度随剪切速率的变化曲线

3. 耐温性

浓度为3 000 mg/L的韦兰胶和黄原胶溶液的黏度随温度变化见图2。由图2可知，两种生物聚合物溶液的黏度均随温度的升高而降低，温度为100℃时，韦兰胶溶液和黄原胶溶液的黏度保留率分别为86.7%、39%，表明韦兰胶溶液具有更好的耐温性能。

图2 韦兰胶与黄原胶溶液的黏温曲线

4. 抗盐性

韦兰胶溶液黏度随矿化度的变化结果见图3。由图3可知，随着含盐(NaCl)量的增加，韦兰胶溶液黏度有所降低，随着矿化度的继续升高，韦兰胶溶液黏度变化不大，NaCl含量为50 g/L时韦兰胶溶液黏度保持率为85.9%，说明韦兰胶具有较好的抗盐性，这与文献[7-9]研究结果一致。

图3 盐含量对韦兰胶溶液黏度的影响

5. 黏弹性

共测了两个浓度(1 000 mg/L和1 500 mg/L)韦兰胶的黏弹性，结果见图4。由图4看出，韦兰胶的弹性模量和黏性模量均随频率的增加而增加，不同的是两个浓度弹性模量和黏性模量交点不同，一个是0.01 Hz，一个是0.1 Hz，浓度高的弹性模量和黏性模量交点频率低，交点后均表现为弹性模量大于黏性模量。韦兰胶溶液属于典型的黏弹性流体，且浓度增加，黏弹性增强，用作驱油调剖剂，可以扩大波及系数，提高洗油效率，改善油水流动调剖。

三、韦兰胶溶液的调驱

1. 单只岩心调驱

单只岩心调驱实验结果见表2 。从实验结果可以看出，不论是较低渗储层还是较高渗透储层，注入韦兰胶均能提高水驱效率，水驱效率提高幅度在2.9%～15.4%，注入浓度对调驱效果影响较大(注入浓度为3 000 mg/L驱油效率增加15.4%，注入浓度为1 000 mg/L驱油效率增加3.0%～3.3%)，注入量对调驱效果影响较小(注入量由0.5 PV降到0.1 PV，驱油效率变化不大)，多次注入段塞(岩心100-4)驱油效率仍可增加。韦兰胶提高驱油效率的机理与大多数聚合物类似，韦兰胶具有增黏性，通过增加水相黏度，改善流度比，提高波及效率，进而提高采收率，另外韦兰胶是一种黏弹性流体，也有利于提高采收率。

图4 不同浓度韦兰胶溶液的黏弹性

韦兰胶的浓度对阻力系数和残余阻力系数影响较大，浓度越高阻力系数和残余阻力系数越大，浓度为1 000～3 000 mg/L，其阻力系数6.2～59.6，残余阻力系数5.3～50.4。

表2 单只岩心注韦兰胶溶液的实验结果

表3 并联岩心物性

2. 并联岩心调驱

实验考察了两个级差渗透率岩心并联模型，见表3，气测渗透率级差分别约为18.1倍、62.9倍，注韦兰胶后驱油效果、流量分流情况、耐冲刷性等，实验结果见表4、图5～图6。由实验结果可以看出，注韦兰胶段塞后水驱，两组模型注水压力比注前均明显上升，高渗层流量比注前有所下降，低渗层流量比注前大幅度增加(最大的增加25倍)，驱油效率比注前增加(4.1%，13.6%)，说明韦兰胶调驱效果明显。注韦兰胶段塞后水驱30 PV，渗透率仍保持在70.3%～84.7%，说明韦兰胶耐冲刷性好。

虽然韦兰胶有一定的调驱效果，但是驱油效率的增加和含水率降低的幅度不够大，分析认为有两方面的原因，其一是注韦兰胶段塞的黏度(浓度)偏低，阻力系数不够大，其二是注胶时机偏晚，如果注段塞时机提前，韦兰胶的调驱效果会更好。

韦兰胶作为调驱剂可以用于延长油田长2储层，它的使用可以有效地改善水驱波及体积，动用更低渗储层，提高水驱效率，使用时应注意浓度，建议使用浓度1 500～3 000 mg/l，注入量0.1～0.3 PV。

表4 并联岩心注韦兰胶溶液的实验结果

注:注韦兰胶溶液的浓度为1 000 mg/L，注入量为0.5 PV。

图5 第一组并联岩心调驱实验结果

图6 第二组并联岩心调驱实验结果

四、结论与建议

(1) 韦兰胶生物聚合物具有优异的增黏性、抗剪切性以及耐温抗盐性，可满足延长长2聚合物调驱的基本技术要求。

(2)不论是单只岩心还是并联岩心调驱，韦兰胶生物聚合物溶液均可以提高驱油效率，增加水驱波及系数，浓度为1 000～3 000 mg/L其阻力系数6.2～59.6 ，残余阻力系数5.3～50.4，调驱效率提高3%～15.4%。

(3) 韦兰胶生物聚合物调驱建议注入浓度1 500～3 000 mg/L，注入量0.1～0.3 PV。