改性淀粉凝胶在含油岩心中的运移特性和定位封堵增油效果*

薛宝庆，吕 鹏，李彦阅，代磊阳，黎 慧

（中海石油（中国）有限公司 天津分公司，天津300452）

改性淀粉体系作为一种新型调剖剂[1]，强度高，成胶时间可控，施工上能够实现配制简单和成胶时间满足施工时间要求。定位调堵技术[2,3]在判断油水前缘线位置的基础上，将调剖剂段塞精确定位到合适的位置，使后续驱替液段塞提高采收率效果达到最好。目前，定位封堵技术开展了部分实验研究工作，取得了初步的认识[4,5]，确定了定位封堵的可行性，但对于改性淀粉体系的定位封堵性能研究还不足。本文开展驱替前缘确定的强胶定位调堵物理模拟实验，对强胶定位调堵开展系统和综合的对比分析，开展改性淀粉体系运移特性和定位封堵增油效果研究，为强胶定位调堵方案设计提供指导和支持，研究成果对目前认识的现场应用具有承上启下的重要作用。

1 实验部分

1.1 材料与设备

实验用水 按照LD10-1地层水矿化度配制，离子浓度见表1。

表1 实验用水离子浓度（mg·L-1）Tab.1 Water quality analysis

实验用油 为LD10-1模拟油，65℃时粘度为17mPa·s。

改性淀粉胶体系 浓度为4%的改性淀粉，浓度为4%的不饱和单体，浓度为0.1%引发剂，浓度为0.1%交联剂等。

顶替段塞 分别用与调剖体系同等浓度的纯淀粉溶液。

实验岩心 选用人造层内非均质岩心，岩心气测渗透率为20/600×10-3μm2，宽×高=4.5cm×4.5cm，长度分别为5、10、15、20和30cm。

实验设备 中间容器、岩心夹持器、传感器、平流泵、恒温箱、计算机。实验流程见图1。

图1 实验流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the experimental flow

1.2 实验步骤

1.2.1 改性淀粉体系运移特征实验步骤：

（1）取长度5、10、15、20cm的岩心，放入模型夹持器中，做平行对比实验；

（2）模型抽真空，饱和水，测孔隙度，计算孔隙体积；

（3）饱和油，直到物理模型出口端不出水并持续注入油量1.5PV，建立束缚水饱和度；

（4）以0.5mL·min-1速度水驱油，当含水率分别达到75%，85%和95%时停止水驱；

（5）做平行对比实验，以0.3mL·min-1速度注入带荧光粉的调剖体系，出口端出现第一滴液时，停止注入，记录相应参数。

1.2.2 改性淀粉体系定位封堵增油

实验步骤：

（1）取长度30cm的岩心抽真空，饱和地层水，测量孔隙体积，计算孔隙度；

（2）安装实验流程，测其密封性；

（3）饱和油，油驱水至出口端不出水并继续增加注油量约1.5PV，计算束缚水状态下的原始含油饱和度；

（4）以0.5mL·min-1排量水驱油，出口端含水率分别达到75%、85%、95%时，停止水驱；

（5）平行对比实验，以0.3mL·min-1排量分别将调剖体系注入到油水前缘线处，候凝；

（6）水驱油，记录油水产量，评价采收率提高效果。

2 改性淀粉体系运移特性

采用不同长度的双层非均质物理模型，在含水率分别达到75%、85%、95%时，注入带有荧光粉标记的改性淀粉凝胶调剖体系，记录出口端开始出现第一滴调剖体系时的注入量。通过注入量与物理模型长度建立PV-L模板，为后续做定位调堵实验提供依据。

实验结果见表2和图2。

表2 调剖体系注入量与运移距离的关系Tab.2 Relationship between injection volume and migration distance of profile control system

图2 为不同含水率条件下凝胶体系注入量与运移距离关系曲线，拟合公式为：

（1）含水率为75%：

（2）含水率为85%：

（3）含水率为95%：

图2 定位调堵体系注入量与运移距离关系曲线Fig.2 Relationship between injection quantity and migration distance in the system of locating and plugging adjustment

由图2看出，3种含水率条件下调剖体系注入量与运移距离呈线性关系，拟合度接近1，说明线性拟合很好。聚集点集中在物理模型入口端端面处，可能是物理模型端面效应所引起的误差。

当运移距离相同时，含水率为75%时的注胶量最多，含水率为85%时的注胶量次之，含水率为95%时的注胶量最少。运移20cm时，含水率为75%时的注入量为0.3PV，含水率为85%时的注入量为0.28PV，含水率为95%时的注入量为0.26PV。从3条拟合线的斜率角度分析，物理模型越长，含水率为75%时的注入量越大。

改性淀粉凝胶主剂是淀粉，具有一定的表观粘度，在多孔介质中受到拉伸作用，含水率越高，物理模型内剩余油就越少，定位调堵体系与窜流通道表面产生的流动阻力越小，这样凝胶就越容易在多孔介质中运移，所以当运移距离一定时，含水率越高，注入的凝胶体系越少；在含水率较低条件下，物理模型内剩余油就多。注胶时，驱替前缘将逐渐形成一定强度的油墙，由于存在较强的原油粘滞阻力，对后续注入的凝胶体系产生了流度控制作用，注入压力要逐渐升高，后续注入的凝胶体系将进入一些在高含水条件下不能够进入的小孔隙中。

根据调剖体系的注入量与运移距离关系曲线，在矿场实际应用中，设置不同长度的主段塞和后续顶替段塞，即可实现定位调堵。

3 封堵位置对增油效果的影响

为了研究定位调堵技术在何时调堵、调堵深度，才能达到充分调堵的目的，最大限度的发挥驱油体系的作用。通过水驱得出，当含水率达到75%、85%和95%时的水驱前缘线与注入端距离约为7.5，10.5和13cm。做平行对比实验，将0.1PV改性淀粉凝胶体系主段塞分别注入到含水率为75%、85%和95%时的低渗层水驱前缘线处、水驱前缘线之前位置，即调剖深度，顶替段塞采用纯淀粉溶液，对比采收率效果。低渗层的水驱前缘线长度与注入量关系可通过定位调堵体系注入量与运移距离关系计算，结果见表3。

表3 水驱前缘线长度与体系注入量的关系Tab.3 Relationship between the length of water drive front line and injection rate

由于每组实验的采收率、含水率和压力曲线趋势基本相同，在此不做一一讨论，以一次水驱含水率为85%，调剖深度为10.5和12.5cm两个位置的采收率、含水率和压力变化曲线为例加以分析，见图3、4。

图3 调剖深度10.5cm的驱油效果Fig.3 Displacement effect of profile control depth 10.5cm

图4 调剖深度12.5cm的驱油效果Fig.4 Displacement effect of profile control depth 12.5cm

由图3、4可知，水驱阶段，含水率很快升高到85%，注水量约为0.35PV，一次水驱采收率约为26%。在注入调剖剂主段塞和顶替段塞阶段，随着调剖剂段塞逐渐地深入，采收率也逐渐增大，采收率提高约7%，一定程度上表明调剖剂体系具有一定的选择注入性，已成功注入到高渗透层。注入过程压力急速上升，但曲线未出现波动，较为平和，压力增加幅度保持稳定，这说明调剖剂段塞是整体向前推移的。后续水驱阶段，压力明显上升，表明已经启动低渗层，含水率开始上升，含水率增加缓慢，之后迅速增加到90%以上，然后慢慢增加，最后保持平稳。

对6组实验中含水率为75%、85%、95%及2个位置对应的水驱采收率和采出程度对比分析，评价6种方法对采收率效果的影响，见图5。

图5 3种含水率及2个位置对应的采收率变化Fig.5 3 kinds of water cut and 2 positions corresponding to eor changes

由图5可见，含水率75%对应一次水驱采收率约为23%，含水率85%对应一次水驱采收率约为26%，含水率95%对应一次水驱采收率为28%；含水率75%对应采出程度约为48%，含水率85%对应采出程度在52%以上，含水率95%对应采出程度在49%以上。综合分析，得出含水率为85%时，注入改性淀粉凝胶体系采取增产措施的采收率效果最好；含水率为95%时，采取注入改性淀粉凝胶体系提高采收率效果次之；含水率为75%时，采取措施提高采收率效果最差。3种含水率对应的凝胶体系在水驱前缘线前比水驱前缘线处的采收率效果好，是由于胶坝形成后，前缘线前位置的强胶体系迫使注入水启动低渗层的能力强，较好的封堵高渗层，使后续液流发生绕流，扩大了水驱波及体积，从而提高采收率。

4 结论

（1）改性淀粉凝胶体系在多孔介质中运移与油水分布状态有关，含水饱和度越大体系运移越快，注入量与运移距离呈线性关系。

（2）对比3种不同含水率时期，含水率85%时，将改性淀粉凝胶体系作为深部调剖剂，注入到水驱前缘线前位置，提高采收率效果最好。

（3）前缘线前位置的强胶体系迫使注入水启动低渗层的能力强，比水驱前缘线处的采收率效果好。

（4）改性淀粉凝胶体系可实现深部定位封堵，能够有效解决非均质模型窜流问题。