鋁離子-聚合物凝膠調驅體系配方室內優選研究

何 莉

（大慶油田有限責任公司 第五采油廠，黑龍江 大慶 163513）

A區聚驅試驗區配制聚合物用水水質較差，A區水源水的總礦化度較高，達886～1100mg·L-1，主要是因為鈣、鎂等二價陽離子含量高影響的，（74.8mg·L-1）。按方案設計用A區水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度只有26.3mPa·s，而用紅崗水源水配制成1200mg·L-1的聚合物溶液粘度可達到44.1mPa·s，采用薩南試驗區注入水配制的1200mg·L-1的聚合物溶液粘度更高，可達到66.0mPa·s以上，因此，要取得聚驅效果，必然要增加聚合物用量，致使聚驅成本增加，而從目前大慶油田聚驅已取得的認識看，CDG調驅技術取得了較好的增油效果，鋁離子-聚合物凝膠在油田應用主要是利用足夠的時間使溶液能夠大量進入油層深處而不至于在井筒附近油層形成阻塞。另外，在井筒附近油層的壓差高于轉變壓力，致使鋁離子-聚合物凝膠像非交聯聚合物一樣流動，當流到地層深處，壓差減小，低于轉變壓力，使分子束和膠粒膨脹而起到充填油層深處孔隙的作用。這樣便可以改善高滲透率變異系數的不均一性，使注入水流入低滲透率油層，從而達到提高原油采收率的目的。在相同的條件下，注劑成本低于單純的聚合物驅油。

為此，開展了室內研究工作，研究不同濃度鋁離子-聚合物凝膠體系與不同水質的配伍性，從中優選最佳的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，既解決A區水質問題，又為下步A區地區開展現場試驗提供技術支持。

1 室內實驗

1.1 實驗材料

（1）聚合物：實驗研究中，聚合物采用中分聚合物，有效含量0.88。

（2）交聯劑：交聯劑采用現場使用的鋁離子交聯劑，有效含量3.6%。

（3）配制水:實驗用清水為A區水源水，實驗用污水為A區深處理污水，水質組成見表1。

表1 A區深處理污水離子組成Tab.1 Component of disposal sewage of section A

（4）物理模型:實驗根據某試驗區油藏地質特征、油層物性及沉積韻律特點制作了柱狀及正韻律縱向非均質巖心，非均質模型各層氣測滲透率分別為 300 ×10-3μm2、1000 ×10-3μm2和 1800 ×10-3μm2，厚度比例為 1∶1∶1，模型尺寸 Φ2.51cm×L9.0cm、30cm×4.5cm×4.5cm。

（5）油:區地面脫氣原油和航空煤油混合配制而成的模擬油，在45℃下其粘度為6.7mPa·s。

1.2 實驗儀器及流程

圖1 實驗流程圖Fig.1 Experiment flow chart

2 室內成膠研究結果與討論

2.1 鋁離子-聚合物凝膠體系配方室內成膠情況

目前，評價鋁離子-聚合物凝膠體系能否成膠是通過室內測定轉變壓力值來確定的，鋁離子-聚合物凝膠有壓縮流動和正常流動兩種方式，轉變壓力是指在一定壓力作用下，鋁離子-聚合物凝膠由壓縮流動方式轉變為正常流動方式時的壓力。

2.1.1 清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內首先采用清水配制5000mg·L-1的聚合物母液，然后采用清水稀釋至 300～800mg·L-1，同時加入交聯劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1[1]，測定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時期的粘度及轉變壓力值。通過檢測聚合物濃度在600mg·L-1以上、聚鋁比在50∶1以下，以及聚合物濃度在450 mg·L-1、聚鋁比在30∶1以下時，成膠均能達到大慶油田要求的成膠標準，而濃度高于300mg·L-1、聚鋁比在50∶1以下的其它配方體系均能測試到轉變壓力，即有成膠顯示。

從測定結果可以得出以下結論：

（1）在聚合物濃度相同時，聚鋁比降低，體系粘度和轉變壓力上升加快，成膠效果變好；

（2）在聚鋁比相同時，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

2.1.2 純污水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內首先采用污水配制5000mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至 300～800mg·L-1，同時加入交聯劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測定體系不同時期的粘度及轉變壓力值。中分聚合物在污水條件下配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠性能明顯變差，我們又對清水配制污水稀釋凝膠體系進行了研究。

2.1.3 清水配制污水稀釋條件下鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況 室內首先采用清水配制5000 mg·L-1聚合物母液，然后再采用污水稀釋至300～800mg·L-1，同時加入交聯劑，并使體系中聚鋁比介于50∶1～20∶1，測定鋁離子-聚合物凝膠體系不同時期的粘度及轉變壓力值。

從清水配制污水稀釋的鋁離子-聚合物凝膠體系看，中分配制的鋁離子-聚合物凝膠體系成膠情況好于純污水配制的鋁離子-聚合物凝膠體系，從測定結果可以得出以下結論：

（1）中分聚合物的鋁離子-聚合物凝膠體系在聚合物濃度600mg·L-1、聚鋁比30∶1沒有成膠顯示。在800mg·L-1聚鋁比20∶1、30∶1兩個配方中，達到了轉變壓力標準要求，而在聚鋁比40∶1時沒有檢測到轉變壓力；

（2）在聚合物濃度相同時，聚鋁比降低，體系粘度和轉變壓力上升加快，成膠效果變好；

（3）在聚鋁比相同時，聚合物溶液濃度增大，體系粘度和轉變壓力升高幅度增加，越容易成膠。

清水、清水-污水、污水不同的水質條件下，同種聚合物在相同的濃度、相同的聚鋁比時，鋁離子-聚合物凝膠體系在轉變壓力、粘度表現出較大的差異，并可以得出以下結論：清水成膠性能最好，清水配制污水稀釋的成膠性能明顯變差，而純污水條件下形成的成膠性能最差。

2.2 室內優選鋁離子-聚合物凝膠配方的實驗設計及思路

從前面的室內實驗看，不同的聚合物、不同的水質條件下可以組合出許多種不同的CDG體系配方，同樣清水條件下達到成膠要求的配方也比較多。因此，我們從現實成本考慮，針對不同水質條件，以轉變壓力為指標，優選最經濟配方，同時對于成膠較差或沒有測到轉變壓力的，選擇聚合物濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的最大成本的配方進行評價。

結合前面室內不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方測定情況，確定以下實驗設計思路：

（1）先進行單段塞聚合物驅，作為不同鋁離子-聚合物凝膠體系評價標準；

（2）首先選擇符合現行成膠標準及符合成膠標準的最低配方和可能效果最經濟配方進行驅油實驗；

具體如下：首先聚合物用量最大（600mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）、成膠性能最好的清水凝膠體系配方及符合成膠標準最低的配方（450mg·L-1）、聚鋁比最低（30∶1）做室內驅油實驗；

（3）開展低于成膠標準的鋁離子-聚合物凝膠配方的驅油實驗，即清水體系300mg·L-1、聚鋁比30∶1；

（4）開展沒有成膠顯示的配方的驅油實驗，即清水配制污水稀釋條件下，濃度為600mg·L-1、聚鋁比為30∶1的驅油實驗。

（5）確定經濟效益最佳的最終鋁離子-聚合物凝膠配方。

3 不同水質條件下，鋁離子-聚合物凝膠體系提高采收率幅度研究

在初步確定了鋁離子-聚合物凝膠體系配方后，開展了一系列室內開展驅油實驗，優選最佳的檸檬酸鋁-聚合物凝膠體系配方。實驗前結合試驗區地質特征制作呈正韻律分布的非均質物理模型，其各層氣測滲透率分別為 300×10-3μm2、1000×10-3μm2和 1800×10-3μm2，厚度比例按照 1∶1∶1設計，模型尺寸 30cm×4.5cm×4.5cm[2，3]。該模型設計著重考慮了調剖因素也兼顧了驅替因素。

由于受巖心長度和注入時間的制約，為了能模擬注入過程中成膠的特征，采取了配制后恒溫靜置數小時，待體系粘度上升后注入的方式，但發現注入過程中壓力高，注入困難，且受成膠強度等影響，注入后可比性差。為此我們改變了注入方式，隨配隨注，注入到設計的PV數時停止注入，候凝，清水體系候凝7d，污水體系候凝12d，再進行后續水驅。同時在新一批巖心上開展聚合物單段塞驅油實驗，以與鋁離子-聚合物凝膠體系進行對比。

3.1 不同鋁離子-聚合物凝膠體系配方驅油效果實驗

實驗中以清水1350mg·L-1的中分聚合物單段塞驅油效果作為衡量該聚合物在不同水質條件下配制的X-聚合物凝膠體系調驅效果的標準。

表2 鋁離子-聚合物凝膠體系與聚合物溶液驅油Tab.2 Displacement of reservoir oil of aluminum ion-polymer gel system and polymer solution

從表1中可以明顯看到，經鋁離子-聚合物凝膠體系驅油后，后續水驅提高采收率的效果明顯高于單純聚驅的后續水驅，而且成膠強度越大，其后續水驅采收率值越高，可見，鋁離子-聚合物凝膠體系具有較強的調剖能力。表明鋁離子-聚合物凝膠體系調驅技術是一種進一步提高原油采收率的有效方法。

3.2 確定經濟效益最佳鋁離子-聚合物凝膠體系配方

前面的實驗確定了給定濃度、聚鋁比范圍內提高采收率幅度最大的鋁離子-聚合物凝膠體系配方，但為了尋找經濟效益最佳的配方，就不能單獨考慮提高采收率幅度的高低，而且要考慮體系配方的成本，因此，我們按噸油成本進行考慮：

假設目的區塊地質儲量為A×104t，地下孔隙體積為Vp×104m3，注入孔隙體積倍數為V，聚合物固含量0.88，噸聚合物干粉成本為1.34萬元，噸交聯劑（鋁離子含量3.6%）成本為1.95萬元，聚合物濃度為C，聚鋁比為D，交聯劑比重為1.18，有效含量3.6%，采收率提高值為Qe（小數）：

式中 Qe：采收率提高值，小數；A：地質儲量，×104t；V1，V2：分別為聚驅和 CDG驅注入孔隙體積倍數，PV；B：地下孔隙體積，×104m3；C1，C2：分別為聚驅和 CDG驅聚合物濃度，mg·L-1；D：聚鋁比。

單純聚驅或CDG驅時，驅油成本只是聚驅成本或CDG驅成本。

根據前面得到的采收率提高值，代入上面相關公式可以得到各種段塞的噸油成本關系表（詳見表3）。

從表3中可以看到，不論清水還是污水條件下，X-聚合物凝膠體系配方均有一定的能力提高采收率，在清水條件下，符合成膠標準的配方體系中，提高采收率幅度最大的是聚合物濃度600mg·L-1,聚鋁比30∶1體系配方，采收率提高33.084個百分點，驅替噸增油成本為37.5245B/A元（其中B/A為區塊地下孔隙體積與地質儲量的比值，對具體區塊為一常數）低于煉化中分1350mg·L-1單段塞聚合物的驅替噸增油成本47.08B/A元，表3中經濟效益最好的是聚合物濃度450mg·L-1,聚鋁比40∶1體系配方，雖然提高采收率值為27.5個百分點，但驅替噸增油成本僅為28.89B/A元。

表3 鋁離子-聚合物凝膠體系驅替噸增油成本Tab.3 Displacement of production gain cost per ton of aluminum ion-polymer gel system

綜上所述，清水條件下鋁離子-聚合物凝膠體系配方成膠效果明顯好于污水,且存在增油幅度最大的配方（中分，濃度 600mg·L-1、聚鋁比 30∶1）和經濟效益最佳的配方（中分，濃度450mg·L-1、聚鋁比30∶1），在污水條件下，不推薦使用鋁離子-聚合物凝膠體系調驅技術。

4 結論及認識

（1）配制水的礦化度越高，越難形成鋁離子-聚合物凝膠；聚合物的分子量增大、溶液濃度增加、聚鋁比降低，體系的粘度和轉變壓力增大，鋁離子-聚合物凝膠越易于形成。

（2）聚合物所形成的鋁離子-聚合物凝膠體系，隨著其中聚合物濃度的增加，采收率提高幅度增大，而在450mg·L-1之后繼續增加時，采收率趨于平穩上升，因此認為450mg·L-1是鋁離子-聚合物凝膠體系聚合物濃度的臨界點。

（3）結合一系列篩選評價實驗認為，在理想配方即不考慮經濟效益的前提下，對于清水體系：600mg·L-1中分，聚鋁比30∶1的配方最好，而要考慮到經濟效益等問題，實驗認為中分聚合物清水體系450mg·L-1、聚鋁比30∶1為鋁離子-聚合物凝膠體系為可選配方。

［1］陳福明，牛金剛，王加瀅，等.低濃度交聯聚合物深度調剖技術研究［J］.大慶石油地質與開發，2001，20（2）：66-68.

［2］盧祥國，高振環，趙小京，等.聚合物驅油之后剩余油分布規律研究［J］.石油學報，1996，17（4）：55-61.

［3］周萬富，王賢君，李建閣，等.膠態分散凝膠用于聚驅后進一步提高采收率［J］.大慶石油地質與開發，2001，20（2）：69-71.