CDG調驅體系的室內研究及性能評價

王 亞，薛 杰，張 震，周文斌

（西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065）

在水驅油及化學驅油過程中, 非均質性地層中滲透率較高巖層的原油能被順利地驅出, 而滲透率較低巖層的原油仍留在地下,造成了采收率低,開發成本高的結果。注水井調剖技術是有效的解決手段之一,開始得到重視和發展。膠態分散凝膠（CDG）技術是20 世紀80 年代后期國外發展起來的油層深部調剖技術, 該技術的特點是采用低濃度的聚合物和交聯劑, 是以分子內交聯為主生成的、彼此獨立、相互連接較弱的凝膠小顆粒組成的膠態分散體系, 能夠深入到地層深部，增加原有高滲透率水通道的流動阻力, 使后續注入的驅替液轉向先前未波及到的低滲透層，從而進入地層深部進行調剖,達到提高采收率的目的。CDG 技術同時具有調剖和驅油的作用，對于提高油田注水開發效率有著重大意義。

1 CDG調驅機理

CDG 是在聚丙烯酰胺（HPAM）和交聯劑的濃度都很低的情況下，通過分子內交聯和少量的分子間交聯把聚合物分子聯結成分散的膠束懸浮在溶液中，使之形成粘度很低的膠態分散凝膠，具有膠體溶液的性質。表現出沒有一定形狀，具有一定流動性，能進入地層深部，選擇性地堵塞大孔道或高滲透層，使液流轉向進入較低滲透層，改善因非均質性造成的波及系數低的問題，從而大幅度的提高這類油藏的采收率。

和常規的凝膠相比，CDG 沒有形成連續的三維網狀結構。在井眼附近注入液的流速很大，壓差也大，HPAM 和交聯劑之間的交聯反應未能充分進行，此時的CDG 溶液和未交聯的HPAM 稀溶液相同，粘度低，便于長時間大劑量地注入地層深部;隨著CDG 液的推進，流速變慢、壓差變低，交聯反應逐漸完成，CDG 在油層深部的高滲透層表現出凝膠性質，迫使后續流體轉向含油飽和度高的低滲透層，提高了驅油體積和效率。膠態分散凝膠體系具有調剖和改善流度比的雙重作用。

2 CDG 調驅體系的研究

2.1 CDG 的制備過程

稱取一定量的HPAM 母液于燒杯中, 加入過濾后某油田的注入水，打開攪拌器,勻速加入稱好的一定量聚丙烯酰胺，120 r/min 轉速下攪拌2～3 h 后靜置24 h后備用。在稀釋好的一定濃度聚合物溶液中加入交聯劑，搖勻后再加穩定劑,置于一定溫度恒溫箱中，測定CDG 調驅體系的性能。

2.2 影響CDG 成膠的因素研究

為了了解聚合物濃度、交聯劑濃度、溫度和時間對成膠粘度的影響，采用上述配制方法分組配制了若干CDG 樣品，從而對各因素對CDG 性能有可能產生的影響進行比較，思路是單因素試驗法。

表1 實驗數據表

方案設計如下：

第一組：任選溫度為80 ℃，交聯劑濃度為60 mg/L，HAPM 濃度依次為200、400、600、800 mg/L；

第二組：任選溫度為80 ℃，HAPM 濃度為400 mg/L，交聯劑濃度依次為60、70、80、90 mg/L；

第三組：任選HAPM 濃度為400 mg/L，交聯劑濃度依次為60 mg/L，溫度依次設定為60、80、90、100 ℃分別進行每組試驗，然后測其粘度，并做好記錄。

2.2.1 聚合物濃度對CDG 性能的影響 在交聯劑濃度60 mg/L 和溫度80 ℃一定的情況下，觀察CDG 的粘度隨聚合物的濃度的變化情況（見表2）。

表2 聚合物的濃度對CDG 成膠粘度的影響

圖1 聚合物的濃度對CDG 成膠粘度的影響

由表2 和圖1 上可以看出，隨著聚合物濃度的增加，形成的凝膠體系粘度不斷增加。因為在其它條件一定時，聚合物濃度越大，聚合物分子間相互碰撞的機率就越多，交聯點增多，因而使CDG 的粘度增大。

2.2.2 交聯劑濃度對CDG 性能的影響 聚合物濃度400 mg/L 和溫度80 ℃一定的情況下，觀察CDG 的粘度隨交聯劑的濃度變化情況（見表2）。

表3 交聯劑的濃度對CDG 成膠粘度的影響

圖2 交聯劑的濃度對CDG 成膠粘度的影響

由表3 和圖2 中可以看出在溫度80 ℃，聚合物濃度為400 mg/L 時，交聯劑的最佳濃度為80～90 mg/L。

2.2.3 反應溫度對CDG 性能的影響 在聚合物濃度為400 mg/L，交聯劑濃度為60 mg/L 時，設定不同的溫度，觀察溫度對CDG 體系粘度的影響（見表4）。

表4 溫度對CDG 成膠粘度的影響

圖3 溫度對CDG 成膠粘度的影響

由表4 和圖3 中可以看出CDG 的粘度隨著溫度的增加而增加，在達到90 ℃時達到最大值，而后隨著溫度的增加，粘度下降，這是CDG 受溫度降解作用的結果。因此，在聚合物濃度為400 mg/L，交聯劑濃度為60 mg/L 時，反應的最佳溫度為90 ℃。

2.2.4 反應時間對CDG 性能的影響 任選一組實驗，假設選為：溫度80 ℃，聚合物濃度為400 mg/L，交聯劑濃度為80 mg/L，反應過程中每隔12 h 測定一次粘度，觀察不同的反應時間后體系粘度的變化（見表5）.

表5 反應時間對成膠粘度的影響

圖4 反應時間對成膠粘度的影響

由表5 和圖4 中可以看出CDG 的粘度剛隨著反應時間的增加逐漸增加，但60 h 后隨著時間的增加，粘度開始下降。因此，較佳的反應時間為60 h 左右。

3 CDG 調驅體系性能評價

巖心流動實驗可以評價CDG 在多孔介質中的滲流特性,它與CDG 在油層滲流時的狀態最為接近。在室內進行了模擬試驗，通過阻力系數和殘余阻力系數等參數來評價調驅效果。

3.1 封堵實驗

使用兩塊不同滲透率的人造巖心在合注分采的條件下，評價了配方為聚合物濃度400 mg/L、交聯劑濃度60 mg/L 的調剖劑，測定了其突破壓力、吸水剖面變化和堵水效率等各項參數（見表6）。

從表6 可以看出，對于此種配方，高滲透率巖心吸水剖面由78.7 %下降到49.2 %，低滲透率巖心吸水剖面由10.8 %上升到38.1 %。突破壓力0.34 MPa，封堵效率98.2 %。由此可以推斷，CDG 對于低滲透油層的封堵效果非常有效。

3.2 巖心物理模擬實驗

聚合物調剖和驅油實驗過程如下：模型抽真空2.5 h后飽和地層水，測量孔隙度。飽和油至出口不含水為止。在預定驅替效率下水驅至模型出口含水率達到98 %。按實驗方案注入CDG，按實驗方案要求注入相應聚合物段塞。水驅至模型出口含水率達到98 %為止。當水驅模型出口含水達到98 %后，進行0.2 PV 調剖處理，然后用CDG 進行驅油，再水驅至出口含水達到98 %，模型一提高采收率幅度為15.4 %，最終采收率達到59.6 %；模型二提高采收率幅度為26.5 %，最終采收率達到73.1 %。

說明此條件下，CDG 驅對低滲透油層進行調驅效果比對高滲透層調驅的效果好。

4 結論

（1）通過實驗確定了影響CDG 調驅體系性能的因素的最佳范圍；

（2）進行了巖心流動實驗，為礦場先導性試驗做準備。

表6 封堵實驗數據

（3）CDG 調驅體系可以有效的提高波及系數和采收率。

（4）CDG 驅對低滲透油層進行調驅效果比對高滲透層調驅的效果好。

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