高溫高鹽油藏深部調驅體系研究進展

孫同成，崔　亞

(中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊 830011)

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高溫高鹽油藏深部調驅體系研究進展

孫同成，崔亞

(中國石化西北油田分公司，新疆烏魯木齊 830011)

摘要：針對高溫高鹽油藏中存在的水竄問題，開展高溫高鹽油藏用調驅劑的攻關研究是大幅度提高高溫高鹽油藏采收率的基礎。該文綜述了高溫高鹽油藏深部調驅體系的研究進展，包括：新型聚合物、弱凍膠、沉淀類、體膨顆粒、凍膠分散體、含油污泥、柔性體以及無機凝膠涂層8種深部調驅體系。分析了每種調驅劑的優缺點、調驅機理和現場應用情況。展望了高溫高鹽油藏深部調驅體系的發展方向。

關鍵詞：高溫高鹽，深部調驅，研究進展，發展趨勢

隨著油田進入中、后開發階段，國內許多油田進入高含水期，控水穩油、提高采收率已經成為目前面臨的主要問題[1]。在調剖堵水初期，多以高強度堵劑為主，作用機理多為近井地帶的物理屏障或堵塞。然而，隨著油田調剖堵水輪次的增加，控水穩油提高原油采收率困難逐漸突出，常規的淺調、近井地帶改造已經不能滿足油田開發的需要[2]。深部調驅液流轉向技術作為一項改善開發效果，控水穩油的技術措施，已經在國內外多個油田取得了良好的應用效果。

另外，隨著油田開發程度加深，常規油田可采儲量越來越少，深部挖潛價值越來越低，人們不得不把目光投向高溫高鹽等非常規、苛刻條件油田。例如勝利油田目前主要化學驅開采單元大部分屬于一類資源，資源動用率已達到75%以上，剩余可動用地質儲量較少，形勢嚴峻，而二、三類高溫高鹽油藏化學驅資源十分豐富，但其油藏條件較一類油藏苛刻許多[3]。我國西北油田、勝利油田、華北油田、中原油田、塔里木油田等都存在儲量豐富的高溫高鹽油藏，隨著開發進行，這些高溫高鹽主力區塊逐漸進入高含水階段，例如西北局的塔河油田，以及塔中4油田和輪南油田是塔里木油田的主力區塊，也是產量遞減最快的區塊[4]，因此高溫高鹽調驅勢在必行。但是對于高溫高鹽油藏，由于常規調驅劑耐溫抗鹽性差，作用有效時間短等問題，調驅效果明顯變差，提高采收率有限。為了更好地改善高溫高鹽油藏的開發效果，亟需對高溫高鹽油藏的深部調驅體系進行探討，發掘適用于高溫高鹽油藏的耐溫抗鹽深部調驅體系。本文綜述了近幾年國內外耐溫抗鹽深部調驅體系的研究新進展，探討了今后高溫高鹽油藏深部調驅的發展趨勢，旨在能夠為高溫高鹽油藏的高效開發提供借鑒。

1國內外耐溫抗鹽深部調驅體系研究進展

1.1新型聚合物

近些年來，聚合物驅技術已經在大慶、勝利等溫和條件油田取得了良好的應用效果，但是由于部分水解聚丙烯酰胺的耐溫耐鹽性差、穩定性差等缺點，使其在高溫高鹽油藏中的應用受到了嚴重的限制。近十幾年來，國內外開展了大量聚丙烯酰胺聚合物的改性工作，其目的在于改進傳統聚合物固有的缺點，以使其能夠更好地適用于高溫高鹽等苛刻條件油藏。

目前，油田中有所應用的新型聚合物主要包括：疏水締合聚合物、梳形聚合物和兩性聚合物等。疏水締合聚合物的結構特點是在其親水性的大分子鏈上引入疏水基團。在其水溶液中，疏水締合聚合物的疏水基團相互締合，形成不穩定的可逆的三維網絡狀結構，通過這種方式形成了非常大的超分子結構，這種結構耐高溫能力強，在鹽溶液中，電解質會使疏水締合作用變強，聚合物溶液粘度變高[5]。張繼風[6]等根據目標油藏高溫高礦化度條件，優選疏水締合聚合物針進行巖心驅油試驗，提高采收率達7.62%。

梳形聚合物的結構特點是在聚合物的分子側鏈上同時引入親油和親水基團。由于分子內親水、親油基團的相互排斥作用，使分子內的卷曲、糾纏減少，在水溶液中分子成有規律的梳形排布。這會增加分子結構的剛性和規整性，使梳形聚合物溶液的增黏抗鹽能力大大提高[5]。羅建輝[7]等對梳形聚合物的現場應用做了實驗，對比試驗結果表明，梳形聚合物比大慶生產的聚丙烯酰胺的增粘能力高58%～81%，其驅油效果明顯優于聚丙烯酰胺，降低聚合物用量30%以上。

兩性聚合物的結構特點是在聚合物鏈上同時帶有陰、陽基團。兩性聚合物在水溶液中具有明顯的“反聚電解質效應”，反聚電解質效應是指：隨著溶液礦化度的升高，聚合物溶解度增加，溶液粘度增大[8]。在低礦化度條件下，聚合物中的陰陽基團相互吸引，聚合物分子卷曲成團。在鹽水中，由于鹽離子對聚合物中陰、陽基團的屏蔽、削弱作用，使聚合物舒展開，宏觀表現為兩性聚合物在鹽水溶液中的粘度增加[5]。羅文利[9]等研究了AP型兩性聚合物在大港西油藏條件下的驅油效果，實驗結果表明，AP型兩性聚合物驅采收率比水驅采收率提高24.7%，比部分水解聚丙烯酰胺驅提高4.3%，顯示出良好的應用前景。

1.2弱凍膠

凍膠是指一定濃度的聚合物與交聯劑反應，在一定條件下形成的具有三維空間網絡結構的粘彈體，交聯方式為分子間交聯。一般選擇聚丙烯酰胺聚合物溶液做主劑，濃度一般為1000mg/L～4000mg/L。交聯劑主要有多價金屬離子、酚醛復合體系、樹脂等。凍膠是目前使用最為廣泛的堵劑，但其性能受外界物理化學條件影響大，一般凍膠耐溫抗鹽性差，應用時應盡量考慮其與地層水、地層溫度、礦化度等的配伍性，優選聚合物與交聯劑。為此，國內外學者均開展了大量的實驗研究。

Vasquez等[10-13]研究了具有良好耐溫抗鹽性的聚乙烯亞胺(PEI)凍膠。通過大量的實驗研究發現，丙烯酰胺(AM)/特丁基丙烯酸酯共聚物(PA-t-BA)與聚乙烯亞胺PEI交聯體系最高耐溫可達177℃，該體系在129℃條件下仍然具有合適的成凍時間與成凍強度。另外，他們還研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物與聚乙烯亞胺(PEI)形成的凍膠體系，該體系熱穩定性好，在149℃下仍具有合適的成凍時間與成凍強度。國外學者Hutchins等[14]研發了一種由聚丙烯酰胺、對苯二酚、六亞甲基四胺和NaHCO3組成的凍膠體系，該體系配方在176.7℃下可穩定5個月，在149℃下可穩定12個月，并且取得了很好的應用效果。

關于適用于高溫高鹽油藏深部調驅弱凍膠體系的研發方面，國內學者也做了大量的研究。呂茂森等[15]研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物與有機鉻形成的膠態分散凍膠體系，該體系在溫度90℃、礦化度9.5×104mg/L條件下具有良好的穩定性。張世同等[16]研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物的有機-無機復合交聯體系，該體系在90℃、礦化度15×104mg/L條件下具有良好的穩定性。并且在中原油田取得了良好的調驅效果，提高采收率效果顯著[17]。戴彩麗等[18]研制了由磺化栲膠、延緩交聯劑和穩定劑組成的高溫高鹽深部調驅體系，在高溫(130℃)、高鹽(大于2×105mg/L)條件下穩定性好，成凍時間和成凍強度可調。王平美等[19]研究了由非離子聚合物(PMN)與有機交聯劑(BW)形成的弱凍膠交聯體系，在高溫(120℃)、高鹽(2.1×105mg/L)苛刻條件下具有良好的穩定性，該體系在華北油田取得了良好的應用效果，降水增油效果明顯。

1.3沉淀類

沉淀類調驅體系是指工作液進入地層后發生反應生成沉淀，進而封堵高滲層的調驅劑。為了達到深部調驅的目的，通常使用雙液法調驅劑，兩種工作液用隔離液隔開，隨著工作液向地層深部推移，隔離液變得越來越薄，兩種工作液接觸，反應產生沉淀封堵高滲層。目前，常用的沉淀型雙液法調驅體系主要是硅酸鹽沉淀體系，主要包括[20-22]：水玻璃/FeSO4體系、水玻璃/CaCl2體系、水玻璃/MgCl2體系、水玻璃/HCl體系等。雙液法調驅體系注入地層時，優先進入高滲透地層，對低滲地層傷害少，兩種工作液在地層深部才相遇，具有良好的選擇性和深部挖潛效果。

另外，常用的雙液沉淀法還有醇誘導鹽沉析體系。該技術是建立在“鹽析”效應理論基礎上的。“鹽析”效應是指：通過向電解質溶液中加入非電解質(例如醇類)，降低溶液中電解質的溶解度，使電解質從溶液中析出，形成固相沉淀的過程[24]。自上世紀90年代以來，國外Zhu[24-25]、Shu[26]等人就對該體系進行了大量研究，考察了該體系的作用機理、實施工藝以及影響因素，取得了一系列成果。近十幾年來，國內對該技術也進行了大量的研究，取得了較大的進展[27-28]。該技術的現場實施工藝為：首先向地層注入高濃度的鹽水，鹽水優先進入高滲地層，隨后注入醇段塞，醇段塞進入高滲地層與高濃度鹽溶液接觸后，由于“鹽析”效應，高濃度鹽水結晶析出鹽晶體，封堵高滲地層。醇誘導鹽沉析技術具有選擇性封堵，可以進行深部調驅，受地層物理化學條件限制少等優勢。

1.4體膨顆粒

體膨顆粒是近些年來發展起來的一種新型的深部調驅體系，它適用于非均質性強，滲透率極差大，含水率高地層的深部調驅。體膨顆粒是一類適當交聯遇水膨脹而不溶解的聚合物[29]，主要通過單體及交聯劑等其他助劑，在一定的條件下形成三維網絡結構的粘彈體，該粘彈體通過干燥、磨細、篩分，就可以得到粒度可控的體膨顆粒。

體膨顆粒具有大量的親水基團，因此它具有“遇油體積不變，遇水膨脹(但不溶解)”的特點。體膨顆粒注入地層中，遇水膨脹，形成具有一定強度的粘彈性顆粒，在外力作用下可以發生可逆的彈性形變，像“變形蟲”一樣通過地層孔吼，進入地層深部，起到深部調驅的作用。體膨顆粒是在地面交聯，通過干燥、磨細、篩分等工藝處理，避免了地下交聯體系成腳受溫度、礦化度影響大的弊端，具有耐高溫(120℃)、耐高鹽(不受限制)的優點；另外，體膨顆粒具有粒徑可控(mm～cm)、體積膨脹倍數大(幾十倍到上百倍)、膨脹快等優點。

由于以上優點，體膨顆粒已經被高含水、大孔道油田廣泛認可，成為高含水、高采出程度油田深部挖潛、穩定產量的重要手段。在大慶、大港、中原等油田廣泛使用，并取得了很好的應用效果。

1.5凍膠分散體

凍膠分散體是由一定濃度的聚合物和交聯劑，在地面交聯為凍膠后，通過機械剪切等方法加工而成。其具有制備粒徑可控、粘度低、注入性好、耐溫(120℃)抗鹽(30×104mg/L)性強等特點[30-31]。戴彩麗、趙光等[32-33]利用部分水解聚丙烯酰胺為主劑，酚醛樹脂為交聯劑，地面成凍后通過膠體磨研磨，得到了粒徑可控(nm～mm)、形狀為規則球形的酚醛樹脂凍膠分散體。通過室內實驗，可以看出該酚醛樹脂凍膠分散體具有良好的注入性和選擇性封堵能力，能夠進行深部調驅，封堵高滲層，提高采收率效果明顯。

凍膠分散體在地層中的封堵有三種形式[33]：①當凍膠分散體半徑Rh略小于吼道半徑R時，單個凍膠分散體顆粒直接占據孔吼，對吼道產生封堵，這種封堵作用是較強的；②R>Rh>0.5R或者Rh>0.46R時，兩個或者三個凍膠分散體顆粒可以通過“架橋”，形成穩定的結構，實現對孔喉較強的封堵效果；③Rh<0.46R時，多個凍膠分散體顆粒通過堆積，實現對孔喉的封堵，但這種堆積是不穩定的，當流體的壓力較大時，就會沖破這種結構，破壞封堵效果。所以在現場應用凍膠分散體的過程中，要考慮凍膠分散體粒徑和地層孔喉半徑的匹配性，制備合適粒徑范圍的凍膠分散體。

1.6其他

(1)含油污泥。含油污泥是原油生產過程中伴生的工業垃圾，它的主要成分是水、泥、膠質瀝青質以及蠟質，與其他調驅劑相比，它耐溫抗鹽性好，耐剪切，價格低，能夠大量注入。同時也解決了含油污泥處理的問題，有利于保護環境，節約成本，具有良好的應用前景。

含油污泥調驅原理為：在含油污泥中加入添加劑，形成微米級的乳化懸浮液，當把乳化懸浮液注入到地層深部，與地層水接觸后，乳化懸浮液被沖刷稀釋，體系穩定狀態被破壞，其中的泥質、膠質瀝青質等成分相互接觸、聚結，形成大顆粒沉降吸附在地層孔吼中，形成封堵。該技術適用于滲透率極差大，啟動壓力低的注水井，已經在江漢油田、勝利油田、遼河油田以及大慶油田等現場取得應用，并且具有良好的效果，但該技術受產量或者原材料的限制，在其他油田的應用不廣[34-38]。

(2)柔性體。柔性體是近幾年發展起來一種新型的耐溫抗鹽調驅體系。它以含芳烴單體為合成原料；在水中不溶，在油中微溶；具有良好粘彈性，可變性、拉伸，具有較好的化學穩定性；可以發生二次黏結，形成封堵。柔性體堵劑易溶于甲苯，在作業過程中如果誤堵了油層，注入適量甲苯就極易解堵[39-42]。其作用機理為：利用柔性體堵劑的強變形能力，在高滲地層中形成暫堵、變形、運移、再封堵的周期脈動現象，逐漸進入地層深部，使液流轉向低滲地層，形成深部調驅。

(3)無機凝膠涂層。在類似塔里木油田這種深井(4500m以上)、高溫(120℃以上)和高礦化度(20萬mg/L)等苛刻油藏條件的調驅作業過程中，普通的調驅體系無法勝任。為此，近年來中國石油勘探開發研究院采油工程研究所研究開發了一種無機凝膠涂層調驅體系(WJSTP)，該調驅劑與油藏中高溫高礦化度地層水反應形成一種與地層水密度相當的無機凝膠，通過吸附在巖石骨架表面形成一層無機凝膠涂層，堵塞地層孔吼，增加流動阻力，達到深部調驅的目的[43]。

無機凝膠涂層具有以下特點：①凝膠吸附在地層巖石表面，降低高滲地層滲流能力，而非完全堵死，可以達到堵而不死。②無機凝膠涂層體系克服了常規調剖劑作用效果易受使用濃度、地層物化條件、成膠時間等因素影響的缺點[44]。③水溶液無毒，環保安全，形成的凝膠與水的密度相當，不沉，有利于在巖石表面的吸附。④無機凝膠涂層抗鹽性好，受礦化度影響小，在高礦化度地層中仍然能形成凝膠。⑤無機凝膠涂層耐溫性好，適用溫度范圍廣(30℃～120℃)，耐沖刷性強，穩定時間久。

2耐溫抗鹽深部調驅體系展望

2.1加強新型耐溫抗鹽調驅體系的研究

聚合物是大部分有機調驅體系的基礎，所以新型耐溫抗鹽調驅體系研究的關鍵在于耐溫抗鹽聚合物的研究。通過對目前常用耐溫抗鹽聚合物的研究可以發現，要提高聚合物耐溫抗鹽性，通常是通過向聚合物分子中引入數種具有耐溫抗鹽效果的基團來實現的。由于油藏條件的復雜多變性，研制出適合各個油藏的聚合物還是一項復雜的工程，迫切需要有關研究人員從分子設計和合成工藝方面對水溶性聚合物進行深入研究，研制出具有良好耐溫抗鹽性、抗剪切、價格低廉的聚合物。

另外，需要對已有應用效果較好的耐溫抗鹽調驅劑，進行深入研究及改進，擴大其適用范圍。

2.2加強復合調驅體系的研究

要加強復合調驅體系的研究，發揮復合調驅體系中各單一調驅劑的優點，克服各自的缺點，發揮協同作用。例如，可以在水玻璃沉淀型調驅體系中加入耐溫抗鹽聚合物，形成具有良好粘彈性和封堵效果的耐溫抗鹽調驅體系；在耐溫抗鹽凍膠成膠液中加入耐溫抗鹽表面活性劑，形成凍膠泡沫體系，既能在油藏深部形成有效封堵，提高波及系數，又能發揮表面活性劑的作用，提高洗油效率。

2.3加強調驅劑的系列化

目前國內調驅劑大多是針對某個油田某種特殊地層條件而研制開發的，在其他油田推廣使用上受到了很大限制。并且，許多調驅劑的性能需要完善化，品種需要實現系列化。

2.4加強配套工藝技術的研究

開發針對于高溫高鹽油藏的系列化配套調驅劑，形成針對于高溫高鹽油藏的配套調驅工藝技術。根據現場不同地層條件和開采階段的需要，有針對性地研究選擇調驅劑及調驅工藝，對適用于不同油藏條件的調驅劑區別對待。

3結束語

目前，高含水也是高溫高鹽油藏是面臨的主要問題之一，深部調驅是改造高含水高溫高鹽油田的主要手段。解決該問題的主要任務就是耐溫抗鹽調驅體系的研制。近年來，高溫高鹽調驅體系雖然得到了一些發展，但是新型耐溫抗鹽調驅劑的研制仍然存在很多問題與挑戰。耐溫抗鹽調驅體系的總結與發展對于我國高溫高鹽油藏的油田控水穩油與提高采收率具有長遠的意義。

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Research Progress of Deep Profile Control and Oil Displacement Agents for High Temperature and High Salinity Reservoirs

SUN Tong-cheng，CUI Ya

(Sinopec Northwest Oilfield Branch Company，Urumqi 830011，Xinjiang，China)

Abstract：The research on deep profile control and oil displacement agents for high temperature and high salinity reservoirs is the key for enhanced oil recovery in harsh condition reservoirs，because of the water channeling problems encountered in these reservoirs. In this paper，eight deep profile control and oil displacement agents，including novel polymers，weak gels，inorganic salt precipitation，volume expansion grain，dispersed particle gel，oily sludge，flexible body and inorganic gel coat，were analyzed. Discussions on the advantages，disadvantages，profile control and oil displacement mechanism and field application of these deep profile control and oil displacement agents were conducted. At last，prospect on the research directions of the temperature resistance and salt tolerance profile control and oil displacement agents was proposed.

Key words：high temperature and high salinity，deep profile control and oil displacement，research progress，development trends

中圖分類號：TE 357