雙河油田高溫油藏調剖體系性能評價及影響因素研究

林 楊，黃敬上，張連鋒，李俊杰，梁麗梅，張伊琳

（1．河南油田分公司勘探開發研究院，河南南陽 473132；2.河南油田分公司油氣開發管理部）

“九五”以來，河南油田已經在18個單元進行了化學驅技術的現場應用[1-2]，化學驅技術在開發穩產中發揮了重要的作用[3-4]。適用于化學驅的Ⅰ類、Ⅱ類儲量已經基本動用完畢，需要對溫度較高的Ⅲ類地質儲量進行化學驅開發，實現產量接替。為了動用高溫油藏的地質儲量，在雙河油田Ⅶ1-3層系開展了高溫聚合物驅先導試驗。雙河油田Ⅶ1-3層系油層溫度較高，達到95 ℃，非均質性較強，滲透率變異系數達到0.69～0.77。為了防止或抑制注入液竄流、改善吸水剖面、確保聚驅效果，需要對適用于高溫油藏的調剖劑進行研究[5-7]。

本文通過室內成膠實驗及物理模擬實驗，對適用于雙河油田Ⅶ1-3層系 95 ℃高溫油藏條件的調剖技術進行了研究，包括耐高溫調剖劑的性能評價及影響因素研究，調剖劑注入性能及封堵能力研究[8]，以確保現場開展Ⅲ類油藏高溫聚合物驅先導試驗效果[9-10]。

1 實驗部分

1.1 主要材料和儀器

實驗用水：雙河油田現場注入水，暴氧陳化后經0.45 μm濾膜過濾后使用。注入水離子組成和含量如表1所示。

聚合物：北京化工研究院生產的部分水解聚丙烯酰胺（BHY型），基本物性指標見表2。

表1 雙河油田現場注入水離子組成和含量 mg/L

表2 BHY型聚合物理化性能

交聯劑：河南飛亞公司生產的有機醛交聯劑，有效含量15.86%。

實驗用巖心：人造膠結柱狀巖心，直徑2.5 cm，長8 cm，滲透率為（300～1 500）×10-3μm2。

實驗儀器：美國Brookfield DV-Ⅲ型黏度計，HYA100DX型恒壓恒速驅替泵，HYZB-Ⅱ型環壓自動跟蹤泵；EDWARDS RV12型真空泵，HYXS-Ⅱ型恒溫箱。

1.2 實驗方法

調剖劑成膠性能評價方法。將雙河現場污水與BHY聚合物干粉配制成溶液，放置在轉樣瓶中并將其抽真空，控制溶液中的溶解氧濃度小于 0.1 mg/L（用測氧管測量）。

將有機醛交聯劑轉入轉樣瓶，混合均勻后轉入安剖瓶，用酒精噴燈燒封。將安剖瓶置于95 ℃恒溫箱中老化，間隔一定時間，取出安培瓶，測定不同老化時間時交聯聚合物溶液的黏度（用Brookfield黏度計在30 ℃、6 r/min條件下測量）。

物模實驗方法。巖心烘干后測量尺寸，裝入巖心夾持器，抽真空，飽和水，水測滲透率，注入設計配方的交聯聚合物溶液5 PV，在95 ℃恒溫箱中老化侯凝10 d后，將巖心取出，清洗巖心端面，重新裝回巖心夾持器，再次水測滲透率。

2 調剖體系成膠性能的影響因素

2.1 交聯劑濃度對調剖體系成膠性能的影響

使用BHY聚合物和有機醛交聯劑，聚合物濃度固定在1 500 mg/L，交聯劑濃度為30～ 400 mg/L，進行成膠性能評價。實驗溫度為95 ℃(表3)。

表3 交聯劑濃度對調剖體系成膠性能的影響

從表 3中可以看出，當交聯劑濃度為 30 mg/L時，調剖體系未見明顯成膠現象，僅在老化7～ 10 d時，黏度小幅上升。而當交聯劑濃度為50 mg/L時，老化 5 d后調剖體系黏度開始明顯上升，并且老化10 d后成膠黏度基本穩定，達到278 mPa·s。當交聯劑濃度增加到200 mg/L時，老化3 d后調剖體系黏度開始快速上升。當交聯劑濃度增加到400 mg/L時，僅需1天交聯聚合物體系即出現明顯的成膠現象。因此，交聯劑濃度的大小，是決定交聯聚合物溶液體系能否成膠以及成膠速度的關鍵因素。當聚合物濃度不變時，交聯劑濃度越高，調剖體系成膠反應越快，成膠黏度越大。在聚合物濃度為1 500 mg/L時，要保證調剖體系成膠，則交聯劑濃度要達到50 mg/L以上。交聯劑濃度為50～ 400 mg/L變化時，交聯聚合物體系成膠時間為1～ 5 d，成膠黏度為160～2 000 mPa·s。

2.2 聚合物濃度對調剖體系成膠性能的影響

使用BHY聚合物和有機醛交聯劑，交聯劑濃度固定為100 mg/L，聚合物濃度為800～1 800 mg/L，進行成膠性能評價，實驗溫度為95 ℃(表4)。

表4 聚合物濃度對調剖體系成膠性能的影響

從表 4中可以看出，聚合物濃度為 800～1 800 mg/L變化時，調剖體系均可以成膠。當聚合物濃度為800～1 000 mg/L時，交聯聚合物體系需5 d時間才開始成膠，7～10 d后黏度逐漸上升到150 mPa·s以上，老化30 d后體系黏度達到232～251 mPa·s，老化120 d后體系黏度維持在209～235 mPa·s。當聚合物濃度為1 500～1 800 mg/L時，交聯聚合物體系需3 d時間才開始成膠，老化30 d后體系黏度達到339～606 mPa·s，老化120 d后體系黏度維持在287～523 mPa·s。聚合物的濃度越高，交聯反應越快且成膠黏度越高。當交聯劑濃度固定為100 mg/L時，聚合物濃度增加至1 500 mg/L以上時，交聯聚合物體系成膠反應速度加快，成膠黏度明顯增大。

2.3 溶解氧含量對調剖體系成膠性能的影響

在高溫條件下，溶液中的溶解氧會引起交聯聚合物調剖體系中的聚合物發生明顯的熱氧降解反應，從而影響調剖體系的成膠性能。在95 ℃下進行成膠實驗，考察高溫條件下溶解氧含量（0.3～6 mg/L）對調剖體系（聚合物1 500 mg/L＋交聯劑100 mg/L）成膠性能的影響，成膠實驗結果見表5。

從表5的實驗數據看出，在95 ℃高溫下，當溶解氧濃度為 2～6 mg/L時，調剖體系始終無法成膠。調剖體系老化1 d后黏度即開始下降，30 d后體系黏度只有 11.7～32 mPa·s。而當溶解氧濃度為 0.9 mg/L時，調剖體系黏度在保持穩定的同時，略有上升。只有當體系氧濃度為0.3 mg/L時，調剖體系才表現出良好的成膠性能，體系黏度 5 d后開始快速上升，達到初始黏度的3倍左右，30 d后體系黏度上升為初始黏度的6倍左右，并在老化超過60 d后仍然具有較高的黏度。實驗結果表明，溶解氧濃度對交聯聚合物調剖體系的成膠性能影響很大。要保證交聯聚合物體系的成膠性能，配制時必須除氧，溶解氧濃度應控制在0.5 mg/L以下。

表5 溶解氧含量對交聯聚合物體系成膠性能的影響

2.4 溫度對調剖體系成膠性能的影響

固定交聯聚合物調剖體系配方為聚合物 1 500 mg/L＋交聯劑 100 mg/L，溫度為 80～100 ℃時考察調剖體系在不同老化時間下的黏度，分析調剖體系的熱穩定性和耐溫性能，實驗結果見表6。

表6 溫度對交聯聚合物體系成膠性能的影響

從表6看出，溫度為80～100 ℃時，調剖體系均可以成膠，耐溫性能以及長期熱穩定性能良好。隨著溫度的增加，調剖體系成膠時間縮短，成膠黏度略有增大。在100 ℃條件下，調剖體系老化3 d后黏度即開始快速上升，老化30 d后黏度上升至373 mPa·s，而在80 ℃條件下，則需要老化7d后黏度才開始上升，老化30 d后體系黏度達到196 mPa·s。

3 調剖體系注入性能及封堵性能評價

圖1 調剖體系在不同滲透率巖心里的注入壓力變化

3.1 調剖體系注入性能評價

調剖體系必需具備良好的注入性能，否則調剖體系無法有效注入到指定層位，可能會造成近井地帶的堵塞，對調剖效果造成不利影響。通過注入壓力隨巖心孔隙體積倍數變化的曲線特征可以對調剖體系的注入性能進行評價。如果注入壓力上升變化平穩，說明體系的注入性良好；若注入壓力急劇升高并且難以趨于穩定，表示體系的注入性較差。

以0.5 mL/min的注入速度，將調剖體系（聚合物1 500 mg/L＋交聯劑100 mg/L）分別注入空氣滲透率為 1.571 μm2、1.091 μm2、0.561 μm2和 0.275 μm2的高、中、低滲透率巖心，定時監測注入壓力和流速變化，直到注入壓力基本上平穩后結束（圖1）。

從圖 1可以看出，滲透率為 1.091～1.571 μm2的中、高滲透巖心里，注入3～5 PV的調剖體系后注入壓力趨于平緩，而在0.275～0.561 μm2的中、低滲透巖心里，注入5 PV調剖體系后注入壓力仍然有上升趨勢，直至注入量達到7～8 PV后，注入壓力才趨于平緩。在體系配方濃度相同的條件下，巖心滲透率越高，調剖體系的注入壓力越低，注入壓力達到平衡所需時間越短，且變化越平緩，注入性和流動性越好。在低滲透率巖心中調剖體系的注入壓力較高，流動阻力較大，注入性和流動性與高滲透率巖心相比較差。這說明在相同注入壓力下，調剖體系應該是優先進入中、高滲透層位。

3.2 調剖體系封堵性能評價

調剖體系必需具備良好的封堵性能，才能對目的層進行有效的封堵，促使液流轉向，從而達到調整剖面的目的。交聯聚合物調剖體系（聚合物1 500 mg/L+交聯劑100 mg/L）在不同滲透率巖心中的阻力系數、殘余阻力系數以及封堵效率見表7。

表7 調剖體系在不同滲透率巖心中的阻力系數及封堵效率

從表7可以看出，當交聯聚合物體系配方一定時，隨著滲透率的增高，阻力系數降低，說明交聯聚合物優先進入高滲透率層，對非均質油層具有選擇性進入能力。隨巖心滲透率增高，交聯聚合物溶液的殘余阻力系數增加，封堵效率增大，說明交聯聚合物調剖體系優先封堵高滲層，對于高滲透巖心的封堵作用比對低滲透巖心的封堵效果更明顯，對非均質油層具有選擇性封堵能力。

4 結論和認識

（1）有機醛交聯聚合物調剖體系成膠黏度可控，耐溫性能良好，具有很好的長期熱穩定性，適用于高溫油藏。

（2）溶解氧濃度對有機醛交聯聚合物調剖體系的成膠性能影響較大，配置時必須嚴格控制溶解氧濃度在0.5 mg/L以下，才能保證調剖體系成膠。

（3）有機醛交聯聚合物調剖體系在廣泛的滲透率范圍內注入性良好，能夠進入地層深部。交聯聚合物溶液更容易進入高滲透率層，對非均質油層具有選擇性進入能力，對于高滲透巖心的封堵效果比對低滲透巖心的封堵效果更明顯。

[1] 孔柏嶺，吳天亞，昌潤珍，等．微凝膠與聚合物組合驅復合效應研究及礦場應用[J]．油田化學，2012，29（1）：43–47．

[2] 皇海權，吳天亞，孔柏嶺，等．河南油田化學驅技術的研究與應用[J]．石油地質與工程，2012，26（1）：95–97．

[3] 樊中海，呂連海．河南油田聚合物驅礦場實踐及經濟效益淺析[J]．河南石油，1999，13（6）：1–6．

[4] 孔柏嶺，丁榮輝，唐金星，等．河南油田改善聚合物應用效果的技術途徑[J]．油田化學，2005，22（3）：237–240．

[5] 張還恩，呂茂森，張金鈴，等．耐溫抗鹽的醛交聯聚合物弱凝膠成膠時間的控制[J]．油田化學，2003，20（2）：152–153．

[6] 呂曉華，肖磊，張晉悅，等．河南油田耐高溫聚合物性能評價及篩選[J]．油田化學，2012，29（3）：307–311．

[7] 黃德勝，齊寧，姜慧，等．高溫油藏深部復合調剖技術研究[J]．西南石油大學學報，2014，29（3）：68–72．

[8] 林楊，皇海權，王琦，等．高濃度、大段塞聚合物驅技術室內研究及礦場應用[J]．油田化學，2014，31（2）：274–277．

[9] 馬艷，呂曉華，皇海權，等．雙河油田高溫油藏調剖劑研究及應用[J]．河南石油，2003，17（4）：32–34．

[10] 祖莉華，任紅海，曹斌，等．河間東營油田高溫油藏聚合物凝膠調驅體系室內優化[J]．新疆石油地質，2015，36（2）：204–207．