乳液型聚合凝膠調驅體系性能評價*

易文君，劉文輝，李 翔，鐵磊磊，侯吉瑞，趙鳳蘭

（1.中國石油大學（北京）提高采收率研究院，北京 102249；2.中國石化海相油氣藏開發重點實驗室，北京 102249；3.石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；4.中海油田服務股份有限公司，天津 300450）

海上油田平臺生產作業空間有限、生產井距大、井段長，淡水缺乏。由于海上水驅采收率僅18%數25%，采取的強注強采等措施既不利于水驅，又會加劇油藏非均質性及水驅指進程度［1-5］。當油田開采進入中后期，由于地層的非均質性強，注入水大部分被高滲透層及層內微觀孔隙吸收，導致較低的波及體積和驅油效率［6-8］。為了提高注入水的波及體積和驅油效率，將中低滲透層中仍有高含量的儲油開采出來，通常向注水井中加入化學劑，對高滲透層進行一定程度的封堵［9-11］。目前陸上油田應用的調剖堵水、深部調剖（調驅）技術不能滿足海上平臺作業要求，需深入開展適合海上油田特點的調剖堵水技術研究［12］。

弱凝膠體系調驅技術是通過降低油田高滲透層滲透率、提高水驅波及系數、改善水驅開發效果來實現原油穩產的重要手段［13］，是在本體凝膠和膠態分散凝膠的基礎上發展起來的一種調剖劑，由交聯劑和低濃度的聚合物組成，以分子間交聯為主及分子內交聯為輔的三維網絡結構交聯體系［14］。弱膠型調剖劑的控水増油機理為：封堵高滲條帶，使注入水繞流至中、低滲透層，起到調剖作用［15-16］；弱交聯強度的凝膠在后續注入水的推動下在高滲透層中緩慢運移，起到驅油作用［17］。因此，弱凝膠型調剖劑具有良好的液流導向性和控速性，在水驅油藏中起到調剖和驅油的雙重作用，可以作為海上油田的調驅劑［18-19］。目前實驗室關于乳液型聚合物抗剪切性、穩定性的研究大多基于靜態實驗，本文通過1 m填砂模型封堵性實驗進一步研究了乳液型聚合凝膠調驅體系的抗剪切性、穩定性及對填砂模型的封堵性，并比較了乳液型聚合物凝膠體系對不同滲透率巖心的驅油能力。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

ZX-20乳液型聚合物，水解度20%、相對分子質量1500×104，墾利油田現場；交聯劑I（苯酚）、交聯劑II（烏洛托品），北京慶凱華豐科技開發有限公司；墾利海上油田模擬地層水，礦化度4400 mg/L，含4000 mg/L CaCl2、400 mg/L NaCl；填砂模型露頭砂，0.125 mm（120 目），江蘇拓創科研儀器有限公司；人造均質巖心，長0.300 m、寬0.045 m、高0.045 m，氣測滲透率分別為1000×10-3、3000×10-3、5000×10-3μm2；聯合站原油配制的模擬油，在65℃下的黏度為88.7 mPa·s。

BSA224S 型天平，德國 Saorius 公司；EURO-ST 20 D S025攪拌器，德國IKA公司。MCR301型界面流變儀，奧地利Aton Paar 有限公司；多測壓點填砂模型，江蘇海安石油科研儀器有限公司，工作壓力0數15 MPa，直徑2.5 cm、長100 cm，填砂模型主體上設計了7 個測壓點，分別位于距離注入端5、10、25、35、50、65和80 cm處，實時監測注入動態狀況，本實驗封堵條件下選取的測壓點為10、35、50 和80 cm，實驗流程圖見圖1。驅油裝置如圖2所示，含巖心夾持器1個，活塞式中間容器3個，六通閥2個，管線若干，手動計量泵1個，高精度壓力傳感器及配套計算機設備等。

圖1 聚合物弱凝膠封堵性能評價實驗流程圖

圖2 驅油裝置示意圖

1.2 實驗方法

（1）黏度的測定

在恒速攪拌（400 r/min）的燒杯中配制100 mL 2000 mg/L 的乳液型聚合物溶液。同樣，按照交聯劑比例配制乳液型聚合物凝膠體系200 mL；置于65℃恒溫箱內熟化24 h 后，選用界面流變儀19686轉子，在剪切速率為7.34 s-1的條件下測量乳液型聚合物的黏度；將聚合物溶液或凝膠體系放入65℃恒溫箱中，測量不同時間段乳液型聚合物和乳液聚型合物凝膠體系的黏度。放置一段時間后的黏度與配液24 h的初始黏度之比即為黏度保留率。

（2）填砂模型封堵實驗

選取目標油層對應的露頭砂，抽真空，飽和地層水，計算孔隙體積，再按達西定律測量填砂模型水測滲透率；將其放入65℃恒溫箱中，分別以0.4、0.65、0.9 mL/min（等效滲流速率分別為3、5、7 m/d）的流速向填砂模型內注入地層水，至模型內部壓力平穩；同時以相同的流速向填砂模型中分別注入0.35 PV乳液型聚合物前置段塞、0.4 PV熟化后的乳液型聚合物弱凝膠調驅體系及0.1 PV 乳液型聚合物后置段塞，記錄驅替過程中壓力的變化；關閉注入端和采出端，在65℃恒溫箱中放置20 d后再次以相同的流速向填砂模型內注入后續水，記錄驅替過程中壓力的變化。

（3）乳液型聚合物驅油性能評價

建立束縛水，測量巖心水測滲透率，將巖心置于65℃恒溫箱內飽和油，老化48 h，再按篩選出的流量水驅至含水率98%，計算水驅效率；注入0.5 PV熟化后的凝膠段塞，記錄出口端的出油量，計算注入弱凝膠過程中的驅油效率；密閉放置15 d，在相同流量下繼續水驅至含水率98%。對比相同注入速率下，滲透率為 1000×10-3、3000×10-3和5000×10-3μm2巖心驅油的采出程度。

2 結果與討論

2.1 乳液型聚合物凝膠體系篩選

2.1.1 乳液型聚合物的穩定性

乳液型聚合物溶液黏度隨時間的變化見圖3。乳液型聚合物溶液黏度在放置5數10 d 的變化較小，10 d后溶液黏度隨時間的延長緩慢下降，31 d時乳液型聚合物的黏度保留率為71.15%。

圖3 乳液型聚合物溶液黏度隨時間的變化

2.1.2 交聯劑加量

交聯劑對聚合物凝膠體系黏度的影響見表1。從表1數據可見，實驗4 和實驗2 的成膠時間最長，分別為8 d 和7 d；從成膠黏度來看，實驗2、3 和4 的成膠黏度分別為771、815、911 mPa·s，其中實驗4中交聯劑1 和交聯劑2 的質量比為2∶3，成膠黏度最大，交聯劑用量最少；從成膠穩定性來看，實驗4 成膠10 d 后的黏度保留率最高。實驗5 中凝膠體系10 d后的黏度保留率較低，且成膠時間較短，不符合弱凝膠調驅體系要求。乳液型聚合物凝膠體系適合的配方為：0.06%交聯劑I+0.09%交聯劑II+2000 mg/L乳液型聚合物，后續實驗均按此配方進行。

表1 交聯劑加量對聚合物凝膠體系黏度的影響

2.2 乳液型聚合物凝膠的封堵性

乳液型聚合物凝膠體系封堵實驗中填砂管物理模型參數如表2所示。填砂模型水測滲透率分別為5165×10-3、5216×10-3、5198×10-3μm2，孔隙度分別為41.78%、40.76%、41.78%，符合海上油田高孔高滲的油藏特點。

表2 不同注入速率封堵實驗填砂管物理模型參數

由填砂管模型封堵性評價實驗結果（表3）可見，注入速率為3 m/d時，水驅突破時各測點壓力分別為1345.45、1277.95、940.59、622.46 kPa，填砂管模型入口端封堵率達到95.44%，但出口端封堵率只有83.12%。由于注入速率過慢，后續水驅過程中出現前端突破壓力過高，而后端突破壓力低，造成填砂模型前端封堵性能好而后端封堵性能差的現象。注入速率為5 m/d 時，水驅突破時各測點壓力分別為1405.34、1382.24、1202.82、945.13 kPa，填砂模型出口端的封堵率為90.17%，且沿程封堵率均超過90%，封堵性能相對較強，乳液型聚合物凝膠體系在模擬地層環境下具有一定的抗剪切性。注入速率為7 m/d時，水驅突破時各測點壓力分別為1389.48、1273.66、1069.55、897.34 kPa。由于注入速率過快，造成注入凝膠體系過于分散，后續水驅過程中壓力下降較快，且壓力值明顯低于3 m/d及5 m/d的填砂模型，沿程封堵率約80%，乳液型聚合物凝膠體系封堵性能相對較弱。注入速率較低，沿程封堵率差別大，段塞深部封堵性減弱；注入速率較高，沿程封堵率較低，體系耐沖刷能力下降，封堵性變弱；水驅、乳液型聚合物弱凝膠體系驅適宜的注入速率為5 m/d。

表3 距注入端不同距離乳液型聚合物凝膠的封堵率

2.3 乳液型聚合物凝膠的驅油性能

由均質巖心驅油實驗結果（表4）可見，注入相同乳液型聚合物凝膠段塞（0.5 PV）后，滲透率為1000×10-3、3000×10-3及5000×10-3μm2的巖心采出程度增幅分別為8.32%、16.95%和20.78%，采出程度增幅差異明顯。相同注入量下，隨著滲透率的增大采出程度增幅逐步增加。巖心滲透率降低，孔隙半徑減小，凝膠體系受多孔介質的剪切效果增強，封堵效果減弱。巖心滲透率為5000×10-3μm2時，乳液型聚合物凝膠的驅油效果較好。

表4 乳液型聚合物凝膠均質巖心驅油實驗結果

由圖4可見，滲透率為5000×10-3μm2的巖心一次水驅過程中，含水率隨水驅注入量增加而上升，最終達98%，采出程度曲線逐漸趨于平穩值47%；注入前置段塞過程中，由于注入段塞黏度增加，隨注入量的增加，注入壓力增大，瞬時含水率下降至82%；注膠過程中，隨注入量的增加，瞬時含水率降低至83.3%，采出程度相應增加；后續水驅過程中，瞬時含水率降至79%，注入壓力快速攀升至893 kPa，隨注入量的增加，含水率逐漸上升至98%，壓力逐漸趨于平緩，采出程度逐漸穩定。可見，乳液型聚合物凝膠體系能封堵高滲通道。

圖4 滲透率為5000×10-3 μm2巖心的驅油曲線

3 結論

乳液型聚合物穩定性良好。由乳液型聚合物和兩種交聯劑組成的弱凝膠體系成膠過程緩慢，成膠后具有良好的黏度保留率，滿足海上油田深部調驅要求。乳液型聚合物凝膠封堵1 m填砂模型時合適的注入速率為5 m/d，既能保持較高且接近的沿程封堵率，又具有一定的耐沖刷能力。聚合物凝膠可封堵高滲通道，對5000×10-3μm2滲透率巖心的驅油效果較好。