低初始黏度可控凝膠調堵劑的研制及性能評價*

周 泉，李 萍，哈俊達，王 力，呂 杭

（1.中國石油大慶油田采油工程研究院油田化學室，黑龍江 大慶 163453；2.中國石油大慶油田第三采油廠，黑龍江 大慶 163000）

0 前言

經過長期的聚合物驅油開采，油藏的油層非均質性更加凸顯，聚合物溶液優勢滲流通道竄流指進［1-5］。大慶油田聚合物驅后20口密閉取心井資料表明，聚合物驅后優勢滲流通道厚度比例為16.9%。吸水及產液剖面表明，優勢通道厚度比例接近20%，吸水比例達到了50%，低效循環嚴重且存在范圍廣。僅增加調堵劑體系的成膠黏度已經無法滿足流度控制的需求，必須在調、堵的基礎上擴大波及體積，優先封堵地層深部高滲透層、低殘油優勢滲流通道，控制無效循環，提高中、低滲透層的驅油效率，達到“堵、調、驅”的有機結合［6-7］。

目前的常規凝膠調堵劑的初始黏度（50 mPa·s以上）高，注入地層后易污染中、低滲透帶，且壓力上升較快，無法實現油層深部定點調堵。巖心實驗亦表明，當調堵劑的黏度大于20 mPa·s 時，進入中低滲透層調堵劑的量約為進入高滲透層的84%，會對中低滲透層造成嚴重污染［8-10］。為了延緩凝膠調剖劑交聯時間，在聚合物、交聯劑組成的凝膠調剖劑體系中加入緩凝劑，交聯劑可與緩凝劑形成逐級緩慢水解的絡合中間體，增加交聯反應步驟，延長交聯時間；在此基礎上再加入其它功能性助劑從而保證體系的成膠強度。本文報道了一種以相對分子質量2500 萬的部分水解的陰離子型聚合物、金屬離子交聯劑、調節劑、緩凝劑、增強劑組合的低初始黏度可控凝膠調堵體系，對其性能進行了評價。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

聚合物LH2500：相對分子質量2500×104，水解度25%，固含量90%，工業品，大慶煉化公司；金屬離子螯合交聯劑CYJL：有效離子含量2.5%，工業品，大慶輻照中心；檸檬酸（調節劑），分析純，有效含量99.8%，廊坊鵬彩精細化工有限公司；亞硫酸鈉（緩凝劑），分析純，有效含量99%，遼寧泉瑞試劑有限公司；多聚磷酸鈉（增強劑），分析純，有效含量99.5%，國藥集團化學試劑有限公司；配液用水為現場回注污水，礦化度5522 mg/L，離子質量濃度（單15.27；實驗用巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，水測滲透率為0.4數 4.5 μm2。

AR2000ex 型高黏流變儀（沃特世科技（上海）有限公司）；30-60 型高速混調器（美國EMECO 公司）；ISCO-260D 高精度計量驅替泵（美國TELEDYNE ISCO 公司）；BHC-II 型巖心抽空飽和裝置（江蘇華安科研儀器有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 成膠性能測定

用現場回注污水配制質量濃度為6000 mg/L的聚合物母液，然后取部分母液稀釋到實驗所要求的濃度；將交聯劑CYJL、檸檬酸（調節劑）、亞硫酸鈉（緩凝劑）、多聚磷酸鈉（增強劑）溶解后加入聚合物溶液中，攪拌均勻倒入廣口瓶中。用高黏流變儀在溫度45℃、剪切速率4.51 s-1下測定體系的初始黏度，然后放入45℃干燥箱內，在一定時間后取出測定黏度，觀察成膠情況。

1.2.2 封堵性能測定

封堵實驗步驟如下：巖心水驅，待壓力穩定計算封堵前滲透率→注入2 PV 低初始黏度可控凝膠→候凝（45℃、候凝10 d）→后續水驅10 PV，根據后續水驅10 PV時的穩定壓力計算封堵后巖心的滲透率，根據封堵前后的滲透率計算封堵率，根據水測滲透率時的穩定壓力及后續水驅10 PV時的穩定壓力計算殘余阻力系數，驅替流量為4 mL/min。

1.2.3 巖心驅替實驗

三層巖心驅替實驗具體步驟如下：水驅1 PV—聚合物驅0.57 PV—聚合物驅后水驅1 PV—低初始黏度凝膠驅0.1 PV—后續水驅2 PV，所用凝膠體系為：1000 mg/L聚合物+2000 mg/L交聯劑+200 mg/L調節劑+100 mg/L緩凝劑+200 mg/L增強劑。

2 結果與討論

2.1 聚合物濃度對成膠性能的影響

聚合物濃度對低初始黏度可控凝膠調堵劑成膠性能的影響見表1，交聯劑濃度2000 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，調節劑濃度200 mg/L，增強劑濃度200 mg/L。隨著聚合物濃度的增加，體系的初始黏度（3 d 的黏度）增加，成膠黏度提高，低黏度周期（黏度保持在300 mPa·s以內的時間）縮短。聚合物濃度為200 mg/L 時，體系不能成膠；聚合物濃度達到1500 mg/L 時體系的初始黏度大于10 mPa·s，低黏度周期大大的縮短，只有10 d；而濃度為500 mg/L與1000 mg/L 時體系的初始黏度小于10 mPa·s，低黏度周期均為20 d 左右。因此選取聚合物濃度為500數 1000 mg/L。

2.2 交聯劑濃度對成膠性能的影響

交聯劑CYJL濃度對低初始黏度可控凝膠調堵劑成膠性能的影響見表2。聚合物濃度500 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，調節劑濃度200 mg/L，增強劑濃度200 mg/L。在聚合物濃度相同的情況下，隨著交聯劑濃度的增大，體系的初始黏度變化不大，但是成膠黏度增大，低黏度周期縮短。交聯劑濃度為3000 mg/L時，其初始黏度大于10 mPa·s，低黏度周期僅為10 d；交聯劑的使用濃度為500 mg/L 時，體系不能成膠。因此選取交聯劑濃度為1000數2500 mg/L。

表1 聚合物濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

表2 交聯劑濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

2.3 調節劑濃度對成膠性能的影響

調節劑濃度對低初始黏度可控凝膠調堵劑成膠性能的影響見表3，聚合物濃度500 mg/L，交聯劑濃度2000 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，增強劑濃度200 mg/L。隨著調節劑濃度的增加，體系的初始黏度降低。調節劑濃度為0 mg/L 時，體系初始黏度沒有降低的過程，并且初始黏度大于10 mPa·s；調節劑濃度為800 mg/L 時，體系初始黏度小于 10 mPa·s，但是其成膠黏度只有150 mPa·s 左右，屬于弱凝膠。因此選取調節劑濃度為200數500 mg/L。

2.4 緩凝劑濃度對成膠性能的影響

緩凝劑亞硫酸鈉濃度對低初始黏度可控凝膠調堵劑成膠性能的影響見表4，聚合物濃度500 mg/L，交聯劑濃度2000 mg/L，調節劑濃度200 mg/L，增強劑濃度200 mg/L。隨著緩凝劑用量增加，體系低黏度維持周期逐漸延長，但是成膠黏度降低；緩凝劑濃度為50 mg/L時，體系低黏度周期僅為10 d；緩凝劑濃度200 mg/L 時，體系的低黏度周期為40 d，但是60 d 時的成膠黏度僅為350 mPa·s，緩凝時間過長。因此選取緩凝劑濃度為100數150 mg/L。

2.5 增強劑濃度對成膠性能的影響

增強劑多聚磷酸鈉濃度對低初始黏度可控凝膠調堵劑成膠性能的影響見表5，聚合物濃度500 mg/L，交聯劑濃度2000 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，調節劑濃度200 mg/L。隨著增強劑濃度的增加，體系的低黏度周期縮短，成膠黏度增加。當增強劑濃度為0 mg/L 時，體系的低黏度周期達到30 d 以上，但是體系的成膠黏度小于1000 mPa·s；當增強劑濃度達到300 mg/L時，體系的成膠黏度雖然達到3115 mPa·s，但是其低黏度周期小于20 d。因此選取增強劑濃度100數200 mg/L。

表3 調節劑濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

表4 緩凝劑濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

表5 增強劑濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

2.6 體系的耐礦化度性能

向現場回注污水里加入不同量的氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂，使得水里各項離子濃度和分別為10000數50000 mg/L，配制成不同礦化度的水，用配好的不同礦化度水配制低初始黏度可控凝膠體系。礦化度對低初始黏度可控凝膠體系（500 mg/L聚合物+2000 mg/L 交聯劑+200 mg/L 調節劑+100 mg/L 緩凝劑+200 mg/L 增強劑）成膠性能的影響見圖1。當礦化度在10000數50000 mg/L 時，隨著礦化度的增大，低黏度周期并未有明顯變化，低初始黏度可控凝膠體系均可成膠，但成膠黏度隨之降低?？紤]到低初始黏度凝膠的成膠黏度，建議低初始黏度凝膠的適用礦化度為10000數20000 mg/L。

圖1 礦化度對低初始黏度可控凝膠調堵劑體系成膠性能的影響

2.7 體系的pH值適應范圍

分別向配制好的低初始黏度可控凝膠體系里加入一定量的質量分數為10%的氫氧化鈉溶液，使得溶液的pH值分別為7數11。pH值對低初始黏度可控凝膠體系成膠性能的影響見圖2。當pH 值為11時，低初始黏度可控凝膠體系不能成膠；當pH值為7 和10 時，體系雖然能夠成膠，但是低黏度周期大大縮短，只有5 d左右；當pH值在8數9之間時，體系初始黏度小于10 mPa·s 且低黏度周期達到30 d左右，成膠黏度達到2500 mPa·s以上。因此該體系的pH值適應范圍為8數9。

圖2 pH值對低初始黏度可控凝膠調堵劑體系成膠性能的影響

2.8 體系對巖心封堵性能

低初始黏度可控凝膠體系對不同滲透率巖心的封堵效果如表6所示，其中，1號、2號所用凝膠體系為：1000 mg/L聚合物LH2500+2500 mg/L交聯劑CYJL+200 mg/L 檸 檬 酸 +150 mg/L 亞 硫 酸 鈉+200 mg/L 多聚磷酸鈉，3 號、4 號所用凝膠體系為：500 mg/L 聚合物 LH2500+2000 mg/L 交聯劑 CYJL+200 mg/L 檸檬酸+100 mg/L 亞硫酸鈉+200 mg/L 多聚磷酸鈉。低初始黏度可控凝膠調堵劑對水測滲透率為0.48數3.9 μm2的巖心封堵率均在99%以上，殘余阻力系數為95.6數396.1，這說明低初始黏度可控凝膠調堵劑對巖心的封堵效果很好。

表6 低初始黏度可控凝膠在不同滲透率巖心的封堵性能

2.9 三層巖心實驗

低初始黏度可控凝膠體系對滲透率分別為0.2、0.8和2.0 μm2的3塊并聯巖心的分流率如表7所示，所用凝膠體系為：1000 mg/L 聚合物LH2500+2000 mg/L 交聯劑 CYJL+200 mg/L 檸檬酸+100 mg/L 亞硫酸鈉+200 mg/L多聚磷酸鈉。注入凝膠時，中、低滲透層分流率與水驅時的相當，凝膠主要進入高滲透層，對中、低滲透層污染少；注入凝膠后，高、中、

低滲透層分流率都得到了很好的改善，高滲層的分流率降為0.7%，低滲層的分流率增為14.2%，中滲透層的分流率增為85.1%，中、低滲透層的改善效果明顯提升。

表7 低初始黏度可控凝膠三層巖心分流率實驗效果

3 結論

配方為500數1000 mg/L 聚合物LH2500+1000數 2500 mg/L 交聯劑CYJL+200數 500 mg/L 檸檬酸+100數150 mg/L亞硫酸鈉+100數200 mg/L多聚磷酸鈉的低初始黏度可控凝膠體系的初始黏度（1數 3 d）小于10 mPa·s，成膠時間10數 40 d 內可控，成膠黏度在2000 mPa·s 以上。該體系耐礦化度可達20000 mg/L，應用pH范圍為8數9。

低初始黏度凝膠調堵劑體系的初始黏度低、對中、低滲透層污染少；成膠時間長，封堵強度高，可滿足深部封堵的需要。