環保型無機沉淀轉向劑性能特點及調驅能力研究

劉文輝

（中海油田服務股份有限公司研發應用部，天津300450）

改善油田水驅開發效果的主要技術手段是擴大波及體積，礦場常用的擴大波及體積技術包括聚合物驅、多元復合驅和弱凝膠調驅等［1-3］。近年來，隨著油價走低、高溫高鹽油藏開發規模擴大及綠色環保開發油田的需要，環保型、低成本和耐溫耐鹽型調剖劑的需求日益增加，而現有聚合物凝膠和有機顆粒等調剖劑其耐溫和抗鹽性都無法滿足此要求［4-8］。

在高鹽油藏高滲透儲層內富含二價金屬陽離子的地層水，通過向儲層注入引發劑，二者在巖石孔隙內相遇發生化學反應，形成無機沉淀，造成孔隙過流斷面減小，滲流阻力增加，最終促使后續液流轉向進入中低滲透層。在環境友好的前提下，達到擴大波及體積和提高采收率的目的。本源無機凝膠調剖技術（簡稱“OMGL”）在中國塔里木輪南、柴達木躍進、大港和中原等油田做了礦場試驗，取得較好增油降水效果［9-12］。對于低礦化度油藏，因地層水內二價金屬陽離子含量不高，所以需要人工補充，但這方面研究工作報道不多。針對海上油田深部調剖技術需求，本文擬以渤海油藏為模擬對象，開展無機沉淀體系性能特點及其調驅能力實驗研究，以期為無機沉淀調驅實驗研究及礦場試驗提供參考依據。

1 實驗條件

1.1 實驗材料

層內沉淀生成藥劑包括主劑Na2SiO3和助劑無水CaCl2，分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。

實驗用水為渤海油田S區塊、L區塊、D區塊模擬注入水和模擬海水，分別用“水型Ⅰ”、“水型Ⅱ”、“水型Ⅲ”和“水型Ⅳ”表示，其離子組成分析如表1所示。

表1 溶劑水離子主要化學組成 mg/L

1.2 實驗設備

實驗用巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造巖心［8-9］，其中封堵效果實驗用均質巖心滲透率Kg分別為 0.5、1、3、6、10 μm2； 寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×60 cm。調剖增油效果及其影響因素實驗用巖心為非均質巖心，包括高、中、低3個滲透層，其滲透率Kg分別為 6、2、0.3 μm2；寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×60 cm。

層內沉淀調驅劑巖心封堵效果實驗裝置包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。可視化微觀模型是由2塊有機玻璃板黏合而成，其實物照片見圖1。模型包括兩個注入端和一個采出端，其中溝槽寬度分別為1mm（采出端）和0.5mm（注入端）。

圖1 可視化微觀模型實物照片

2 結果分析

2.1 沉淀調驅劑性能試驗結果

硅酸鈉母液和水型Ⅰ混合后可形成整體或分散凝膠。針對0.015～0.5 mol/L的硅酸鈉母液+水型Ⅰ體系（65℃），凝膠為白色絮狀形態或白色半透明液體，密度與水接近，以整體或微粒形式分散懸浮于水中，如圖2所示。

圖2 層內沉淀調驅劑外觀

圖3為主劑與助劑溶液混合后生成物微觀結構照片（350倍）。從圖3可以看出，主劑與助劑混合初期即可形成絮狀物，之后生成物開始擴散，30 min后擴散基本停止。該絮狀物可吸附于巖石骨架表面形成涂層，導致孔隙過流斷面減小幅度較大，進而增大流動阻力。當實驗溫度升至90℃時，成膠黏度、強度和成膠時間隨溫度升高時的變化不大，仍符合圖2和圖3所示的趨勢。因此，該體系黏度對溫度變化不敏感，耐溫性較好，可用于高鹽高溫油藏。

圖3 不同時間下生成物的微觀形態照片

2.2 層內沉淀物封堵效果及其影響因素

2.2.1 巖心滲透率的影響

在實驗用水“水型Ⅰ”和硅酸鈉溶液濃度為0.02 mol/L條件下，巖心滲透率對封堵效果影響實驗結果見表2。從表2可以看出，隨巖心滲透率增加，封堵率增大，封堵效果顯著提升。由此可見，層內沉淀物調剖技術尤其適合于存在特高滲透條帶儲層的液流轉向作業。

表2 巖心滲透率對封堵效果影響實驗結果

2.2.2 主劑濃度的影響

在實驗用水“水型Ⅰ”和巖心滲透率Kg=3 μm2條件下，考察了硅酸鈉溶液濃度對封堵效果的影響，結果見表3。從表3可以看出，在巖心滲透率基本相同的條件下，隨硅酸鈉溶液濃度增加，封堵率增大，封堵效果顯著提升。當藥劑濃度大于0.03mol/L時，封堵率增幅減小。從技術經濟角度考慮，推薦主劑濃度范圍為0.02～0.03 mol/L。

表3 硅酸鈉溶液濃度對封堵效果影響實驗結果

2.2.3 儲層溫度的影響

在實驗用水“水型Ⅰ”和層內沉淀藥劑濃度為0.03 mol/L的條件下，考察了儲層溫度對封堵效果的影響，結果見表4。從表4可以看出，隨著地層溫度升高，層內沉淀物對儲層的封堵率變化不大。由此可見，層內沉淀調剖技術可應用于較高溫度的油藏。

表4 儲層溫度對封堵效果影響實驗結果

2.2.4 地層水礦化度的影響

在層內沉淀藥劑濃度為0.03 mol/L條件下，考察了注入水礦化度對封堵效果的影響，結果見表5。從表5可見，對于水型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，地層水中鈣鎂離子含量接近，層內沉淀體系的封堵率相差不大。水型Ⅳ中的鈣鎂離子含量遠高于另外3種水型，且封堵率提升明顯。因此，富含二價離子的地層水有利于增加沉淀物生成量，進而提高對地層的封堵率。

表5 注入水礦化度對封堵效果影響結果

2.3 層內沉淀調驅劑提高采收率效果及其影響因素

2.3.1 主劑濃度的影響

表6為主劑和助劑濃度對調剖增油降水效果的影響。從表6可以看出，在層內沉淀調驅劑段塞尺寸相同條件下，隨著主劑濃度增加，孔隙內生成沉淀物量增多，滲流阻力增加，注入壓力增大，擴大波及體積效果提高，采收率增加。

表6 濃度對調剖增油降水效果影響數據

圖4 注入壓力、含水率和采收率與PV數的關系

圖4為實驗過程中注入壓力、含水率和采收率與注入PV數的關系。從圖4可以看出，在水驅階段，隨著注入PV數增加，注入壓力減小，含水率快速升高，采收率增加。在主劑和注入水交替注入階段，隨交替注入次數即PV數的增加，沉淀生成量增大，注入壓力增大、中低滲透層吸液壓差增加和波及體積增大，最終引起含水率下降和采收率增加。進一步觀察和分析可知，當藥劑濃度達到0.04 mol/L時，注入壓力急劇增大，含水率降幅和采收率增幅減小。因此，推薦主劑濃度為0.02～0.03 mol/L。

2.3.2 藥劑注入時機的影響

在主劑濃度為0.03 mol/L的條件下，考察了層內沉淀調驅劑注入時機對增油降水效果的影響，結果見表7。從表7可以看出，層內沉淀調驅劑注入時機愈早，儲層含油飽和度愈高，驅替滲流阻力愈大。因此，調剖時機越早，巖心總體注入壓力越高，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，擴大波及體積效果越好，采收率增幅越大。

表7 注入時機對增油降水效果影響測試結果

圖5為實驗過程中注入壓力、含水率和采收率與注入PV數的關系。從圖5可見，層內沉淀調驅劑注入時機越早，高滲透層剩余油飽和度越高，油相滲透率越大，滲流阻力越大，總體注入壓力越高，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，水驅動用程度愈好，含水率降幅越大，采收率增幅越大。進一步分析發現，盡管調剖時機對含水率降幅和采收率增幅以及前期和中期注入壓力存在影響，但不同調剖時機最終注入壓力卻基本相同，表明調剖時機不會對沉淀物形成量造成影響。從井口注水設備耐壓能力和油田開發投資回收期等角度考慮，調剖時機又不宜過早，建議含水率為85%～95%時比較適宜。

圖5 注入壓力、含水率和采收率與PV數的關系

2.4 沉淀物生成和封堵機理可視化實驗研究

圖6為微觀模型初始狀態和成垢劑化學反應的實驗過程和生成物。

圖6 沉淀物沉淀過程和封堵機理

3 結論

實驗表明，隨著巖心滲透率增加，封堵率增大，封堵效果提升。隨著溶劑水中鈣鎂離子濃度增加，沉淀物生成量增加，封堵效果提升提高。

隨層內沉淀調驅劑濃度增加，沉淀物生成量增多，巖心孔隙滲流阻力增大，封堵和調剖效果提升。當藥劑濃度大于0.03 mol/L后，封堵率和采收率增幅逐漸降低，藥劑費用增加。從技術經濟角度考慮，藥劑合理濃度范圍應控制在0.02～0.03 mol/L。

調剖時機越早，巖心總體注入壓力越大，中低滲透層吸液壓差增幅越大，吸液量越多，擴大波及體積效果越好，采收率增幅越大。但從井口注水設備耐壓能力和油田開發投資回收期等角度考慮，調剖時機又不宜過早，建議在含水率為85%～95%時比較適宜。