勝利高89-1區塊CO2驅凝膠封竄體系靜態性能評價

朱妍婷

中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000

高89-1區塊高溫高礦化度，非均質嚴重，在實際的CO2氣體驅油的過程中，容易發生黏性指進、氣體的滑脫效應等，從而導致氣竄，同時還會引發高滲透層突進、大孔道竄流等問題[1]。CO2如果過早突破，將會導致油藏的大部分儲層未被波及過，使CO2驅的開發難以達到預期效果[2]。因此，能否開發出有效的CO2氣驅封竄技術，有效封堵高滲透層，是關系到CO2驅采能否獲得良好效果的重要前提[3]。

1 封竄體系的選擇及配方篩選

根據勝利高89-1區塊的高溫高鹽和低滲透率等特點，適用的封竄劑類型主要包括聚合物凝膠、無機沉淀類和泡沫類等。小分子胺與CO2以及金屬離子在高溫超臨界CO2條件下可以形成白色沉淀，但在CO2氛圍和高礦化度下，沉淀會有一定的溶解。泡沫體系具有一定的CO2氣驅封竄能力，但在高于100 ℃時半衰期較短。因此選擇了凝膠體系，利用地層高溫促使交聯反應發生，形成高黏度凝膠實現封堵。通過一系列篩選及優化實驗，確定封竄體系配方為：4.5%～7.5%丙烯酰胺+0.03%～0.08%N，N-亞甲基雙丙烯酰胺+0.25%～1%引發劑+0.1%～0.5%改性劑+0.3%增效劑+0.5%～0.75%緩聚劑。

2 凝膠體系的靜態性能評價

2.1 長期穩定性

使用現場礦化度為60 000 mg/L的水配制不同黏度的凝膠，恒溫120 ℃，3個月后測定黏度的變化，結果見圖1。在120 ℃下3個月之后凝膠不脫水，強度基本上不變。將凝膠置于釜溫為126 ℃、CO2壓力為10 MPa的多功能CO2驅油評價裝置，1個月后凝膠也不脫水，說明該凝膠的網架結構仍保持足夠高的強度，穩定性能突出。

圖1 凝膠體系長期穩定性實驗結果

2.2 pH對凝膠體系性能的影響

pH對凝膠體系性能的影響如圖2所示。pH降低時，成膠時間相應縮短。

圖2 pH對凝膠體系成膠性能的影響

此外，pH對凝膠的黏度也有影響，見圖3。當pH大于3時，黏度變化幅度較小，總體維持在160×104mPa·s以上，凝膠成流動狀，不容易被搗碎，可塑性好；而當pH小于3時，黏度下降明顯，但是其強度仍較高，將凝膠搗碎之后，凝膠成塊狀。

圖3 不同pH時凝膠的形態

2.3 礦化度對凝膠體系成膠性能的影響

2.3.1 Na+濃度的影響

分別配制5種模擬地層水樣品各200 mL，其中氯化鈉的質量分別為6，8，9，10，12 g。向樣品中分別加入10 g AM，0.1 gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.5 mL引發劑，0.15 mL改性劑，1.5 mL緩聚劑以及0.6 mL甲醛，混合均勻后放置在120 ℃烘箱中。Na+濃度對凝膠體系成膠性能的影響如圖4所示。隨著鈉離子濃度的增加，成膠時間由10 h增加到70 h，同時凝膠由剛性不流動的固態，變成可流動有吐舌的液態，黏度降低，但仍保持在40×104mPa·s以上。

圖4 Na+濃度對凝膠體系成膠性能的影響

2.3.2 Mg2+濃度的影響

分別配制6種模擬地層水樣品各200 mL，氯化鎂的質量分別為0，0.2，0.25，0.4，0.5，0.6 g。向樣品中分別加入10 g AM，0.1 gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.5 mL引發劑，0.15 mL改性劑，1.5 mL緩聚劑以及0.6 mL甲醛，混合均勻后放置在120 ℃烘箱中。試驗結果如圖5所示。Mg2+的質量濃度不大于3 000 mg/L時，成膠時間基本在8 h左右。Mg2+的質量濃度不小于2 000 mg/L時，隨著Mg2+濃度的增加，黏度逐漸減小，但不小于40×104mPa·s。

圖5 Mg2+濃度對凝膠體系成膠性能的影響

2.3.3 Ca2+濃度的影響

分別配制6種模擬地層水樣品各200 mL，氯化鈣的質量分別為6，8，9，10，12 g，向樣品中分別加入10 g AM、0.1 gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺、0.5 mL引發劑、0.15 mL改性劑、1.5 mL緩聚劑以及0.6 mL甲醛，混合均勻后放置在120 ℃烘箱中。實驗結果如圖6所示。Ca2+的質量濃度在4 000～14 000 mg/L時，對凝膠的成膠時間的影響很小，成膠時間在8～12 h范圍內變化；對體系黏度的影響較大，但黏度仍不低于40×104mPa·s。

圖6 Ca2+濃度對凝膠體系成膠性能的影響

2.4 抗剪切性

取在120 ℃條件下成膠的凝膠，測定其初始黏度，然后將該凝膠在不同轉速下攪拌2 h，測定攪拌之后凝膠的黏度，結果如圖7所示。隨著剪切速率的增大，體系的黏度逐漸降低，但總體上來說抗剪切性能比較好，以11 000 r/min的轉速攪拌2 h后，其黏度仍達到62×104mPa·s，說明其內部的網架結構不易受到剪切應力的破壞，完全可以起到封堵的效果。

圖7 剪切速率對凝膠體系黏度的影響

2.5 抗CO2壓力的性能

向200 mL地層水中加入10 g AM，0.1 gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.15 mL改性劑，0.5 mL引發劑，1 mL緩聚劑和0.6 mL甲醛，混合均勻后放置在反應釜中，通入一定壓力的CO2，升溫到126 ℃。實驗結果如圖8所示。

圖8 CO2的壓力對凝膠體系性能的影響

在0～10 MPa范圍內，隨著CO2壓力的增加，配方的成膠時間可以控制在6～8 h之間，體系的黏度隨著壓力的增加先上升再下降，總體上黏度大于150×104mPa·s。

3 結論

1)針對高89-1區塊高溫高礦化度，非均質嚴重而導致的氣竄問題，研制了CO2驅凝膠封竄體系。

2)該體系性能穩定，在126 ℃及10 MPa的條件下，凝膠能夠保持一個月不脫水。

3)pH對體系的成膠時間和強度均有影響。pH降低時，成膠時間相應縮短。當pH大于3時，黏度變化的幅度較小，總體維持在160×104mPa·s以上；而當pH小于3時，黏度雖下降明顯，但是仍能保持一定的強度。

4)Na+的濃度對成膠時間的影響較大，而Mg2+和Ca2+的濃度變化對成膠時間的影響并不大。離子濃度超過一定值后，均會導致體系黏度的下降，但黏度仍不低于40×104mPa·s。

5)該凝膠體系抗剪切性能和抗CO2壓力性能比較好，可以起到較好的封堵的效果。

6)下一步可在靜態評價的基礎上，開展物模實驗，對體系進行進一步的性能評價。