海上油田二元復(fù)合驅(qū)后弱凝膠調(diào)驅(qū)可行性分析

劉 麗, 郭 軒, 孫 寧

(1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，大慶 163318；2.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院，青島 266580)

渤海油田具有儲層類型復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重、邊水能量較弱、巖石膠結(jié)強(qiáng)度低、注入水礦化度高、單井注采強(qiáng)度高和注采井距大等特點[1-3]。目前渤海JZ油田西區(qū)處于二元復(fù)合驅(qū)階段，在長期注入流體沖刷作用下，油藏的孔滲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，部分油組層間矛盾加劇，注入流體多沿高滲條帶及大孔道突進(jìn)，形成優(yōu)勢滲流通道，存在注入化學(xué)劑低效甚至無效循環(huán)現(xiàn)象，二元復(fù)合驅(qū)已難以滿足實際需求，急需通過采油新工藝來實現(xiàn)剩余油的挖潛[4-6]。弱凝膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)作為一種改善嚴(yán)重非均質(zhì)油田開發(fā)效果的提高采收率技術(shù)[7-9]，可有效調(diào)整吸液剖面，進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積，改善開發(fā)效果，以渤海JZ油田為例，對海上油田二元復(fù)合驅(qū)后弱凝膠調(diào)驅(qū)可行性進(jìn)行研究[10-11]。

1 調(diào)驅(qū)可行性

1.1 儲層非均質(zhì)性

JZ油田非均質(zhì)性較嚴(yán)重(滲透率級差為11 490.19～77 988.33，滲透率變異系數(shù)為0.72～0.95，滲透率突進(jìn)系數(shù)為15.77～19.53)，在二元復(fù)合驅(qū)階段，由于單井注液強(qiáng)度大以及籠統(tǒng)注入等因素，導(dǎo)致儲層非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇，儲層中形成優(yōu)勢滲流通道，可以考慮采用弱凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)調(diào)整吸液剖面，進(jìn)一步擴(kuò)大波及體積，改善開發(fā)效果。

1.2 溫壓系統(tǒng)

JZ油田埋藏深度相對不大，具有正常的地層溫度和地層壓力系統(tǒng)，溫度最高為57.8 ℃，壓力最高為16.75 MPa，對聚合物分溶液影響不大，有利于保持弱凝膠體系的穩(wěn)定性。

1.3 地層原油黏度

JZ油田地層原油密度為0.822～0.951 g/cm3，黏度為6.05～26 mPa·s，在弱凝膠調(diào)驅(qū)的適用范圍內(nèi)。

圖1 基于三管并聯(lián)模型的弱凝膠調(diào)驅(qū)實驗設(shè)備及流程Fig.1 Experimental equipment and flow chart for weak gel flooding based on three tube parallel model

1.4 邊水能量

JZ油田化學(xué)驅(qū)區(qū)塊為受斷層控制的披覆半背斜構(gòu)造油藏，不具氣頂，邊水能量較弱，對注入化學(xué)劑的稀釋、沖刷等作用較小，利于注入弱凝膠體系。

1.5 地層水礦化度

JZ9-3油田原始地層水礦化度為6 401～9 183 mg/L，Ca2+、Mg2+離子含量較低，聚合物在油藏中擴(kuò)散層厚度相對較大，ζ電位相對較高，形成的弱凝膠體系較穩(wěn)定。弱凝膠調(diào)驅(qū)可行性對比如表1所示。

JZ油田西區(qū)自2010年10月開始實施二元復(fù)合驅(qū)，并完善了注采井網(wǎng)，反九點法井網(wǎng)變?yōu)榕艩罹W(wǎng)，注聚井轉(zhuǎn)注二元體系，注入能力加強(qiáng)，地層壓力在一定程度上緩慢回升，但目前全區(qū)綜合含水率為86.34%，部分井組水淹情況較嚴(yán)重，儲層非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇，常規(guī)調(diào)整措施見效不明顯。結(jié)合以上分析，在JZ油田西區(qū)實施弱凝膠調(diào)驅(qū)是可行的。

表1 弱凝膠調(diào)驅(qū)可行性對比

2 實驗研究

2.1 實驗材料

(1)實驗用聚合物為四川光亞科技有限公司生產(chǎn)的疏水締合聚合物AP-P4，相對分子質(zhì)量為1 300×104，固含量為90%，水解度為18.2%。

(2)實驗用表面活性劑為華鼎鴻基采油技術(shù)服務(wù)(北京)有限公司生產(chǎn)的α-烯烴磺酸鹽類陰離子表面活性劑HDS，有效含量60%。

(3)交聯(lián)劑為乙酸鉻，實驗室自制。

(4)實驗用油是按照一定比例混合煤油與JZ油田脫氣原油，配制模擬油，要求其黏度為17.4 mPa·s(57 ℃)。

(5)實驗用水JZ油田注入清水和產(chǎn)出污水，水質(zhì)分析如表2、表3所示。

(6)實驗?zāi)Ｐ蜑槿懿⒙?lián)模型，為人造均質(zhì)長條狀澆鑄巖心，石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)，巖心長×寬×高為30 cm×4.5 cm×4.5 cm，滲透率為500×10-3、1 000×10-3、3 500×10-3μm2，實驗設(shè)備及流程如圖1所示。

表2 注入清水性質(zhì)Table 2 Injection clean water properties

表3 產(chǎn)出污水性質(zhì)

2.2 實驗設(shè)備

弱凝膠和二元復(fù)合體系溶液的配制和儲存儀器設(shè)備包括BSA224S型電子天平、DJ1C-90型增力電動攪拌器、試管和GTL-1型恒溫箱等。弱凝膠溶液剪切作用測試采用Waring LB20EG型實驗室攪拌器。黏度測試采用DV-II+Pro型數(shù)顯黏度計。巖心驅(qū)替實驗設(shè)備主要包括2PB-00C系列平流泵、Tecsis通用型壓力傳感器、手搖環(huán)壓泵、ZR-3型中間容器、1 000 mL和500 mL規(guī)格燒杯，50 mL量筒等，除平流泵和手搖泵外，其他部分置于恒溫箱中，溫度為57 ℃。

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2.3 實驗方案

2.3.1 弱凝膠體系影響因素分析

2.3.1.1 溫度對弱凝膠成膠的影響

以1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯(lián)劑乙酸鉻為體系配方，設(shè)定恒溫箱溫度分別為40、50、60、70、80、90，考察不同溫度下弱凝膠的成膠時間及相應(yīng)黏度。實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同溫度條件下的弱凝膠體系成膠性能Fig.2 Gel forming properties of weak gel system at different temperatures

由圖2可知，隨著溫度逐漸升高，體系的成膠時間縮短，成膠黏度先增大后減小。當(dāng)溫度超過一定值后，聚合物分子發(fā)生蜷縮，分子鏈上可用于交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)點減少，弱凝膠體系成膠黏度有所下降，但仍具有較高黏度。

2.3.1.2 pH對弱凝膠成膠的影響

以1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯(lián)劑乙酸鉻為體系配方，用稀HCl溶液和稀NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH分別為3、5、7、9、11，考察不同pH對弱凝膠體系成膠規(guī)律的影響，其成膠曲線如圖3所示。

圖3 不同pH條件下的弱凝膠成膠曲線Fig.3 Gel forming curves of weak gel under different pH conditions

由圖3可知，隨著pH增加，弱凝膠的成膠時間先增加后減小，且穩(wěn)定性先增強(qiáng)后變差。當(dāng)pH范圍在7～9時，弱凝膠體系成膠效果較好，成膠穩(wěn)定時間長。pH過低(低于5)或過高(高于10)，均會對交聯(lián)反應(yīng)造成一定干擾。

2.3.1.3 剪切作用對弱凝膠成膠的影響

機(jī)械剪切作用：按照所優(yōu)選出配方配制弱凝膠體系，利用Waring攪拌器對剛配制好的弱凝膠體系進(jìn)行機(jī)械剪切處理，分別在0、1 000、2 000 r/min條件下剪切30 s，考察機(jī)械剪切作用對弱凝膠成膠的影響。實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同剪切轉(zhuǎn)速條件下的弱凝膠成膠曲線Fig.4 Gel formation curves of weak gels under different shear speeds

由圖4可以看出，隨著剪切轉(zhuǎn)速增加，機(jī)械剪切作用增強(qiáng)，聚合物分子鏈斷開程度增大，弱凝膠體系黏度降低，但在2 000 r/min條件下，體系仍能成膠，且具有較好的成膠穩(wěn)定性。當(dāng)剪切作用停止后，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會在溶液中離子的影響下逐漸恢復(fù)，使得體系黏度增加，并表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

巖心剪切作用：按照所優(yōu)選出配方配制弱凝膠體系，利用柱狀巖心對剛配制好的弱凝膠體系進(jìn)行巖心剪切處理，分別在0、8、16、24 mL/min注入速度條件下將弱凝膠體系注入巖心，經(jīng)剪切后的溶液分別裝入不同的燒杯內(nèi)，在57 ℃恒溫箱內(nèi)密封放置一段時間，定期測定弱凝膠體系黏度并觀察成膠情況。實驗結(jié)果如表4所示。

在不同注入速度條件下，經(jīng)過巖心剪切后的弱凝膠體系初期成膠黏度降低，但并未出現(xiàn)脫水、破膠現(xiàn)象，仍具有較好穩(wěn)定性。當(dāng)剪切作用消失后，體系中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在溶液中多種離子作用下逐漸恢復(fù)，其體系黏度及穩(wěn)定性與未受剪切作用的弱凝膠體系相差不大。

表4 不同注入速度下巖心對弱凝膠成膠影響

2.3.2 弱凝膠體系配方

弱凝膠體系配方為：1 750 mg/L疏水締合聚合物AP-P4+30 mg/L交聯(lián)劑乙酸鉻，體系成膠時間為48 h，且穩(wěn)定性好，黏度保持在2 081.35 mPa·s左右。

2.4 正常溫壓系統(tǒng)弱凝膠調(diào)驅(qū)實驗

具體實驗方案為：水驅(qū)至出口端綜合含水率75%，加0.20 PV聚合物驅(qū)，加0.20 PV二元復(fù)合驅(qū)，加3輪次(0.10 PV弱凝膠調(diào)驅(qū)+0.10 PV水驅(qū))，后續(xù)水驅(qū)至出口端綜合含水率為95%。實驗結(jié)果如圖5、圖6所示由圖5、圖6可知，在二元復(fù)合驅(qū)階段結(jié)束后，開始多輪次注入0.30 PV的弱凝膠體系，由于弱凝膠具有選擇性，先進(jìn)入高滲層，起到一定調(diào)剖作用，其滲流阻力增加，導(dǎo)致注入壓力增加，中、低滲層的吸液壓差增加，吸液量也隨之增加，剩余油進(jìn)一步被動用，采出端綜合含水率有所降低。在后續(xù)水驅(qū)階段，弱凝膠已在巖心內(nèi)成膠，封堵高滲層，迫使注入水轉(zhuǎn)向，進(jìn)入中、低滲層，擴(kuò)大波及體積，進(jìn)一步提高采收率，其中弱凝膠調(diào)驅(qū)階段采出程度為17.81%，最終采收率值為71.62%，含水率下降極大值為17.23%，高滲層分流率由87.10%降至60.12%，中、低滲層分流率則由12.90%升至39.88%。

圖5 弱凝膠調(diào)驅(qū)開采曲線Fig.5 Weak gel flooding profile

圖6 弱凝膠調(diào)驅(qū)分流率曲線Fig.6 Diversion curve of weak gel profile control and flooding

3 結(jié)論

(1)弱凝膠成膠性能受多種因素影響，溫度升高，體系的成膠時間縮短，成膠黏度先增加后降低，存在最佳溫度區(qū)間；pH增加，弱凝膠的成膠時間先增加后減小，且穩(wěn)定性先增強(qiáng)后變差，最佳pH范圍為7～9；剪切作用使得弱凝膠體系初期成膠黏度降低，當(dāng)剪切作用停止后，體系黏度逐漸恢復(fù)，且具有較好的穩(wěn)定性。

(2)通過室內(nèi)物理實驗可以確定弱凝膠體系先進(jìn)入滲流阻力較小的高滲層，增加其滲流阻力，使得注入壓力增加，中、低滲層吸液壓差隨之增加，吸液量增加，且注入水轉(zhuǎn)向進(jìn)入中、低滲透層，使其剩余油飽和度降低，動用程度增加，弱凝膠調(diào)驅(qū)階段采出程度為17.81%，最終采收率值為71.62%，含水率下降極大值為17.23%，可作為海上油田二元復(fù)合驅(qū)后提高采收率的方法。