低初始黏度可控凝膠調(diào)堵劑的研制及性能評價(jià)*

周 泉，李 萍，哈俊達(dá)，王 力，呂 杭

（1.中國石油大慶油田采油工程研究院油田化學(xué)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(jīng)過長期的聚合物驅(qū)油開采，油藏的油層非均質(zhì)性更加凸顯，聚合物溶液優(yōu)勢滲流通道竄流指進(jìn)［1-5］。大慶油田聚合物驅(qū)后20口密閉取心井資料表明，聚合物驅(qū)后優(yōu)勢滲流通道厚度比例為16.9%。吸水及產(chǎn)液剖面表明，優(yōu)勢通道厚度比例接近20%，吸水比例達(dá)到了50%，低效循環(huán)嚴(yán)重且存在范圍廣。僅增加調(diào)堵劑體系的成膠黏度已經(jīng)無法滿足流度控制的需求，必須在調(diào)、堵的基礎(chǔ)上擴(kuò)大波及體積，優(yōu)先封堵地層深部高滲透層、低殘油優(yōu)勢滲流通道，控制無效循環(huán)，提高中、低滲透層的驅(qū)油效率，達(dá)到“堵、調(diào)、驅(qū)”的有機(jī)結(jié)合［6-7］。

目前的常規(guī)凝膠調(diào)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(shí)現(xiàn)油層深部定點(diǎn)調(diào)堵。巖心實(shí)驗(yàn)亦表明，當(dāng)調(diào)堵劑的黏度大于20 mPa·s 時，進(jìn)入中低滲透層調(diào)堵劑的量約為進(jìn)入高滲透層的84%，會對中低滲透層造成嚴(yán)重污染［8-10］。為了延緩凝膠調(diào)剖劑交聯(lián)時間，在聚合物、交聯(lián)劑組成的凝膠調(diào)剖劑體系中加入緩凝劑，交聯(lián)劑可與緩凝劑形成逐級緩慢水解的絡(luò)合中間體，增加交聯(lián)反應(yīng)步驟，延長交聯(lián)時間；在此基礎(chǔ)上再加入其它功能性助劑從而保證體系的成膠強(qiáng)度。本文報(bào)道了一種以相對分子質(zhì)量2500 萬的部分水解的陰離子型聚合物、金屬離子交聯(lián)劑、調(diào)節(jié)劑、緩凝劑、增強(qiáng)劑組合的低初始黏度可控凝膠調(diào)堵體系，對其性能進(jìn)行了評價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

聚合物L(fēng)H2500：相對分子質(zhì)量2500×104，水解度25%，固含量90%，工業(yè)品，大慶煉化公司；金屬離子螯合交聯(lián)劑CYJL：有效離子含量2.5%，工業(yè)品，大慶輻照中心；檸檬酸（調(diào)節(jié)劑），分析純，有效含量99.8%，廊坊鵬彩精細(xì)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(qiáng)劑），分析純，有效含量99.5%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；配液用水為現(xiàn)場回注污水，礦化度5522 mg/L，離子質(zhì)量濃度（單15.27；實(shí)驗(yàn)用巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，水測滲透率為0.4數(shù) 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(diào)器（美國EMECO 公司）；ISCO-260D 高精度計(jì)量驅(qū)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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 成膠性能測定

用現(xiàn)場回注污水配制質(zhì)量濃度為6000 mg/L的聚合物母液，然后取部分母液稀釋到實(shí)驗(yàn)所要求的濃度；將交聯(lián)劑CYJL、檸檬酸（調(diào)節(jié)劑）、亞硫酸鈉（緩凝劑）、多聚磷酸鈉（增強(qiáng)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(nèi)，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(shí)驗(yàn)步驟如下：巖心水驅(qū)，待壓力穩(wěn)定計(jì)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(xù)水驅(qū)10 PV，根據(jù)后續(xù)水驅(qū)10 PV時的穩(wěn)定壓力計(jì)算封堵后巖心的滲透率，根據(jù)封堵前后的滲透率計(jì)算封堵率，根據(jù)水測滲透率時的穩(wěn)定壓力及后續(xù)水驅(qū)10 PV時的穩(wěn)定壓力計(jì)算殘余阻力系數(shù)，驅(qū)替流量為4 mL/min。

1.2.3 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

三層巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)具體步驟如下：水驅(qū)1 PV—聚合物驅(qū)0.57 PV—聚合物驅(qū)后水驅(qū)1 PV—低初始黏度凝膠驅(qū)0.1 PV—后續(xù)水驅(qū)2 PV，所用凝膠體系為：1000 mg/L聚合物+2000 mg/L交聯(lián)劑+200 mg/L調(diào)節(jié)劑+100 mg/L緩凝劑+200 mg/L增強(qiáng)劑。

2 結(jié)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(diào)堵劑成膠性能的影響見表1，交聯(lián)劑濃度2000 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，調(diào)節(jié)劑濃度200 mg/L，增強(qiáng)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(nèi)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(dá)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(shù) 1000 mg/L。

2.2 交聯(lián)劑濃度對成膠性能的影響

交聯(lián)劑CYJL濃度對低初始黏度可控凝膠調(diào)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(diào)節(jié)劑濃度200 mg/L，增強(qiáng)劑濃度200 mg/L。在聚合物濃度相同的情況下，隨著交聯(lián)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(lián)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(lián)劑的使用濃度為500 mg/L 時，體系不能成膠。因此選取交聯(lián)劑濃度為1000數(shù)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(lián)劑濃度對低初始黏度可控凝膠成膠性能影響

2.3 調(diào)節(jié)劑濃度對成膠性能的影響

調(diào)節(jié)劑濃度對低初始黏度可控凝膠調(diào)堵劑成膠性能的影響見表3，聚合物濃度500 mg/L，交聯(lián)劑濃度2000 mg/L，緩凝劑濃度100 mg/L，增強(qiáng)劑濃度200 mg/L。隨著調(diào)節(jié)劑濃度的增加，體系的初始黏度降低。調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)劑濃度為200數(shù)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(diào)堵劑成膠性能的影響見表4，聚合物濃度500 mg/L，交聯(lián)劑濃度2000 mg/L，調(diào)節(jié)劑濃度200 mg/L，增強(qiáng)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(shù)150 mg/L。

2.5 增強(qiáng)劑濃度對成膠性能的影響

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

表3 調(diào)節(jié)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(qiáng)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(xiàn)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(xiàng)離子濃度和分別為10000數(shù)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(lián)劑+200 mg/L 調(diào)節(jié)劑+100 mg/L 緩凝劑+200 mg/L 增強(qiáng)劑）成膠性能的影響見圖1。當(dāng)?shù)V化度在10000數(shù)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(shù)20000 mg/L。

圖1 礦化度對低初始黏度可控凝膠調(diào)堵劑體系成膠性能的影響

2.7 體系的pH值適應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液，使得溶液的pH值分別為7數(shù)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(dāng)pH 值為11時，低初始黏度可控凝膠體系不能成膠；當(dāng)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(dāng)pH值在8數(shù)9之間時，體系初始黏度小于10 mPa·s 且低黏度周期達(dá)到30 d左右，成膠黏度達(dá)到2500 mPa·s以上。因此該體系的pH值適應(yīng)范圍為8數(shù)9。

圖2 pH值對低初始黏度可控凝膠調(diào)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L(fēng)H2500+2500 mg/L交聯(lián)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(lián)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(diào)堵劑對水測滲透率為0.48數(shù)3.9 μm2的巖心封堵率均在99%以上，殘余阻力系數(shù)為95.6數(shù)396.1，這說明低初始黏度可控凝膠調(diào)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(shí)驗(yàn)

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(lián)巖心的分流率如表7所示，所用凝膠體系為：1000 mg/L 聚合物L(fēng)H2500+2000 mg/L 交聯(lián)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(qū)時的相當(dāng)，凝膠主要進(jìn)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(shí)驗(yàn)效果

3 結(jié)論

配方為500數(shù)1000 mg/L 聚合物L(fēng)H2500+1000數(shù) 2500 mg/L 交聯(lián)劑CYJL+200數(shù) 500 mg/L 檸檬酸+100數(shù)150 mg/L亞硫酸鈉+100數(shù)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(shù) 3 d）小于10 mPa·s，成膠時間10數(shù) 40 d 內(nèi)可控，成膠黏度在2000 mPa·s 以上。該體系耐礦化度可達(dá)20000 mg/L，應(yīng)用pH范圍為8數(shù)9。

低初始黏度凝膠調(diào)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(qiáng)度高，可滿足深部封堵的需要。