渗透率级差对弱凝胶体系性能影响实验研究

孙铁南，吴忠正

（成都理工大学能源学院，四川成都610059）

渗透率级差对弱凝胶体系性能影响实验研究

孙铁南，吴忠正

（成都理工大学能源学院，四川成都610059）

通过不同渗透率岩心单管驱替试验，研究了聚合物弱凝胶体系对岩心的封堵规律，当渗透率小于20×10-3μm2时，封堵率高达98%，而随着渗透率的增大，封堵率下降。双管并联驱替试验结果表明，随渗透率级差的增加，高渗管分液量下降，当渗透率级差高于4时，高渗管渗透率减少，甚至低于低渗管的渗透率。将并联弱凝胶驱后的岩心再进行单岩心驱替试验，试验结果表明，随着高渗管渗透率的增加，弱凝胶的进入量增大，封堵效果增加。

弱凝胶；视黏度；剪切作用；矿化度；稳定性

弱凝胶体系在国内各大油田现场调剖措施或深部调驱均有广泛应用［1-2］。聚合物弱凝胶是通过聚合物分子与交联剂分子发生分子间交联为主、分子内交联为辅的具有空间立体网状结构的化学体系［3-4］，具有视黏度高、封堵效果好、油藏适应性广、成本低等特点［5］。目前，弱凝胶的应用主要针对存在非均质性较为严重的油藏，尤其是渗透率非均质性严重的油藏［6-7］。而聚合物弱凝胶对不同渗透率储层封堵效果及规律和存在渗透率级差条件下的封堵效果及规律的研究较少，本文针对这两个问题，开展了相关研究，为认识弱凝胶在不同渗透率储层内封堵效果以及不同渗透率级差条件下的封堵规律提供参考。

1　实验部分

1.1材料与仪器

聚合物为HPAM，相对分子量1 500×104，水解度25%，大庆石油化工厂；模拟地层水矿化度1 345 mg/L，NaCl配制；人造岩心29支，渗透率1.82×10-3μm2～2 490× 10-3μm2不等。弱凝胶体系配方为1 200 mg/L HPAM+A剂+B剂，聚交比20∶1。

试验仪器包括岩心驱替试验装置包括平流泵、中间容器、岩心夹持器、压力表、六通阀等，海安石油科研仪器有限公司；恒温箱、量筒等。

1.2实验方法

（1）利用岩心驱替装置，进行单岩心驱替试验，岩心9支，渗透率分别为1.82×10-3μm2～2 490×10-3μm2，段塞大小0.2 PV，试验温度38℃。首先进行水驱，得到水驱渗透率K1，然后注入弱凝胶体系，成胶24 h后，再后续水驱10 PV，计算渗透率K2，利用弱凝胶封堵前后渗透率变化百分比计算封堵率Fd，即Fd=100%×（K1-K2）/K1。

（2）利用岩心驱替装置，进行双管并联岩心驱替试验，岩心20支，10支低渗岩心，渗透率100×10-3μm2，10支高渗透率岩心，渗透率分别为100×10-3μm2～1 000×10-3μm2。首先，进行单岩心水驱测定渗透率；然后并联岩心，进行水驱10 PV，记录高低渗管的分液量；再注入弱凝胶体系，成胶24 h后，再后续水驱10 PV，分别记录后续水的分液量；最后，分别水驱单岩心，计算成胶后的渗透率，并利用（1）中公式分别计算高低岩心的封堵率。

2　结果与讨论

2.1单岩心驱替试验研究

为了研究该体系对油层渗透率下降的影响程度，引入封堵率参数Id来进行评价，并借鉴了储层常规敏感性实验指标，用来定性定量描述弱凝胶的封堵程度（见表1）。弱凝胶进入岩心后，使得渗透率下降，岩心渗透率参数及试验后岩心渗透率及封堵率（见表1），注胶前岩心渗透率、注胶后岩心渗透率以及封堵率随岩心渗透率变化规律（见图1）。

表1　弱凝胶封堵率评价指标

表2　弱凝胶封堵率评价

由试验结果可知随着渗透率的增大，弱凝胶封堵性能逐渐减低。整条曲线表现出三段规律，当渗透率在1.82×10-3μm2～382×10-3μm2变化时，封堵率下降明显，由98%下降到58%；当地层渗透率在382×10-3μm2～824×10-3μm2变化时，封堵率下降趋势相对变缓，由58%下降到40%；当地层渗透率大于824×10-3μm2时，封堵率下降趋于平缓。

图1　渗透率与封堵率的关系曲线

由此可知，弱凝胶封堵岩心能力与渗透率关系大，反映了弱凝胶驱后，油层流体渗流通道的变化。当使用低渗岩心时，弱凝胶进入细小的孔吼中，随着注入量的增加，弱凝胶不断在岩心中运移、滞留、聚并、黏附、桥接，形成滤饼，在岩心入口端形成稳定的阻塞，大大降低了低渗岩心的渗透率，封堵率高达98%，因此，大剂量的弱凝胶进入低渗储层，尤其是渗透率小于20× 10-3μm2储层，不利于后续水的注入。而当渗透率高于382×10-3μm2后，弱凝胶的封堵效果属于中等偏强，封堵率为58，封堵后岩心渗透率为161×10-3μm2，这说明渗透率的增加，弱凝胶与孔喉间的作用力大大下降，并没有形成致密的滤饼，主要是滞留、黏附在吼道两侧，减小了吼道半径，或是占据大孔吼，迫使后续水进入更小吼道中，后续水渗流机理是通过减小注入水通道半径或是流体转向而实现的。

因此，在进行弱凝胶驱时，不存在渗透率低于20× 10-3μm2的储层条件，也就是说，弱凝胶不会形成滤饼，使得地层产生阻塞，即不会污染储层。

2.2并联岩心驱替试验研究

弱凝胶深部调驱技术所用的弱凝胶能够在地层中发生缓慢运移，进入油层深部，占据原来的主力水流通道，迫使注入压力上升，改变后续注入水的渗流规律，使得注入水在油层中发生转向，因而扩大了波及体积，大幅度提高采收率，实现油田增油控水目的，在水驱开发阶段，由于油藏非均质性的存在，油层的渗透率不同，使得高渗透层吸水量大，而相对低渗透层吸水量小，导致整个储层内纵向上的吸水剖面不均匀，注入水波及体积小，油井过早见水。单岩心驱替试验结果可知，弱凝胶会改变岩心渗透率，并且改变规律受到岩心渗透率的控制。为了研究非均质性条件下，弱凝胶对后续水渗流特征影响，采用双岩心并联试验，对不同渗透率级差下弱凝胶驱后后续水分液量、高低渗管封堵率进行系统研究。试验基本参数及试验结果（见表3），渗透率级差与水驱及后续分液量的关系曲线（见图2），渗透率级差与高低渗管封堵率及注胶后渗透率级差的关系曲线（见图3）。

渗透率级差与水驱及后续水驱分液量的关系曲线（见图2）。由图2可知，水驱阶段高渗管分液量随着渗透率级差增大而增大，低渗管分液量随着渗透率级差增大而减小，当渗透率级差大于4时，注入水几乎全部进入高渗管。因此，蒙古林油田油藏内非均质性高，渗透率级差大于4后，很可能导致注入水只沿高渗层流动，而低渗层基本没有动用。因而要大幅度提高采收率，应当首先考虑启用低渗透层。

表3　试验基本参数及试验结果

图2　渗透率级差与水驱及后续分液量的关系曲线

进行弱凝胶调驱后，整体趋势是高渗管的分液量下降，低渗管的分液量上升，而高渗管的分液量降幅先缓后快，低渗管的增幅先缓后快。随着渗透率级差的增大，当渗透率级差大于4后，出现原来的高渗岩心分液量低于原来的低渗岩心，事实上也说明，并联岩心经过弱凝胶驱后，岩心渗透率发生较大变化；而当渗透率级差高于7后，分液量的趋势减慢。分析试验结果可知，控制分液量的因素是被驱替介质的吸液能力，当两个岩心尺寸参数相同时，渗透率则起到了决定性的作用。因此弱凝胶驱过程中，对于非均质性油藏，高渗透层会进入更多的弱凝胶，而试验过程中，使得弱凝胶进入高渗管的量多于低渗管的，并且，随着渗透率级差的增大，进入高渗管的量加大。这样使得胶体能够进入非均质性油藏高渗透层中。其中，渗透率级差4为分界点，当渗透率级差低于4时，高渗管中的分液量仍高于低渗管，这时，对于地下油层而言，弱凝胶的注入使得高渗层的渗透率下降，但仍高于低渗层的渗透率，后续注入水进入地层后，由于弱凝胶滞留、黏附在高渗层中的孔喉中，增大了水渗流阻力，从而进入低渗储层，有效改善了注水井的吸水剖面。当渗透率级差高于4后，低渗管中的分液量大幅上升，这也说明高低渗管的渗透率发生转换。图3详细给出了渗透率发生转换的解释。当并联试验完成后，分别使用单管水驱原来的高低渗透岩心，注入10 PV后进行数据统计。

图3采用双纵轴画图，左侧纵轴给出的是高低渗管的封堵率，右侧纵轴给出的是注胶前后高低渗透管渗透率的比值，对数坐标（注明：渗透率级差是大于1的常数，而弱凝胶驱后，高渗管的渗透率下降，甚至低于低渗管的渗透率，故用渗透率比值来描述）。完成双管并联注胶后，单管水驱10 PV，测定原来的高低渗管渗透率，分别计算封堵率以及注胶后渗透率比值。

图3　渗透率级差与高低渗管封堵率及注胶后渗透率级差的关系曲线

由图3可知，渗透率级差为4同样是分界点，当渗透率级差低于4时，随着渗透率级差的增加，高渗管的封堵率迅速上升，而低渗管的封堵率迅速下降，大于4后开始变缓。分析原因可知，当渗透率级差小时，高低渗管均能够进入弱凝胶，且高渗管的进入量多于低渗管的量，但相差不大；而当渗透率级差高于4后，进入高渗管的量大，且远高于低渗管，并且当渗透率级差高于9后，低渗管的封堵率基本为0，也就是说没有弱凝胶的进入，这也说明弱凝胶能够选择性封堵高渗层。因此，即使渗透率级差在增大，但进入高渗管的弱凝胶在增加，并且与进入低渗管的量的差值增大，最终导致对高渗管封堵效果在大于4后显著增加，同样的原因，使得分液量也在渗透率级差大于4后发生转换。由注胶后，原来的高低渗管其渗透率比值在级差小于4时是大于1，而在级差大于4后则小于1。

由此可知，对于油藏非均质性越严重的储层，通过弱凝胶驱后，能够有效改善高低渗层的非均质性，大幅度降低高渗层的渗透率，甚至能够使高渗层封堵，迫使后续水只沿低渗层流动，但是如果渗透率级差过大，例如大于50后，弱凝胶改变后续水流动规律则还需进一步研究。但在一般的储层条件下，非均质性还没有达到上述程度，因此，在油藏实际非均质性条件下，弱凝胶能够有效改善水驱效果，扩大水驱波及体积。

3　结论

弱凝胶对不同岩心渗透率的封堵效果不同，弱凝胶在相同的注入量条件下，渗透率越低的岩心，封堵率越高；渗透率级差4是弱凝胶封堵岩心后，使得岩心渗透率、分液量发生转向的分界点；弱凝胶调驱后，能够通过封堵高渗层，启动低渗层来扩大水驱波及体积，而实现大幅度提高采收率目的。

［1］陈铁龙，周晓俊，等.弱凝胶调驱提高采收率技术［M］.北京：石油工业出版社，2006：32-33.

［2］刘一江，王香增.化学调剖堵水技术［M］.北京∶石油工业出版社，1999：11-51.

［3］何启平，施雷庭，郭智栋.适合高温高矿化度油藏的弱凝胶体系研究［J］.钻采工艺，2011，34（2）：79-80.

［4］邓俊.弱凝胶驱油体系研究［J］.四川化工，2008，11（2）：10-11.

［5］田根林，刘玉章，等.交联聚合物驱油机理研究［J］.油气采收率技术，1997，4（2）：13-16.

［6］谢朝阳，余庆森，李建阁，等.胶态分散凝胶深度调剖技术在大庆油田聚驱开发中的应用［J］.浙江大学学报，2002，29（5）：535-541.

［7］杨红斌，张启德，柳娜.低温高矿化度油藏弱凝胶调驱体系的研制及性能评价［J］.油田化学，2013，30（4）：517-519.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.024

TE357.46

A

1673-5285（2015）05-0101-04

2015－03-02

孙铁南，男（1989-），成都理工大学油气田开发工程硕士研究生，研究方向为油气藏工程及数值模拟技术，邮箱：stntf@126.com。