高温高盐油藏深部调驱体系研究进展

孙同成，崔　亚

(中国石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐 830011)



高温高盐油藏深部调驱体系研究进展

孙同成，崔亚

(中国石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐 830011)

摘要：针对高温高盐油藏中存在的水窜问题，开展高温高盐油藏用调驱剂的攻关研究是大幅度提高高温高盐油藏采收率的基础。该文综述了高温高盐油藏深部调驱体系的研究进展，包括：新型聚合物、弱冻胶、沉淀类、体膨颗粒、冻胶分散体、含油污泥、柔性体以及无机凝胶涂层8种深部调驱体系。分析了每种调驱剂的优缺点、调驱机理和现场应用情况。展望了高温高盐油藏深部调驱体系的发展方向。

关键词：高温高盐，深部调驱，研究进展，发展趋势

随着油田进入中、后开发阶段，国内许多油田进入高含水期，控水稳油、提高采收率已经成为目前面临的主要问题[1]。在调剖堵水初期，多以高强度堵剂为主，作用机理多为近井地带的物理屏障或堵塞。然而，随着油田调剖堵水轮次的增加，控水稳油提高原油采收率困难逐渐突出，常规的浅调、近井地带改造已经不能满足油田开发的需要[2]。深部调驱液流转向技术作为一项改善开发效果，控水稳油的技术措施，已经在国内外多个油田取得了良好的应用效果。

另外，随着油田开发程度加深，常规油田可采储量越来越少，深部挖潜价值越来越低，人们不得不把目光投向高温高盐等非常规、苛刻条件油田。例如胜利油田目前主要化学驱开采单元大部分属于一类资源，资源动用率已达到75%以上，剩余可动用地质储量较少，形势严峻，而二、三类高温高盐油藏化学驱资源十分丰富，但其油藏条件较一类油藏苛刻许多[3]。我国西北油田、胜利油田、华北油田、中原油田、塔里木油田等都存在储量丰富的高温高盐油藏，随着开发进行，这些高温高盐主力区块逐渐进入高含水阶段，例如西北局的塔河油田，以及塔中4油田和轮南油田是塔里木油田的主力区块，也是产量递减最快的区块[4]，因此高温高盐调驱势在必行。但是对于高温高盐油藏，由于常规调驱剂耐温抗盐性差，作用有效时间短等问题，调驱效果明显变差，提高采收率有限。为了更好地改善高温高盐油藏的开发效果，亟需对高温高盐油藏的深部调驱体系进行探讨，发掘适用于高温高盐油藏的耐温抗盐深部调驱体系。本文综述了近几年国内外耐温抗盐深部调驱体系的研究新进展，探讨了今后高温高盐油藏深部调驱的发展趋势，旨在能够为高温高盐油藏的高效开发提供借鉴。

1国内外耐温抗盐深部调驱体系研究进展

1.1新型聚合物

近些年来，聚合物驱技术已经在大庆、胜利等温和条件油田取得了良好的应用效果，但是由于部分水解聚丙烯酰胺的耐温耐盐性差、稳定性差等缺点，使其在高温高盐油藏中的应用受到了严重的限制。近十几年来，国内外开展了大量聚丙烯酰胺聚合物的改性工作，其目的在于改进传统聚合物固有的缺点，以使其能够更好地适用于高温高盐等苛刻条件油藏。

目前，油田中有所应用的新型聚合物主要包括：疏水缔合聚合物、梳形聚合物和两性聚合物等。疏水缔合聚合物的结构特点是在其亲水性的大分子链上引入疏水基团。在其水溶液中，疏水缔合聚合物的疏水基团相互缔合，形成不稳定的可逆的三维网络状结构，通过这种方式形成了非常大的超分子结构，这种结构耐高温能力强，在盐溶液中，电解质会使疏水缔合作用变强，聚合物溶液粘度变高[5]。张继风[6]等根据目标油藏高温高矿化度条件，优选疏水缔合聚合物针进行岩心驱油试验，提高采收率达7.62%。

梳形聚合物的结构特点是在聚合物的分子侧链上同时引入亲油和亲水基团。由于分子内亲水、亲油基团的相互排斥作用，使分子内的卷曲、纠缠减少，在水溶液中分子成有规律的梳形排布。这会增加分子结构的刚性和规整性，使梳形聚合物溶液的增黏抗盐能力大大提高[5]。罗建辉[7]等对梳形聚合物的现场应用做了实验，对比试验结果表明，梳形聚合物比大庆生产的聚丙烯酰胺的增粘能力高58%～81%，其驱油效果明显优于聚丙烯酰胺，降低聚合物用量30%以上。

两性聚合物的结构特点是在聚合物链上同时带有阴、阳基团。两性聚合物在水溶液中具有明显的“反聚电解质效应”，反聚电解质效应是指：随着溶液矿化度的升高，聚合物溶解度增加，溶液粘度增大[8]。在低矿化度条件下，聚合物中的阴阳基团相互吸引，聚合物分子卷曲成团。在盐水中，由于盐离子对聚合物中阴、阳基团的屏蔽、削弱作用，使聚合物舒展开，宏观表现为两性聚合物在盐水溶液中的粘度增加[5]。罗文利[9]等研究了AP型两性聚合物在大港西油藏条件下的驱油效果，实验结果表明，AP型两性聚合物驱采收率比水驱采收率提高24.7%，比部分水解聚丙烯酰胺驱提高4.3%，显示出良好的应用前景。

1.2弱冻胶

冻胶是指一定浓度的聚合物与交联剂反应，在一定条件下形成的具有三维空间网络结构的粘弹体，交联方式为分子间交联。一般选择聚丙烯酰胺聚合物溶液做主剂，浓度一般为1000mg/L～4000mg/L。交联剂主要有多价金属离子、酚醛复合体系、树脂等。冻胶是目前使用最为广泛的堵剂，但其性能受外界物理化学条件影响大，一般冻胶耐温抗盐性差，应用时应尽量考虑其与地层水、地层温度、矿化度等的配伍性，优选聚合物与交联剂。为此，国内外学者均开展了大量的实验研究。

Vasquez等[10-13]研究了具有良好耐温抗盐性的聚乙烯亚胺(PEI)冻胶。通过大量的实验研究发现，丙烯酰胺(AM)/特丁基丙烯酸酯共聚物(PA-t-BA)与聚乙烯亚胺PEI交联体系最高耐温可达177℃，该体系在129℃条件下仍然具有合适的成冻时间与成冻强度。另外，他们还研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物与聚乙烯亚胺(PEI)形成的冻胶体系，该体系热稳定性好，在149℃下仍具有合适的成冻时间与成冻强度。国外学者Hutchins等[14]研发了一种由聚丙烯酰胺、对苯二酚、六亚甲基四胺和NaHCO3组成的冻胶体系，该体系配方在176.7℃下可稳定5个月，在149℃下可稳定12个月，并且取得了很好的应用效果。

关于适用于高温高盐油藏深部调驱弱冻胶体系的研发方面，国内学者也做了大量的研究。吕茂森等[15]研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物与有机铬形成的胶态分散冻胶体系，该体系在温度90℃、矿化度9.5×104mg/L条件下具有良好的稳定性。张世同等[16]研究了丙烯酰胺(AM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物的有机-无机复合交联体系，该体系在90℃、矿化度15×104mg/L条件下具有良好的稳定性。并且在中原油田取得了良好的调驱效果，提高采收率效果显著[17]。戴彩丽等[18]研制了由磺化栲胶、延缓交联剂和稳定剂组成的高温高盐深部调驱体系，在高温(130℃)、高盐(大于2×105mg/L)条件下稳定性好，成冻时间和成冻强度可调。王平美等[19]研究了由非离子聚合物(PMN)与有机交联剂(BW)形成的弱冻胶交联体系，在高温(120℃)、高盐(2.1×105mg/L)苛刻条件下具有良好的稳定性，该体系在华北油田取得了良好的应用效果，降水增油效果明显。

1.3沉淀类

沉淀类调驱体系是指工作液进入地层后发生反应生成沉淀，进而封堵高渗层的调驱剂。为了达到深部调驱的目的，通常使用双液法调驱剂，两种工作液用隔离液隔开，随着工作液向地层深部推移，隔离液变得越来越薄，两种工作液接触，反应产生沉淀封堵高渗层。目前，常用的沉淀型双液法调驱体系主要是硅酸盐沉淀体系，主要包括[20-22]：水玻璃/FeSO4体系、水玻璃/CaCl2体系、水玻璃/MgCl2体系、水玻璃/HCl体系等。双液法调驱体系注入地层时，优先进入高渗透地层，对低渗地层伤害少，两种工作液在地层深部才相遇，具有良好的选择性和深部挖潜效果。

另外，常用的双液沉淀法还有醇诱导盐沉析体系。该技术是建立在“盐析”效应理论基础上的。“盐析”效应是指：通过向电解质溶液中加入非电解质(例如醇类)，降低溶液中电解质的溶解度，使电解质从溶液中析出，形成固相沉淀的过程[24]。自上世纪90年代以来，国外Zhu[24-25]、Shu[26]等人就对该体系进行了大量研究，考察了该体系的作用机理、实施工艺以及影响因素，取得了一系列成果。近十几年来，国内对该技术也进行了大量的研究，取得了较大的进展[27-28]。该技术的现场实施工艺为：首先向地层注入高浓度的盐水，盐水优先进入高渗地层，随后注入醇段塞，醇段塞进入高渗地层与高浓度盐溶液接触后，由于“盐析”效应，高浓度盐水结晶析出盐晶体，封堵高渗地层。醇诱导盐沉析技术具有选择性封堵，可以进行深部调驱，受地层物理化学条件限制少等优势。

1.4体膨颗粒

体膨颗粒是近些年来发展起来的一种新型的深部调驱体系，它适用于非均质性强，渗透率极差大，含水率高地层的深部调驱。体膨颗粒是一类适当交联遇水膨胀而不溶解的聚合物[29]，主要通过单体及交联剂等其他助剂，在一定的条件下形成三维网络结构的粘弹体，该粘弹体通过干燥、磨细、筛分，就可以得到粒度可控的体膨颗粒。

体膨颗粒具有大量的亲水基团，因此它具有“遇油体积不变，遇水膨胀(但不溶解)”的特点。体膨颗粒注入地层中，遇水膨胀，形成具有一定强度的粘弹性颗粒，在外力作用下可以发生可逆的弹性形变，像“变形虫”一样通过地层孔吼，进入地层深部，起到深部调驱的作用。体膨颗粒是在地面交联，通过干燥、磨细、筛分等工艺处理，避免了地下交联体系成脚受温度、矿化度影响大的弊端，具有耐高温(120℃)、耐高盐(不受限制)的优点；另外，体膨颗粒具有粒径可控(mm～cm)、体积膨胀倍数大(几十倍到上百倍)、膨胀快等优点。

由于以上优点，体膨颗粒已经被高含水、大孔道油田广泛认可，成为高含水、高采出程度油田深部挖潜、稳定产量的重要手段。在大庆、大港、中原等油田广泛使用，并取得了很好的应用效果。

1.5冻胶分散体

冻胶分散体是由一定浓度的聚合物和交联剂，在地面交联为冻胶后，通过机械剪切等方法加工而成。其具有制备粒径可控、粘度低、注入性好、耐温(120℃)抗盐(30×104mg/L)性强等特点[30-31]。戴彩丽、赵光等[32-33]利用部分水解聚丙烯酰胺为主剂，酚醛树脂为交联剂，地面成冻后通过胶体磨研磨，得到了粒径可控(nm～mm)、形状为规则球形的酚醛树脂冻胶分散体。通过室内实验，可以看出该酚醛树脂冻胶分散体具有良好的注入性和选择性封堵能力，能够进行深部调驱，封堵高渗层，提高采收率效果明显。

冻胶分散体在地层中的封堵有三种形式[33]：①当冻胶分散体半径Rh略小于吼道半径R时，单个冻胶分散体颗粒直接占据孔吼，对吼道产生封堵，这种封堵作用是较强的；②R>Rh>0.5R或者Rh>0.46R时，两个或者三个冻胶分散体颗粒可以通过“架桥”，形成稳定的结构，实现对孔喉较强的封堵效果；③Rh<0.46R时，多个冻胶分散体颗粒通过堆积，实现对孔喉的封堵，但这种堆积是不稳定的，当流体的压力较大时，就会冲破这种结构，破坏封堵效果。所以在现场应用冻胶分散体的过程中，要考虑冻胶分散体粒径和地层孔喉半径的匹配性，制备合适粒径范围的冻胶分散体。

1.6其他

(1)含油污泥。含油污泥是原油生产过程中伴生的工业垃圾，它的主要成分是水、泥、胶质沥青质以及蜡质，与其他调驱剂相比，它耐温抗盐性好，耐剪切，价格低，能够大量注入。同时也解决了含油污泥处理的问题，有利于保护环境，节约成本，具有良好的应用前景。

含油污泥调驱原理为：在含油污泥中加入添加剂，形成微米级的乳化悬浮液，当把乳化悬浮液注入到地层深部，与地层水接触后，乳化悬浮液被冲刷稀释，体系稳定状态被破坏，其中的泥质、胶质沥青质等成分相互接触、聚结，形成大颗粒沉降吸附在地层孔吼中，形成封堵。该技术适用于渗透率极差大，启动压力低的注水井，已经在江汉油田、胜利油田、辽河油田以及大庆油田等现场取得应用，并且具有良好的效果，但该技术受产量或者原材料的限制，在其他油田的应用不广[34-38]。

(2)柔性体。柔性体是近几年发展起来一种新型的耐温抗盐调驱体系。它以含芳烃单体为合成原料；在水中不溶，在油中微溶；具有良好粘弹性，可变性、拉伸，具有较好的化学稳定性；可以发生二次黏结，形成封堵。柔性体堵剂易溶于甲苯，在作业过程中如果误堵了油层，注入适量甲苯就极易解堵[39-42]。其作用机理为：利用柔性体堵剂的强变形能力，在高渗地层中形成暂堵、变形、运移、再封堵的周期脉动现象，逐渐进入地层深部，使液流转向低渗地层，形成深部调驱。

(3)无机凝胶涂层。在类似塔里木油田这种深井(4500m以上)、高温(120℃以上)和高矿化度(20万mg/L)等苛刻油藏条件的调驱作业过程中，普通的调驱体系无法胜任。为此，近年来中国石油勘探开发研究院采油工程研究所研究开发了一种无机凝胶涂层调驱体系(WJSTP)，该调驱剂与油藏中高温高矿化度地层水反应形成一种与地层水密度相当的无机凝胶，通过吸附在岩石骨架表面形成一层无机凝胶涂层，堵塞地层孔吼，增加流动阻力，达到深部调驱的目的[43]。

无机凝胶涂层具有以下特点：①凝胶吸附在地层岩石表面，降低高渗地层渗流能力，而非完全堵死，可以达到堵而不死。②无机凝胶涂层体系克服了常规调剖剂作用效果易受使用浓度、地层物化条件、成胶时间等因素影响的缺点[44]。③水溶液无毒，环保安全，形成的凝胶与水的密度相当，不沉，有利于在岩石表面的吸附。④无机凝胶涂层抗盐性好，受矿化度影响小，在高矿化度地层中仍然能形成凝胶。⑤无机凝胶涂层耐温性好，适用温度范围广(30℃～120℃)，耐冲刷性强，稳定时间久。

2耐温抗盐深部调驱体系展望

2.1加强新型耐温抗盐调驱体系的研究

聚合物是大部分有机调驱体系的基础，所以新型耐温抗盐调驱体系研究的关键在于耐温抗盐聚合物的研究。通过对目前常用耐温抗盐聚合物的研究可以发现，要提高聚合物耐温抗盐性，通常是通过向聚合物分子中引入数种具有耐温抗盐效果的基团来实现的。由于油藏条件的复杂多变性，研制出适合各个油藏的聚合物还是一项复杂的工程，迫切需要有关研究人员从分子设计和合成工艺方面对水溶性聚合物进行深入研究，研制出具有良好耐温抗盐性、抗剪切、价格低廉的聚合物。

另外，需要对已有应用效果较好的耐温抗盐调驱剂，进行深入研究及改进，扩大其适用范围。

2.2加强复合调驱体系的研究

要加强复合调驱体系的研究，发挥复合调驱体系中各单一调驱剂的优点，克服各自的缺点，发挥协同作用。例如，可以在水玻璃沉淀型调驱体系中加入耐温抗盐聚合物，形成具有良好粘弹性和封堵效果的耐温抗盐调驱体系；在耐温抗盐冻胶成胶液中加入耐温抗盐表面活性剂，形成冻胶泡沫体系，既能在油藏深部形成有效封堵，提高波及系数，又能发挥表面活性剂的作用，提高洗油效率。

2.3加强调驱剂的系列化

目前国内调驱剂大多是针对某个油田某种特殊地层条件而研制开发的，在其他油田推广使用上受到了很大限制。并且，许多调驱剂的性能需要完善化，品种需要实现系列化。

2.4加强配套工艺技术的研究

开发针对于高温高盐油藏的系列化配套调驱剂，形成针对于高温高盐油藏的配套调驱工艺技术。根据现场不同地层条件和开采阶段的需要，有针对性地研究选择调驱剂及调驱工艺，对适用于不同油藏条件的调驱剂区别对待。

3结束语

目前，高含水也是高温高盐油藏是面临的主要问题之一，深部调驱是改造高含水高温高盐油田的主要手段。解决该问题的主要任务就是耐温抗盐调驱体系的研制。近年来，高温高盐调驱体系虽然得到了一些发展，但是新型耐温抗盐调驱剂的研制仍然存在很多问题与挑战。耐温抗盐调驱体系的总结与发展对于我国高温高盐油藏的油田控水稳油与提高采收率具有长远的意义。

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Research Progress of Deep Profile Control and Oil Displacement Agents for High Temperature and High Salinity Reservoirs

SUN Tong-cheng，CUI Ya

(Sinopec Northwest Oilfield Branch Company，Urumqi 830011，Xinjiang，China)

Abstract：The research on deep profile control and oil displacement agents for high temperature and high salinity reservoirs is the key for enhanced oil recovery in harsh condition reservoirs，because of the water channeling problems encountered in these reservoirs. In this paper，eight deep profile control and oil displacement agents，including novel polymers，weak gels，inorganic salt precipitation，volume expansion grain，dispersed particle gel，oily sludge，flexible body and inorganic gel coat，were analyzed. Discussions on the advantages，disadvantages，profile control and oil displacement mechanism and field application of these deep profile control and oil displacement agents were conducted. At last，prospect on the research directions of the temperature resistance and salt tolerance profile control and oil displacement agents was proposed.

Key words：high temperature and high salinity，deep profile control and oil displacement，research progress，development trends

中图分类号：TE 357