弱凝胶调驱体系性能评价研究

张继红，冯建祎

（东北石油大学 提高采收率国家重点实验室，黑龙江 大庆 163318）

针对中低渗透非均质以及高含水的油藏条件，普通水驱和聚合物驱油愈发困难，从而导致储层内大量的剩余油和残余油无法采出[1-4]。调驱作为一种新兴的三次采油的技术手段，能够大幅度提高原油采收 率[5]。复合离子型凝胶调驱体系采用复合离子聚合物作为主剂，使用交联剂将聚合物交联生成稳定的网状立体结构的凝胶，具有强度大、稳定性高和注入容易的特点，作为调驱药剂在矿场得到了广泛应用。与聚合物[6-8]相比，弱凝胶具有较强的抗剪切能力，能够在地层中逐渐成胶，具有较高的强度，且作用时间和距离更长，能对地层中的高渗透通道产生一定的封堵作用，从而使后续驱替液流向改变[9,10]，起到“调”的作用；由于其线团之间是依靠少量化学键和氢键相连，交联强度不高，在地层的剪切作用下，形成较小体积的胶团，在后续驱替液的推动下，继续向地层深部运移，对剩余油起到“驱”作用，从而达到边调边驱的效果，能有效的扩大其波及体积，并提高洗油效率，从而提高原油的采收率[11-14]。针对大庆葡北油田的油藏条件，对复合离子型凝胶调驱体系进行配方优选，并对优选出的调驱体系进行抗盐性、抗剪切性、热稳定性和黏弹性评价，评估该调驱体系的储层适应性和提高采收率能力。

1 实验部分

1. 1 主要试剂与仪器

实验用水：大庆葡北油田回注污水，矿化度约为4.6 g/L，pH=8；调驱体系为复合离子型聚合物凝胶，其主要成份均由四川光亚科技股份有限公司研制和提供，包括：YFFTP两性离子型聚合物，阳离子度3%～5%，水解度14%～15%，分子量1 400～1 600万，白色粉剂，工业品；YFJJ碱性交联剂，白色粉末，水溶，工业品；BS-99调剖稳定剂，白色或棕色粉末，水溶，工业品。

AL204电子天平，梅特勒-托利多集团；DV-Ⅲ型布氏黏度计，合测实业（上海）有限公司；HAAKE RS6000型高温高压流变仪，思百吉集团；数显恒温水浴锅，上海析达仪器有限公司；数显恒速强力电动搅拌机，北京卓川电子科技有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 调驱体系浓度优选实验

为了使调驱体系能够更好的适应地层条件，需要对调驱体系配方进行优选，从而获得适当的成胶时间和成胶强度，在满足调驱体系大剂量注入的同时还要确保调驱体系具有一定的强度，从而达到边调边驱的目的。

利用回注污水，YFFTP两性离子型聚合物，YFJJ碱性交联剂和BS-99调剖稳定剂，配制不同配方的调驱体系，测量其初始黏度，并置于45 ℃的恒温箱中，通过目测法测量调驱体系的成胶时间，并利用布氏黏度计测定调驱体系的成胶强度及其黏度随时间的变化（测定温度为45 ℃），分别对调驱体系的聚合物质量浓度、交联剂质量浓度和稳定剂质量浓度进行优选，从而优选出较佳调驱体系配方。

1. 2. 2 调驱体系性能评价实验

1）抗盐性评价实验

通过加入蒸馏水稀释或添加无机盐，将回注污水配制成矿化度分别为2.0，4.5，6.0和8.0 g/L的实验用水，然后以聚合物质量浓度0.8 g/L、交联剂质量浓度1.8 g/L以及稳定剂质量浓度0.3 g/L的配方配制成不同的调驱体系样品，置于45 ℃的恒温水浴中，测定各样品在不同矿化度下的成胶时间、成胶强度和随时间黏度的变化情况。

2）抗剪切性评价实验

①剪切速度对调驱体系的影响

利用优选的弱凝胶调驱体系配方，即聚合物质量浓度0.8 g/L、交联剂质量浓度1.8 g/L和稳定剂质量浓度0.3 g/L，制备3个相同的调驱体系样品，分别以300，1 000和2 000 r/min的转速搅拌30 min，置于45 ℃的恒温水浴中，测定其黏度随时间的变化 情况。

②剪切时间对调驱体系的影响

以聚合物质量浓度0.8 g/L、交联剂质量浓度 1.8 g/L和稳定剂质量浓度0.3 g/L的配方制备3个相同的调驱体系样品，分别以1 000 r/min的转速搅拌30，60和90 min，置于45 ℃的恒温水浴中，测定其黏度随时间的变化情况。

3）热稳定性评价实验

模拟油藏条件，以聚合物质量浓度0.8 g/L、交联剂质量浓度1.8 g/L以及稳定剂质量浓度0.3 g/L的配方制备1个调驱体系样品，置于45 ℃的恒温水浴中，测量其黏度随时间的变化情况。

4）黏弹性评价实验

模拟油藏条件，以聚合物质量浓度0.8 g/L、交联剂质量浓度1.8 g/L以及稳定剂质量浓度0.3 g/L的配方制备1个调驱体系样品，待调驱体系成胶时，利用HAAKE RS6000型高温高压流变仪进行测量，首先固定频率1.0 Hz的条件下，进行应力扫描，找出黏弹性的线性平台区，然后固定应力条件下，在0.01～100 Hz内进行频率扫描，测出不同频率下的储能模量和耗能模量。

2 结果与讨论

2. 1 调驱体系质量浓度优选实验

2. 1. 1 聚合物

固定交联剂质量浓度为1.8 g/L，稳定剂质量浓度为0.3 g/L，分别对比聚合物质量浓度为0.6，0.7，0.8，0.9和1.0 g/L的5种不同调驱体系的成胶时间、成胶强度及其黏度随时间的变化，结果见表1。

表 1 不同聚合物质量浓度下调驱体系的黏度随时间的变化Tab. 1 The change of viscosity with time at different mass concentrations of polymer

由表1可知，随着聚合物溶液质量浓度的升高，调驱体系的成胶时间逐渐减少，成胶强度逐渐增大，但幅度逐渐减小；随着聚合物质量浓度的升高，调驱体系的黏度逐渐增加，当聚合物质量浓度大于0.8 g/L时，增幅变小，且强度均较高，考虑到经济因素，确定聚合物质量浓度为0.8 g/L。

2. 1. 2 交联剂

固定聚合物质量浓度为0.8 g/L，稳定剂质量浓度为0.3 g/L，分别对比交联剂质量浓度为1.6，1.8和2.0 g/L 的3种不同调驱体系的成胶时间、成胶强度及其黏度随时间的变化，结果见表2。由表2可知，随着交联剂质量浓度的升高，调驱体系的成胶时间逐渐减少，成胶强度逐渐增大，当交联剂质量浓度大于1.8 g/L时，增幅明显变小，且强度均较高，故交联剂质量浓度为1.8～2.0 g/L均较为合适，考虑到经济因素，选择交联剂质量浓度为1.8 g/L。

2. 1. 3 稳定剂

固定聚合物质量浓度为0.8 g/L，交联剂质量浓度为1.8 g/L，分别对比稳定剂质量浓度为0.2，0.3和0.4 g/L 的3种不同调驱体系的初始黏度、成胶时间、成胶强度及其黏度随时间的变化，结果见表3。由表3可知，随着调驱体系中稳定剂质量浓度的升高，成胶时间逐渐降低，成胶强度逐渐增加，但增幅逐渐减小；随着稳定剂质量浓度的增加，稳定剂质量浓度对凝胶体系的影响逐渐减小，考虑到经济成本和施工要求，确定稳定剂质量浓度为0.3 g/L。

表 2 不同交联剂质量浓度下调驱体系的黏度随时间的变化Tab. 2 The change of viscosity with time at different mass concentrations of cross-linking agent

表 3 不同稳定剂质量浓度下调驱体系的黏度随时间的变化Tab. 3 The change of viscosity with time at different mass concentrations of stabilizer

2. 2 弱凝胶调驱体系性能评价实验

2. 2. 1 抗盐性评价实验

由于储层内流体具有较高的矿化度，测试调驱体系在高矿化度的油藏条件下能否持续作用，对提高采收率至关重要。测定各样品在不同矿化度下的成胶时间、成胶强度和黏度随时间的变化，结果见图1和 图2（见下页）。

由图1和2可知，随着矿化度的增加，成胶时间逐渐增加，成胶强度逐渐降低；在第15 d时，矿化度为 8 g/L调驱体系仍具有较高的黏度，能达到6 500 mPa·s以上，说明该调驱体系具有较好的抗盐性能。

图 1 不同矿化度下调驱体系的成胶时间和成胶强度Fig. 1 The gelation time and viscosity under different salinity

图 2 不同矿化度下调驱体系黏度随时间的变化曲线Fig. 2 The change of viscosity with time under different salinity

2. 2. 2 抗剪切性评价实验

调驱体系在油层中运移、驱油过程中，容易发生剪切降解，从而导致调驱体系破胶，黏度急剧减小，驱油效果大大降低，因此，在注入前需要对弱凝胶调驱体系进行抗剪切性能评价实验，从剪切速率（图3） 和剪切时间（图4）两个方面分析调驱体系的抗剪切性能。从图3中可以看出，剪切时间相同时，随着剪切速率的增加，成胶后调驱体系的黏度有较大幅度的下降，但其黏度仍能达到4 000 mPa·s以上，且具有较好的稳定性；从图4中可以看出，在剪切速度一定的条件下，随着剪切时间的增加，调驱体系的黏度下降，但幅度不大，对于不同的剪切时间，调驱体系的抗剪切能力较强，相比聚合物驱油，弱凝胶在剪切条件下具有一定的抗剪切能力，且能够形成具有一定强度的可动凝胶，能够实现边调边驱的效果。

2. 2. 3 热稳定性评价实验

为了评价调驱体系能否在油藏温度下长期作用，实现长期稳定的深部调驱，对调驱体系进行了热稳定性能评价实验，评估在油藏温度下调驱体系黏度随时间的变化情况，制备1个调驱体系样品，置于45 ℃的恒温水浴中，测量调驱体系黏度随时间的变化，结果见表4。

图 3 不同剪切速率下剪切0.5 h的调驱体系黏度随时间变化曲线Fig. 3 Th e plots of viscosity versus time with 0.5 h shear at different shear rates

图 4 剪 切速率为1 000 r/min时不同剪切时间下的调驱体系黏度随时间变化曲线Fig. 4 Th e plots of viscosity versus time for different shear time at shear rate of 1 000 r/min

表 4 调驱体系黏度随时间的变化Tab. 4 Th e change of viscosity of the profile-controlling and flooding system with time

由表4可以看出，调驱体系在第5天左右达到峰值，随着时间的推移，调驱体系的黏度逐渐降低，但下降幅度很小，最后趋于平稳，90 d时调驱体系的黏度保留率达到了74.6%，总体来说该调驱体系的热稳定性较好，能够在油藏条件下长期作用。

2. 2. 4 黏弹性评价实验

从调驱体系成胶后储能模量和耗能模量随频率的变化（图5）可以看出，调驱体系成胶后具有明显的黏弹性能，储能模量和耗能模量分别为3 032和178 Pa，储能模量远大于耗能模量，调驱体系表现为软固体特性，因而能够在多孔介质中变形通过，可以在矿场应用中，既能够保证不被地层剪切，同时也可以保证具有一定的封堵强度，从而达到边调边驱的效果。

图 5 调驱体系模量随频率的变化曲线Fig. 5 The plots of modulus versus frequency

3 结论

综合考虑调驱体系的性能和经济成本，优选出的调驱体系配方为：聚合物质量浓度为0.8 g/L，交联剂质量浓度为1.8 g/L，稳定剂质量浓度为0.3 g/L；该调驱体系具有较好的抗盐性、抗剪切性、热稳定性和黏弹性，能够在油藏条件下长期作用，实现边调边驱。