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大慶油區(qū)三元復合驅耐堿性調剖劑的研制與段塞組合優(yōu)化

2014-11-28 05:35周亞洲殷代印張承麗
油氣地質與采收率 2014年5期
關鍵詞:段塞成膠交聯(lián)劑

周亞洲,殷代印,張承麗

(東北石油大學教育部提高油氣采收率重點實驗室,黑龍江大慶163318)

大慶油區(qū)三元復合驅取得了顯著效果[1-4],從工業(yè)化推廣的實際和受效狀況看,目前還存在一些問題亟待解決。杏一—二區(qū)東部Ⅱ塊部分三元復合驅采出井受效狀況差,該類井主要集中在基礎井網注水井附近,底部油層存在大孔道,造成注入井注入壓力低,采出井采聚濃度高,無效循環(huán)嚴重,高滲透層相對吸液量達69.2%,吸液厚度比例僅為23.9%,注入強度達15.6 m3/(d·m),比區(qū)塊平均值高9.4 m3/(d·m),且井區(qū)注入井油層發(fā)育以合層為主,分注潛力小,需深部調剖[5],目前在強堿體系中尚無成功的調剖經驗可借鑒[6-12]。為此開展三元復合驅調剖技術研究,提高化學藥劑利用率,改善區(qū)塊整體開發(fā)效果。結合該區(qū)塊油藏特點,在pH值為12的情況下,采用普通聚合物作為主劑,離子和有機化學劑作為交聯(lián)劑,加入穩(wěn)定劑和除氧劑,開展三元復合驅耐堿性調剖劑研制,并進行調剖劑段塞組合優(yōu)化。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑與儀器

聚合物、堿、表面活性劑取自大慶油區(qū)杏一—二區(qū)東部Ⅱ塊;實驗用油是利用井口原油與航空煤油配制成的粘度為6.84 mPa·s的模擬油。實驗所用注入水、地層水離子組成和總礦化度如表1所示。實驗所用巖心為30 cm×30 cm×4.5 cm的縱向三層非均質正方形人造巖心,各層滲透率分別約為300×10-3,500×10-3和800×10-3μm2,井網類型為四注一采五點法井網。

表1 注入水和地層水的離子組成 mg/L

實驗儀器包括:ES-120型電子分析天平、KJ-1型高速攪拌器、NDJ-4粘度計、CS-501型超級恒溫器、HXDSY型流動實驗儀、LB-1型平流泵和真空泵等。

1.2 實驗方法

用配制好的模擬地層水與稱量好的聚合物配制成溶液,將其攪拌均勻后,取下熟化,熟化完畢后,將稱量好的交聯(lián)劑加入聚合物溶液中,4 h后,利用pH調節(jié)劑(質量分數(shù)為1.2%的氫氧化鈉溶液)將pH值調到12,放入45℃烘箱內定期測定成膠時間和成膠強度,最后利用正交試驗方法進行優(yōu)化。

根據(jù)三元復合驅深部調剖要求,在溫度為45℃和pH值為12的條件下,調剖劑成膠時間應為72~360 h,成膠強度應為2 000~4 000 mPa·s,穩(wěn)定時間應在60 d以上。

2 實驗結果分析

2.1 交聯(lián)劑種類的篩選

選用相對分子質量為2 500×104且質量濃度為2 000 mg/L的聚合物;離子型交聯(lián)劑分別為YH-1,YH-2,YH-3和YH-4,其質量分數(shù)皆為0.1%;有機交聯(lián)劑為THM-1和THM-2,其質量分數(shù)為0.1%;穩(wěn)定劑為DX-1,質量分數(shù)為0.2%;除氧劑為GP-1,質量分數(shù)為0.1%。根據(jù)實驗結果得出,YH-1復配后形成的凝膠在102 h強度達到最大,為2 880 mPa·s,70 d后強度為2 120 mPa·s,表明穩(wěn)定性較好;YH-2復配后形成的凝膠強度為40 000 mPa·s,其值太大不適合油層深部調剖;YH-3復配后形成的凝膠強度為2 000 mPa·s,但70 d后強度僅為190 mPa·s,表明穩(wěn)定性較差;YH-4復配后形成的凝膠成膠過快,僅為42 h,且其成膠強度比YH-1復配后的成膠強度小。因此,選用YH-1為交聯(lián)劑。

2.2 交聯(lián)劑質量分數(shù)的篩選

在離子型交聯(lián)劑YH-1質量分數(shù)為0.1%~0.2%,有機交聯(lián)劑THM-1和THM-2的質量分數(shù)分別為0.1%~0.25%和0.08%~0.2%的條件下,測定成膠性能。實驗結果表明,離子型交聯(lián)劑和有機交聯(lián)劑質量分數(shù)越大,成膠后凝膠強度越大。若離子型交聯(lián)劑和有機交聯(lián)劑質量分數(shù)過小,則形成的凝膠不能成膠且穩(wěn)定性差;若離子型交聯(lián)劑和有機交聯(lián)劑質量分數(shù)過大,則形成的凝膠強度太大而不適于深部調剖。因此,確定YH-1的質量分數(shù)為0.15%,THM-1和THM-2的質量分數(shù)分別為0.1%和0.08%。

2.3 聚合物相對分子質量的篩選

選用聚合物的質量濃度為2 000 mg/L,相對分子質量分別為 1 300×104,1 500×104,1 700×104,2 500×104和3 500×104;YH-1質量分數(shù)為0.15%;THM-1和THM-2質量分數(shù)分別為0.1%和0.08%。實驗結果表明,隨著聚合物相對分子質量的增大,成膠強度增強;相對分子質量分別為1 300×104,1 500×104,1 700×104所形成的調剖劑,未形成長鏈,沒有達到成膠標準;當聚合物相對分子質量為2 500×104時,102 h后粘度達到最大,為3 510 mPa·s,且穩(wěn)定性較好;當聚合物相對分子質量為3 500×104時,調剖劑體系出現(xiàn)顆粒狀,不能互相聚合為一種連續(xù)的體系,不適于深部調剖[13-16]。因此,選用聚合物的相對分子質量為2 500×104。

2.4 聚合物質量濃度的篩選

選用聚合物的相對分子質量為2 500×104,質量濃度分別為1 500,1 800,2 000和2 200 mg/L;YH-1質量分數(shù)為0.15%;THM-1和THM-2的質量分數(shù)分別為0.1%和0.08%。由實驗結果可以看出,隨著聚合物質量濃度的升高,成膠強度增大,成膠時間縮短。這是因為在一定的條件下,聚合物分子的水力學半徑是一定的,隨著聚合物質量濃度的增加,聚合物分子之間碰撞、纏繞的幾率較大,與交聯(lián)劑反應的聚合物分子較多,增加了聚合物分子之間的作用力[17-19],使成膠強度升高。綜合考察現(xiàn)場對成膠時間、成膠強度的要求,確定聚合物質量濃度為2 000 mg/L。

2.5 聚合物溶液熟化時間的選擇

選用聚合物相對分子質量為2 500×104,質量濃度為2 000 mg/L;YH-1質量分數(shù)為0.15%;THM-1和THM-2質量分數(shù)分別為0.1%和0.08%,將配制好聚合物溶液分別放置2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22和24 h后再添加交聯(lián)劑。從實驗結果(圖1)可以看出,當聚合物溶液熟化時間為2~4 h時形成凝膠的強度較低,這是由于熟化時間過短,聚合物在溶液中相互的連接性和依附性還沒有完全體現(xiàn);當聚合物溶液熟化時間為8~18 h時,成膠強度符合成膠標準,其中聚合物溶液熟化時間為12 h時,成膠強度最大為3 510 mPa·s;而當聚合物溶液熟化時間為20~24 h時,聚合物開始進入老化階段,調剖劑成膠強度明顯下降。因此,確定聚合物溶液最佳熟化時間為12 h。

圖1 聚合物溶液不同熟化時間的成膠強度變化

2.6 正交試驗優(yōu)選調剖劑配方

影響耐堿性調剖劑性能的因素有很多,如聚合物質量濃度、聚合物相對分子質量、交聯(lián)劑種類及濃度、助劑的種類,以及調剖劑中各化學試劑濃度及交互作用等[20]。現(xiàn)只考慮離子型交聯(lián)劑、有機交聯(lián)劑、聚合物和pH值調節(jié)劑這4個主要因素對耐堿性調剖劑性能的影響,應用L25(56)正交表對耐堿性調剖劑配方進行考察,目的是確定影響耐堿性調剖劑性能的主要因素,為進一步研究和優(yōu)化耐堿性調剖劑配方提供指導。正交試驗結果表明,影響耐堿性調剖劑性能的4種因素主次關系依次為:pH值調節(jié)劑、有機交聯(lián)劑、聚合物、離子型交聯(lián)劑。得到的調剖劑配方為:相對分子質量為2 500×104且質量濃度為2 000 mg/L的聚合物、質量分數(shù)為0.15%的離子型交聯(lián)劑YH-1、質量分數(shù)分別為0.1%和0.08%的有機交聯(lián)劑THM-1和THM-2、質量分數(shù)為0.2%的穩(wěn)定劑、質量分數(shù)為0.1%的除氧劑。

3 調剖劑性能評價

3.1 調剖劑對三元復合體系界面張力的影響

根據(jù)研究區(qū)塊實際注入三元復合體系的情況,用質量分數(shù)為1.2%的氫氧化鈉、質量分數(shù)為0.3%表面活性劑和質量濃度為2 000 mg/L的聚合物配制三元復合體系,在第1、第3、第5和第10天測定三元復合體系的界面張力,分別為3.42×10-3,4.25×10-3,4.83×10-3和5.12×10-3mN/m。另一實驗為對比實驗,在配制好的三元復合體系中加入優(yōu)選的調剖劑,測定復合體系在第1、第3、第5和第10天的界面張力,分別為3.64×10-3,4.87×10-3,5.49×10-3和7.02×10-3mN/m。此實驗結果表明,調剖劑對三元復合體系界面張力的影響不大。

3.2 氫氧化鈉質量分數(shù)對調剖劑性能的影響

為了評價三元復合體系中氫氧化鈉質量分數(shù)對調剖劑性能的影響,進行了不同氫氧化鈉質量分數(shù)下調剖劑成膠性能實驗。采用優(yōu)選的配方,加入交聯(lián)劑4 h后,分別加入質量分數(shù)為0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%和1.2%的氫氧化鈉溶液。實驗結果表明隨著氫氧化鈉質量分數(shù)的增加,調剖劑成膠后強度逐漸減小。在氫氧化鈉質量分數(shù)為0時,即中性條件下,成膠后最大強度為7 500 mPa·s;當氫氧化鈉質量分數(shù)達到1.2%,即pH值為12時,成膠強度為3 510 mPa·s,但仍可成膠。由此可見,所研制的調剖劑耐堿性較好,可應用于三元復合驅調剖。

3.3 緩凝劑質量分數(shù)對耐堿性調剖劑成膠時間的影響

采用優(yōu)選的配方,加入交聯(lián)劑4 h后,分別加入質量分數(shù)為0.05%,0.1%,0.15%和0.2%的緩凝劑,測定成膠性能。實驗結果表明隨著緩凝劑質量分數(shù)的增加,成膠時間延長。當緩凝劑質量分數(shù)為0時,成膠時間為102 h;當緩凝劑質量分數(shù)為0.1%時,成膠時間為222 h;當緩凝劑質量分數(shù)為0.2%時,成膠時間為366 h。因此,可以通過加入緩凝劑來調節(jié)成膠時間。

4 調剖驅油實驗

為了研究調剖劑在三元復合驅調剖中的效果,進行了驅油實驗。設計了3個實驗方案,方案Ⅰ為水驅至含水率為98%,方案Ⅱ為水驅至含水率為95%—注入0.4倍孔隙體積的三元復合體系—后續(xù)水驅至含水率為98%,方案Ⅲ為水驅至含水率為95%—注入0.2倍孔隙體積的三元復合體系—注入0.035倍孔隙體積的調剖劑—注入0.2倍孔隙體積的三元復合體系—后續(xù)水驅至含水率為98%。從實驗結果(表2)可以看出,在三元復合體系中注入研制的調剖劑,能改善中、低滲透層的開發(fā)效果,3塊巖心含水率最低值分別為46.5%,47.5%和44.7%,與水驅相比含水率下降最大幅度分別為48.5%,47.5%和50.3%;采收率分別為69.84%,69.31%和69.66%,比水驅分別提高采收率22.24%,21.71%和22.06%,比不使用調剖劑的三元復合驅分別提高采收率4.3%,3.77%和4.12%。3塊巖心比不使用調剖劑的三元復合驅平均提高采收率4%左右。

表2 3種方案驅油效果

5 調剖劑段塞組合優(yōu)化

為了模擬凝膠深部調剖的開發(fā)效果,應用CMG軟件的STARS模塊建立了理想模型。地質模型參數(shù)依照杏一—二區(qū)東部Ⅱ塊實際情況。井網類型是四注一采五點法井網,注采井距為150 m。

考慮到試驗區(qū)進行三元復合驅,油藏pH值較高,在方案設計中加入了前置聚合物段塞和后續(xù)聚合物段塞,考察了聚合物質量濃度為1 500~2 500 mg/L、段塞尺寸為0.005~0.015倍孔隙體積前置的聚合物段塞和聚合物質量濃度為2 000 mg/L、段塞尺寸為0.01倍孔隙體積的后續(xù)聚合物段塞對開發(fā)效果的影響。數(shù)值模擬結果表明前置聚合物段塞對開發(fā)效果影響較大,后續(xù)聚合物段塞對開發(fā)效果影響不大。優(yōu)選出的前置段塞為質量濃度為2 000 mg/L的0.01倍孔隙體積的聚合物溶液。調剖前加入0.01倍孔隙體積的前置聚合物段塞最終采收率為74.33%,比三元復合驅提高采收率4.58%,比不加前置聚合物段塞的三元復合驅調剖提高采收率0.56%。分析原因是:在注入調剖劑前,加入少量的前置聚合物段塞,能夠稀釋地層中殘留的堿液,保證調剖劑具有更好的性能。同時對三元復合驅調剖的段塞大小進行了優(yōu)選,得出0.035倍孔隙體積的調剖劑開發(fā)效果和經濟效益最佳。

6 結論

在pH值為12的條件下,研制出了耐堿性調剖劑配方,該調剖劑成膠時間為102 h,成膠粘度為3 510 mPa·s;穩(wěn)定時間大于60 d,抗鹽性好,對三元復合體系界面張力影響不大。應用研制的調剖劑進行了驅油實驗,結果表明該調剖劑應用于三元復合驅調剖時,能夠改善三元復合驅的開發(fā)效果,比不使用調剖劑的三元復合驅提高采收率4%左右。數(shù)值模擬結果表明該調剖劑應用于三元復合驅調剖時,在調剖前加入小尺寸的前置聚合物段塞,調剖劑能有更好的調剖性能。

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