2016, Vol. 38
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2. "提高石油采收率"国家重点实验室·中国石油勘探开发研究院, 北京 海淀 100083
2. State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Haidian, Beijing 100083, China
近年来深部调驱技术在中低温油藏（70℃以 下）得到了广泛应用[1-4]，但在高温油藏（100℃以 上）发展相对较慢[5-6]，尤其是同时具有耐高温和耐 高矿化度的凝胶体系，还存在着聚合物降解严重、 高温交联剂成胶速度难以控制、凝胶体系长期稳定 性差等不利因素。尕斯库勒油田E31 油藏是青海油 田主力油藏，系高温、高压、高矿化度的低渗油藏， 全油藏平均孔隙度13.9%，平均有效渗透率26 mD， 渗透率变异系数0.70，油层非均质严重，平面矛盾 突出，水驱效率越来越差[7-8]。由于其油藏温度高 达126℃，地层水矿化度高达200 000 mg/L 左右， 且钙镁总量高达3 340 mg/L，超过了常规聚合物驱 技术的上限温度和矿化度界限，近年来，调驱工艺 的现场应用效果越来越差。本文针对该油藏，开发 中后期高温高盐砂岩油藏地质特征和现状，开展了 耐高温、高盐等特点的可动凝胶调驱技术研究，优 选出了采用该油藏采出水配制的抗温耐盐可动凝胶 体系，为高温高矿化度低渗油藏可动凝胶深部调驱 提供了技术支持。
1 实验部分 1.1 主要实验仪器和样品主要实验仪器：DVⅡ+ 型BROOKFIELD 旋转 黏度计。
主要样品：尕斯库勒油田E31 油藏的 注入水（总矿化度117 000 mg/L，钙镁离子 3 340 mg/L）；星形抗温耐盐聚合物CA-2588（分 子量500×104~1 100×104，水解度1%~5%，固含量 88% 以上）；高温交联剂HT-2008；其他化学药剂皆 为分析纯试剂。
1.2 实验方法（1）成胶时间：取定量可动凝胶溶液置于高温 安焙瓶中，封口，放入126℃的恒温箱中，定时观 察，以溶液明显增稠的时间为凝胶形成时间（成胶 时间）。
（2）可动凝胶溶液和可动凝胶黏度用DVⅡ 型布氏旋转黏度计，在剪切速率为7.340 s-1 或 0.367 s-1 和温度为85℃条件下，测其黏度。
（3）成胶实验方法：采用尕斯库勒油田E31 油藏 注入水，配制浓度为10 000 mg/L 的星形抗温耐盐 聚合物CA-2588 母液1 L，并在400 r/min 下搅拌 2 h 后，放置24 h。实验时，再用尕斯库勒油田E31 油藏注入水分别稀释至实验浓度，然后加入不同量 的耐高温有机交联剂HT-2008，搅拌20 min 后，在 85℃、6 r/min 条件下，测定成胶溶液的初始黏度， 然后将配制好的成胶体系转入耐温耐压安焙瓶，放 入126℃烘箱中，恒温不同时间时，取出并立即测 定成胶溶液的黏度，观察分析聚合物与交联剂在高 温条件下的成胶性能。优选实验的基本条件是：采 用油藏生产现场的注入水、聚合物浓度2 000 mg/L、 有机交联浓度6 600 mg/L、溶液pH 值为7.80、实验 温度126℃，实验中，改变其中的一个条件，其他条 件不变，以便准确评价其对凝胶体系性能的影响。
（4）高温高盐可动凝胶样品微观结构分析：采 用美国FEI 公司QUANTA450 型环境扫描电镜对高 温高盐可动凝胶样品微观结构进行了观察和显微特 征分析。
2 实验结果与讨论 2.1 尕斯库勒油田E31 油藏水质分析在青海油田采油一厂联合站，取得尕斯库勒油 田E31 油藏现场注入水水样，并进行了水质分析，结 果见表 1，水样总矿化度为117 000 mg/L，钙镁离子 总量为3 340 mg/L，系典型的高矿化度、高钙水质， 对聚合物类凝胶体系性能的影响很大。
| 表1 尕斯库勒油田E31油藏水质分析 Table 1 The brine composition of Gasikule oilfield E31 reservoir |
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星形抗温耐盐聚合物CA-2588 分子量的影响 结果见图 1，不同分子量的CA-2588 与耐高温有机交联剂HT-2008 形成的凝胶，长期稳定性都较好， 但随着CA-2588 分子量的增大，凝胶黏度显著增 加；CA-2588 浓度为2 000 mg/L 及相应配方条件 下，溶液中的聚合物分子无规线团流体力学体积较 大，其碰撞几率也比较大，同时存在着穿插交叠。当 小分子交联剂加入后，随着反应时间的延长，聚合 物分子无规线团之间的交联比例逐渐增大，使得凝 胶黏度逐渐增大，直至最大值的出现。从实验过程 中得出：在反应后期，由于尕斯库勒油田E31 油藏的 注入水高矿化度和高温（126℃）的影响，CA-2588 有轻微降解断链，导致凝胶黏度略有降低，但不明 显，说明该可动凝胶体系耐盐耐温性能优越。可根 据不同的地质条件（特别是渗透率和水驱通道的大 小）以及施工工艺需要，合理选择CA-2588 的分子 量，这是影响深部调驱效果的重要因素之一。
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| 图1 星形抗温耐盐聚合物CA-2588 分子量和凝 胶黏度的关系 Fig. 1 The effect of molecular weights of temperature-resistant and salt-resistant star polymer CA-2588 on gel viscosity |
CA-2588 使用浓度对凝胶体系性能的影响见 表 2 ，在所考查的实验条件范围内，凝胶黏度随着CA-2588 浓度的增加而逐渐增加，且增幅也逐渐增 大；同时，随着反应时间的延长，凝胶黏度同样是 逐渐增加，在第5 天时达到最大值，随后逐渐降低。 当CA-2588 浓度小于1 500 mg/L 时，凝胶黏度达 到最高值后，快速降低，并开始脱水，180 d 后脱水 量大于30%。当CA-2588 浓度大于3 000 mg/L 时， 凝胶黏度的最高值达到97 100 mPa·s，且在180 d 内 其性能基本保持稳定，黏度大于96 000 mPa·s，脱 水量小于5%。当其浓度大于5 000 mg/L 时，恒温 180 d 后，凝胶黏度保持稳定，无破胶脱水现象。说 明，CA-2588 的使用浓度是影响凝胶强度和有效期 的关键因素。
| 表2 不同浓度星形抗温耐盐聚合物CA-2588 的凝胶黏度变化和现象 Table 2 Effect of temperature-resistant and salt-resistant star polymer CA-2588 concentration |
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耐高温有机交联剂HT-2008 使用浓度对凝 胶体系性能的影响见图 2，随着耐高温有机交联 剂HT-2008 浓度的增大，凝胶黏度逐渐增大；当 HT-2008 浓度为6 600 mg/L 时，凝胶黏度达到最大 值43 900 mPa·s，随着HT-2008 浓度的继续增大， 凝胶黏度开始逐渐降低。说明其在最佳使用浓度 时，可动凝胶体系性能最优。
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| 图2 耐高温有机交联剂HT-2008 浓度和凝胶黏度的关系 Fig. 2 Effects of the concentration of organic cross-linking agent HT-2008 on gel viscosity |
pH 值大小（采用盐酸和氢氧化钠调节）对凝胶 体系性能的影响见图 3，随着pH 值的升高，凝胶 体系黏度呈抛物线形态，体系为中性时，所形成的 凝胶黏度达到最大值43 900 mPa·s，恒温放置180 d 后，凝胶黏度仍大于40 000 mPa·s；同时，随着pH 值的升高，凝胶的成胶时间逐渐延长。说明，可以通过 调整体系的pH 值，来调整体系的成胶时间，以满足 不同井、层的工艺技术要求。当pH 值在7.00~8.10 时，凝胶的成胶时间为5~9 h，即可满足现场调驱施 工的要求。
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| 图3 不同pH 值对凝胶黏度和成胶时间的影响 Fig. 3 Effect of different pH values on gel viscosity and gelation time |
根据上述2.1~2.5 的实验及其结果，以凝胶体系 黏度稳定并大于5 000 mPa·s，且体系的综合成本在 较低范围内为基本要求，确定了尕斯库勒油田E31 油 藏高温高盐可动凝胶调驱体系的基本配方，见表 3。
| 表3 尕斯库勒油田E31油藏可动凝胶调驱体系的基本配方及性能 Table 3 The basic formula of movable gel system for Gasikule Oilfield E31 reservoir |
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综合上述实验结果得出，尕斯库勒油田E31 油藏高温高盐可动凝胶体系的具体配方为： 2 000~5 000 mg/L CA-2588+6 600 mg/L HT-2008， 采用尕斯油田注入水配制，并用适量的pH 调节剂， 调至体系的pH 为7.5。
2.7 尕斯库勒油田E31 油藏高温高盐可动凝胶体系的 抗盐性采用等比例稀释或增浓尕斯库勒油田E31 油藏现场注入水（总矿化度117 000 mg/L，钙镁离子 3 340 mg/L）的方法，分别配制总矿化度为46 800， 117 000，170 000 和200 000 mg/L 的模拟盐水。用 这些模拟盐水配制聚合物CA-2588 溶液，加入交 联剂HT-2008，形成凝胶体系，恒温放置5 d，分别 测其黏度和成胶时间，矿化度与凝胶黏度、成胶时 间的关系见图 4 。随着总矿化度的逐渐增大，凝胶黏度逐渐下降，但其下降幅度小于10%；当盐水总 矿化度为200 000 mg/L 时，凝胶体系黏度仍大于 43 000 mPa·s。体系的成胶时间在6.5~9.0 h，实验表 明，优选出的尕斯库勒油田E31 油藏高温高盐可动凝 胶体系，耐温抗盐能力优良，完全能够满足高矿化 度、高温深井深部调驱的要求。
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| 图4 不同矿化度的盐水对凝胶黏度和成胶时间的影响 Fig. 4 Effect of different TDS on gel viscosity and gelation time |
良好的热稳定性，可延长可动凝胶体系在高温 地层使用的效果和有效期。将聚合物CA-2588 与 交联剂HT-2008，用总矿化度为117 000 mg/L 的 尕斯库勒油田E31 油藏注入水配制成可动凝胶体 系，在温度为126℃条件下测其热稳定性。同时将 CA-2588 与HT-2008 用总矿化度为200 000 mg/L 的模拟盐水配制成可动凝胶体系，在温度为 140℃条件下测其热稳定性，结果见图 5。
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| 图5 高温高盐可动凝胶体系凝胶黏度和放置时间 的关系曲线 Fig. 5 Relation curves of placing time and viscosity of movable gel for high-temperature and high-salinity |
凝胶体系在5 d 时黏度分别达到最高值 43 900 mPa·s 和43 600 mPa·s，实验温度下恒温放 置60 d 时凝胶黏度都保持稳定，无破胶脱水现象； 90 d 时凝胶黏度仍能保持稳定，脱水量分别小于5%和8%；恒温放置180 d 后，凝胶黏度仍大于 42 000 mPa·s，脱水量分别小于10% 和15%。说明， 在聚合物分子中引入星形结构聚合物高分子链，并 在该链上引入抗温基团和抑制酰胺基水解基团，能 够很大程度上提高聚合物的耐温性能，与优选的交 联剂形成的可动凝胶体系，具有很好的长期热稳定 性和耐盐性。
2.9 E31 油藏高温高盐可动凝胶体系的环境扫描电镜 分析将高温高盐可动凝胶体系在成胶前和成胶后样 品的微观结构分别进行了环境扫描电镜观察和显微 特征分析，见图 6。成胶前呈现出均匀的、相互分离 的、无规则星形叶片状结构，成胶后则为一种较粗 大、且相互连接的网状体型结构。说明，高分子量 星形抗温耐盐聚合物CA-2588 和耐高温有机交联 剂HT-2008 形成的可动凝胶系互穿网络体型结构。
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| 图6 尕斯库勒油田E31 油藏高温高盐可动凝胶体系凝胶的微观结构 Fig. 6 The microstructure of the high temperature-resistance and salinity-resistance gel system |
2009 年9 月在尕斯库勒E31 油藏跃新654 井组， 进行现场试验，施工曲线见图 7。
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| 图7 跃新654 井注入可动凝胶体系压力变化曲线 Fig. 7 Pressure curve of YX654 Well injecting movable gel |
注入压力由施工前的16 MPa 提高到22 MPa， 符合施工设计预期目标，达到了注入水转向分流的目 的。施工2 个月后，对应的一线生产井产液量平均下 降25%，说明注入的可动凝胶体系有效地封堵了高 渗透层，发挥了“调”的作用。3 个月后一线油2 口 开始见效，见图 8，初期日增油分别为1.95~5.99 t，7个月后日增油在9.10~12.08 t，二线油井含水逐渐 下降，最大降值为35%，日产液量和产油量分别 增加2.71 t、7.97 t；跃新654 实验井组年累计增油 1 421.00 t。2010 年开始，耐高温高盐可动凝胶体系 在尕斯库勒油田全面推广应用，取得较好效果。
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| 图8 跃2540 井日报生产曲线 Fig. 8 Production curve of Y2540 Well |
（1）通过考察聚合物分子量、聚合物浓度、交联 剂浓度及pH 值等因素，对高分子量星形抗温耐盐 聚合物CA-2588 与高温有机交联剂HT-2008 形成 的凝胶体系黏度和成胶时间的影响，确定了尕斯库 勒油田E31 高温高矿化度油藏，深部调驱用耐盐耐高 温可动凝胶体系的基本配方。
（2） 研究确定的可动凝胶体系具有很好 的长期热稳定性和抗盐性能，在矿化度为 117 000 mg/L（钙、镁离子含量高达3 340 mg/L）、 温度为140℃的尕斯库勒油田E31 油藏深部调驱推 广应用中，取得了集团公司重大科技攻关项目立项 的预期效果。
（3）环境扫描电镜结果表明，高分子量星形 抗温耐盐聚合物CA-2588 和耐高温有机交联剂 HT-2008 形成的可动凝胶系互穿网络体型结构。
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