聚合物凝胶调剖体系的优化应用研究
来源:用户上传
作者:
摘 要：针对聚合物凝胶体系的选择及优化问题，以大庆萨普油田S、E、N区块为例，通过实验的方式，对聚合物的浓度、注入量、注入方式、注入速度以及注入时间分别进行了优化研究，为实现油藏稳产奠定基础。研究表明：对于S、E、N三大区块而言，在聚合物凝胶的浓度分别为1 200 mg/L（凝胶A）、2 000 mg/L（凝胶B）和2 000 mg/L（凝胶D）的前提下，当注入量为0.3PV、注入方式采用连续注入、注入速度为0.5 mL/min、注入时机在含水率90%时，其提高采收率的效果最佳。
关 键 词：聚合物凝胶;调剖体系;聚合物浓度;注入量;注入方式
中图分类号：TE 327 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）02-0275-05
Abstract： In view of the selection and optimization of polymer gel system， taking the S， E and N blocks of Daqing Sapu oilfield as examples， through experiments， the concentration， injection amount， injection mode， injection speed and injection time were optimized separately to lay the foundation for the stable production of the reservoir.The results showed that for the three major blocks of S， E and N， when the concentration of polymer gel was 1 200 mg/L （gel A）， 2 000 mg/L （gel B） and 2 000 mg/L（gel D）， the injection amount was 0.3 PV， the injection method was continuous injection， the injection speed was 0.5 mL/min， and the injection timing was at 90% moisture content， the effect of improving oil recovery was best.
Key words： Polymer gel; Profile control system; Polymer concentration; Injection amount;Injection method
对于开发后期的油田而言，如何提高采收率是一项重大问题，我国大多数油田都是采用注水的方式进行开采，在开发的后期阶段，地层的含水率相对较高，使得原油的开发难度增大，同时，高含水还会引起严重的环境污染问题[1，2]。聚合物凝胶作为一种堵漏剂，主要由聚合物、交联剂和稳定剂组成，聚合物凝胶的使用对提高开发后期油田的采收率做出了重大贡献，但是在聚合物凝胶使用的过程中，如何对聚合物的浓度、注入量、注入方式、注入速度以及注入时间进行选择是一项重大问题，当聚合物浓度等因素的选择不合理时，往往达不到提高采收率的效果[3-5]。针对聚合物凝胶调剖体系的优化选择问题，本次研究以大庆萨浦油田的S、E、N区块为例，通过多组实验的方式，对聚合物的浓度、注入量、注入方式、注入速度以及注入时间进行深入研究，为聚合物凝胶的合理使用奠定基础。
1 实验部分
1.1 实验材料
为了进行聚合物凝胶调剖体系优化实验，分别准备了A、B、C、D四种不同的聚合物凝胶，其水解度分别为20.17%、37.12%、34.17%、28.43%，A、D两种聚合物凝胶中的交联剂为龙翔化学有限公司生产的醋酸铬交联粉末，B、C两种聚合物凝胶中的交联剂为大庆新万通化工有限公司生产的有机铬化合物交联粉末，四种类型聚合物凝胶的分子量分别为1 000万、734万、660万、560万，在进行聚合物凝胶调剖体系优化实验之前，首先对聚合物凝胶进行了静态实验和动态实验[6]。实验结果显示，对于S区块而言，A类型的聚合物凝胶效果最好，对于E区块而言，B类型的聚合物凝胶效果最好，对于N区块而言，D类型的聚合物凝胶效果最好，因此，在接下来的实验中，S、E、N三大区块分别使用A、B、D三种类型的聚合物凝胶进行优化研究。本次实验的用水为注入水（杂质经微孔过滤器过滤），实验油为各区块原油，实验岩心为人工双岩心，三大区块的实验岩心渗透率分别为100/350、50/180、50/150 md。
1.2 实验装置
电子天平、布鲁克菲尔德黏度计、电热恒温干燥箱、驱油实验装置。
1.3 實验方案
依次在油藏温度条件下，对聚合物的浓度、注入量、注入方式、注入速度以及注入时间进行优化选择。所有的实验都是逐步进行，以确保下一个实验是基于前者的优化[7]。
2 聚合物凝胶调剖体系优化
2.1 聚合物凝胶浓度优化
本次研究主要是从提高采收率的角度出发，对不同聚合物浓度下凝胶体系进行性能评价。对于渗透率不同的地层，凝胶体系越强，采收率不一定会得到提升[7-9]。因此，在本次研究中需要对三种凝胶体系的六组聚合物浓度进行初步评价。在水驱前，柱状岩心依次进行了水和油的饱和，当含水率达到90%时，凝胶体系注入量为0.3 PV，在三个区块形成凝胶以后，再次进行水驱实验，直到含水率达到100%，然后记录注水压力、采出液量、采出油量等数据，其数据如表1所示（表示水驱油量，表示凝胶驱替油量，表示后续水驱替的油量），提高采收率的数值RF可由式（1）计算得到[10]。 通過对提高采收率进行计算可以发现，S区块使用A类聚合物凝胶的最佳浓度为1 200 mg/L，E区块使用B类聚合物凝胶的最佳浓度为2 000 mg/L，N区块使用D类聚合物凝胶的最佳浓度为2 000 mg/L（图1-3）。
2.2 聚合物凝胶注入量优化
在上述主剂浓度优化的基础上，对聚合物凝胶注入量优化的过程中，依次进行注入量为0.2、0.3、0.35PV的实验。第一步是在进行凝胶驱油之前准备好实验岩心，根据三个区块的实际情况，采用电子天平对两种不同渗透率的双层柱状人工岩心的干重进行了测量，然后将岩心放入岩心夹持于水中使其水饱和，取出岩心称湿重，然后，将岩心夹持于油中使其被饱和。
下一步分别在47.4、65和69 ℃条件下进行9组凝胶处理实验，注入量分别为0.2、0.3和0.35 PV，记录注入压力、采出液质量、出油量等数据。注入凝胶后，取下岩心，用塑料薄膜密封，然后在相应的实验温度下加水，在上述实验岩心中形成凝胶后，进行注水后续实验，记录注入压力、采出液质量、出油量等信息。最后，利用上面记录的数据，用方程（1）计算提高采收率的数值（RF）。三个区块的实验结果如表1-表3所示。
通过对表1-表3的数据比较可以发现，在S、E和N三个区块的实验中，当注入量分别为0.3PV和0.35PV时，RF的最大增量为0.32%，几乎处于同一水平，然而，在0.3 PV注射量下，注入压力较低，因此，考虑到注入凝胶的投入成本和经济效益，三个区块的最佳注入量应为0.3 PV。
2.3 聚合物凝胶注入方式优化
在进行聚合物凝胶注入方式优化实验的过程中，分别采用连续注入、水胶段塞组合和复合段塞组合三种注入方案，筛选出在各区块地层温度条件下进行凝胶驱油的最佳方案[11]。
方案1：连续注入：在进行凝胶驱油时，向上述岩心样品注入0.3PV凝胶。
方案2：水胶段塞组合：凝胶驱油过程分为三个阶段，凝胶总注入量在0.3PV时保持不变，在每个阶段注入0.1 PV凝胶，注入水的体积占总凝胶体积的10%。（各阶段：0.1PV凝胶+10%×0.3PV油田注水）。
方案3：复合段塞组合：前段塞体积 、中间段塞体积 以及后段塞体积 根据公式（2）进行了四组实验，聚合物、交联剂和稳定剂的配比浓度见表4。
当含水率达到90%时，在模拟三个区块实际地层情况的条件下注入凝胶，随后注水，直至含水率达到100%，记录了注入压力、采出液质量、排油量等数据，根据公式（1）计算极限提高采收率数值（RF），计算结果如图4-图6所示。
由图4-6可知，连续注入实现了最大的提高采收率，三个区块的原油采收率均提高了约20%～30%，12%配比的复合段塞组合提高采收率效果次之。因此，在聚合物浓度和注入量均能满足较高采收率的前提下，连续注入是最佳的注入方式。
2.4 聚合物凝胶注入速度优化
由于剪切速率和注入压力的变化，不同的注入速度必然影响凝胶强度和凝胶发挥作用的时间，凝胶强度和凝胶发挥作用的时间是影响调剖技术性能的重要因素，因此，在现场应用前测试出合理的注入速度是非常重要的，在47.4、65、69 ℃的条件下，对每个试块进行3组实验，探讨改变注入速度对提高采收率的效果，选择0.5、1.5和2.5 mL/min三种注入速度，在不同的注射压力下进行注入实验。
制备一种渗透率为450md的柱状岩心和两种不同渗透率的人工双柱状岩心，分别进行剪切实验和测试注入速度对RF的影响实验。把从芯部剪下来的凝胶带进罐子里，罐子的盖子是透明的。所有装有剪切凝胶的罐子均置于恒温槽中，并定期测量黏度，测量结果如图7-图9所示和表5-表7所示，通过对测量结果进行分析可以发现，除凝胶强度和凝胶发挥作用的时间外，注入压力与注入速度成正比，随着注入速度的增加，采收率略有增加。
因此，在前面优化的基础上，尽可能优化注入速率。综合考虑经济适用性和现场应用情况，选择0.5 mL/min为最佳注入速度。
2.5 聚合物凝胶注入时间优化
在优化了上述调剖参数后，了解何时进行凝胶处理以获得最佳的提高采收率是非常重要的。实验发现在不同含水率阶段注入凝胶会导致射频变化，在各区块条件下，利用模拟水进行了5组水驱试验，含水率分别达到60%、70%、80%、90%、98%时注入调剖系统，在双岩心孔隙中形成凝胶后设计后续注水，以获得提高采收率效果（RF），实验结果如表8-表10所示。
通过对表8-表10分析可知，太早或太迟进行凝胶注入都不是一个很好的选择，过早注胶会导致驱水，不能充分驱油，这将影响后续注水的性能。但是，在高渗透层中形成水驱后，再进行注胶已经为时已晚。为了获得更好地提高采收率效果，90%的含水率是最佳的聚合物凝胶注入时间。
3 结论
本次研究通过实验的方式，对聚合物的浓度、注入量、注入方式、注入速度以及注入时间分别进行了优化研究，为聚合物凝胶的使用奠定了基础，通过本次研究可以得出以下五大结论：
（1）S区块使用A类聚合物凝胶的最佳浓度为1 200 mg/L，E区块使用B类聚合物凝胶的最佳浓度为2 000 mg/L，N区块使用D类聚合物凝胶的最佳浓度为2 000 mg/L，不同区块需要通过实验的方法确定最佳的聚合物凝胶类型及浓度;
（2）对于S、E、N区块，当注入量达到0.3 PV时，在较低的注入压力下，RF分别提高了30.21%、28.13%和20.95%。结果表明，该注入量可以使操作人员以较低的投入成本获得较高的经济效益;
（3）连续注入实现了最大的提高采收率，三个区块的原油采收率均提高了约20%～30%，12%配比的复合段塞组合提高采收率效果次之。因此，在聚合物浓度和注入量均能满足较高采收率的前提下，由此可见，连续注入是最佳的注入方式; （4）隨着注入速度的加快，提高采收率的幅度减小，但注入压力却大大提高，注射速度0.5 mL/min最适合现场应用;
（5）当含水率为90%时，注入聚合物凝胶的效果更好，S区的极限RF为78.35%，E区的极限RF为72.22%，N区的极限RF为67.96%。
参考文献：
[1]王中华.聚合物凝胶堵漏剂的研究与应用进展[J].精细与专用化学品， 2011（04）：32-36.
[2]邓伟兵，潘竟军，李远林.耐高温聚合物凝胶调剖剂的实验研究[J].新疆石油科技， 2008（03）：35-38.
[3]姜维东. Ca（2+）和Mg（2+）对Cr（3+）聚合物凝胶性能影响实验研究[J]. 石油与天然气化工， 2016（2）： 67-71.
[4]师昊，张文，梁顺，张海翔.X区块二类油层聚合物驱注入参数优选[J].当代化工，2017，46（05）：902-904+982.
[5]Senden R J ， Jean P D ， Mcauley K B ， et al. Polymer gel dosimeters with reduced toxicity[J]. Journal of Physics Conference Series， 2007， 56（1）：156.
[6]Fan X ， Fei H ， Demaree D H， et al. Polymer Gel Templating of Free-Standing Inorganic Monoliths for Photocatalysis[J]. Langmuir， 2009， 25（10）：5835-5839.
[7]Dong R X ， Shen S Y ， Chen H W， et al. A novel polymer gel electrolyte for highly efficient dye-sensitized solar cells[J]. Journal of Materials Chemistry A， 2013， 1（29）：8471.
[8]Zeidan O A ，Sriprisan S I ， Lopatiuk-Tirpak O ， et al. Dosimetric evaluation of a novel polymer gel dosimeter for proton therapy[J]. MEDICAL PHYSICS， 2010， 37（5）：2145-0.
[9]Romero C ，金佩强，白锋.非选择性注入聚合物凝胶改善了委内瑞拉Lagomar油田的注水剖面并提高了波及效率[J].国外油田工程， 2004（01）：10-14.
[10]韩明，张健，向问陶，等.聚合物凝胶在油藏条件下的长期稳定性研究[J].石油学报，2006，27（1）：69-72.
[11]蒲万芬.超支化多糖聚合物凝胶体系研究及性能评价[J].精细石油化工，2016， 33（04）：9-14.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15130029.htm
