辛50耐溫抗鹽交聯聚合物驅油技術研究與試驗田玉芹1汪廬山1呂西輝1趙明宸21中國石化勝利油田有限公司采油院；2中國石化勝利油田有限公司東辛采油廠摘要本文介紹了一種由SCL有機金屬交聯劑形成的耐溫抗鹽交聯體系。體系耐溫85、耐鹽80000蟬，L在CA2MF3000ML熱穩定性良好，半年粘度保留率大于，ON研究了交聯體系的化學變聯機理，提出了分子球結構模型。研究了體系在高溫高鹽條件下的動態交聯規律，得出在流動過程中，體系可以發生交聯，高剪切速率下交聯時間延長。后續水驅條件下殘留交聯凝膠保持了良好的穩定性。該技術在勝利油田東辛辛50濕度85。C、礦化度5100嘶叫LCA2MF2伽R吲L的試驗區開展了先導試驗，初步見到試驗效果。一、概況根據三次采油提高采收率潛力評價勝利油田適臺化學驅單元143個，地質儲量LO76X108T。一類單元18個，地質儲量272LOST；二類單元24個，地質儲量268L擴T一、二類儲量已開展聚合物驅先導試驗或工業化推廣；三類單元85個，地質儲量4571艫T。二、三類單元油藏溫度高、礦化度商、油稠，開展通常的聚合物驅提高采收率風險較大，因此研究耐溫抗鹽驅油體系追在眉睫。在高溫高礦化度油藏實行化學驅首先要解決的問題是驅油體系的耐溫抗鹽性。解決這一問題的主要途徑有兩種一種是通過引入耐溫抗鹽基團研制耐溫抗鹽聚合物；另一種是通過利用現有的聚合物加入優選的交聯劑形成交聯網狀結構，改善體系的耐溫耐鹽能力。交聯聚合物體系在適當條件下，利用聚合物驅在用聚合物與交聯劑通過化學活性基團間的相互作用可形成由眾多聚合物和交聯劑組成的具有不同于原聚合物物理化學性能的集合體，使體系的粘度提高、強度增大。通過控制聚合物與交聯荊濃度和交聯點密度，可獲得不同強度或流動性的弱凝膠體，以滿足不同的應用要求。交聯聚合物體系由于形成了三維網狀立體結構，致使流體力學體積變大，增粘效果明顯，其對氧、細菌及礦化度的耐受性大大增加；交聯聚合物的抗鹽性、耐溫性、抗剪切等性能均明顯優于單純聚合物，熱穩定性也有大幅度提高，這將是解決驅油體系耐溫抗鹽問題最有效和最現實的途徑之一。二、耐溫抗鹽交聯聚合物室內研究驅油體系性能通過研究室內合成了SC一1有機金屬交聯劑耐溫抗鹽交聯劑。該交聯劑具有增粘效果好、緩交聯等特點，形成的交聯驅油體系耐溫85，耐鹽80000MGL。246室內對AX74聚合物形成的交聯體系在85。C、80000MGL條件下的性能進行了評價配方為HPAMI500MGLSCL交聯劑700MGL，結果見圖1、圖2。4020OO80定龜60目魁40世撂20舞O5010015020050100150200恢復時間H時間，D圖1體系剪切恢復性曲線圖2交聯體系熱穩定性曲線性能評價表明利用現有的聚合物千粉與該交聯劑在高溫高鹽條件下形成的交聯體系具有良好的增粘性、剪切恢復性、熱穩定性，研制的耐溫抗鹽有機金屬交聯體系耐鹽達80000MLCA2MF為3000MGL，耐溫85。二耐溫抗鹽體系化學交聯機理研究及再認識1有機金屬體系交聯基團的確定利用可見光譜法和粘度法研究了HPAMCR3體系的交聯基團。使用的儀器分別為7211分光光度計上海第二分析儀器廠產品和NDJ1旋轉粘度計上海天平儀器廠產品。圖3反映了不同水解度的HPAM與C，體系透光度隨交聯時間的變化。實驗條件為波長570NM，蒸餾水作參比。HPAM濃度5000MGL；C，濃度100MGL。由圖3可以看出，在實驗條件下，水解度為24的樣品基本沒有發生交聯，水解度為18，261的樣品產生了良好的交聯。HPAM中的酰胺基在堿性條件下水解為羧基和羧鈉基，水解度越大，HPAM的羧基越多，HPAMCP體系透光率越低，交聯程度越高。說明交聯與羧基含量有關，因而HPAM的交聯基團是羧基。單純HPAM溶液透光率變化不大。圖4是不同水解度的HPAM與C，組成的交聯體系粘度隨交聯時問的變化曲線。實驗條件為HPAM濃度為5000MGL；CP濃度為100MGL；礦化度為5727MGL；溫度為70。實驗結果表明，水解度越大，交聯粘度增加，粘度增高，證明交聯程度增強。再次證明了HPAM的交聯基團是羧基。圖3HPAMJ口體系透光率與時間曲線圖4HPAMCP體系粘度與時間曲線2472HPAMCR3體系交聯過程及分子球結構模型將HPAM相對分子質量3C0萬，水解度分別為24，91，180和261配成濃度為10000MGL的溶液，其中含有100唰L的NACI。交聯劑C，溶液由CRCB6H20制備。粒度采用ZETASIAER3000英國MALVEM公司產品測定，入射光角度為90。，入射光波長為633NM。實驗發現IIPAM溶液無粒度響應，在室溫放置30D后，也無粒度響應，證明高分子無規線團沒有顆粒特性。水解度為24的樣品一直沒有粒度響應，證明沒有發生交聯；而水解度為91，18O和261的樣品體系在交聯約6H以后，可測到顆粒的存在，說明其在C，交聯作用下形成了具有一定固體特性的顆粒。研究認為，交聯體系的結構狀態是由單分子HPAM的部分羧基與酰胺基間的氫鍵作用、分子內部分羧基與C，的化學鍵作用形成的單分子球及少量的單分子球簇，靠分子間的部分羧基與C，的化學鍵作用交聯形成空間網絡結構，交聯體系具有一定粘彈特征，它可以束縛大量水。分了球結構模型見圖5。有機鉻交聯劑為C，有機螯合型絡合物，HPAM有機鉻的交聯，其實質也是HPAM與有機鉻交聯劑中的C，發生交聯，因圖5分子球咕構模型此，HPAMCR，體系的交聯機理適用于W，有機鉻交聯劑體系。利用機理研究提出的分子球結構模型進一步認識了耐溫抗鹽交聯體系的性能。由于有機鉻交聯劑能緩慢釋放出C，部分次活性的交聯點又參與分子間交聯，形成新的網絡結構。因此，交聯聚合物具有良好的耐溫、抗鹽、剪切恢復等特性。三在多孔介質中動態交聯規律研究在模擬東辛地層條件下，在56M的長巖心管內研究交聯聚合物段塞的動態交聯規律。該物理模擬實驗裝置在模型設計、模型與原型之間的對應參數及實驗運行參數的匹配、數據處理等方面均是在相似理論的指導下設計的。巖心管直徑038M，沿流程布置了12個精度為01級的壓差傳感器，其測量值對應為P，P佗。如圖6所示。N廣卜一JL且A_LR，_了了7_歹羅_幽6模型管流動壓差測量不意圖圖7是剪切速率為86S“時，交聯聚合物在多孔介質中流動過程中，動態交聯實驗數據整理結果。在交聯劑和聚合物混合的時刻起，交聯反應隨著時間的推移不斷發生，凍膠的粘度不斷上升。由于即使在條件相同的情況下，每次配制的聚合物溶液初始粘度也有一定差別，因此，為了表征交聯造成的聚合物溶液粘度上升的程度，定義了等效無量綱粘度，它是交聯聚合物流動過程中通過達西公式計算得到的終時平均粘度與聚合物溶液的初始粘度的比值。廠T1H廠一一，廠7R。F一一05M越爵刪喊籟辨膏，L卜46M3幺一，J20406080100120時間，H圖7交聯聚合物在多孔介質中流動過程中動態交聯實驗結果86S一圖中結果顯示1從交聯劑和聚臺物混合的時刻起，交聯反應隨著時間的推移不斷發生，凍膠的粘度不斷上升。2交聯聚合物在巖心管中流動時能形成良好的交聯凍膠，多孔介質中流動交聯聚合物的初始交聯時間為6。7H，終時交聯時間大于80H。3多孔介質中流動著的交聯聚合物可以通過交聯，使得聚合物的交聯粘度達到接近靜態交聯的終時交聯粘度。4入口段一直是新配制的交聯聚合物溶液流動，理論上在模型管的人口段交聯現象應不明顯，應表現為流動壓差P比較小。但從實驗結果看，在實驗一段時間后，入口段單位長度上的壓差隨著時間也在增大，這表明入口段存在吸附交聯的現象。5聚合物、交聯劑的吸附作用而對體系產生的不利影響是短暫的，不會對整個交聯體系產生大的影響。四交聯聚合物段塞的穩定性用03PV交聯聚合物段塞驅替過程中，沿整個模型管的等效粘度測量結果見圖8。由圖可以看出，交聯聚合物注入巖心后，隨著時間的推移，逐漸開始交聯，后續水注入后，交聯聚合物由于交聯后形成大分子鏈，在后續水的稀釋下暫時表現為單位長度壓力降變小，使得測量的等效粘度降低。但是，交聯聚合物的延遲交聯特性使得交聯聚合物在一定時間后交聯強度變大，形成凍膠，宏觀表現為等效粘度不斷升高。隨著交聯聚合物凍膠的形成和交聯強度的不斷提高，巖心中單位長度的壓力降不斷增大。交聯劑與聚合物溶液在多孔介質中一旦發生交聯，形成交聯聚合物凍膠，會造成較大量的滯留，使得多孔介質的流動阻力系數提高，表現為單位長度壓差增高。圖9、圖10是利用環境掃描電鏡得到放大200倍的注聚合物合物段塞、交聯聚合物段塞，再利用后續水驅過后巖心的微觀照片。可以清楚地看出，交聯聚合物段塞流過后，巖心中的殘留比較多，隨著交聯反應的進行，相對于巖心砂粒間的喉道來講，鏈狀的大分子團形成，它們在多孔介質中24口的運動受阻，導致較大數量的殘留。而聚合物段塞經后續水驅后被驅掃的比較干凈。蜊鏨翳刪性01020304050607080時IH|，H圖8O3PV交聯聚合物段塞動態交聯過程中的等效無量綱粘度測量在后續水驅的條件下，殘留凍膠保持了較好的穩定性，這一特性進一步說明交聯聚合物應用于非均質地層可以起到調剖的作用。圖LO交聯聚合物段寒后續水驅圖9聚合物段塞后續水驅后后放大200倍微觀照片放大200倍微觀照片三、辛50耐溫抗鹽交聯聚合物驅油先導試驗一辛50塊概況沙二8砂組含油面積066KII，地質儲量161LOT，目前井網下標定可采儲量935104T，其中沙二83“單層厚度達1020M，而812則是以2M左右的薄層砂巖為主，油層埋深在22502350M。沙二8為三角洲前緣河口沙壩沉積，巖性以細砂巖、粉砂巖為主，平均空氣滲透率101610。,TTM2，有效滲透率32310。衄F，非均質變異系數O607。以中高滲透層為主。目前油層溫度85，地下原油粘度72NLPAS，地層水為CACI型，礦化度較高，總礦化度達到509966MGL，其中CA2MF濃度為24325MGL。試驗區注入井3LI，油井5EL。二方案設計情況1配產配注結果各單井配注根據井組砂體孔隙體積系數及各井組的注采比進行初配，然后結合井組實際250的注入情況、生產狀況、歷史最大注入能力和注聚合物經驗做綜合調整，確定了初期的配注量，設計單井初期試配160200M3D，平均175矗，D，單元注入速度700M3D。2推薦礦場注入方案設計推薦辛50單元注交聯聚合物驅現場實施方案為注入速度0082PVA，注入總量025PV，分兩段塞注入，第一段塞注入005PV，聚合物濃度為1800MG1。，交聯劑濃度為700MGL；第二段塞注入02PV，聚合物濃度為1600MGL，交聯劑濃度為700MGL。設計方案見表1。表1交聯聚合物驅設計方案段塞尺寸注入液量聚臺物溶液濃度聚合物用量交聯劑濃度交聯劑用壁連續洼時間段塞10矗RAGCLI耐L005156183191700109222302624160011345徹436889L合計02578016401453670054611143礦場實施增油效果預測預測該方案現場提高采收率75，增產原油1201104T，IT當量聚合物增產原油715T，注入第2年見效，有效期14年，第36年為見效高峰期。三試驗進展及效果1試驗進展辛50耐溫抗鹽交聯聚合物驅項目于8月6日開始陸續注入1800MGI，聚合物溶液，9月10日開始陸續添加SGL型交聯劑700MGL。截止到2005年8月底累注聚合物合物干粉3432T，累積注交聯劑65T，注入聚合物溶液2685104M3。2試驗效果1注入壓力上升，吸水能力下降。辛50沙二8注聚合物井組從2003年8月注聚合物以來，2EL正常注聚合物井注入壓力X50一81和X5024從注聚合物前的88MPA上升到目前的12MPA，上升32MPA；注聚臺物后試驗區吸水能力下降，往水強度由11矗DMMPA下降到06M3DMMPA。2霍爾曲線出現拐點。注聚合物時霍爾曲線直線段與注水時之比為阻力系數。計算注聚合物前霍爾曲線斜率為000101246，注聚合物后霍爾曲線斜率為000409572，殘余阻力系數為404，說明注聚合物見到了一定效果圖11。霍爾曲線阻力系數增加反映了段塞逐漸形成。隸鞋桀柳累計注體積，104M3圖11霍爾曲線2513生產井動態變化。50一77井、X50X27井均見到了一定的試驗效果。50一77井日產油由32T上升至7IT，含水由92T1輊90。X50X27井含水由94T降至918。四、結論1研制形成了耐溫抗鹽系列交聯聚合物驅油體系MG。30THNGL，體系半年粘度保留率大于70。2采用多種手段對交聯