【正文】 1 1 項(xiàng)目概要 問題的提出 油藏概況 長慶油田采油四廠 作業(yè)區(qū)主要 位于陜西省的靖邊縣和安塞縣境內(nèi)，包括 化子坪區(qū)、白于山區(qū)、盤古梁東區(qū)、 大路溝一區(qū) 、 大路溝 二 區(qū) 、 大路溝 三 區(qū) 、 大路溝 四 區(qū) 、 新 14井區(qū) 等。 其 構(gòu)造主要為由東向西傾沒的低幅鼻隆。平均單井油 層 厚度，原始地層壓力 ，油藏屬彈性弱水壓驅(qū)動。油層原始含水飽和度高（ %），油藏屬 彈性弱水壓驅(qū)動，原始地層壓力 。該區(qū)主力油層三疊系長 6，平均油層厚度 ，油層埋深 1785m，儲層孔隙度 %、滲透率 103μm2，儲層巖性為中 － 細(xì)砂巖，油層物性差，屬巖性控制油藏，底水不發(fā)育。油層原始含水飽和度高（ %），原始地層壓力 ，油藏屬彈性弱水壓驅(qū)動。 靖安油田 大路溝三區(qū) 屬于 鼻 隆背斜與巖性組合圈閉，油藏為巖性－ 構(gòu)造油藏。 靖安油田 大路溝四區(qū)油層為三疊系延長組長 2，該區(qū)塊沉積環(huán)境同大路溝三區(qū)，地質(zhì)特征也 很相象。含 油層系單一，開采層位侏羅系延 9 層，儲油層延 9 層發(fā)育河道相沉積，平均砂體厚度 。 通過 對 長慶油田 采油四廠 各區(qū)塊 的地質(zhì)情況和 注水開發(fā) 中 存在 的問題進(jìn)行 仔細(xì) 分 3 析后， 發(fā)現(xiàn)影響各區(qū)塊 注水開發(fā)的主要問題 有 ： 1） 部分區(qū)塊裂縫和大孔道發(fā)育，吸水剖面嚴(yán)重不均 。 長慶油田 采油四廠 各區(qū)塊 為中低滲透 ， 主要以巖性控制為主，屬 三角洲前緣沉積體系控制下的巖性低飽和油藏 ， 幾乎所有已成巖的砂巖儲層都發(fā)育有天然裂縫，裂縫對低滲透儲層的油藏動態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。 驅(qū)：對中等滲透率層段，通過注入調(diào)驅(qū)體系，建立一定阻力，為低滲透層段吸水留下足夠的壓力空間，提高驅(qū)油效率與波及體積。 國外調(diào)剖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 國外調(diào)剖技術(shù)的研究和應(yīng)用己有近六十年的歷史，注水井調(diào)剖技術(shù)是在油井封堵水層技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 20 世紀(jì) 60 年代開始使用聚丙烯酰胺類高分子聚合物凝膠技術(shù)，這為化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)打開了新局面。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前化學(xué)調(diào)剖堵水技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了嶄新的階段。逐漸 地， 凝膠地層流體轉(zhuǎn)向技術(shù)受到廣泛重視， Marathon 公司對 Wyoming 北部油田有中等發(fā)育裂縫，注水開發(fā)有早竄現(xiàn)象等問題實(shí)施了兩次流體轉(zhuǎn)向技術(shù)的礦場試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果表明 ： 處理每口水井增加可采儲量 34400m3。 目前，在國外，據(jù)統(tǒng)計(jì)有應(yīng)用前景的調(diào)剖劑有 延緩 交聯(lián)型凝膠（如美國 Phillip 石油公司的調(diào)剖 /堵水劑系列和 Marathon 石油公司推出的聚合物 /Cr3+凝膠體系）和弱凝膠 （如美國 TIORCO 公司提出的膠態(tài)分散凝膠和法國石油研究院提出的弱 凝膠）。 我國油田普遍采用注水開發(fā)方式， 地質(zhì)復(fù)雜，在開發(fā)中后期含水上升速度加快，目前油井平均含水 已 達(dá) 80%以上，東部地區(qū)的一些老油田含水已達(dá) 90%以上，單井含水率上升到 98%以上。 我國經(jīng)過“八五”和“九五”期間的攻關(guān)，在各大油田應(yīng)用過的各種堵水調(diào)剖劑約有 70 種，分為水泥類、無機(jī)鹽沉淀類、水溶性聚合物凍膠類、顆粒類等。顆粒類大劑量 深部調(diào)剖 技術(shù)是采用廉價(jià)無機(jī)顆粒，通過大劑量注入來達(dá)到深部流體改向的目的。 目前，我國發(fā)展起來的延遲交聯(lián)體系按交聯(lián)劑的類 型 分為 三 類交聯(lián)體系：一類是能與水溶性聚合物分子中酰胺基團(tuán)作用的有機(jī)醛類交聯(lián)劑 ； 另一類是能與聚合物分子中羧酸基團(tuán)作用的過渡金屬有機(jī)交聯(lián)劑；第三類是將前二者同時(shí)使用 的復(fù)合交聯(lián)劑 。 第二類交聯(lián)劑的基本思想是通過選擇不同的交聯(lián)劑來控制反應(yīng)時(shí)間 而 延長 成膠時(shí)間 。中國科學(xué)院滲流所許光澤、李煒等開發(fā)出一種新型延緩交聯(lián)體系（聚合物 – 檸檬酸鋁），其聚合物濃度低，粘彈性強(qiáng)，耐高溫，耐高鹽等，可用于環(huán)境惡劣的油藏，且對環(huán)境不會造成污染。由于 受施工工藝的限制和 在 油井中 各種因素 的影響， 使 得這種工 藝效果很差，特別是 Cr6+的毒性 ，使該方法受到了限制。 進(jìn)入“九五”以后，我國對深部調(diào)剖技術(shù)的研究更為 活躍，主要集中在注水井延遲交聯(lián)弱凝膠體系的深 部 調(diào)剖技術(shù)和膠態(tài)分散凝膠（ CDG）深部 調(diào)剖技術(shù)研究，在膠體化學(xué)學(xué)科中，膠態(tài)分散體系是指粒徑在 1~100nm 的分散相在分散介質(zhì)中的分散體系。不管是弱凝膠體系還是膠態(tài)分散凝膠，它們對高滲透地層都具有提高流動阻力、降低滲透率的 能力，使后續(xù)注入水轉(zhuǎn)向到低滲透層 /帶，提高注入水的波及體積。 在調(diào)剖堵水劑方面，經(jīng)過 “ 八五 ” 、 “ 九五 ” 期間的攻關(guān)，取得了 重大的進(jìn)步。它們的共同特點(diǎn)是溶于水，在水中有優(yōu)良的增粘性，線性大分子鏈上都有極性基團(tuán)，能與某些多價(jià)金屬離子或有機(jī)基團(tuán) （ 交聯(lián)劑 ） 反應(yīng)，生成體型的交聯(lián)產(chǎn)物 －凝 膠，粘度大幅度增加，失去流動性及水溶性，顯示較好的粘彈性。 ① 聚丙烯 酰 胺 （ PAM） 堵水調(diào)剖劑 以部分水解聚丙烯 酰 胺 （ HPAM） 為 聚合物 主劑 ，以甲醛為交聯(lián)劑的聚丙烯 酰 胺 凝膠堵水調(diào)剖劑，七十年代首先在勝利油田應(yīng)用成功。在大慶油田和大港油田曾用水解聚丙烯 酰 胺 /檸檬酸鋁組成的體系，用于聚合物驅(qū)前的調(diào)剖處理。如聚丙烯 酰 胺與可溶性的密胺樹脂組成的 HPAM/306 調(diào)剖體系，利用樹脂中的 羥 甲基與HPAM 中的 羧 基進(jìn)行脫水交聯(lián)，生成的 凝 膠強(qiáng)度高，耐溫性較好，在勝利油田與河南等油田進(jìn)行了工業(yè)性推廣應(yīng)用。 ② 丙烯酸胺 （ AM） 地下聚合交聯(lián) PAM 凝膠調(diào)剖劑 這種調(diào)剖劑是向地下注入 AM 單體溶液 及氧化還原引發(fā)體系，以 N， N－ 二甲基 雙丙烯 酰 胺或高價(jià)金屬離子為 交聯(lián)劑，在地下進(jìn)行聚合并發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠產(chǎn)物。該調(diào)剖劑有兩種類型，一種是 HPAN 與高價(jià)金屬離子生成沉淀物的沉淀型調(diào)剖劑，可利用高礦化度地層水中的鈣、鎂離子，直接注入HPAN 溶液，與地層水中的鈣、鎂離子反應(yīng)而生成沉淀 ； 也可采用 雙液法分別注入 HPAN溶液和氯化鈣或氯化鎂溶液，使其在地層相遇后產(chǎn)生沉淀 起調(diào)剖作 用 ， 這種類型的調(diào)剖劑在地層水礦化度較高的江漢油田得到應(yīng)用。聚合物鏈中的陽離子基團(tuán)增加了對帶負(fù)電性巖石表面的吸附力，交聯(lián)后形成的凝膠粘度大，耐溫性較好。使用的工作液為 %NaCl 溶液，CAN1 有效成分含量 %~%，粘度與水相 近，注入方便?；撼跏颊扯鹊?，可泵性及抗剪切性好，是一種性能優(yōu)良的新型調(diào) 剖 劑。重鉻酸鈉中的Cr6+經(jīng)木質(zhì)素分子中的還原糖及 羥 基和醛基還原為 Cr3+， 將木質(zhì)素與 HPAM 交聯(lián)起來形成混合凍膠。與甲醛反應(yīng)可增加堿木質(zhì)素的酚化程度，使 羥 甲基之間脫水縮合程度增加，形成凝膠狀態(tài)的可以耐高溫的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可用于高溫地層堵水調(diào)剖。這種新 產(chǎn)品在油田初步應(yīng)用己見成效。由于側(cè)鏈上有 羧 基，黃原膠能溶于水及其 它 極性溶劑，具 有優(yōu)良的增粘性、抗鹽敏性、抗剪切性、假塑性及耐酸堿性等。黃原膠與鉻的交聯(lián)作用屬于弱交聯(lián)，凝膠受剪切作用后粘度大幅度下降，但靜止后又可恢復(fù)原來的強(qiáng)度，這是生物聚合物凝膠獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，可以保證施 工安全無風(fēng)險(xiǎn)。 在注水井中形成的凝膠段塞，注水過程中受到高壓可以“整體游動”，從而擴(kuò)大處理半徑，產(chǎn)生驅(qū)油作用。 三 相泡沫的調(diào)剖機(jī)理是依靠穩(wěn)定的泡沫流體在注水層中迭加的氣液阻效應(yīng)－ Jamin效應(yīng)，改變吸水層內(nèi)的滲流方向和吸 水剖面，減緩主要水流方向的水線推進(jìn)速度和吸水量，擴(kuò)大注入水的掃油面積、波及體積和驅(qū)油效率。 （ 2） 體膨性聚合物顆粒 ； 輕度交聯(lián)的聚丙烯酞胺顆粒、聚乙烯醇顆粒等。使用顆粒堵水調(diào)剖時(shí)顆粒的粒徑必須與地層的喉道半徑配伍，顆粒粒徑為喉道半徑的 1/3~1/7 時(shí)，堵塞效果最好。在處理中，一般預(yù)先交替注入磷酸鹽、鹽水和糖類等營養(yǎng)物， 在微生物生長之前把養(yǎng)料驅(qū)入地層深部。 凝膠 深部 調(diào) 剖 技術(shù)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 選擇性強(qiáng)，更加容易在高滲透層較深部位產(chǎn)生有效堵塞 。 針對長慶油田 采油四廠 各區(qū)塊的 油藏實(shí)際，在調(diào)研對比以上的 深部調(diào)驅(qū)技術(shù) 后， 發(fā)現(xiàn) 凝膠 深部 調(diào) 剖 技術(shù) 與其 它 深部調(diào) 剖 技術(shù) 相比具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。 （ 3）凝膠成膠時(shí)間長，具有較好的剪切穩(wěn)定性， 可 在 油藏 實(shí)現(xiàn)深部 調(diào) 剖 。 凝膠 是由低濃度的聚合物和交聯(lián)劑 形成的 以分子間交聯(lián)為主分子內(nèi)交聯(lián)為輔、具有三 維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱交聯(lián)體系。凝膠在法向壓力差作用下產(chǎn)生 Wensenberg現(xiàn)象。 油藏本身存在著宏觀和微觀 非均質(zhì)性，微觀非均質(zhì)性主要體現(xiàn)在巖石孔隙結(jié)構(gòu)中孔道大小， 孔隙分布及孔隙表面性質(zhì)的差異。凝膠的流體改向作用機(jī)理如圖 113 所示。隨著注入水的壓力梯度增加（實(shí)際表現(xiàn) 為 凝膠注入后注 入 壓力上升），后續(xù)注入水克服毛管力而進(jìn)入小孔隙（如圖 113（ d）所示 ），從而驅(qū)替出小孔隙中的殘余油。 圖 114 微觀驅(qū)油裝置 13 圖 115 凝膠入孔機(jī)理動態(tài)圖 圖 116 凝膠彈性驅(qū)油機(jī)理動態(tài)圖 圖 117 凝膠改向驅(qū)油機(jī)理動態(tài)圖 圖 118 油滴聚并機(jī)理動態(tài)圖 從圖 115~118 可以看出，凝膠由于本身的特點(diǎn)，提高 了 微觀波及效率和微觀洗油效率。 調(diào) 剖 體系的注入性、堵劑強(qiáng)度、封堵選擇性 、提高采收率 等 實(shí)驗(yàn) 研究 。 油藏特征與開發(fā)現(xiàn)狀 中低滲透油藏 注水井調(diào)剖 優(yōu)選 調(diào) 剖 體 系主劑 研制深部 調(diào) 剖 體系 配方篩選 影響因素 性能評價(jià) 低滲透油田注水井 深部調(diào)剖 技術(shù) 完善與推廣 分子量較低 增粘性好 整體推進(jìn)能力強(qiáng) 可逆網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 物理“交聯(lián)” 良好注入性 鉻離子凝膠體系 有機(jī)酚醛凝膠體系 15 項(xiàng)目完成情況 主要工作量 在 項(xiàng)目 研究 期間，針對長慶油田 采油四廠 油藏實(shí)際，研 制出與 中等溫度、 中低滲透率 等 油藏 和礦場條件相 適 應(yīng) 的深部 凝膠 調(diào) 剖 體系 ，完成了項(xiàng)目的研究內(nèi)容，達(dá)到項(xiàng)目的要求指標(biāo) 。 （ 4） 完成了 2 組 層間非均質(zhì)性 和 1 組 層內(nèi)非均質(zhì)性提高采收率 實(shí)驗(yàn) 。 （ 4） APP4 作為 聚合物 主劑 的凝膠體系通過部分物理交聯(lián)和部分化學(xué)交聯(lián)相結(jié)合的方式能夠大幅度提高凝膠的調(diào)堵性能和老化穩(wěn)定性。 (3)凝膠體系 具有在近井地帶流動時(shí)整體均勻推進(jìn)的滲流特性，避免段塞孤軍突進(jìn)，確保成膠后能實(shí)現(xiàn)均勻封堵，提高封堵成功率，有效改變后續(xù)水 驅(qū)滲流路徑，提高波及體積 。 鉻離子交聯(lián)凝膠體系 凝膠體系配方篩選 對 長慶油田采油四廠 油藏深部 調(diào)剖 凝膠體系的配方篩選主要包括三個(gè)方面 的內(nèi)容：(1)對比各種聚合物的性能，篩選出具備良好注入性、大劑量注入能力、抗剪切性、高強(qiáng)度（粘度）、長期穩(wěn)定性的聚合物 主劑 。 這就要求 凝膠 的 聚合物 溶液具有如下性能： (1)聚合物 溶液 具有 整體推進(jìn)的滲流特性， 有助于 擴(kuò)大波及體積，實(shí)現(xiàn)有效封堵 。 (5)聚合物 溶液的配制和注入所涉及的其它 溶液 性能。 表 211 實(shí)驗(yàn)用水基本組成 離子名稱 Na+、 K+ Ca2+ Mg2+ Cl SO42 HCO3 總礦化度 離子含量 (mg/L) 174 母液與目標(biāo)液的配制 ： （ 1）用 1000mL 燒杯稱取 實(shí)驗(yàn)用 水 1000g，放入 45℃ 恒溫水浴鍋中 ； （ 2）稱取各樣品 ； （ 3）攪拌有漩渦條件下加入已經(jīng)稱好的樣品 (要求樣品加入到漩渦中 )； （ 4）攪拌溶解完全后放置 24h 備用 ； （ 5）根據(jù)計(jì)算稱取一定量的待用母液，然后用 實(shí)驗(yàn)用 水稀釋配制目標(biāo)液，攪拌均勻即可。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 212 和圖 212。但是，當(dāng) 疏水 締合聚合物 濃度 高于臨界締合 濃度后，溶液 的粘度 是 非結(jié)構(gòu)粘度與結(jié)構(gòu)粘度之和 (η 非結(jié)構(gòu) +η結(jié)構(gòu) )，因而溶液粘度大幅增加，遠(yuǎn)大于其它聚合物粘度。 19 表 213 四種不同類型聚合物在不同濃度的粘－溫關(guān)系 聚合物濃度（ mg/L） 聚合物類型 粘度（ ） 30℃ 50℃ 70℃ 84℃ 95℃ 1200 APP4 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚合物 1500 APP4 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚合物 1800 APP4 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚 合物 2500 APP4 1258 513 255 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚合物 3000 APP4 2020 1476 589 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚合物 3500 APP4 2020 2020 1186 347 244 MO4000 普通聚丙烯酰胺 KYHPAM 聚合物 由 圖 213 可知，四種不同類型聚合物在相同濃度下，聚合物的粘 度都隨著溫度的升高而降低，疏水締合 聚合物降低幅度要比其它聚合物 的大 ，但從 30℃ 到 95℃ ，