CN105670593A - 一种新的Cr3+聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新的Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱方法。主要解决了现有连续注入工艺容易造成中低渗透层启动压力升高及储层吸液剖面出现反转现象的问题。该新的Cr³⁺聚合物凝胶，其组分及配比按质量百分比如下：部分水解聚丙烯酰胺0.12～0.3%，交联剂为0.0007~0.002%，余量为水；其交替注入调驱方法包括以下步骤：（1）注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；（2）注入水段塞PV₂；（3）注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；（4）注入水段塞PV₂；（5）重复2～20轮次，再注入水，使后续水驱含水率达到95%~98%。该交替注入调驱方法，能够延缓“吸液剖面反转”，使聚合物或聚合物凝胶进入高渗透层产生封堵，促使后续流体进入中低渗透层发挥驱油作用，从而降低中低渗透层启动压力。

Description

一种新的Cr3+聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法

技术领域：

本发明涉及油田采油技术领域，尤其涉及一种新的Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱方法。

背景技术：

国内油田多为陆相沉积，储层非均质性(即各个小层渗透率不同，吸液启动压力也不同)比较严重，导致水驱开发采收率较低，大量原油剩余在中低渗透层，亟待采取扩大波及体积方法来进一步提高原油采收率。目前，矿场使用的化学驱油剂主要有聚合物(HPAM)溶液和聚合物凝胶，其提高采收率原理是它们首先进入非均质储层的高渗透层，在孔隙内发生滞留，导致渗流阻力增加，吸液量减小，。在保持注入速度不变条件下，注入压力会升高，中低渗透层吸液压差(注入压力-启动压力)增大，吸液量增加。但当驱油剂进入中低渗透层尤其是低渗透层后，它在其中也会发生滞留，并且产生的渗流阻力要远远大于高渗透层中的值，导致中低渗透层启动压力增加，吸液压差和吸液量减小。与此同时，高渗透层聚合物吸附达到稳定后，渗流阻力将不再增加，即启动压力不再增加。因此，随注入压力升高，高渗透层吸液压差和吸液量增加。上述过程称之为“吸液剖面反转”过程或现象。综上所述，在聚合物驱或聚合物凝胶调驱过程中，驱油剂进入低渗透层，一方面扩大了波及体积，另一方面也增大了启动压力，进而导致吸液压差(注入压力因储层岩石破裂压力和注入设备能力限制不能无限制提高，一般最大注入压力要求低于岩石破裂压力)和吸液量减小。

发明内容：

本发明在于克服背景技术中存在的现有连续注入工艺容易造成中低渗透层启动压力升高及储层吸液剖面出现反转现象的问题，而提供一种新的Cr³⁺聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法。该新的Cr³⁺聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法，能够减小中低渗透层聚合物凝胶吸入量，降低中低渗透层启动压力增加速度，延缓“吸液剖面反转”，使聚合物或聚合物凝胶进入高渗透层产生封堵，促使后续流体进入中低渗透层发挥驱油作用，从而降低中低渗透层启动压力，最终达到扩大波及体积和提高采收率目的。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种新的Cr³⁺聚合物凝胶，其组分及配比按质量百分比如下：部分水解聚丙烯酰胺0.12％～0.3％，交联剂为0.0007％～0.002％，余量为水。

所述的部分水解聚丙烯酰胺相对分子量为1900×104～2500×104，交联剂为有机铬，部分水解聚丙烯酰胺与有机铬比质量比为180:1；所述的有机铬为醋酸铬溶液，铬离子有效含量为2.7％；所述水的矿化度为4000mg/L～120000mg/L。

本发明还提供了一种新的Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱方法，包括以下步骤：

(1)注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；

(2)注入水段塞PV₂；

(3)再注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；

(4)再注入水段塞PV₂；

(5)重复(1)和(2)步骤2～20轮次，再注入水，使后续水驱含水率达到95％～98％；

其中在PV₁为Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞；PV₂为注入的水段塞；

在Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁一定的情况下，交替注入轮次及注入的水段塞PV₂对实验结果有很大影响，确定交替注入水段塞的尺寸时，考虑适当的水段塞，使水段塞不宜过大，避免引起高渗透层突进及降低采收率。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：本发明具有以下优点：(1)与单一整体段塞相比较，Cr³⁺弱凝胶与水交替注入有利于缓解吸液剖面反转现象，改善调驱效果；(2)相比较于整体凝胶段塞注入工艺，“Cr³⁺聚合物凝胶+水”交替注入方式具有更好的“封堵和驱替”效应，凝胶前置段塞对高渗透层实施封堵后，后续水段塞一方面可使Cr³⁺聚合物凝胶遇水后分子线团会膨胀，导致封堵作用增强，注入压力提高，有利于增强扩大波及体积效果，改善后续流体的转向能力，另一方面还可增强驱替效果，进而减缓因凝胶进入中低渗透层而引起的“吸液剖面反转”现象，从而提高原油采收率。

附图说明：

附图1是本发明实施例中实验过程中注入压力与注入PV数关系对比图；

附图2是本发明实施例中实验过程中含水率与注入PV数关系对比图；

附图3是本发明实施例中实验过程中采收率与注入PV数关系对比图；

附图4是本发明实施例中典型油藏地质模型图。

具体实施方式：

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：

聚合物为速溶型部分水解聚丙烯酰胺，相对分子量为1900×10⁴，有效含量为88％，胜利油田生产。

交联剂为醋酸铬溶液，铬离子有效含量为2.7％。

实验用水为SZ36-1油田模拟注入水，总矿化度为9047.6mg/L，这种总矿化度值可以大大加快成胶速度，具体离子组成见表1。

表1溶剂水离子组成

实验用油为SZ36-1油田模拟油，由渤海某油田脱气原油与煤油混合配制而成，65℃时黏度为75mPa·s。

实验岩心为石英砂环氧树脂胶结而成的层内非均质人造岩心，高、中、低渗透层的气测渗透率分别为3600×10^-3μm²、720×10^-3μm²和180×10^-3μm²，平均渗透率1500×10^-3μm²。岩心外观尺寸为：宽×高×长＝4.5cm×4.5cm×30cm。

采用DV-Ⅱ型布氏黏度计(美国Brookfield公司)测试调驱剂黏度，转速为6r/min；采用BI-200SM型广角动/静态光散射仪系统(BrookhavenInstrumentsCop，USA)测试聚合物分子线团尺寸D_h；采用驱替实验装置测试调驱剂增油降水效果，装置由压力传感器、中间容器手摇泵、平流泵和岩心夹持器等组成，测试温度为65℃。

下述实施例所涉及实验方案步骤均为“水驱95％+Cr³⁺聚合物凝胶整体或其与水交替注入+后续水驱95％”。“方案1-1”～“方案1-4”为Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验，其中Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸为0.1PV，中间穿插水段塞总尺寸也为0.1PV，依据交替注入轮次，将Cr³⁺聚合物凝胶和水段塞尺寸进行等分后，进行“Cr³⁺聚合物凝胶+水”交替注入调驱实验。其中部分水解聚丙烯酰胺(相对分子量为1900×10⁴)有效含量为88％，交联剂为醋酸铬溶液，铬离子有效含量为2.7％，余量为水。具体实施方式如下：

对比实施例1：

为整体Cr³⁺聚合物凝胶段塞调驱实验，其中，Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸0.1PV，聚合物浓度C_P＝2000mg/L，“聚:Cr³⁺”＝180:1，其为后续交替注入调驱实验方案增油效果的对比基础。

实施例1：

为2轮次Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验，其中：Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸为0.1PV，聚合物浓度C_P＝2000mg/L，“聚:Cr³⁺”＝180:1，中间穿插水段塞总尺寸也为0.1PV：①先注入0.05PVCr³⁺聚合物凝胶，然后注入0.05PV水段塞；②再注入0.05PVCr³⁺聚合物凝胶，最后后续水驱至采出液的含水率为98％。

实施例2：

为3轮次Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验，其中：Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸为0.1PV，聚合物浓度C_P＝2000mg/L，“聚:Cr³⁺”＝180:1，中间穿插水段塞总尺寸也为0.1PV：①首先注入0.033PVCr³⁺聚合物凝胶，然后注入0.033PV水段塞；②再注入0.033PVCr³⁺聚合物凝胶，再注入0.033PV水段塞；③接着注入0.033PVCr³⁺聚合物凝胶，最后后续水驱至采出液的含水率为98％。

实施例3：

为4轮次Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验，其中：Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸为0.1PV，聚合物浓度C_P＝2000mg/L，“聚:Cr³⁺”＝180:1，中间穿插水段塞总尺寸也为0.1PV：①首先注入0.025PVCr³⁺聚合物凝胶，然后注入0.025PV水段塞；②注入0.025PVCr³⁺聚合物凝胶，再注入0.025PV水段塞；③注入0.025PVCr³⁺聚合物凝胶，后注入0.025PV水段塞；④注入0.025PVCr³⁺聚合物凝胶，最后后续水驱至采出液的含水率为98％。

实施例4：

为5轮次Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验，其中：Cr³⁺聚合物凝胶总段塞尺寸为0.1PV，聚合物浓度C_P＝2000mg/L，“聚:Cr³⁺”＝180:1，中间穿插水段塞总尺寸也为0.1PV：①首先注入0.02PVCr³⁺聚合物凝胶，然后注入0.02PV水段塞；②注入0.02PVCr³⁺聚合物凝胶，再注入0.02PV水段塞；③注入0.02PVCr³⁺聚合物凝胶，后注入0.02PV水段塞；④注入0.02PVCr³⁺聚合物凝胶，后注入0.02PV水段塞；⑤注入0.02PVCr³⁺聚合物凝胶，最后后续水驱至采出液的含水率为98％。

将上述对比实施例1定义为“方案1-0”，实施例1-4分别定义为“方案1-1、1-2、1-3、1-4”。通过对上述实施例1-4及对比实施例1分析结果可见：

1、采收率

不同交替注入轮次条件下，C_r ³⁺聚合物凝胶与水交替注入调驱实验采收率数据见表2。

表2采收率实验数据

从表2可以看出，在C_r ³⁺聚合物凝胶和水段塞尺寸一定条件下，随交替注入轮次数由2轮增加到5轮，C_r ³⁺聚合物凝胶调驱采收率增幅10.5％提高到14.9％，交替注入轮次数达到5轮时，较整体段塞采收率增幅多达6.4％，大大超出整体段塞采收率水平。

2、动态特征

实验过程中注入压力、含水率和采收率与注入PV数关系对比见图1～3。从图1～3可以看出，随C_r ³⁺聚合物凝胶与水交替注入次数增加，注入压力增加，扩大波及体积效果增强，含水率降幅增大，采收率增幅提高。

3、机理分析

Cr³⁺聚合物凝胶与水交替注入改善调驱效果机理分析所用地质模型见图4，模型包括高中低3个渗透层。其中：

K₁、K₂、K₃—高中低渗透层渗透率，10^-3μm²；

P₁、P₂、P₃—高中低渗透层启动压力，Mpa；

Q₁、Q₂、Q₃—高中低渗透层吸液量，m³；

P—注入压力，Mpa；

从图4可以看出，受模型自身非均质性影响，水驱过程中高渗透层因启动压力(P₁)较低，吸液压差(P-P₁)较大，吸液量较多，中低渗透层因吸液压差较小造成吸液量较少。随着水驱过程持续进行，高渗透层采出程度增加，水相过流通道断面增加，渗流阻力减小，启动压力(P₁)降低，这又进一步促使吸液压差(P-P₁)增加，吸液量增多。与此同时，中低渗透层吸液量逐渐降低，波及效果变差，最终影响水驱开发效果。在实施C_r ³⁺聚合物凝胶调驱初期，调驱剂会首先进入渗流阻力较小的高渗透层，并于其中发生滞留，造成流动通道过流断面减小，注入压力(P)升高。随注入压力升高，中低渗透层吸液压差(P-P₂和P-P₃)增加，吸液量增大，中低渗透层动用程度增加。然而，进入并滞留于中低渗透层中的C_r ³⁺聚合物凝胶也会造成流动通道过流断面减小和渗流阻力增加，并且渗流阻力增加速度要远大于高渗透层，这便会造成中低渗透层尤其是低渗透层启动压力(P₂和P₃)升高，吸液压差(P-P₂和P-P₃)减小，吸液量降低，出现“吸液剖面反转”现象。当采用“C_r ³⁺聚合物凝胶+水”交替注入方式时，可以产生“封堵和驱替”效应，即凝胶前置段塞对高渗透层实施封堵，后续水段塞进入中低渗透层驱油，减缓甚至消除了因凝胶进入中低渗透层而引起的“吸液剖面反转”现象。因此，只要交替注入段塞尺寸和轮次组合与储层非均质性相匹配，就可以最大限度地发挥“封堵和驱替”协同效应，提高调驱增油降水效果。

随交替注入轮次增加，注入压力增大(见图1)，这与C_r ³⁺聚合物凝胶分子线团(聚集体)遇水膨胀特性有关。不同稀释浓度条件下，Cr³⁺聚合物凝胶及聚合物溶液与注入水混合稀释前后分子线团尺寸D_h测试结果见表3。

表3D_h测试结果(nm)

由表3可以看出，随这稀释浓度降低，C_r ³⁺聚合物凝胶中分子线团D_h逐渐增加，聚合物溶液中分子线团D_h逐渐减小。在“C_r ³⁺聚合物凝胶+水”交替注入换注水段塞时，岩心孔隙内阳离子浓度受稀释作用而降低，聚合物凝胶分子线团表面原有电荷动态平衡被打破，聚合物分子链上离子基团所带负电荷数量增加，彼此之间的排斥力增大，进而造成卷曲的分子链趋于舒展，分子线团尺寸增大。随聚合物凝胶分子线团尺寸增大，一方面，在岩心孔隙中已发生捕集的聚合物分子聚集体的封堵作用得以加强。另一方面，部分原本处于自由运移状态的聚合物分子聚集体会因尺寸增大而发生捕集，从而造成孔道过流断面进一步减小，渗流阻力增大，注入压力提高。

调驱剂进入非均质储层中低渗透层，一方面扩大了波及体积，另一方面增加了渗流阻力和吸液启动压力，这是造成吸液剖面反转的根本原因。采用“Cr³⁺聚合物凝胶+水”交替注入方式时，可以发挥凝胶前置段塞对高渗透层封堵和后续水段塞对中低渗透层驱油作用，减缓甚至消除了因凝胶进入中低渗透层而引起的“吸液剖面反转”现象。在“Cr³⁺聚合物凝胶+水”交替注入调驱过程中，水段塞可稀释岩心孔隙中阳离子浓度，引起聚合物分子线团尺寸增加，渗流阻力增大，注入压力提高。

Claims (6)

1.一种新的Cr³⁺聚合物凝胶，其组分及配比按质量百分比如下：部分水解聚丙烯酰胺0.12%～0.3%，交联剂为0.0007%~0.002%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种新的Cr³⁺聚合物凝胶，其特征在于：所述的部分水解聚丙烯酰胺相对分子量为1900×10⁴~2500×10⁴，交联剂为有机铬；部分水解聚丙烯酰胺与有机铬质量比为180:1。

3.根据权利要求1所述的一种新的Cr³⁺聚合物凝胶，其特征在于：所述的有机铬为醋酸铬溶液，铬离子有效含量为2.7%。

4.根据权利要求1所述的一种新的Cr³⁺聚合物凝胶，其特征在于：所述水的矿化度为4000mg/L～120000mg/L。

5.一种根据权利要求1所述的一种新的Cr³⁺聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；

（2）注入水段塞PV₂；

（3）再注入Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞PV₁；

（4）再注入水段塞PV₂；

（5）重复（1）和（2）步骤2～20轮次，再注入水，使后续水驱含水率达到95%~98%；

其中在PV1为Cr³⁺聚合物凝胶的调驱段塞；PV2为注入的水段塞。

6.根据权利要求5所述的一种新的Cr³⁺聚合物凝胶及其与水交替注入调驱方法，其特征在于：所述的交替注入水段塞的水的矿化度为4000mg/L～120000mg/L。