朱妍婷

中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000

高89-1区块高温高矿化度，非均质严重，在实际的CO2气体驱油的过程中，容易发生黏性指进、气体的滑脱效应等，从而导致气窜，同时还会引发高渗透层突进、大孔道窜流等问题[1]。CO2如果过早突破，将会导致油藏的大部分储层未被波及过，使CO2驱的开发难以达到预期效果[2]。因此，能否开发出有效的CO2气驱封窜技术，有效封堵高渗透层，是关系到CO2驱采能否获得良好效果的重要前提[3]。

1 封窜体系的选择及配方筛选

根据胜利高89-1区块的高温高盐和低渗透率等特点，适用的封窜剂类型主要包括聚合物凝胶、无机沉淀类和泡沫类等。小分子胺与CO2以及金属离子在高温超临界CO2条件下可以形成白色沉淀，但在CO2氛围和高矿化度下，沉淀会有一定的溶解。泡沫体系具有一定的CO2气驱封窜能力，但在高于100 ℃时半衰期较短。因此选择了凝胶体系，利用地层高温促使交联反应发生，形成高黏度凝胶实现封堵。通过一系列筛选及优化实验，确定封窜体系配方为：4.5%～7.5%丙烯酰胺+0.03%～0.08%N，N-亚甲基双丙烯酰胺+0.25%～1%引发剂+0.1%～0.5%改性剂+0.3%增效剂+0.5%～0.75%缓聚剂。

2 凝胶体系的静态性能评价

2.1 长期稳定性

使用现场矿化度为60 000 mg/L的水配制不同黏度的凝胶，恒温120 ℃，3个月后测定黏度的变化，结果见图1。在120 ℃下3个月之后凝胶不脱水，强度基本上不变。将凝胶置于釜温为126 ℃、CO2压力为10 MPa的多功能CO2驱油评价装置，1个月后凝胶也不脱水，说明该凝胶的网架结构仍保持足够高的强度，稳定性能突出。

图1 凝胶体系长期稳定性实验结果

2.2 pH对凝胶体系性能的影响

pH对凝胶体系性能的影响如图2所示。pH降低时，成胶时间相应缩短。

图2 pH对凝胶体系成胶性能的影响

此外，pH对凝胶的黏度也有影响，见图3。当pH大于3时，黏度变化幅度较小，总体维持在160×104mPa·s以上，凝胶成流动状，不容易被捣碎，可塑性好；而当pH小于3时，黏度下降明显，但是其强度仍较高，将凝胶捣碎之后，凝胶成块状。

图3 不同pH时凝胶的形态

2.3 矿化度对凝胶体系成胶性能的影响

2.3.1 Na+浓度的影响

分别配制5种模拟地层水样品各200 mL，其中氯化钠的质量分别为6，8，9，10，12 g。向样品中分别加入10 g AM，0.1 gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.5 mL引发剂，0.15 mL改性剂，1.5 mL缓聚剂以及0.6 mL甲醛，混合均匀后放置在120 ℃烘箱中。Na+浓度对凝胶体系成胶性能的影响如图4所示。随着钠离子浓度的增加，成胶时间由10 h增加到70 h，同时凝胶由刚性不流动的固态，变成可流动有吐舌的液态，黏度降低，但仍保持在40×104mPa·s以上。

图4 Na+浓度对凝胶体系成胶性能的影响

2.3.2 Mg2+浓度的影响

分别配制6种模拟地层水样品各200 mL，氯化镁的质量分别为0，0.2，0.25，0.4，0.5，0.6 g。向样品中分别加入10 g AM，0.1 gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.5 mL引发剂，0.15 mL改性剂，1.5 mL缓聚剂以及0.6 mL甲醛，混合均匀后放置在120 ℃烘箱中。试验结果如图5所示。Mg2+的质量浓度不大于3 000 mg/L时，成胶时间基本在8 h左右。Mg2+的质量浓度不小于2 000 mg/L时，随着Mg2+浓度的增加，黏度逐渐减小，但不小于40×104mPa·s。

图5 Mg2+浓度对凝胶体系成胶性能的影响

2.3.3 Ca2+浓度的影响

分别配制6种模拟地层水样品各200 mL，氯化钙的质量分别为6，8，9，10，12 g，向样品中分别加入10 g AM、0.1 gN，N-亚甲基双丙烯酰胺、0.5 mL引发剂、0.15 mL改性剂、1.5 mL缓聚剂以及0.6 mL甲醛，混合均匀后放置在120 ℃烘箱中。实验结果如图6所示。Ca2+的质量浓度在4 000～14 000 mg/L时，对凝胶的成胶时间的影响很小，成胶时间在8～12 h范围内变化；对体系黏度的影响较大，但黏度仍不低于40×104mPa·s。

图6 Ca2+浓度对凝胶体系成胶性能的影响

2.4 抗剪切性

取在120 ℃条件下成胶的凝胶，测定其初始黏度，然后将该凝胶在不同转速下搅拌2 h，测定搅拌之后凝胶的黏度，结果如图7所示。随着剪切速率的增大，体系的黏度逐渐降低，但总体上来说抗剪切性能比较好，以11 000 r/min的转速搅拌2 h后，其黏度仍达到62×104mPa·s，说明其内部的网架结构不易受到剪切应力的破坏，完全可以起到封堵的效果。

图7 剪切速率对凝胶体系黏度的影响

2.5 抗CO2压力的性能

向200 mL地层水中加入10 g AM，0.1 gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，0.15 mL改性剂，0.5 mL引发剂，1 mL缓聚剂和0.6 mL甲醛，混合均匀后放置在反应釜中，通入一定压力的CO2，升温到126 ℃。实验结果如图8所示。

图8 CO2的压力对凝胶体系性能的影响

在0～10 MPa范围内，随着CO2压力的增加，配方的成胶时间可以控制在6～8 h之间，体系的黏度随着压力的增加先上升再下降，总体上黏度大于150×104mPa·s。

3 结论

1)针对高89-1区块高温高矿化度，非均质严重而导致的气窜问题，研制了CO2驱凝胶封窜体系。

2)该体系性能稳定，在126 ℃及10 MPa的条件下，凝胶能够保持一个月不脱水。

3)pH对体系的成胶时间和强度均有影响。pH降低时，成胶时间相应缩短。当pH大于3时，黏度变化的幅度较小，总体维持在160×104mPa·s以上；而当pH小于3时，黏度虽下降明显，但是仍能保持一定的强度。

4)Na+的浓度对成胶时间的影响较大，而Mg2+和Ca2+的浓度变化对成胶时间的影响并不大。离子浓度超过一定值后，均会导致体系黏度的下降，但黏度仍不低于40×104mPa·s。

5)该凝胶体系抗剪切性能和抗CO2压力性能比较好，可以起到较好的封堵的效果。

6)下一步可在静态评价的基础上，开展物模实验，对体系进行进一步的性能评价。