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Dh；
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CP＝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CP＝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CP＝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CP＝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CP＝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，Cr3+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Cr3+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，Cr3+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Cr3+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Cr3+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Cr3+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“Cr3+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Cr3+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
Dh测试结果见表3。
表3Dh测试结果(nm)
由表3可以看出，随这稀释浓度降低，Cr3+聚合物凝胶中分子线
团Dh逐渐增加，聚合物溶液中分子线团Dh逐渐减小。在“Cr3+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。