新型復(fù)合凝膠調(diào)剖體系的評價研究

王 曉 麗

（吉林油田采油工藝研究院，吉林 松原 13800）

新型復(fù)合凝膠調(diào)剖體系的評價研究

王 曉 麗

（吉林油田采油工藝研究院，吉林 松原 13800）

針對吉林油田某區(qū)塊低滲油藏的特點，以有機鉻和酚醛樹脂作為交聯(lián)劑，研制出了HPAM/酚醛樹脂-有機鉻新型復(fù)合凝膠體系，該新型復(fù)合凝膠體系的最佳配方：HPAM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%、酚醛樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%、有機鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，并對新型復(fù)合凝膠體系的封堵性能進行了評價，結(jié)果表明，在60.0 ℃下，新型復(fù)合凝膠體系成膠時間為20 h左右，成膠強度大于15 000 mPa·s,注入0.3 PV凝膠體系的封堵率達到93.0%，滿足該區(qū)塊低滲油藏調(diào)剖作業(yè)需要。

低滲油藏；HPAM/酚醛樹脂-有機鉻凝膠體系；封堵性能；成膠強度

在水驅(qū)油及化學(xué)驅(qū)油過程中，由于油藏的非均質(zhì)性，滲透率較高油層中的原油能被順利地驅(qū)除，而滲透率較低油層中的原油較難被采出。為此，油層深部調(diào)整吸水剖面技術(shù)開始得到重視和發(fā)展[1,2]。深部調(diào)剖是將調(diào)剖劑注入含水油層深部，大面積調(diào)整吸水剖面，有效改變驅(qū)油劑液流轉(zhuǎn)向的增產(chǎn)增注措施[3-5]。目前，聚合物弱凝膠深部調(diào)剖技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，其中以有機鉻作為交聯(lián)劑的聚合物凝膠體系已在各大油田得到應(yīng)用[6-8]。聚丙烯酰胺和有機鉻凝膠主要是Cr3+通過絡(luò)合、水解、羥橋作用，形成多核羥橋絡(luò)離子，并與HPAM中的羧基、酰胺基反應(yīng)，使HPAM分子間交聯(lián)，形成凝膠體系，此種凝膠體系具有成膠強度大，抗剪切等特點，但是不足之處在于成膠時間較短，無形中增加了施工難度并且不利于凝膠體系向油藏深部的運移。部分水解聚丙烯酰胺與酚醛樹脂的凝膠體系，主要通過酚醛樹脂與聚丙烯酰胺上的氨基發(fā)生反應(yīng)，從而形成交聯(lián)體系，因此酚醛樹脂與有機鉻的混合交聯(lián)體系，會使酚醛樹脂與醋酸鉻之間形成競爭，從而延緩了交聯(lián)劑中 Cr3+的釋放速率，延長了成膠時間，并且提高了凝膠體系的抗剪切性。本文以有機鉻和酚醛樹脂作為交聯(lián)劑，研制出了復(fù)合凝膠體系，并對體系的封堵性能進行了評價。

1 實驗部分

1.1 實驗條件及試劑

在研制和評價凝膠調(diào)剖體系的實驗過程中，參考吉林油田目標(biāo)區(qū)塊的油藏溫度為 60 ℃，設(shè)定調(diào)剖劑靜態(tài)成膠實驗的溫度為(60.0±0.5)℃，以表 1離子組成為參照配制模擬地層水進行實驗。聚合物：部分水解聚丙烯酰胺分子量為1 600～1 800萬（北京恒聚，水解度23%～28%）

交聯(lián)劑：有機鉻和酚醛樹脂均為實驗室自行合成。

模擬水配制無機試劑：NaCl，KCl，CaCl2，MgCl2?6H2O，Na2CO3，Na2SO4，NaHCO3。

1.2 實驗設(shè)備及實驗方法

哈克VT550型粘度計，2PB00C型平流泵，恒溫箱，中間容器，精密壓力傳感及管線若干等常用

物理模擬實驗設(shè)備。

粘度測試：采用哈克 VT550型粘度計，選用MV2轉(zhuǎn)子。

表1 實驗用模擬水離子構(gòu)成Table 1 Ionic Components of Simulated Water

物理模擬實驗：調(diào)剖劑的封堵強度用突破壓力來表征，測突破壓力的方法與水驅(qū)物理模擬實驗類似，實驗裝置如圖1所示，具體方法可見文獻[9]。

圖1 實驗裝置圖Fig.1 Experimental Scheme

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合交聯(lián)凝膠體系靜態(tài)成膠實驗

以有機鉻作為交聯(lián)劑的凝膠體系雖然成膠的強度較大，但成膠時間較短，過短的成膠時間不僅會給現(xiàn)場施工造成帶來困難，而且成膠時間過短會使多數(shù)調(diào)剖劑集中于近井地帶，不利于調(diào)剖劑向油藏深處運移，從而影響調(diào)剖效果。為了改善凝膠性能，使凝膠強度大、成膠時間較長，可將酚醛樹脂和有機鉻交聯(lián)劑復(fù)合應(yīng)用制成酚醛樹脂-有機鉻的HPAM復(fù)合交聯(lián)凝膠體系。

從表2可以看出，有機鉻交聯(lián)劑低于0.3%時，凝膠體系的粘度過低，當(dāng)交聯(lián)劑濃度高于0.5%時，雖然凝膠體系的粘度較高，但成膠時間過短，不利于現(xiàn)場應(yīng)用，并且濃度為0.4%與 0.5%時，凝膠的粘度相差不大，此外，綜合考慮到成本因素，選擇的鉻交聯(lián)劑濃度為0.4%。

從表3可以看出，當(dāng)HPAM濃度低于0.1%體系不成膠，HPAM用量達到0.2%時才能成膠，但凝膠強度僅為7 571 mPa.s，當(dāng)聚合物濃度達到0.4%時，成膠時間過短，此時基液粘度較大不利于礦場注入，且成本也較高，與之相比聚合物濃度為0.3%時，成膠時間為6.5 h，且凝膠強度與聚合物濃度為0.4%的時候相差不大，也節(jié)約了成本，綜合考慮以上因素，以下把HPAM 的用量定為0.3%。

表2 有機鉻交聯(lián)劑濃度對交聯(lián)體系的影響Table 2 Effects of Organic Chrome Crosslinker Concentration on the Gel System

表3 聚合物濃度對有機鉻交聯(lián)體系的影響Table 3 Effects of Polymer Concentration on the Gel System

表4 酚醛樹脂對復(fù)合交聯(lián)凝膠體系靜態(tài)成膠的影響Table 4 Effects of Phenoyl-formaldehyde Concentration on the Gel System

通過表4綜合考慮成膠時間、強度以及成本等因素，最后確定 HPAM/酚醛樹脂-有機鉻新型復(fù)合凝膠體系的配方為 HPAM為 0.3%，酚醛樹脂為0.80%，有機鉻為0.40%。

2.2 復(fù)合凝膠體系的封堵性能評價

2.2.1 突破壓力

突破壓力梯度是指調(diào)剖劑在單位長度多孔介質(zhì)中被突破時的最大壓力，表征的是調(diào)剖劑對多孔介質(zhì)的封堵性能，也反映了調(diào)剖劑強度的大小。

式中：Pm—為突破壓力梯度，MPa/m；

Pmax—為多孔介質(zhì)被突破時的最大壓力，MPa；

L—為多孔介質(zhì)的長度，m。

依據(jù)前述新型復(fù)合凝膠體系配方，分別注入0.30PV和0.50PV時，凝膠體系的突破壓力如下圖2所示。

圖2 復(fù)合凝膠體系兩種注入量測定突破過程中壓力與時間的關(guān)系Fig.2 Pressure after the Injection of Composite Gel System

圖2為復(fù)合凝膠體系兩種注入量的突破壓力過程中壓力與時間的關(guān)系曲線，結(jié)合圖2以及表5數(shù)據(jù)可知，注入0.30PV時的突破壓力為2 132.38 kP注入 0.50PV時的突破壓力為 2 132.38 kPa，注入0.50PV時凝膠的突破壓力梯度遠大于0.30PV，可能的原因有兩個：一是由于體系成膠后強度較小，體系并沒有形成“剛性”的強度較大的凝膠，水驅(qū)替時凝膠隨之流動，表現(xiàn)出可動凝膠的性質(zhì)，二是由于凝膠注入量少，凝膠整體的封堵強度較小，加之段塞前緣受巖心中流體的稀釋，導(dǎo)致本來注入量影響就小的段塞組分濃度下降，成膠強度受到影響，而較大劑量的注入時，影響較小。當(dāng)凝膠注入量增加到0.50PV時，凝膠突破壓力大幅度提升，說明大劑量的凝膠提供了較強的封堵強度。

表5 復(fù)合凝膠體系兩種段塞體系的封堵效果Table 5 Plugging Effects of the Composite Gel System

2.2.2 殘余阻力系數(shù)與封堵率

殘余阻力系數(shù)（FRR）是度量調(diào)剖劑成膠后巖心滲透率降低的程度，其值可用調(diào)剖劑降低巖石滲透率能力來評價，F(xiàn)RR等于調(diào)剖劑調(diào)剖前、后水測滲透率之比。在流量相同條件下，殘余阻力系數(shù)公式可寫為：

式中：△Pw—水驅(qū)過程中的穩(wěn)定壓差，MPa；

△Ppw—注凝膠后的后續(xù)水驅(qū)過程的穩(wěn)定壓差，MPa。

巖心的殘余阻力系數(shù)是大于 1的無因次數(shù)，F(xiàn)RR越大，表明凝膠降低巖心滲透率的能力越強。調(diào)剖體系封堵性能的好壞直接影響現(xiàn)場調(diào)剖效果和注入井吸水剖面改善效果。封堵效率的大小直接反映了調(diào)剖體系對高滲透層段的封堵能力，是評價調(diào)剖體系分流性能好壞的重要指標(biāo)。

巖心封堵效率定義為調(diào)剖劑封堵前后水相滲透率的差值與該巖心原始水相滲透率的比值，是衡量調(diào)剖劑在巖心內(nèi)部成膠后，降低巖心滲透率能力的參數(shù)指標(biāo)。封堵率計算公式：

式中：E—封堵率；

kwo—封堵前滲透率，μm2；

kwl—封堵后滲透率，μm2。

封堵效率反映了調(diào)剖劑封堵巖心后水相滲透率的降低程度，和殘余阻力系數(shù)一樣，都表示調(diào)剖劑的封堵能力。封堵率越大，封堵能力越強，改善吸水剖面的能力越好。

由表6可以看出，復(fù)合凝膠體系在注入0.30PV時的殘余阻力系數(shù)為14.32，巖心封堵率為93.0%，注入0.50PV時的殘余阻力系數(shù)為25.36，巖心封堵率為96.1%，封堵效果較好。并且從表中還可以看到，大部分凝膠在注入量增加至0.50PV后，殘余阻力系數(shù)顯著增大。

表6 復(fù)合凝膠體系兩種段塞的殘余阻力系數(shù)與封堵率Table 6 Residual Resistance Factor and Plugging Effects of the Composite Gel System

3 結(jié) 論

（1）以醋酸鉻和酚醛樹脂交聯(lián)劑作為交聯(lián)劑，研制出 HPAM/酚醛樹脂-有機鉻復(fù)合凝膠體系，確定 HPAM/酚醛樹脂-有機鉻新型復(fù)合凝膠體系的配方為HPAM為0.3%，酚醛樹脂為0.80%，有機鉻為0.40%。

（2）對復(fù)合凝膠體系的封堵性能進行了評價，調(diào)剖劑的封堵強度用突破壓力來表征，注入0.3PV時的突破壓力為2 132.38 kPa，注入0.5PV時的突破壓力為2132.38 kPa，注入0.5PV時凝膠的突破壓力梯度遠大于0.3PV，說明大劑量的凝膠提供了較強的封堵強度。復(fù)合凝膠體系在注入0.30PV時的殘余阻力系數(shù)為14.32，巖心封堵率為93.0%，注入0.50PV時的殘余阻力系數(shù)為25.36，巖心封堵率為96.1%，封堵效果較好。

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Evaluation Study on Novel Composite Gel Profile System

WANG Xiao-li
（PetroChina Jilin Oilfiled Company Production Technology Research Institute, Jilin Songyuan 138000, China）

According to characteristics of the low permeability reservoir in Jilin oilfield, using the organic chromium and phenol-formaldehyde resin as crosslinkers, novel composite gel profile system were synthesized from HYPAM，the optimal formula was as follows: HPAM 0.3%,phenol-formaldehyde resin 0.8%,organic chromium 0.4%.The sealing and plugging performance of the system were investigated. The results show that the gelation time of this novel composite gel system is about 20.0 h, the gelation strength is more than 15 000 mPa·s; after injecting 0.3 PV gel system, the plugging efficiency of the gel profile system can reach to 93.0%.

Low permeability reservoir; HPAM/phenol-formaldehyde resin-organic chromium; Sealing and plugging performance；Gelation strength.

TE 122

A

1671-0460（2014）09-1708-03

2014-04-04

王曉麗（1966-），吉林松原人，工程師，研究方向：從從事氣井儲層保護和壓井液評價研究等方面的工作。E-mail：qugm110@163.com。