酚醛凝膠調剖劑封堵及調剖效果研究*

孟祥海，王 楠，呂 鵬，薛寶慶，曹偉佳，夏 歡，劉 歡

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司研究院，天津塘沽 300450；2.東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江大慶 163318）

0 前言

渤中34-2/4 油田地理位置位于渤海南部海域，是典型的復雜斷塊油田，滲透率較低［1-3］。油田原油物性好，投產初期自噴能力強，產量高，無水和低含水采油期較長，采出程度較高，同時天然能量不足，導致地層壓力降速較快，油井見水后產液能力下降，含水上升速率加快［4-6］。通過生產動態分析和近年新鉆調整井測井解釋認為，局部仍存在剩余油富集區，具有一定開發潛力。目前，對于渤海高含水油田開發過程中的問題，科技工作者開展了大量技術研究和現場應用，調剖調驅為渤海高含水油田“穩油控水”提供了技術保障［7-9］。渤海油田礦場應用最多的調剖調驅劑包括酚醛凝膠、有機鉻凝膠和聚合物微球等系列產品。渤中34-2/4油田儲層平均滲透率較低，酚醛凝膠調剖劑由于初始黏度低、成膠速率慢等特點適用于渤海低滲油田調剖施工［10-11］，渤海J油田E22h井堵水措施后日增油40 m3，平均日增油25 m3，含水下降75%，累增油3500 m3，取得了較好的增油效果［12］。針對渤中34-2/4油田開發實際需求，本文開展了酚醛凝膠調剖劑封堵及調剖效果研究，研究成果為渤海油田低滲區塊調剖調驅施工提供理論與技術支撐。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

乳液聚合物DW-R，相對分子質量1700×104，有效含量30%；干粉聚合物SD-201，相對分子質量1900×104，有效含量88%；交聯劑為酚醛樹脂類交聯劑，有效含量100%；固化劑為間苯二酚，有效含量100%；助劑為碳酸氫銨，有效含量100%；聚合物微球為“超分子型”，有效含量均為100%。上述藥劑由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供。實驗用水為渤海油田注入水，礦化度9130.3 mg/L，主要離子質量濃度（單位mg/L）：K++Na+3196.54、Ca2+193.12、Mg2+10.71、Cl-4879.12、SO42-4.3，HCO3-846.51。實驗巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造巖心［13-15］，巖心為石英砂環氧樹脂膠結人造巖心，包括均質澆筑方巖心和層內非均質巖心。外觀幾何尺寸：（1）均質澆鑄巖心，寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm，巖心滲透率Kg=300×10-3、1200×10-3、2700×10-3、5400×10-3μm2；（2）層內非均質巖心包括高中低3 個滲透層，寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm，各小層厚度1.5 cm，低中高滲透層滲透率Kg=300×10-3/900×10-3/2000×10-3μm2。

DV-Ⅱ型布氏黏度儀，美國Brookfield 公司；驅替實驗裝置包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等部件。

1.2 實驗方法

（1）聚合物微球調驅劑和酚醛凝膠調剖劑的配制與黏度測定

向渤海油田模擬注入水中加入“超分子型”聚合物微球制得質量濃度為3 g/L的聚合物微球調驅劑。

向渤海油田模擬注入水中加入聚合物干粉制得質量濃度為3 g/L聚合物（SD-201和DW-R）溶液，充分熟化2 h后再分別加入3 g/L的酚醛樹脂類交聯劑、3 g/L的固化劑間苯二酚和0.3 g/L的助劑碳酸氫銨，混合形成不同的酚醛凝膠調剖劑。采用布氏黏度儀在溫度70 ℃、剪切速率6 r/min 條件下測試酚醛凝膠調剖劑的黏度，當黏度范圍介于（0～100］、（100～200］、（200～1000］、（1000～4000］和（4000～20000］mPa·s之間時分別選用0#～4#轉子進行測試。

（2）封堵實驗

酚醛凝膠調剖劑的封堵效果實驗步驟如下：①巖心抽真空，飽和地層水，注模擬水，記錄壓力，計算水測滲透率；②注入1.2 PV 的酚醛凝膠調剖劑，記錄巖心注入端壓力；③油藏溫度（70 ℃）下將巖心老化36 h，后續水驅4～5 PV，記錄巖心注入端壓力。上述實驗過程中注入速率0.6 mL/min，壓力記錄間隔30 min。

（3）調剖實驗

酚醛凝膠調剖劑的調剖效果實驗步驟如下：①巖心抽空，飽和地層水，計算孔隙度；②巖心飽和油，計算含油飽和度；③水驅至含水80%，記錄注入壓力，計算含水率和采收率；④注入0.1 PV 的酚醛凝膠調剖劑，老化36 h，再注入0.1 PV質量濃度為3 g/L的聚合物微球調驅劑，記錄注入壓力，計算含水率和采收率；⑤后續水驅至含水98%，記錄注入壓力，計算含水率和采收率。上述實驗過程中注入速率為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min，實驗溫度為70 ℃。

2 結果與討論

2.1 酚醛凝膠調剖劑的成膠性能

采用渤海油田模擬注入水配制質量濃度為3 g/L的聚合物（SD-201和DW-R）溶液，再分別加入3 g/L酚醛樹脂類交聯劑、3 g/L 固化劑和0.3 g/L 助劑，混合形成不同的酚醛凝膠調剖劑，不同酚醛凝膠調剖劑的黏度隨放置時間的變化見圖1。

圖1 酚醛凝膠調剖劑的黏度與放置時間的關系

從圖1 可知，當酚醛凝膠調剖劑為“聚合物+交聯劑”時，初始成膠時間在1～1.5 d，當向酚醛凝膠調剖劑中加入固化劑后，成膠時間約縮短0.5 d；繼續向體系中加入助劑后，成膠時間縮短至6～12 h之間，且成膠強度大幅度上漲。對于聚合物SD-201酚醛凝膠調剖劑，當加入固化劑和助劑后成膠后黏度可達到20 Pa·s，成膠強度提升。針對目標儲層溫度情況以及酚醛凝膠調剖劑要求，建議通過向酚醛凝膠調剖劑中添加固化劑來提高成膠速率和成膠強度。從技術經濟角度考慮，推薦聚合物SD-201酚醛凝膠體系組成為：3 g/L聚合物+3 g/L交聯劑+3 g/L固化劑；乳液聚合物DW-R 酚醛凝膠調剖劑可以通過添加固化劑和助劑來提高反應速率和凝膠強度，推薦聚合物DW-R酚醛凝膠調剖劑組成為：3 g/L聚合物+3 g/L交聯劑+3 g/L固化劑+0.3 g/L助劑。

2.2 酚醛凝膠調剖劑的封堵性能及影響因素

2.2.1 調剖劑組成的影響

采用渤海油田模擬注入水配制2種酚醛凝膠調剖劑（體系Ⅰ：3 g/L 聚合物SD-201+3 g/L 交聯劑+3 g/L固化劑，體系Ⅱ：3 g/L聚合物DW-R+3 g/L交聯劑+3 g/L固化劑+0.3 g/L助劑），將其注入均質方巖心中開展巖心封堵效果實驗，阻力系數、殘余阻力系數和封堵率測試結果見表1，實驗過程中注入壓力見圖2。

表1 兩種調剖劑體系封堵實驗的阻力系數、殘余阻力系數和封堵率

圖2 兩種調剖劑體系封堵實驗注入壓力隨注入體積的變化

從表1 和圖2 可以看出，與“體系Ⅱ”相比較，“體系Ⅰ”在多孔介質內滯留量較大，阻力系數、殘余阻力系數和封堵率較大，封堵效果較好。在調剖劑注入巖心過程中，與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”的注入壓力較高，在后續水驅階段，注入壓力不降反升，表現出良好成膠和封堵效果。

2.2.2 儲層滲透率的影響

采用渤海油田模擬注入水配制酚醛凝膠調剖劑體系Ⅰ（3 g/L聚合物SD-201+3 g/L交聯劑+3 g/L固化劑），將其注入均質方巖心中開展巖心內封堵效果實驗，阻力系數、殘余阻力系數和封堵率測試結果見表2，實驗過程中的注入壓力見圖3。從表2和圖3可以看出，隨巖心滲透率的降低，巖心孔隙體積減小，巖石孔喉半徑減小，致使酚醛凝膠在巖心孔隙內運移困難，凝膠在巖心內滯留量增多，阻力系數、殘余阻力系數和封堵率減小。在調剖劑注入巖心和后續水驅的過程中，隨巖心滲透率的增大，注入壓力減小，傳輸運移能力增強。

表2 不同滲透率巖心封堵實驗阻力系數、殘余阻力系數和封堵率

圖3 不同滲透率巖心封堵實驗注入壓力隨注入體積的變化

2.3 酚醛凝膠調剖劑的調剖效果

采用渤海油田模擬注入水配制2種酚醛凝膠調剖劑（體系Ⅰ：3 g/L 聚合物SD-201+交聯劑3 g/L+固化劑3 g/L，體系Ⅱ：3 g/L 聚合物DW-R+3 g/L 交聯劑+3g/L 固化劑+0.3 g/L 助劑），調剖劑類型對增油降水效果的影響見表3，注入量為0.1 PV。從表3可以看出，2 種調剖劑體系的增油降水效果存在較大差異。與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”在巖心內的成膠效果較好，致使巖心高滲透層孔隙過流斷面減小，滲流阻力增加，吸液量減小，最終導致注入壓力升高，擴大波及體積效果提高，具有較好的調剖效果，在后續聚合物微球調驅劑注入階段，可充分發揮其微觀非均質調控作用，同時實現宏觀和微觀液流轉向效果，最終采收率可達到36.33%。

表3 兩種調剖劑體系的增油降水效果

注入過程中注入壓力、含水率和采收率隨注入體積的變化見圖4。從圖4 可以看出，在水驅階段，隨注入體積的增加，注入壓力略有降低，含水率快速升高，采收率增加。在調剖過程中，與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”的注入壓力較高，表明該調剖劑體系在巖心孔隙內的成膠強度較高，導致高滲透層滲透率減小，中低滲透層吸液壓差增加，液流轉向效果較好，擴大波及體積范圍增大，因而含水率下降，采收率明顯增加。在聚合物微球調驅劑注入階段，由于調驅劑具有一定的滯留和液流轉向能力，導致注入壓力進一步升高，采收率進一步增加。

圖4 注入壓力、含水率和采收率隨注入體積的變化

3 結論

針對目標儲層溫度情況以及酚醛凝膠調剖劑要求，通過向聚合物SD-201酚醛凝膠調剖劑中添加固化劑間苯二酚、向乳液聚合物DW-R 酚醛凝膠調剖劑中添加固化劑間苯二酚和助劑碳酸氫銨可以提高反應速率和凝膠強度。

當巖心滲透率Kg=300×10-3～5400×10-3μm2時，酚醛凝膠“體系Ⅰ”封堵率為99.65%～96.94%。

與酚醛凝膠“體系Ⅱ”相比較，酚醛凝膠“體系Ⅰ”在多孔介質內滯留量較大，阻力系數、殘余阻力系數和封堵率較大，封堵效果和液流轉向效果較好。