裂縫性油藏二次交聯凝膠堵劑體系研究與評價
——以A油田為例

吳小路，孫常偉，谷 悅，李曉偉，徐國瑞

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300459）

A油田為潛山裂縫塊狀底水油藏，儲層內部裂縫發育、連通性好、單井產能高，為典型雙重介質油藏。由于裂縫發育程度高且隨機性強，不同油井產能差異大。油田在開發過程中，注入水或是邊底水極易沿著大裂縫竄流，造成油井水淹，微小裂縫及基質中的原油難以動用，油井水淹后治理難度較大[1]。由于裂縫發育和非均質性強，加之常規堵劑封堵強度和處理深度不足，增產效果不理想[2]。

二次交聯凝膠堵劑體系是在地面將聚合物與第一交聯劑進行預交聯反應，形成有一定黏度的弱凝膠，再混合第二交聯劑后注入地層[3]，因而具有濾失小、封堵強度大等優點，更適用于封堵高角度裂縫。本文根據A油田特征，模擬油田地層條件，分別從體系配方優化、堵劑性能評價等方面開展實驗研究。

1 實驗條件

1.1 地層條件

地層溫度：70 ℃；

地層水礦化度：5 000 mg/L；

模擬裂縫寬度：1.00 mm、2.00 mm、4.00 mm。

1.2 實驗儀器

實驗所用主要儀器見表1。

表1 實驗主要儀器

1.3 黏度測定標準

1.3.1 聚合物溶液及一次交聯凝膠

在室溫25 ℃條件下，采用旋轉黏度計測定黏度值。其中，旋轉轉子為61號轉子，轉速為6 rpm。

1.3.2 二次交聯后的凝膠體系

采用目測代碼法[4]（通過翻倒試劑瓶，觀察合成的凝膠體系舌長，根據凝膠強度代碼法來評價凝膠體系成膠強度），如表2所示。

表2 凝膠強度代碼標準

2 二次交聯凝膠堵劑體系配方優選

實驗所用聚合物為油田常用的速溶型干粉聚合物，先進行地面第一交聯體系質量分數優選，再進行地下反應的第二交聯劑質量分數優選。

2.1 聚合物質量分數優選

固定第一交聯劑聚交比為12∶1，分別設定聚合物質量分數為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，考察聚合物質量分數對一次成膠性質的影響（圖1）。

由圖1可知，在聚交比不變的情況下，聚合物質量分數越大，一次交聯后成膠強度越大，交聯時間越短。這是因為在一定條件下，聚合物分子的水力學半徑一定，隨著聚合物質量分數的增加，聚合物分子之間碰撞、纏繞的機率增大，增加了聚合物與交聯劑分子之間交聯機會，形成三維結構所需要的時間變短[6]；如果聚合物質量分數太低，形成的凝膠強度太弱。另外，海上油田作業通常為兩套15方罐切換配液實現連續注入，泵注入排量通常為6～8 m3/h，要求一次成膠時間在1.0～2.0 h，同時為了保證一次交聯反應生成的弱凝膠的泵注性和防濾失性，一次成膠的黏度應在200.0～300.0 mPa·s。聚合物質量分數為0.3%時，成膠強度為204.6 mPa·s，成膠時間為1.5 h，滿足成膠時間和強度的雙重要求，所以最終優選聚合物質量分數為0.3%。

圖1 聚合物質量分數對一次交聯體系性質的影響

2.2 第一交聯劑聚交比優選

用模擬地層水配制聚合物溶液，固定聚合物質量分數為0.3%，聚交比分別為8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1，在常溫下考察聚交比對一次成膠性質的影響，實驗結果如圖2所示。

由圖2可知，弱凝膠的形成與聚交比密切相關。聚合物質量分數一定時，隨著聚合物質量分數與交聯劑質量分數之比降低，體系的成膠速度加快，形成的弱凝膠強度增加，聚交比太高則不能形成凝膠，當聚交比為16∶1時幾乎不成膠，聚交比為10∶1時成膠時間縮短至0.8 h。為了保證一次交聯反應生成的弱凝膠的泵注性、防濾失性和施工要求，一次成膠的黏度應在200.0～300.0 mPa·s，成膠時間應在1.0～2.0 h。當聚交比為12∶1時，成膠強度為204.6 mPa·s，成膠時間為1.6 h，所以最終優選第一交聯劑的最佳聚交比為12∶1。

圖2 不同聚交比對一次成膠性質的影響

2.3 第二交聯劑質量分數優選

固定聚合物質量分數為0.3%，第一交聯劑聚交比為12∶1，分別設定第二交聯劑質量分數為0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%，加入第二交聯劑后置于70 ℃恒溫箱中，考察第二交聯劑質量分數對二次成膠性質的影響，成膠情況采用目測代碼法觀察，實驗結果如表3所示。

由表3可知，第二交聯劑質量分數越高，成膠強度越高，成膠時間越短，最終成膠強度達到H級，交聯劑質量分數為1.2%～1.4%時成膠強度保持穩定，增加至1.6%時，成膠強度雖然較高，但成膠時間大幅度縮短至24.0 h，在現場施工時容易引起注入壓力持續升高問題。所以綜合優選第二交聯劑質量分數為1.2%～1.4%。

表3 不同第二交聯劑質量分數的成膠實驗結果

3 二次交聯凝膠堵劑體系性能評價

3.1 注入性評價

在縫寬2.00 mm的條件下利用裂縫巖心模型，采用0.5 mL/min的注入速度，設計注入1 FPV、2 FPV、3 FPV、4 FPV、5 FPV不同體積的堵劑體系，配方為0.3%聚合物+聚交比12∶1第一交聯劑+1.2%第二交聯劑，研究注入體積對于堵劑體系注入性的影響。實驗結果如表4和圖3所示。

表4 二次交聯凝膠堵劑不同注入體積時的阻力系數

圖3 二次交聯凝膠堵劑不同注入體積時的注入壓力曲線

由實驗結果可以看出，堵劑體系隨著注入FPV數增大，注入壓力和阻力系數基本保持穩定，阻力系數為17.92～18.00，說明二次交聯凝膠堵劑體系具備良好的裂縫注入性。

3.2 封堵性評價

將不同縫寬的模擬巖心裝入驅替裝置，用模擬地層水驅替計算初始滲透率，向模型中注入1 FPV堵劑體系（堵劑配方同上），記錄流量和壓差。再將注入堵劑的巖心置于70 ℃烘箱內候凝60.0 h成膠，然后用模擬地層水驅替來計算突破壓力梯度、殘余阻力系數和封堵率。

由表5可以看出，縫寬為1.00 mm時，突破壓力梯度最低，分析其主要原因，只注入了1 FPV堵劑，裂縫中堵劑留存量較少，受孔隙中地層水稀釋影響，成膠強度比大裂縫中堵劑低；縫寬為4.00 mm時堵劑的突破壓力梯度較縫寬為2.00 mm有所下降，分析其主要原因是隨著裂縫寬度的增大，膠體在裂縫中受到擠壓，剪切面積增大[7]，進而導致堵劑的實際受力情況增加而被外部流體突破，但是整體突破壓力梯度仍處于較高水平，表明堵劑具有較好的韌性以及良好的形變能力（圖4）。另外，堵劑對裂縫巖心進行封堵之后，滲透率明顯降低，后續水驅壓力增加且封堵率達99%以上，表明堵劑強度高，封堵能力強，適用于裂縫性油藏堵水。

圖4 二次交聯凝膠堵劑在不同縫寬裂縫巖心中的成膠情況

表5 二次交聯凝膠堵劑封堵效果評價

4 總結

（1）通過體系配方優選，得出二次交聯凝膠堵劑體系配方為0.3%聚合物+聚交比12∶1第一交聯劑+1.2%～1.4%第二交聯劑。

（2）優選出的二次交聯凝膠堵劑體系具有良好的成膠效果和注入、封堵性能，適用于裂縫性油藏堵水。其成膠時間為50.0～59.0 h，最終成膠強度可達H級，注入阻力系數為17.92～18.00，突破壓力梯度不小于1.8 MPa/m，封堵率達到99%以上。