裂縫性油藏二次交聯(lián)凝膠堵劑體系研究與評(píng)價(jià)
——以A油田為例

吳小路，孫常偉，谷 悅，李曉偉，徐國(guó)瑞

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

A油田為潛山裂縫塊狀底水油藏，儲(chǔ)層內(nèi)部裂縫發(fā)育、連通性好、單井產(chǎn)能高，為典型雙重介質(zhì)油藏。由于裂縫發(fā)育程度高且隨機(jī)性強(qiáng)，不同油井產(chǎn)能差異大。油田在開發(fā)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(zhì)中的原油難以動(dòng)用，油井水淹后治理難度較大[1]。由于裂縫發(fā)育和非均質(zhì)性強(qiáng)，加之常規(guī)堵劑封堵強(qiáng)度和處理深度不足，增產(chǎn)效果不理想[2]。

二次交聯(lián)凝膠堵劑體系是在地面將聚合物與第一交聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)交聯(lián)反應(yīng)，形成有一定黏度的弱凝膠，再混合第二交聯(lián)劑后注入地層[3]，因而具有濾失小、封堵強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，更適用于封堵高角度裂縫。本文根據(jù)A油田特征，模擬油田地層條件，分別從體系配方優(yōu)化、堵劑性能評(píng)價(jià)等方面開展實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)主要儀器

1.3 黏度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1 聚合物溶液及一次交聯(lián)凝膠

在室溫25 ℃條件下，采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定黏度值。其中，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子為61號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為6 rpm。

1.3.2 二次交聯(lián)后的凝膠體系

采用目測(cè)代碼法[4]（通過翻倒試劑瓶，觀察合成的凝膠體系舌長(zhǎng)，根據(jù)凝膠強(qiáng)度代碼法來(lái)評(píng)價(jià)凝膠體系成膠強(qiáng)度），如表2所示。

表2 凝膠強(qiáng)度代碼標(biāo)準(zhǔn)

2 二次交聯(lián)凝膠堵劑體系配方優(yōu)選

實(shí)驗(yàn)所用聚合物為油田常用的速溶型干粉聚合物，先進(jìn)行地面第一交聯(lián)體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選，再進(jìn)行地下反應(yīng)的第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選。

2.1 聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

固定第一交聯(lián)劑聚交比為12∶1，分別設(shè)定聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，考察聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)一次成膠性質(zhì)的影響（圖1）。

由圖1可知，在聚交比不變的情況下，聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，一次交聯(lián)后成膠強(qiáng)度越大，交聯(lián)時(shí)間越短。這是因?yàn)樵谝欢l件下，聚合物分子的水力學(xué)半徑一定，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，聚合物分子之間碰撞、纏繞的機(jī)率增大，增加了聚合物與交聯(lián)劑分子之間交聯(lián)機(jī)會(huì)，形成三維結(jié)構(gòu)所需要的時(shí)間變短[6]；如果聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低，形成的凝膠強(qiáng)度太弱。另外，海上油田作業(yè)通常為兩套15方罐切換配液實(shí)現(xiàn)連續(xù)注入，泵注入排量通常為6～8 m3/h，要求一次成膠時(shí)間在1.0～2.0 h，同時(shí)為了保證一次交聯(lián)反應(yīng)生成的弱凝膠的泵注性和防濾失性，一次成膠的黏度應(yīng)在200.0～300.0 mPa·s。聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，成膠強(qiáng)度為204.6 mPa·s，成膠時(shí)間為1.5 h，滿足成膠時(shí)間和強(qiáng)度的雙重要求，所以最終優(yōu)選聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%。

圖1 聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)一次交聯(lián)體系性質(zhì)的影響

2.2 第一交聯(lián)劑聚交比優(yōu)選

用模擬地層水配制聚合物溶液，固定聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(duì)一次成膠性質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)。聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，隨著聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比降低，體系的成膠速度加快，形成的弱凝膠強(qiáng)度增加，聚交比太高則不能形成凝膠，當(dāng)聚交比為16∶1時(shí)幾乎不成膠，聚交比為10∶1時(shí)成膠時(shí)間縮短至0.8 h。為了保證一次交聯(lián)反應(yīng)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(yīng)在200.0～300.0 mPa·s，成膠時(shí)間應(yīng)在1.0～2.0 h。當(dāng)聚交比為12∶1時(shí)，成膠強(qiáng)度為204.6 mPa·s，成膠時(shí)間為1.6 h，所以最終優(yōu)選第一交聯(lián)劑的最佳聚交比為12∶1。

圖2 不同聚交比對(duì)一次成膠性質(zhì)的影響

2.3 第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選

固定聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，第一交聯(lián)劑聚交比為12∶1，分別設(shè)定第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%，加入第二交聯(lián)劑后置于70 ℃恒溫箱中，考察第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)二次成膠性質(zhì)的影響，成膠情況采用目測(cè)代碼法觀察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，成膠強(qiáng)度越高，成膠時(shí)間越短，最終成膠強(qiáng)度達(dá)到H級(jí)，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%～1.4%時(shí)成膠強(qiáng)度保持穩(wěn)定，增加至1.6%時(shí)，成膠強(qiáng)度雖然較高，但成膠時(shí)間大幅度縮短至24.0 h，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)容易引起注入壓力持續(xù)升高問題。所以綜合優(yōu)選第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%～1.4%。

表3 不同第二交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 二次交聯(lián)凝膠堵劑體系性能評(píng)價(jià)

3.1 注入性評(píng)價(jià)

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(shè)計(jì)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(lián)劑+1.2%第二交聯(lián)劑，研究注入體積對(duì)于堵劑體系注入性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4和圖3所示。

表4 二次交聯(lián)凝膠堵劑不同注入體積時(shí)的阻力系數(shù)

圖3 二次交聯(lián)凝膠堵劑不同注入體積時(shí)的注入壓力曲線

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，堵劑體系隨著注入FPV數(shù)增大，注入壓力和阻力系數(shù)基本保持穩(wěn)定，阻力系數(shù)為17.92～18.00，說明二次交聯(lián)凝膠堵劑體系具備良好的裂縫注入性。

3.2 封堵性評(píng)價(jià)

將不同縫寬的模擬巖心裝入驅(qū)替裝置，用模擬地層水驅(qū)替計(jì)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(nèi)候凝60.0 h成膠，然后用模擬地層水驅(qū)替來(lái)計(jì)算突破壓力梯度、殘余阻力系數(shù)和封堵率。

由表5可以看出，縫寬為1.00 mm時(shí)，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(qiáng)度比大裂縫中堵劑低；縫寬為4.00 mm時(shí)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(jìn)而導(dǎo)致堵劑的實(shí)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(duì)裂縫巖心進(jìn)行封堵之后，滲透率明顯降低，后續(xù)水驅(qū)壓力增加且封堵率達(dá)99%以上，表明堵劑強(qiáng)度高，封堵能力強(qiáng)，適用于裂縫性油藏堵水。

圖4 二次交聯(lián)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(lián)凝膠堵劑封堵效果評(píng)價(jià)

4 總結(jié)

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

（2）優(yōu)選出的二次交聯(lián)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(shí)間為50.0～59.0 h，最終成膠強(qiáng)度可達(dá)H級(jí)，注入阻力系數(shù)為17.92～18.00，突破壓力梯度不小于1.8 MPa/m，封堵率達(dá)到99%以上。