復雜油氣田調堵劑WPL-12的研究與應用

吳清輝，吳海寧，劉鳳霞，魏子揚

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300450；2.天津大港油田濱港石油科技集團有限公司，天津 300280

渤海某油田為海上大型整裝油田，油田主力含油層系發育于新近系明化鎮組下段及館陶組，是以河流相為主的沉積體系。油層總厚度大、小層數目多且單層厚度薄，油水關系復雜，儲層內部結構復雜，原油具有“三高三低”特點（密度高、黏度高、膠質瀝青質含量高、含蠟量低、含硫量低、凝固點低）。經過多年的注水開發，油田油水井間水流優勢通道發育，水驅效率變差，油田綜合含水84.5%，部分井高達99.8%，完全水淹，甚至關井，嚴重影響油田生產。調剖調驅技術作為穩油控水的有效技術手段，在該油田礦場得到應用［1-4］。近幾年，油田將聚合物凝膠、復合凝膠、納米分散體、聚合物凝膠+顆粒復合體系等多種調剖技術進行了礦場應用，取得了一定的效果［5-7］。因油田注入水水質復雜、油水關系與小層識別不清、注入壓力限制等問題，現場實施過程中存在著注不進、注入壓力高或者注進堵不住的問題，影響了實施效果。為提高渤海油田調剖調驅效果，本研究以活性低分子乳液聚合物為主劑、復合有機酚醛為交聯劑，得到目標調堵劑WPL-12，研究了調堵劑WPL-12 配方組分影響因素，考察了調堵劑WPL-12熱穩定性、注入封堵性、耐沖刷性和驅油性能。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

乳液聚合物（相對分子量2×106～5×106）、復合有機酚醛交聯劑（有效含量≥20%），工業品，中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司；現場注入污水，水質分析數據見表1；Brookfield DV2黏度計，美國Brookfield 公司；Memmert UN260 恒溫箱，德國Memmert公司；巖心封堵實驗物理模擬實驗裝置、巖心夾持器，江蘇海安石油儀器廠；原油，某復雜油田脫氣原油；人造膠結巖心?38 mm×100 mm，北京華瑞新城科技有限公司；SCOTT 瓶等，江陰市精英實驗儀器有限公司。

表1 渤海某油田注入污水水質分析mg·L-1

1.2 實驗方法

1）WPL-12 配制。按比例往配液水中加入乳液聚合物，攪拌條件下，加入復合有機酚醛交聯劑，繼續攪拌10 min，即為WPL-12凝膠液。

2）WPL-12 成膠時間與強度的測試。按照體系配方比例配制WPL-12 乳液聚合物交聯溶液，61.5 ℃恒溫烘箱放置（模擬地層溫度），定期觀測體系成膠情況，成膠時間和強度觀測參照文獻［7-9］。體系狀態由初始N～L 級變為HL/LM 級（HL/LM 級：可流動凝膠［8～10］），體系黏度大幅增加，此時的時間即為成膠時間；體系達到成膠時間后繼續放置48 h，觀察體系狀態（M～R 級：幾乎不流動凝膠到不流動凝膠）并測試其黏度，表示成膠強度。

3）巖心物理模擬驅替測試。用配液水配制WPL-12 乳液聚合物成膠液，通過巖心物理模擬實驗裝置，向人造膠結巖心注入乳液聚合物成膠液，記錄注入壓力。恒溫密封放置一段時間，再水驅，記錄注入壓力。測試堵劑體系的注入封堵性、耐沖刷性等性能，實驗溫度61.5 ℃、實驗用水為現場注入水。

4）驅油效率評價實驗。按照油田儲層物性，采用人造膠結模擬巖心（巖心規格?38 mm×100 mm、滲透率1 500 mD）評價。巖心抽真空飽和水，測試水相滲透率，然后巖心飽和油，水驅至含水率98%，計算水驅驅油效率，再注調堵劑0.3 PV（PV為巖心孔隙體積，下同）恒溫（61.5 ℃）放置15 d，后續水驅至含水率98%，計算最終驅油效率，依據驅油效率變化評價調堵劑驅油性能。

2 結果與討論

2.1 WPL-12成膠影響因素

用現場配液水配制不同濃度WPL-12 和有機復合酚醛交聯劑的交聯成膠溶液，按照成膠時間與強度測試方法觀測成膠性能，進而考察聚合物和交聯劑對體系的成膠性能影響，結果見表2。由表2 可知：乳液聚合物質量濃度6～12 g/L 和交聯劑質量濃度6～10 g/L 時能夠形成三維網狀結構體的凝膠體。乳液聚合物質量濃度低于6 g/L、交聯劑質量濃度低于6 g/L 時，體系不成膠，主要是因為聚合物和交聯劑能夠成膠的交聯點比較少，交聯密度不夠，難以形成有效的三維網狀體，束縛水滯留不住，表現為不成膠。

表2 不同濃度聚合物和酚醛交聯劑對成膠性能的影響

2.2 WPL-12性能評價

體系性能評價采用高低2 種強度配方，其中，高強度配方12 g/L 聚合物+10 g/L 交聯劑，低強度配方8 g/L聚合物+8 g/L交聯劑。

2.2.1 長期熱穩定性

凝膠調剖劑的長期熱穩定性是現場應用有效期評價的一項主要指標。為考察體系的長期熱穩定性，用現場配液水配制高低2 種強度交聯溶液，置于61.5 ℃恒溫烘箱內，定期測定體系黏度并計算降黏率，結果見圖1。其中，1.2%為高強度凝膠，即12 g/L 聚合物+10 g/L 交聯劑；0.8%為低強度凝膠，即8 g/L 聚合物+8 g/L 交聯劑。由圖1 可知：2 種體系隨試驗時間的延長而強度緩慢下降，降黏率隨之增大；存放180 d 后凝膠體未見脫水，降黏率小于10%。這說明2 種體系的熱穩定性都很好。可能原因是乳液聚合物分子量相對較低，形成的三維網狀結構體更加致密與牢固，束縛水很難外溢，體現耐溫能力強，表現為長期穩定性好。

圖1 黏度與降黏率隨時間的變化

2.2.2 注入能力

調堵劑能夠順利注入地層是現場實施應用的前提，其初始黏度越大，注入性能越差。為考察調堵劑的注入能力，用配液水配制不同濃度的乳液聚合物溶液，測試其黏度，同時應用物理模擬封堵實驗裝置以1 mL/min 的速度向模擬巖心（巖心參數見表3）注入大劑量驅替調堵劑2.0 PV，觀測注入壓力情況，評價體系注入能力，結果見表4 和圖2。從實驗結果可以看出：高強度乳液聚合物凝膠注入壓力從0.005 MPa 小幅上升至0.012 MPa，壓力穩定在0.011 MPa；低強度乳液聚合物凝膠注入壓力從0.004 MPa 小幅上升至0.008 MPa，壓力穩定在0.008 MPa；常規凝膠（3.6 g/L 聚合物+10 g/L交聯劑）注入壓力從0.005 MPa 大幅上升至0.072 MPa，壓力一直呈上升趨勢。乳液聚合物凝膠注入壓力增幅小且平穩，體系能夠進入巖心深部形成穩定流動態勢，說明其具有良好的注入性能［11］。體系的注入能力好，主要是乳液聚合物分子量相對較低，水力學半徑小，增黏能力不強，加上體系本身含有活性組分，表現為體系初始黏度低，注入壓力升幅要低于常規凝膠的注入壓力升幅。

圖2 注入能力比較

表3 模擬巖心參數

表4 聚合物黏度與濃度關系

2.2.3 封堵性能

為模擬調堵劑在地層的成膠情況，按照物理模擬封堵驅替實驗方法，用配液水配制高低2種強度成膠液，以1 mL/min 的注入速度，用封堵實驗裝置向巖心中驅替0.3 PV 的成膠液，61.5 ℃恒溫放置15 d，觀測注入調堵劑前后的壓力變化情況，依據壓力變化情況計算滲透率進而評價其封堵能力，結果見表5。由表5 可知：高強度體系的封堵率分別為91.05%和90.85%，低強度體系的封堵率分別為81.44%和81.08%。高低強度體系封堵能力均大于80%，說明體系注入到人造膠結模擬巖心中能夠發生交聯反應，形成高強度的凝膠體吸附于砂體表面，從而起到很好的封堵作用。

表5 模擬巖心封堵實驗結果

2.2.4 耐沖刷性

調堵劑的耐沖刷能力會影響其在地層的封堵效果［11］。為此，模擬調堵劑的耐沖刷性，用現場配液水配制高低強度凝膠液，通過物理模擬實驗向人造模擬巖心擠注0.3 PV 的凝膠液，61.5 ℃恒溫放置15 d，繼續水驅8 PV，觀測壓力變化情況，結果見圖3。由圖3 可知：高低強度凝膠液成膠，后續水驅8 PV 后，注入壓力能夠維持穩定，且比初期水驅注入壓力提高10 倍以上，說明體系耐沖刷性能良好。

圖3 耐沖刷性比較

2.2.5 驅油性

使用人造非均質模擬巖心，抽真空飽和水（飽和6 h，直至不見氣泡為止），水驅后測水相滲透率。飽和油61.5 ℃恒溫老化24 h，水驅至含水率98%后，計算水驅驅油效率。注入高強度乳液聚合物凝膠液0.3 PV，61.5 ℃恒溫放置15 d，繼續水驅至含水率98%，計算注入調堵劑后總的驅油效率，依據前后驅油效率情況評價體系的驅油性能，結果見圖4。由圖4 可知：調堵劑能夠進入巖心深部并在巖心中成膠，后續注水壓力上升，改變水流流向，提高水驅驅油效率，驅油效率從32.1%提高至47.1%，提高驅油效率15.0%，驅油效率良好。

圖4 驅油效率比較

2.3 現場應用

D41 井為渤海某復雜油田3 號井區注水井，2009 年9 月投產，生產館陶組，注水層位L50～L102 層，注水初期注入壓力1.58 MPa，注入量61.52 m3/d。2012 年3 月重新完井，由籠統注水改分層注水，D41 井2020 年6 月注水量1 429 m3/d，注水壓力8.3 MPa。因長期的注水開發，周邊受益油井7 口（井位圖見圖5）注入水突進現象嚴重，導致油井含水率上升明顯。動態分析顯示，注入水主要沿主河道方向的高部位油井G44 和G54H 突進。為控制水竄和抑制油井含水率，急需調剖。基于目標油田和井組分析及認識，要求調堵劑具有良好的注入性、封堵性和長期熱穩定性。根據上述WPL-12 研究結果，該井于2020 年9 月采用WPL-12 凝膠（（8～10） g/L 聚合物+（6～8） g/L 復合有機酚醛交聯劑）調剖，封堵水流優勢通道，累計注入凝膠工作液6 013 m3，實施措施后油井含水率大幅下降，最大降幅達9.3%。G44 井和G54H 井的生產動態曲線如圖6～7 所示。由圖6～7 可知：采取調劑措施后，兩口目標油井的含水率逐漸降低，產油量逐漸增加。截至2021 年9月，兩口目標油井累計增油8 374.1 m3，增油效果明顯。

圖5 D41井周邊受益井井位

圖6 G44井生產動態曲線

圖7 G54H井生產動態曲線

3 結論

1）乳液聚合物質量濃度6～12 g/L 和交聯劑質量濃度6～10 g/L 范圍內WPL-12 交聯體系成膠性能良好。61.5 ℃存放180 d凝膠體未脫水，降黏率小于10%，熱穩定性良好。不同強度的凝膠封堵能力大于80%，注入壓力從0.005 MPa小幅上升至0.012 MPa，注入壓力升幅小且平穩，注入性能良好。

2）現場應用表明，油井含水率最大降幅9.3%，累計增油8 374.1 m3，該調堵劑適用復雜油氣田調剖，增油效果明顯，具有很好的推廣前景。