有機酚醛聚合物凝膠深部調(diào)驅(qū)體系孔滲適應性研究

宮兆波，羅強，扎克堅 （中石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆 克拉瑪依 841000）

羅躍，顏學敏 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023）

有機酚醛聚合物凝膠深部調(diào)驅(qū)體系孔滲適應性研究

宮兆波，羅強，扎克堅 （中石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆 克拉瑪依 841000）

羅躍，顏學敏 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023）

聚合物凝膠體系在地層中的滲流及封堵特性對深部調(diào)驅(qū)效果具有重要的影響。利用長填砂管驅(qū)替物模試驗，研究了有機酚醛聚合物凝膠體系在不同滲透率填砂管中的注入特性、滲流行為和封堵性能，結(jié)果表明有機酚醛聚合物體系是一種注入性和流動性均較好的凝膠體系。通過對有機酚醛聚合物凝膠體系在長填砂管中的封堵特性和滲流參數(shù)結(jié)果分析，確定了有機酚醛聚合物凝膠體系組分質(zhì)量濃度與3種地層滲透率的匹配關系。最后通過室內(nèi)驅(qū)油物模試驗，對凝膠體系與滲透率的匹配關系進行了驗證。

有機酚醛聚合物凝膠；滲透率；匹配性；調(diào)驅(qū)體系

在油田進入高含水期開發(fā)階段后，為了進一步提高原油采出程度，一方面要想辦法優(yōu)化注水來提高注入水波及體積，另一方面可以通過 “2＋3”的方法，在擴大波及體積的同時提高驅(qū)油效率，即深部調(diào)驅(qū)技術［1，2］。盡管深部調(diào)驅(qū)技術經(jīng)過多年的發(fā)展，無論是室內(nèi)研究還是礦場實踐都取得了較大的進展［3］，然而有關凝膠強度與地層孔滲結(jié)構適應性研究的報道很少。在油藏深部調(diào)驅(qū)過程中，聚合物凝膠的強度設計必須與油藏的滲流通道具有較好的匹配性。如果凝膠強度設計過高，容易在近井地帶形成強封堵，導致后續(xù)的注入水突破或繞流回原高滲層；如果凝膠強度設計過低，會出現(xiàn)對油藏中存在的高滲通道不能形成有效封堵，達不到調(diào)整吸水剖面的目的。鑒于此，開展凝膠強度與地層孔滲結(jié)構適應性的研究很有必要。筆者選擇了不同強度的有機酚醛聚合物凝膠體系，考察了其在不同滲透率填砂管中的注入性、流動性和封堵特性，并研究了其與地層孔滲的匹配關系。

1 試驗方法

1.1 試驗藥品

抗鹽型聚合物KY（北京恒聚產(chǎn)，平均相對分子質(zhì)量2500×104）；有機酚醛交聯(lián)劑JL-2（自主研制）；模擬地層水 （礦化度為10000mg／L，鈣鎂離子質(zhì)量濃度100mg／L）；油樣 （克拉瑪依油田七中區(qū)八道灣組油藏原油）。

1.2 長填砂管物模試驗

圖1 長填砂管驅(qū)替裝置示意圖

2）試驗步驟 ①長填砂管的制作，選擇不同粒徑的石英砂，按不同比例混合后，采用邊填邊壓的方式制作某一特定滲透率的長填砂管模型。②測水相滲透率，首先飽和模擬地層水，然后以1mL／min速度注水，直至水驅(qū)壓力平穩(wěn)，在30℃恒溫5h。③注有機酚醛聚合物凝膠體系，采用雙液法注入 （聚合物的注入速度為0.8mL／min，交聯(lián)劑的注入速度為0.2mL／min），有機酚醛體系溶液1PV；然后置于30℃候凝7d。④水驅(qū)，以1mL／min速度注水，直至流量和壓力平穩(wěn)，記錄不同階段長填砂管中各測壓點的壓力變化曲線，并計算長填砂管各段的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)及封堵率。

1.3 填砂管驅(qū)替試驗

2）試驗步驟 ①填砂管的制作，選擇不同粒徑的石英砂，按不同比例混合后，制成一定滲透率的填砂管模型，稱干重。②測水相滲透率，首先飽和模擬地層水，然后以1mL／min速度注水，直至水驅(qū)壓力平穩(wěn)，在30℃恒溫5h；記錄壓力和流量；稱濕重。③含油飽和度，以1mL／min速度注入模擬油，直至不出水為止；記錄出水量，計算含油飽和度。④水驅(qū)油，以1mL／min速度注水，直至驅(qū)出液含水98%；記錄出油量、壓力和流量，并計算水驅(qū)效率。⑤注有機酚醛聚合物凝膠體系，采用雙液法注入（聚合物的注入速度為0.8mL／min，交聯(lián)劑的注入速度為0.2mL／min，注入有機酚醛體系溶液1PV；記錄出油量、壓力和流量；計算驅(qū)油效率；然后置于30℃候凝7d。⑥水驅(qū)油，以1mL／min速度注水，直至驅(qū)出液含水98%；記錄出油量、壓力和流量；計算殘余阻力系數(shù)、封堵率及驅(qū)油效率。

2 凝膠體系在填砂管中的流動特性

2.1 凝膠體系 （調(diào)剖劑）的確定

設計了3種不同強度的有機酚醛聚合物凝膠體系，凝膠體系的成膠情況如表1所示。

表1 3種凝膠配方的成膠情況

2.2 凝膠體系在不同滲透率條件下的流動特性

通過一系列的長填砂管物模試驗考察了3種凝膠配方的凝膠體系在滲透率分別為3.0、1.0、0.5D填砂管中的運移情況。圖2為中強凝膠體系驅(qū)替過程壓力變化曲線?？梢钥闯觯瑢τ谥袕娔z體系在不同滲透率填砂管中壓力的變化趨勢相同，均表現(xiàn)出隨著凝膠溶液體系的注入，p1、p2、p3和p4壓力值依次小幅上升，說明凝膠溶液在填砂管中不斷往前推進，從各點壓力的上升值可以發(fā)現(xiàn)，有機酚醛聚合物凝膠溶液注入性良好，沒有出現(xiàn)端面效應，這可能與其成膠時間較長有關。當有機酚醛體系溶液注入量達到1PV后，候凝7d成膠。后續(xù)水驅(qū)過程中，發(fā)現(xiàn)p1、p2、p3和p4壓力值依次上升，說明后續(xù)的水驅(qū)過程可以推動凝膠向前運移。需要注意的是，當后續(xù)水驅(qū)約25h時，p3、p4壓力值略有下降，最后趨于平穩(wěn)?？赡艿脑蚴呛罄m(xù)水驅(qū)過程將凝膠推向填砂管后端，部分凝膠被驅(qū)替出填砂管。這說明有機酚醛聚合物凝膠成膠后具有較好的流動性，在后續(xù)水驅(qū)的作用下，可以運移到地層深部形成封堵，起到深部液流轉(zhuǎn)向的作用。

有機酚醛聚合物凝膠在填砂管中的運移過程可能具有如下的規(guī)律，后續(xù)水驅(qū)過程產(chǎn)生的驅(qū)替壓力、剪切應力與拉伸應力會導致有機酚醛聚合物凝膠的膠團發(fā)生形變，或者破碎成更小尺寸的小顆粒凝膠，這些變形的膠團或小顆粒凝膠會繼續(xù)向前運移，在地層深部遇到較小的孔喉或壓力較小的部位，形成有效的封堵。在后續(xù)注入水的持續(xù)注入過程中，某些小顆粒凝膠會繼續(xù)發(fā)生形變或破碎，繼續(xù)向前運移，在地層深部更次一級的孔喉處或壓力更小的地方形成封堵，直至后續(xù)注水壓力無法推動它為止，達到穩(wěn)定狀態(tài)［4］。當凝膠強度與地層孔滲匹配性較好時，凝膠能夠通過這種運移模式在地層深部形成有效封堵。凝膠在填砂管中的這種流動方式是理想的一種運移模式，不僅可以到達地層深部封堵高滲層，同時可以起到驅(qū)油的作用。需要指出的是在注入凝膠配方相同時，滲透率越大，有效封堵率越低，后續(xù)水驅(qū)壓力越低。此外，對于弱凝膠和強凝膠體系在不同滲透率的填砂管中的運移情況與中強凝膠體系的情況類似。這說明有機酚醛聚合物體系是一種注入性和流動性均較好的凝膠體系。

2.3 凝膠體系在填砂管不同位置的封堵行為

通過上述的長填砂管物模試驗還考察了填砂管滲透率分別為3.0、1.0、0.5D時，3種配方的凝膠體系對長填砂管中各小段的封堵情況，結(jié)果見表2和圖3、4。

從表2可以看出，對于弱凝膠體系，其滲透率為0.5D的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達到98.89%以上，而滲透率為1、3D的填砂管后端封堵率相對較低；對于中強凝膠體系，其滲透率為0.5和1D的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達到98.92%以上，而對滲透率為3D的填砂管后端封堵率相對較低；對于強凝膠體系，3種滲透率的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達到98.88%以上。

從圖3可以看出，聚合物凝膠體系注入后，長填砂管內(nèi)中各小段的阻力系數(shù)相差不大，說明聚合物凝膠溶液整體改善油水流度比的能力較好。殘余阻力系數(shù)可以反映凝膠溶液降低孔隙介質(zhì)滲透率的能力，從圖4可以看出，對于弱凝膠體系，3種滲透率條件下長填砂管內(nèi)各小段的殘余阻力系數(shù)呈現(xiàn)出如下規(guī)律，當填砂管內(nèi)滲透率為0.5D時，長填砂管各小段都具有較高的殘余阻力系數(shù)，這說明有機酚醛聚合物凝膠體系成膠后對填砂管的各個部分都能形成有效的封堵；當填砂管內(nèi)滲透率為1D時，長填砂管第3、4段殘余阻力系數(shù)相對降低，說明凝膠在后端的封堵效果相對變差；當填砂管內(nèi)滲透率為3D時，長填砂管中各小段的殘余阻力系數(shù)明顯下降，說明在該滲透率下，弱凝膠體系不能形成有效封堵。對于中強凝膠體系，3種滲透率條件下長填砂管內(nèi)各小段的殘余阻力系數(shù)也具有與弱凝膠體系有類似的規(guī)律，當填砂管內(nèi)滲透率為0.5D和1D時，各小段都具有較高的殘余阻力系數(shù)，這說明中強凝膠體系對整個填砂管都能形成有效的封堵，而當填砂管內(nèi)滲透率為3D時，長填砂管的第3、4段殘余阻力系數(shù)與第1、2段相比明顯降低，說明凝膠對填砂管后端的封堵效果差。強凝膠體系對3種滲透率的填砂管各段封堵效果都很好；在3種滲透率的填砂管中，各小段都能保持較高的殘余阻力系數(shù)，說明成膠后的凝膠能夠運移到填砂管后端并有很好的封堵能力。

圖2 中強凝膠體系驅(qū)替過程壓力變化曲線

表2 凝膠體系對填砂管各小段滲透率的改善情況及封堵率

圖3 凝膠在不同滲透率填砂管各小段的阻力系數(shù)

圖4 凝膠在不同滲透率填砂管各小段的殘余阻力系數(shù)

對3種強度的凝膠在不同滲透率填砂管中的注入特性、流動特性和封堵特性的分析可以得出，當滲透率為0.5D時，3種強度的有機酚醛聚合物凝膠溶液均具有良好的注入性，成膠后均具有較好的流動性，并能夠運移到長填砂管后端形成有效的封堵。從控制注入壓力和降低投入成本的角度出發(fā)，選擇弱凝膠體系可以達到深部調(diào)剖的效果；當滲透率為1D時，3種強度的有機酚醛聚合物凝膠溶液均具有良好的注入性和流動性，而弱凝膠體系不能在填砂管后端形成有效封堵，同樣基于注入性和成本的考慮，應選擇中強凝膠體系；當滲透率為3D時，強凝膠體系能同時滿足良好注入性、流動性及對填砂管深部封堵性能的要求。

3 酚醛凝膠體系調(diào)驅(qū)效果

通過一系列填砂管驅(qū)替試驗考察不同強度的調(diào)驅(qū)劑對不同滲透率填砂管的調(diào)驅(qū)效果，結(jié)果見表3。

表3 驅(qū)油模擬試驗數(shù)據(jù)

有機酚醛聚合物凝膠溶液注入過程中，由于聚合物溶液的黏彈性作用，其流經(jīng)孔隙盲端和喉道時，可以將部分殘余油變?yōu)榭蓜佑?，聚合物濃度越高，其初始黏度越大，?qū)替效果也越好［5］；當有機酚醛聚合物凝膠體系通過候凝成膠后，在后續(xù)注水的作用下可以向前運移，在繼續(xù)驅(qū)替殘余油的同時，進入地層深部形成有效封堵，有效調(diào)整了吸水剖面、提高了波及體積。

從表3中可以看出，對于滲透率為3D左右的填砂管，分別注入3種強度的凝膠配方，凝膠強度越高，采收率提高幅度越大；而對于滲透率為1D左右的填砂管，也有類似的規(guī)律，相比弱凝膠體系，注入中強凝膠體系總采收率提高了2.14%，但進一步提高聚合物濃度，采用強凝膠體系，總采收率增幅不大；對于滲透率為0.5D左右的填砂管，3種強度配方對采收率提高的貢獻相差不大。因此，可以推斷在深部調(diào)驅(qū)過程中，在保證注入性和流動性的前提下，聚合物凝膠的強度存在一最佳點，進一步增加強度對提高采收率的影響不大。

4 結(jié)論

有機酚醛聚合物凝膠體系具有很好的注入性、在地層中的流動能力及對高滲通道的封堵效果，作為深部調(diào)驅(qū)體系可以有效提高采收率。

1）有機酚醛聚合物凝膠體系在地層中能夠很好地運移至地層深部，在流動過程中不斷封堵高滲透區(qū)使液流轉(zhuǎn)向。其封堵性能與凝膠強度密切相關，存在凝膠強度與滲透率的匹配性問題。

2）得到了凝膠強度與填砂管滲透率的匹配關系，強凝膠在滲透率為3D的填砂管、中強凝膠在滲透率為1D的填砂管、弱凝膠在滲透率為0.5D的填砂管中具有最好的注入性、運移性和封堵性，匹配效果最佳。

3）有機酚醛聚合物凝膠體系的調(diào)驅(qū)效果與填砂管滲透率和凝膠強度的匹配性結(jié)果具有較好的一致性。

［1］韓大匡 .深度開發(fā)高含水油田提高采收率問題的探討 ［J］.石油勘探與開發(fā)，1995，22（5）：47～55.

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［4］宋考平，楊二龍，王錦梅，等 .聚合物驅(qū)提高驅(qū)油效率機理及驅(qū)油效果分析 ［J］.石油學報，2004，25（3）：71～74.

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［編輯］ 帥群

Porosity and Permeability Adaptability of Organic Phenolic Polymer Gel for Deep Profile Control System

GONG Zhaobo，LUO Qiang，ZA Kejian，LUO Yue，YAN Xuem in (First Author's Address:Institute of Experiment Testing，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay 841000，Xinjiang，China)

Seepage behavior and p lugging characteristics of polymer gel in the formation had important effect on deep profile control and oil disp lacement.The polymer injection characteristics，seepage behavior and plugging performance of organic phenolic polymer gel in the sand filling tubeswith different permeability rate were investigated by using physicalmodel of long sand filling tube for displacement.Resultsshow that the organic phenolic polymer system is a gel system with better injection property and liquidity.The sealing characteristics and seepage parameter results of organic phenolic polymer gel in long sand filling tube are analyzed，and three kinds ofmatching relationships of the formation permeability with themass concentration of organic phenolic gel system are determined.The matching relations between the gel system and the permeability are verified by displacementmodel of laboratory experiments.

organic phenolic polymer gel;permeability;matching property;profile control system

TE357.46

A

1000-9752（2014）05-0136-05

2013-12-28

中國石油科技創(chuàng)新基金項目 （2013D-5006-0405）。

宮兆波 （1975-），男，1998年大學畢業(yè)，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事油田提高采收率工作。