CYY－Ⅱ凝膠型調(diào)剖劑強(qiáng)度影響因素及應(yīng)用效果

尚宏志

（大慶油田有限責(zé)任公司 采油工程研究院，黑龍江 大慶 163453）

0 引言

大慶油田屬于陸相沉積的非均質(zhì)、多油層砂巖油田，隨著油田開發(fā)的不斷深入，非均質(zhì)性導(dǎo)致的層間和層段內(nèi)吸水比例不均衡的矛盾日益突出［1］.對于層段內(nèi)有多個(gè)小層、非均質(zhì)性較嚴(yán)重且難以通過機(jī)械方法細(xì)分注水的情況，通常采用淺調(diào)剖技術(shù)限制高吸水層的注水量，提高中低滲透層和低含水部位的注入量［2-3］，實(shí)現(xiàn)注水井吸水剖面的有效調(diào)整，為進(jìn)一步挖掘各類油層潛力、提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度有積極作用［4-6］.淺調(diào)剖措施關(guān)鍵技術(shù)之一是研發(fā)高強(qiáng)度凝膠配方，實(shí)現(xiàn)對高吸水層的有效封堵［7］.目前，大慶油田所用的化學(xué)淺調(diào)剖劑主要是以水溶性高分子材料為主劑，以高價(jià)金屬離子或醛類為交聯(lián)劑，在地層條件下反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凍膠.雖然現(xiàn)有淺調(diào)剖劑能夠?qū)崿F(xiàn)對高滲透層的有效封堵，但存在成膠性能受配方組分及外界因素影響等問題［8-9］.

淺調(diào)剖劑體系性能要求調(diào)剖劑成膠時(shí)間短、成膠強(qiáng)度高，筆者研制CYY-Ⅱ凝膠型調(diào)剖劑體系.該調(diào)剖劑體系用部分水解聚丙烯酰胺為主劑，在酸性條件和一定油層溫度下，可與交聯(lián)劑分解出的甲醛及穩(wěn)定劑中的酚類反應(yīng)，生成凝膠體.為了評價(jià)聚合物、交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑和調(diào)節(jié)劑對調(diào)剖劑強(qiáng)度的影響，通過全因子實(shí)驗(yàn)，分析影響凝膠強(qiáng)度的強(qiáng)影響因素及因素間的交互作用，優(yōu)化高強(qiáng)度凝膠配方并進(jìn)行巖心封堵實(shí)驗(yàn).該調(diào)剖劑體系現(xiàn)場應(yīng)用207口井，措施井吸水剖面得到有效改善，連通油井綜合含水率得到有效控制.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器和樣品

實(shí)驗(yàn)采用TA公司ARES-G2流變儀進(jìn)行強(qiáng)度測試，用儲(chǔ)能模量表征強(qiáng)度［10］.該流變儀為控制應(yīng)變流變儀，可以消除測量過程中夾具慣量對測量值的影響［11］.使用PP20防滑夾具在0.1Pa、1.0Hz下進(jìn)行儲(chǔ)能模量測試，以表征凝膠強(qiáng)度［12］.調(diào)剖劑主要由聚合物、交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑和調(diào)節(jié)劑按一定比例和工藝混合而成，其中聚合物為部分水解聚丙烯酰胺，交聯(lián)劑為醛類物質(zhì)，穩(wěn)定劑為酚類物質(zhì)，調(diào)節(jié)劑為有機(jī)酸.將樣品用高精度天平稱量混合均勻后放入烘箱，成膠后測試強(qiáng)度.

1.2 全因子實(shí)驗(yàn)

全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是每個(gè)因子所有水平的組合至少進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)［13］.由于包含所有的組合，全因子實(shí)驗(yàn)所需實(shí)驗(yàn)的總次數(shù)較多，優(yōu)點(diǎn)是可以估計(jì)所有的主效應(yīng)和各階交互效應(yīng).由于實(shí)驗(yàn)次數(shù)隨因子個(gè)數(shù)的增長而呈指數(shù)增長，一般只作2水平全因子實(shí)驗(yàn).通常認(rèn)為，加上中心點(diǎn)后的2水平實(shí)驗(yàn)在一定程度上可以代替3水平全因子實(shí)驗(yàn)［14］，并且分析簡明易行.因此，采用2水平加中心點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法，采用方差分析法，篩選符合現(xiàn)場應(yīng)用的CYY-Ⅱ型高強(qiáng)度凝膠調(diào)剖劑體系.

實(shí)驗(yàn)考察因素有4個(gè)，每個(gè)因素考察2個(gè)水平，設(shè)置3個(gè)中心點(diǎn)數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和反應(yīng)原理設(shè)置高低水平值，確保應(yīng)用值在此范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1.

表1 全因子因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels design of full factorial experiment mg·L-1

1.3 巖心封堵實(shí)驗(yàn)

采用φ×l：3.8cm×30.0cm石英砂人造巖心模型，對淺調(diào)剖劑進(jìn)行巖心封堵實(shí)驗(yàn)［15］.實(shí)驗(yàn)步驟為：首先對巖心進(jìn)行水驅(qū)，測試水驅(qū)穩(wěn)定壓力，并且計(jì)算水驅(qū)巖心滲透率；然后驅(qū)替1PV淺調(diào)剖劑，將巖心放入45℃溫度烘箱候凝48h后，進(jìn)行調(diào)剖后水驅(qū)，測試巖心調(diào)剖后水驅(qū)突破壓力及穩(wěn)定壓力，并且評價(jià)巖心封堵效果［16］.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)中心點(diǎn)估計(jì)隨機(jī)誤差，全因子代碼為1，中心點(diǎn)代碼為0，中心點(diǎn)配方為2個(gè)水平的均值.將標(biāo)準(zhǔn)序進(jìn)行隨機(jī)化得到運(yùn)行序，防止由實(shí)驗(yàn)順序影響產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，根據(jù)運(yùn)行序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入強(qiáng)度列，強(qiáng)度為測試的儲(chǔ)能模量，結(jié)果見表2.

表2 全因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of full factorial experiment

2.2 數(shù)據(jù)分析處理

根據(jù)運(yùn)行序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析2階交互作用，對各項(xiàng)進(jìn)行代碼化處理，低水平設(shè)置代碼值為-1，高水平設(shè)置代碼值為1，中心水平設(shè)置代碼值為0，將每個(gè)自變量都化為無量綱的［-1，1］區(qū)間的數(shù)據(jù)［17］.設(shè)置置信水平為95，對各項(xiàng)進(jìn)行t檢驗(yàn)，通過t檢驗(yàn)得到T值，根據(jù)T值查t分布表并計(jì)算P值，結(jié)果見表3.

表3 凝膠強(qiáng)度影響分析Table 3 Gel strength analysis

由于置信水平設(shè)置為95，P值小于0.050即為強(qiáng)影響項(xiàng).由表3可以看出，聚合物、交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的P值為0，小于0.050，是影響強(qiáng)度的主要因素；聚合物與交聯(lián)劑質(zhì)量濃度交互作用的P值為0，聚合物與穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度交互作用的P值為0.030，也小于0.050，兩個(gè)交互作用也是影響強(qiáng)度的主要因素.

分析影響強(qiáng)度的因素及交互作用，對分析模型進(jìn)一步修改時(shí)只保留聚合物（A）、交聯(lián)劑（B）、穩(wěn)定劑（C）、聚合物（A）×交聯(lián)劑（B）、聚合物（A）×穩(wěn)定劑（C）等5項(xiàng)，結(jié)果見表4和表5.

表4 模型修改后強(qiáng)度影響分析結(jié)果Table 4 Gel strength analysis after model modified

由表4可以看出，各因素及交互作用的P值都小于0.050，對強(qiáng)度的影響更加明顯.由表5可以看出，未編碼的線性回歸方程y＝-2.83＋2.43×10-3A＋4.95×10-3B＋7.50×10-4C＋8.00×10-7（AB）＋1.25×10-6（AC），通過回歸方程可以估計(jì)各因素在選擇水平范圍內(nèi)不同組合下的強(qiáng)度，確保不同凝膠配方強(qiáng)度的可預(yù)測性；并且得出最佳配方聚合物質(zhì)量濃度為5 000 mg／L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為2 500mg／L，穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為400mg／L.

表5 線性回歸方程擬合因數(shù)Table 5 Fitting factors of liner regression equation

2.3 最佳配方強(qiáng)度范圍

最佳配方強(qiáng)度范圍包括理論均值預(yù)測及單個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測.根據(jù)最佳值設(shè)置各項(xiàng)因素水平，結(jié)果見表6.由表6可以看出，當(dāng)聚合物質(zhì)量濃度為5 000mg／L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為2 500mg／L、穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度為400mg／L時(shí)，預(yù)測強(qiáng)度（即擬合值）為14.53Pa，強(qiáng)度的理論均值預(yù)測區(qū)間為（14.27，14.79），置信度為95%；強(qiáng)度的單個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測區(qū)間為（14.03，15.03），置信度為95%.

表6 最佳配方強(qiáng)度范圍預(yù)測結(jié)果Table 6 Optimum value range prediction

2.4 巖心封堵實(shí)驗(yàn)

淺調(diào)剖劑巖心封堵實(shí)驗(yàn)［18］結(jié)果見表7.由表7可以看出，配方調(diào)剖劑對滲透率為（650～2 015）×10-3μm2的巖心封堵率超過99%，能夠滿足淺調(diào)剖對封堵性能的要求.

表7 淺調(diào)剖劑巖心評價(jià)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 7 Core evaluation data of shallow profile control agent

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

在調(diào)剖劑配方優(yōu)選和性能評價(jià)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在大慶油田開展207口井現(xiàn)場試驗(yàn)，平均單井調(diào)剖劑用量為95m3，調(diào)剖后調(diào)剖層段啟動(dòng)壓力升高，吸水剖面得到改善.

3.1 啟動(dòng)壓力和吸水能力

由測試措施井調(diào)剖層段調(diào)剖前后吸水指示曲線可知，調(diào)剖層段啟動(dòng)壓力調(diào)剖前為8.1MPa，調(diào)剖后升高至9.9MPa；調(diào)剖層段視吸水指數(shù)調(diào)剖前為5.87m3／（d·MPa），調(diào)剖后下降至3.70m3／（d·MPa），調(diào)剖層段的吸水能力得到有效控制.

3.2 吸水層數(shù)和剖面調(diào)整

吸水剖面調(diào)整是淺調(diào)剖的主要目的，統(tǒng)計(jì)27口井吸水剖面，調(diào)剖后調(diào)剖層段吸水剖面得到改善，吸水層數(shù)由調(diào)剖前的78個(gè)增加至調(diào)剖后的106個(gè)；其中X1井調(diào)剖前后吸水剖面測試結(jié)果見圖1.由圖1可以看出：薩Ⅱ15-葡Ⅰ120為調(diào)剖層段，其中薩Ⅱ15層、葡Ⅰ111層、葡Ⅰ120層為主力水層，吸水比例分別為10.09%、11.07%、11.92%；調(diào)剖后主力吸水層的吸水能力得到有效控制，而葡Ⅰ111層下部（調(diào)剖前不吸水）得到有效動(dòng)用.

3.3 連通油井綜合含水率

統(tǒng)計(jì)先期現(xiàn)場施工的68口井，調(diào)剖后有56口（扣除其他措施井）連通油井受效，平均單井日產(chǎn)液量由調(diào)剖前的35.15t下降至調(diào)剖后的32.86t；平均單井日產(chǎn)油量由調(diào)剖前的2.02t上升至調(diào)剖后的2.91t；綜合含水率由調(diào)剖前的94.25%下降至調(diào)剖后的91.15%；沉沒度由調(diào)剖前的292.9m下降至調(diào)剖后的235.1m；受效油井平均有效期達(dá)到6個(gè)月，累計(jì)增油達(dá)7 955t，投入產(chǎn)出比為1∶3.2.

4 結(jié)論

（1）影響凝膠強(qiáng)度的主要因素為聚合物、交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑，聚合物和交聯(lián)劑、聚合物和穩(wěn)定劑之間的交互作用對凝膠強(qiáng)度的影響最大，并且通過改進(jìn)后的模型分析得到主因素和交互作用的線性回歸方程，確保不同凝膠配方強(qiáng)度的可預(yù)測性.

（2）高強(qiáng)度凝膠最佳配方為聚合物質(zhì)量濃度5 000mg／L、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度2 500mg／L和穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度400mg／L，強(qiáng)度達(dá)到14.53Pa，對滲透率為（650～2 015）×10-3μm2的巖心封堵率可達(dá)99%以上，能夠滿足淺調(diào)剖劑對巖心封堵性能的要求.

（3）采用最佳配方凝膠調(diào)剖劑進(jìn)行現(xiàn)場施工207井次，統(tǒng)計(jì)27口井吸水剖面，調(diào)剖層段內(nèi)吸水層數(shù)由調(diào)剖前的78個(gè)增加至調(diào)剖后的106個(gè)，調(diào)剖后調(diào)剖井吸水不均衡的矛盾得到改善，連通油井取得較好的增油降水效果，表明最佳配方凝膠調(diào)剖劑能夠滿足現(xiàn)場調(diào)剖要求.

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