厚油層頂部微米凝膠封堵實(shí)驗(yàn)研究*

張曉冉，代磊陽，肖麗華，宋 鑫，趙 鵬

（中海石油（中國）有限公司 天津分公司，天津 300452）

海上X 油田是我國海上一座辮狀河三角洲前緣沉積的中孔中滲油田，地下原油粘度低，地質(zhì)儲(chǔ)量豐富。油田儲(chǔ)層厚度大，采取分層注水開發(fā)方式，并開展早期弱凝膠驅(qū)礦場試驗(yàn)，取得了較好的降水增油效果。但停注弱凝膠后受益井產(chǎn)液含水大幅回升，部分井含水率上升10%，出現(xiàn)注入水突進(jìn)問題，影響全油田油水處理流程及整體開發(fā)效果。

本文針對(duì)X 油田生產(chǎn)現(xiàn)狀及油藏條件，通過分析注入井測試資料并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為厚油層頂部吸液強(qiáng)度較大，亟需開展高滲條帶封堵作業(yè)，提高注入壓力，實(shí)現(xiàn)注入水向中低滲層轉(zhuǎn)向。優(yōu)選了微米網(wǎng)狀凝膠體系，開展成膠性能、抗剪切性能、封堵性能及破膠性能等實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)改善X 油田注入剖面不均、高中低滲層剩余油動(dòng)用程度具有較好的指導(dǎo)意義。

1 弱凝膠驅(qū)后注入剖面分析

X 油田弱凝膠驅(qū)過注入井采用固定濃度大段塞注入方式，弱凝膠驅(qū)前期儲(chǔ)層非均質(zhì)性得到較好的改善，二、三油組不同滲透率儲(chǔ)層吸液剖面相對(duì)均勻，受益井含水較低且相對(duì)穩(wěn)定。但弱凝膠驅(qū)后期，由于體系剖面調(diào)整能力較弱[1-5]，部分注入井吸液剖面反轉(zhuǎn)，出現(xiàn)賊層、高滲條帶，含水上升較快。

以X-1 井為例，滲透率較高的二油組吸液量明顯增加，1+2 小層吸液量占全井的80%以上，出現(xiàn)竄流情況，滲透率較低的三油組吸液量下降，4 小層完全不吸液，見圖1。

圖1 X 油田X-1 井弱凝膠驅(qū)前后吸液剖面變化Fig.1 Changes of suction profile before and after weak gel flooding in Well X-1 in X Oilfield

通過對(duì)X 油田8 口弱凝膠驅(qū)注入井的吸液剖面資料數(shù)據(jù)分析可知，弱凝膠驅(qū)注入后期注入井總體吸液厚度增大不明顯，厚油層頂部吸液量達(dá)90%，中低滲層吸液變少，部分儲(chǔ)層不吸液。針對(duì)這種厚油層頂部吸液強(qiáng)度較大的情況，亟需開展高滲竄流條帶封堵，提高注入壓力，實(shí)現(xiàn)注入水向中低滲層轉(zhuǎn)向。

2 微米網(wǎng)狀凝膠體系封堵實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)合成一種聚合物微米網(wǎng)狀凝膠，采用反向乳液聚合的高分子聚合物和具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)鉻人工合成化合物相互作用及分子間交聯(lián)，形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微米級(jí)高強(qiáng)度聚合物凝膠。該體系具有較強(qiáng)的分子間作用力，電鏡掃描結(jié)果表明，體系內(nèi)部形成較密的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)可以對(duì)水分子形成典型的位阻效應(yīng)，降低水分子對(duì)體系結(jié)構(gòu)的破壞，提高體系黏度和抗剪切性。

圖2 體系成膠后電鏡掃描照片F(xiàn)ig.2 Scanning electron microscopy of the system after gelatinization

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

微米網(wǎng)狀凝膠(室內(nèi)自主合成，其中聚合物采用反向乳液聚合，分子量為1.8×107，交聯(lián)劑（室內(nèi)自主合成有機(jī)鉻化合物）；常規(guī)線性聚合物凝膠（自主合成）；聚合物（部分水解聚丙烯酰胺，分子量為1.8×107，大慶煉化公司）；交聯(lián)劑（室內(nèi)自主合成酚醛樹脂）；實(shí)驗(yàn)用水（平臺(tái)注入水）。

德安特分析天平（精度為0.1mg，天津德安特）；HaaKe RS6000 旋轉(zhuǎn)流變儀（最大扭矩200mN·m，Thermo 公司）；填砂管模型（實(shí)驗(yàn)室自制鋼管模型）。

2.2 增黏性實(shí)驗(yàn)

為實(shí)現(xiàn)大孔道的有效封堵，注入凝膠需要保持較高的黏度和抗剪切強(qiáng)度[6-10]，通過室內(nèi)成膠實(shí)驗(yàn)和抗剪切實(shí)驗(yàn)，分析微米網(wǎng)狀凝膠的成膠性能和巖心剪切后的黏度保留率。

2.2.1 成膠性能實(shí)驗(yàn) 將配制好的相同濃度的微米網(wǎng)狀凝膠體系、常規(guī)線性聚合物凝膠體系，用RS600 流變儀在恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下測定不同體系的黏度和流變參數(shù)，考察其成膠后增黏性能。體系濃度為1500mg·L-1，實(shí)驗(yàn)溫度60℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3 和表 1。

圖3 微米網(wǎng)狀凝膠成膠形態(tài)Fig.3 Gel form of micron reticular gels

表1 不同體系成膠黏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental results of gelatinization of different systems

體系成膠黏度直接決定著其對(duì)多孔介質(zhì)尤其是高滲層的封堵效果。表1 結(jié)果表明，兩種體系成膠后體系黏度均能達(dá)到較高水平，但微米網(wǎng)狀凝膠體系成膠強(qiáng)度明顯高于常規(guī)聚合物凝膠體系。成膠穩(wěn)定后最大粘度可達(dá)到14866mPa·s。放置90d 后微米網(wǎng)狀凝膠體系粘度保留率仍能保持在91%以上，成膠性能較好。

2.2.2 抗剪切實(shí)驗(yàn) 凝膠體系經(jīng)過巖心孔隙介質(zhì)后，由于受到孔隙和吼道的剪切，體系結(jié)構(gòu)受到一定程度的破壞，黏度會(huì)有所降低。將配制好的凝膠體系以恒定的注入速度通過填砂管模型，測試體系的抗剪切性能，填砂管模型為多組φ2.5cm×15cm 鋼管模型，滲透率 2500mD，注入速度 0.3mL·min-1，在不同注入PV 數(shù)下取樣測量體系粘度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同體系填砂管模型剪切后成膠性能Tab.2 Gluing properties of different sand filling tube models after shear

體系抗剪切能力越強(qiáng)，在厚油層高滲條帶中越能保持較高黏度和較長的有效期。表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)線性凝膠在注入2PV 時(shí)體系黏度損失率達(dá)50%，經(jīng)過4PV 剪切后體系黏度保留率不足10%，微米網(wǎng)狀凝膠注入2PV 時(shí)體系黏度保留率達(dá)87%，注入4PV 后體系黏度保留率高于40%，抗剪切性明顯高于常規(guī)線性聚合物。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)線性聚合物受到孔隙剪切后分子鏈斷裂，分子量降低并無法恢復(fù)，黏度損失較大，而微米網(wǎng)狀凝膠因?yàn)轶w系成分和特殊的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過巖心剪切后可以得到一定的恢復(fù)，因此，具有較強(qiáng)的抗剪切性，說明微米網(wǎng)狀凝膠對(duì)優(yōu)勢滲流通道發(fā)育地層能保持較高的體系粘度和較寬的成膠范圍。

2.3 封堵能力實(shí)驗(yàn)

2.3.1 單管封堵實(shí)驗(yàn) 將單根填砂管串聯(lián)為φ2.5cm×45cm 模型，用真空泵抽真空并飽和地層水后，以恒定的速度進(jìn)行水驅(qū)至注入壓力平穩(wěn)，并以不同的注入速度恒速注入0.4PV 兩種凝膠體系并候凝24h，將模型轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)，計(jì)算注入凝膠體系前后巖心封堵率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同體系填砂管模型剪切后成膠性能Tab.3 Gluing properties of different sand filling tube models after shear

由表3 可見，微米網(wǎng)狀凝膠對(duì)巖心封堵率在不同注入速度下均高于常規(guī)線性聚合物凝膠，在0.1mL·min-1較低注入速度下，微米網(wǎng)狀凝膠封堵率達(dá)98.7%，且與常規(guī)線性聚合物凝膠相比，提高注入速度對(duì)體系封堵率影響較小，在0.4mL·min-1較高注入速度下，封堵率可以達(dá)到93.5%，封堵效果較好。

2.3.2 雙管液流轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn) 將填砂管并聯(lián)為兩組φ2.5cm×30cm 模型，滲透率為 2500mD/500mD，用真空泵抽真空并飽和地層水后，以恒定的速度對(duì)并聯(lián)巖心進(jìn)行水驅(qū)至壓力平穩(wěn)，再注入0.4PV 微米網(wǎng)狀凝膠體系并候凝24h，轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)，計(jì)算注入凝膠體系前后分流率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同體系填砂管模型剪切后成膠性能Fig.4 Gluing properties of different sand filling tube models after shear

由圖4 可以看出，模型水驅(qū)后注入凝膠體系，高滲透率管分流率由82%降至32%，后續(xù)水驅(qū)過程中高滲透率管分流率雖然有所上升，但低滲透率管分流率仍能維持較高水平，與注凝膠體系前相比分流率提升了90%，說明該體系對(duì)非均質(zhì)巖心具有較好的液流轉(zhuǎn)向能力，可以有效提高低滲透層的動(dòng)用程度。

2.4 破膠實(shí)驗(yàn)

海上平臺(tái)實(shí)際開展凝膠注入過程中，由于平臺(tái)空間小、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，若出現(xiàn)失電或設(shè)備故障等，易造成凝膠提前成膠，堵塞設(shè)備及管柱。利用破膠劑開展微米網(wǎng)狀凝膠破膠實(shí)驗(yàn)，考察不同破膠劑濃度下凝膠失水率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4 和圖5。

表4 微米網(wǎng)凝膠破膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Experimental results of micron mesh reticular gel breaking

圖5 破膠劑1.5%時(shí)不同時(shí)間凝膠失水狀態(tài)Fig.5 Gel lost water at different time when the gel breaker was 1.5%

結(jié)果表明，破膠劑的加入可以使高黏度的微米網(wǎng)狀凝膠失水破膠。破膠劑濃度為0.5%時(shí)體系72h失水率超過80%，破膠劑濃度為1%時(shí)，體系48h 凝膠失水率超過80%，實(shí)現(xiàn)固液分離并完全破膠。因此, 在礦場實(shí)際應(yīng)用過程中若出現(xiàn)凝膠提前成膠的情況，可以使用破膠劑保障施工安全。

3 結(jié)論與建議

（1）X 油田弱凝膠驅(qū)注入后期吸液剖面不均，厚油層頂部吸液厚度達(dá)90%，中低滲層吸液較少，部分儲(chǔ)層不吸液，中低滲透層剩余油啟動(dòng)困難。

（2）微米網(wǎng)狀凝膠增粘性較好，體系濃度為1500mg·L-1黏度達(dá)到 14866mPa·s，經(jīng)過 4PV 的巖心剪切后體系黏度保留率高于40%，具有較強(qiáng)的抗剪切性。

（3）較高注入速度下，體系對(duì)單填砂管封堵率達(dá)93.5%，封堵效果較好，雙填砂管巖心實(shí)驗(yàn)表明，體系具有較強(qiáng)的的液流轉(zhuǎn)向作用，凝膠注入后，低滲透管分流率由38%上升至58%。該體系對(duì)非均質(zhì)巖心具有較好的液流轉(zhuǎn)向能力，可以有效提高低滲透層剩余油的動(dòng)用程度。