凍膠對裂縫性油藏的封堵效果實驗研究

鄧學峰 魏開鵬 方 群

中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院, 河南 鄭州 450006

0 前言

調剖技術是注水油藏開發(fā)中常采用的有效方法和工藝技術,凍膠已經(jīng)成為裂縫性油藏深部封堵[1-13]的主要堵劑,但目前對裂縫內凍膠的封堵效果[14-20]和突破特征的認識還很不足。本文通過室內裂縫可視化模型,研究了凍膠堵劑對裂縫的封堵效果和被注入水突破的特征,明確了凍膠封堵裂縫的適應性和提高封堵效果的關鍵。

1 凍膠封堵裂縫效果的實驗研究方法

1.1 實驗方法和流程

將凍膠注入裂縫模型中,完全填充裂縫并密封注采端口后,將模型置于恒溫水浴中至凍膠完全成膠。將裂縫模型聯(lián)入驅替系統(tǒng),注入水頂替裂縫中凍膠,觀察凍膠被注入水突破的過程,具體實驗流程如下。

1)按比例配制成膠液,0.5%HPAM+0.5%水溶性酚醛樹脂+0.2%氯化銨,并在真空環(huán)境下攪拌2 h以除去溶解的空氣。

2)利用Hamilton氣密注射器將成膠液注入裂縫模型中,關閉模型入口端、出口端處的堵頭,并將模型放置在水浴中老化至凍膠成膠。

3)模型取出后冷卻至室溫,并通過聚四氟乙烯管線將裂縫模型與Flow EZ微量氣泵相連。

4)利用胭脂紅染色劑將注入水染成紅色,并通過氣壓泵注入模型中。設置升壓速率恒定為0.1 kPa/s,染色鹽水在氣壓作用下被泵入裂縫模型中。

5)染色鹽水突破凍膠的過程由數(shù)碼相機拍攝記錄,并通過壓力傳感器記錄突破過程中的壓差,其中壓力傳感器測得的最高壓差為突破壓力。

1.2 材料與儀器

ME403電子天平,梅特勒—托利多公司;JJ-3 A六連數(shù)顯電動攪拌器,江蘇金怡儀器科技有限公司;恒溫水浴鍋,常州申光儀器有限公司;驅替裝置,海安石油科研儀器有限公司。

裂縫模型材質為PMMA(亞克力),同時依據(jù)對儲層中裂縫寬度的成果認識,設計裂縫截面分別為3.0 mm×3.0 mm、2.0 mm×2.0 mm和1.0 mm×1.0 mm的正方形,裂縫長度均為100 mm。

2 實驗結果與討論

2.1 注入水突破凍膠結果

注入水突破凍膠主要包括兩個階段:首先是凍膠受壓變形階段,隨注入壓力不斷升高,凍膠沿裂縫產(chǎn)生橫向位移;當注入壓力上升至突破壓力時,裂縫中的凍膠被注入水快速突破,此時注入壓力急劇降低。裂縫寬度不同時,裂縫模型中凍膠被注入水突破的方式也不同:在寬度為1 mm的裂縫模型中,凍膠被注入水整體頂出,凍膠本體保持良好的完整性;在寬度為2 mm、3 mm的裂縫模型中,凍膠被注入水從中部突破,凍膠本體被破壞。

圖1為1 mm×1 mm×100 mm裂縫模型中注入水突破凍膠的過程,其中紅色為注入水,灰色模型中透明部分為裂縫中的凍膠。隨注水頂替開始,注入壓力逐漸增加,凍膠與水接觸面產(chǎn)生“凹型”變形,同時注入水前段不斷變細,有從凍膠中部突破的趨勢。注入開始至10 min 18 s,為凍膠受壓變形階段,凍膠沿裂縫產(chǎn)生橫向位移,此時模型出口未見產(chǎn)出物。10 min 18 s至10 min 30 s,裂縫模型中的凍膠被整體快速頂出,產(chǎn)出的凍膠保持完整。

圖1 1 mm×1 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖2和圖3分別為2 mm×2 mm×100 mm和3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中注入水突破凍膠的過程。以圖2為例進行說明,注入開始至6 min 26 s,為凍膠受壓變形階段。6 min 26 s至6 min 27 s,產(chǎn)生第1個凍膠中部突破點,注入水從凍膠中部突破后破壞凍膠本體,注水過流面積快速增加,表現(xiàn)為突破后注入水柱變粗。6 min 28 s 至6 min 29 s,產(chǎn)生第2個突破點,隨后注入水沿凍膠中部完全突破整個裂縫模型。

圖2 2 mm×2 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖3 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖4為不同縫寬裂縫模型中注入水突破凍膠時的突破壓力。實驗結果顯示,隨裂縫寬度的增加,突破壓力明顯降低,裂縫寬度增加1 mm,突破壓力降低約30%。

圖4 不同裂縫模型中注水突破壓力圖

2.2 組合體系突破結果

為評價凍膠與預交聯(lián)顆粒組合情況下的封堵效果,利用3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型開展實驗。實驗方法與步驟不變,只是在裂縫模型中預置預交聯(lián)顆粒后再注成膠液。

圖5和圖6分別為裂縫模型中預置少量預交聯(lián)顆粒和布滿預交聯(lián)顆粒條件下,注入水突破凍膠的過程,圖中透明圓球狀顆粒為預交聯(lián)顆粒。圖7為不同預交聯(lián)顆粒含量模型中注入水突破堵劑時的突破壓力。

圖5 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中預置少量預交聯(lián)顆粒時注水突破特征圖

圖6 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中布滿預交聯(lián)顆粒時注水突破特征圖

圖7 裂縫模型中預交聯(lián)顆粒對凍膠突破壓力的影響圖

1)當裂縫中有少量預交聯(lián)顆粒時，注入開始至2 min 5 s,為堵劑受壓變形階段。隨后注入水開始突破凍膠,注入水時而沿預交聯(lián)凍膠中部竄進,破壞凍膠本體,時而沿顆粒和裂縫之間的狹窄縫竄進,表現(xiàn)出段塞式頂替凍膠特點,注入水突破堵劑時機較單獨使用凍膠的情況更早。從突破壓力上看,裂縫中有少量預交聯(lián)顆粒時的突破壓力也明顯低于單獨使用凍膠時的突破壓力,表明凍膠與少量預交聯(lián)顆粒的組合反而降低了封堵強度。

2)當裂縫中布滿預交聯(lián)顆粒時，預交聯(lián)顆粒和裂縫之間的狹窄縫成為注入水突破凍膠的主要通道。實驗顯示,注入開始至11 min 24 s,為堵劑變形階段。此后,狹窄縫中的凍膠被注入水以段塞的方式頂替出。由于狹窄縫的橫截面積明顯小于模型中裂縫的橫截面積,因此凍膠的突破壓力也明顯提高,凍膠受壓變形階段也明顯延長。

綜合上述,凍膠和少量預交聯(lián)顆粒形成的組合體系對裂縫的封堵效果不如單獨凍膠的封堵效果;只有當裂縫中的預交聯(lián)顆粒能明顯縮小裂縫寬度時,凍膠和預交聯(lián)顆粒的組合才會產(chǎn)生優(yōu)于單獨凍膠的封堵效果,但達到該條件需要注入大量預交聯(lián)顆粒,受限于預交聯(lián)顆粒的注入能力,現(xiàn)場實施難度大。

3 結論

通過設計不同裂縫寬度的裂縫模型,開展注入水突破凍膠實驗,評價注入水突破凍膠的特征和凍膠的封堵強度,實驗得出以下結論。

1)裂縫寬度越小,凍膠突破壓力越高。在1 mm寬度裂縫模型中凍膠本體未受破壞被整體頂出;2 mm和 3 mm 寬度裂縫模型中,注入水從凍膠中部突破,表明凍膠本體強度不足,說明提高凍膠本體強度是增強封堵裂縫強度的關鍵。

2)少量預交聯(lián)顆粒和凍膠的組合對裂縫的封堵效果弱于單獨凍膠的封堵效果,只有當預交聯(lián)顆粒通過布滿裂縫實現(xiàn)縮小裂縫寬度時,預交聯(lián)顆粒和凍膠組合的封堵效果才優(yōu)于單獨凍膠的封堵效果。

3)考慮預交聯(lián)顆粒的注入能力,礦場實施調剖封堵裂縫時難以實現(xiàn)用預交聯(lián)顆粒對裂縫完全填充。因此,建議封堵裂縫時選擇以凍膠為主體堵劑,同時提高凍膠本體強度是增強封堵強度的關鍵。