紅河油田直通型裂縫高強度封堵劑調(diào)剖技術(shù)

王宏申 王天慧 黃永章

1.中國石油大學(xué)（北京）；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；3.中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6 作業(yè)公司；4.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院

紅河油田區(qū)域構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南部，主力產(chǎn)層長8 主要為巖性油藏，具有低孔、超低滲特征，區(qū)內(nèi)裂縫發(fā)育，呈面積分布，主要分布在斷裂帶及斷層附近［1-2］。紅河油田油氣的富集高產(chǎn)主要受斷裂和裂縫發(fā)育帶的影響，斷裂區(qū)和裂縫發(fā)育區(qū)油氣產(chǎn)量明顯高于基質(zhì)區(qū)，裂縫發(fā)育是影響長8 油藏局部高產(chǎn)的主要原因。為了及時補充地層能量，保持地層壓力開采，紅河油田開展了注水開發(fā)［3］，但注水開發(fā)后對應(yīng)的油井易水竄，水線推進(jìn)速度快，呈裂縫直通型水竄特征。據(jù)統(tǒng)計，長8 油藏注水水竄時平均注水時間為77.2 d，平均單井注入量為1 212 m3，平均水線推進(jìn)速度為144 m/d，遠(yuǎn)大于基質(zhì)區(qū)水線推進(jìn)速度。前期采用“凍膠+顆?！睆?fù)合調(diào)剖工藝進(jìn)行現(xiàn)場試驗均未見封堵效果［4-9］。為此，優(yōu)選了一套單體聚合高強度封堵劑調(diào)剖體系，該體系具有黏度大、成膠時間短、強度高、觸變性能好的特點，在紅河油田進(jìn)行先導(dǎo)試驗4 井5 輪次，有效提高了直通型裂縫縫內(nèi)堵劑封堵強度，解決了紅河油田直通型裂縫封堵劑調(diào)剖過程中存在的諸多問題。

1 紅河油田直通型裂縫封堵劑調(diào)剖難點

紅河油田區(qū)域內(nèi)發(fā)育不同程度的大、中、小斷層。長8 儲層天然裂縫極為發(fā)育，裂縫的產(chǎn)狀、規(guī)模、充填程度等精細(xì)認(rèn)識難度大，給堵劑的選擇增加了難度［10-11］。前期開展的“凍膠+顆?！睆?fù)合調(diào)剖工藝受凍膠自身材料力學(xué)性能影響，在大裂縫中易變形破裂。隨裂縫寬度增加，封堵劑封堵強度快速降低。提高聚合物濃度在一定程度上能增加強度，但調(diào)剖封堵劑成本大幅上升，給低孔、特低滲儲層的有效經(jīng)濟(jì)開發(fā)增加了難度。部分區(qū)塊高角度裂縫發(fā)育，裂縫傾角主要分布在50°～90°，以大于60°的高角度縫為主。在高角度裂縫中，堵劑充滿裂縫封堵段，實現(xiàn)完全封堵的難度較大。調(diào)剖過程中封堵劑體系或注入?yún)?shù)選擇不當(dāng)，易造成不同發(fā)育程度的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張，封堵調(diào)剖失敗。

2 單體聚合高強度封堵劑調(diào)剖機理

紅河油田單體聚合封堵劑調(diào)剖主要通過丙烯酰胺單體在引發(fā)劑、交聯(lián)劑的作用下，在地層聚合生成聚合物，快速地從線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而封堵油井儲層高速產(chǎn)液通道，減少油井層間干擾，釋放有效儲層產(chǎn)能，達(dá)到控水增油目的。聚合反應(yīng)速度較快，所以現(xiàn)場加入緩聚劑，以達(dá)到延緩交聯(lián)目的，從而延緩聚合反應(yīng)速度。另外還需要加入一定比例的外加劑，實現(xiàn)堵劑體系的強度、流變性和其他性能要求［12-14］。單體聚合高強度堵劑較普通的凍膠類堵劑濃度高，基液黏度大，成膠后強度高，是普通凍膠體系的20 倍以上，但流變性能保持好，流動狀態(tài)下黏度較低，在一定壓差下能輕易進(jìn)入裂縫深處，對高角度裂縫實現(xiàn)深度封堵。

3 單體聚合堵劑體系性能評價

室內(nèi)對交聯(lián)劑、引發(fā)劑、緩聚劑、鉻交聯(lián)劑等添加劑進(jìn)行了優(yōu)選與優(yōu)化，確定單體聚合堵劑體系配方如表1。在其他組分不變情況下，單體聚合堵劑體系成膠時間隨黏土含量、引發(fā)劑含量的增加而減小；單體聚合堵劑體系成膠時間隨緩聚劑含量的增加而增加。

表1 單體聚合堵劑體系配方及成膠時間Table 1 Formula and gelation time of the plugging agent system of monomer polymer

3.1 耐溫性能評價

室內(nèi)實驗在常溫和紅河油田地層溫度條件下(65 ℃)測定了單體聚合高強度封堵劑的黏度變化過程。實驗結(jié)果表明，常溫下放置1 d 后堵劑黏度稍有增加，放置2 d 后堵劑黏度趨于穩(wěn)定，沒有發(fā)生聚合反應(yīng)(圖1)；地層溫度條件下(65 ℃)，2 h 后黏度開始增加，15 h 后成膠(圖2)。

圖1 常溫下單體聚合堵劑黏度變化曲線Fig.1 Viscosity variation curve of monomer-polymerization plugging agent under atmospheric temperature

圖2 地層65 ℃條件下單體聚合堵劑黏度變化曲線Fig.2 Viscosity variation curve of monomer-polymerization plugging agent under the formation temperature of 65 ℃

3.2 耐鹽性能評價

將高強度堵劑置于100 000 mg/L礦化度水中測定堵劑的耐鹽性能，浸泡前后堵劑的強度對比結(jié)果如圖3 所示。堵劑具有遇水膨脹性能，穩(wěn)定性較好，且其強度比浸泡前有所增加。堵劑強度在浸泡一定時間后達(dá)到峰值，然后隨浸泡時間延長趨于穩(wěn)定。

圖3 100 000 mg/L 礦化度條件下堵劑浸泡前后強度對比Fig.3 Strength comparison of the plugging agent before and after being soaked under the salinity of 100 000 mg/L

3.3 觸變性能評價

采用MCR92 流變儀在剪切力作用下測定體系黏度，研究單體聚合體系的觸變性能(圖4)。在剪切停止后，體系黏度達(dá)到1×107mPa·s，流動性極差，隨剪切速度增大，體系黏度迅速降低。這是因為在剪切力的作用下，體系中的黏土結(jié)構(gòu)受到擾動，強度降低，具有一定的流動性，在撤除剪切力的作用后，黏土結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)，隨即體系黏度增加，流動性變差。

圖4 單體聚合體系觸變性能Fig.4 Thixotropy of monomer-polymerization system

3.4 封堵強度評價

實驗室通過MCR92 流變儀測定了不同老化時間后單體聚合堵劑體系的彈性模量(圖5)。實驗結(jié)果表明，聚合體系初始彈性模量始終大于100 Pa，是常規(guī)強凍膠強度的10 倍以上；老化放置后，由于交聯(lián)反應(yīng)不斷進(jìn)行，聚合體系強度進(jìn)一步升高，老化1 d后的聚合體系放置于模擬水中浸泡1 d 后，體系體積膨脹且強度增加近20%，10 d 后強度增加近2 倍；說明該體系封堵性較強，有利于解決注水調(diào)剖過程中裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張而造成封堵調(diào)剖失敗的問題。

圖5 不同實驗條件下單體聚合后強度Fig.5 Strength after monomer polymerization under different test conditions

3.5 突破壓力評價

使用長度為0.5 m、直徑為3 mm 的管線模擬裂縫，在管線中注入成膠液后老化20 h，采用自制突破壓力實驗檢測裝置，測定了管線注入端壓力變化。實驗結(jié)果如圖6，單體自聚產(chǎn)物具有較強的封堵能力，突破壓力梯度可達(dá)7 MPa/m，是傳統(tǒng)強凍膠的5 倍。注水突破單體自聚產(chǎn)物前后，壓力反復(fù)變化。這與單體自聚產(chǎn)物的性質(zhì)有關(guān)：一是自聚產(chǎn)物的柔韌性，注水突破前表現(xiàn)為壓縮性；二是自聚產(chǎn)物的吸水膨脹性可降低注水突破通道的滲透率。上述2 個性質(zhì)均表現(xiàn)為聚合產(chǎn)物的自修復(fù)性，使得聚合產(chǎn)物在被注入水長期沖刷時，可以保持較高的突破壓力。另外，注水停止一段時間后再次注水，注水壓力又會升高，進(jìn)一步反映了聚合產(chǎn)物的自修復(fù)性。

圖6 注水突破壓力梯度與注水量的關(guān)系Fig.6 Relationship between water breakthrough pressure gradient and water injection

4 先導(dǎo)應(yīng)用及效果分析

鑒于紅河油田長8 油藏低滲致密的儲層特征，調(diào)剖目標(biāo)為“封得住、注得進(jìn)”，施工工藝采用“小段塞、多輪次”的思路，設(shè)計多個段塞。(1)凍膠堵劑段塞：堵劑體系選擇鉻凍膠+顆粒體系，配方為0.5%聚合物+0.3%鉻交聯(lián)劑+0.3%穩(wěn)定劑+水膨體顆粒，通過顆粒架橋增加強度，同時防止堵劑段塞在裂縫中快速推進(jìn)，確保堵劑段塞能在裂縫中平穩(wěn)推進(jìn)，起到封堵作用。(2)高強度封堵劑段塞：優(yōu)選為單體聚合交聯(lián)體，具有黏度大、成膠時間短、強度高的特點，在裂縫中形成高強度壁壘，達(dá)到提高裂縫內(nèi)封堵劑封堵強度的目的。(3)凍膠堵劑段塞：堵劑體系優(yōu)選鉻凍膠體系，配方為0.5%聚合物+0.3%鉻交聯(lián)劑+0.3%穩(wěn)定劑。在高強度堵劑之后繼續(xù)起到封堵裂縫的作用，同時將高強度堵劑推入地層深部。(4)頂替段塞：分為聚合物及清水兩部分將堵劑體系推入地層，以便后續(xù)注水。

考慮到封堵劑的濾失，參考目標(biāo)井生產(chǎn)動態(tài),以壓力上升值及增油量為指標(biāo)，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計封堵劑用量為生產(chǎn)井日產(chǎn)液量的100%，4 個段塞按照體積比5∶1∶3∶1。截至目前在紅河油田開展了4 井5 輪次的調(diào)剖試驗(表2)，平均油壓提高6.7 MPa，累計注水5 643 m3，有效封堵率100%，累計增油2 327.1 t。

表2 紅河油田長8 油藏可膨脹封堵劑調(diào)剖施工統(tǒng)計Table 2 Statistical profile control construction of swellable plugging agent in Chang 8 oil reservoir of Honghe Oilfield

5 結(jié)論

(1)單體聚合堵劑體系具有較好的耐溫、耐鹽、封堵及觸變性能，能夠較好地對高角度裂縫實現(xiàn)深度封堵。

(2)單體聚合堵劑體系在一定的老化時間后，具有體積膨脹且強度增加的性能，有利于解決注水調(diào)剖中裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張造成的封堵劑調(diào)剖失敗問題。

(3)現(xiàn)場試驗表明，單體聚合交聯(lián)體能夠在裂縫中形成高強度封堵，有效提高直通型裂縫縫內(nèi)堵劑封堵強度，對于紅河油田直通型裂縫能夠?qū)崿F(xiàn)較好的封堵調(diào)剖。