酚醛凝膠調(diào)剖劑封堵及調(diào)剖效果研究*

孟祥海，王 楠，呂 鵬，薛寶慶，曹偉佳，夏 歡，劉 歡

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司研究院，天津塘沽 300450；2.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318）

0 前言

渤中34-2/4 油田地理位置位于渤海南部海域，是典型的復(fù)雜斷塊油田，滲透率較低［1-3］。油田原油物性好，投產(chǎn)初期自噴能力強(qiáng)，產(chǎn)量高，無水和低含水采油期較長，采出程度較高，同時(shí)天然能量不足，導(dǎo)致地層壓力降速較快，油井見水后產(chǎn)液能力下降，含水上升速率加快［4-6］。通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析和近年新鉆調(diào)整井測井解釋認(rèn)為，局部仍存在剩余油富集區(qū)，具有一定開發(fā)潛力。目前，對(duì)于渤海高含水油田開發(fā)過程中的問題，科技工作者開展了大量技術(shù)研究和現(xiàn)場應(yīng)用，調(diào)剖調(diào)驅(qū)為渤海高含水油田“穩(wěn)油控水”提供了技術(shù)保障［7-9］。渤海油田礦場應(yīng)用最多的調(diào)剖調(diào)驅(qū)劑包括酚醛凝膠、有機(jī)鉻凝膠和聚合物微球等系列產(chǎn)品。渤中34-2/4油田儲(chǔ)層平均滲透率較低，酚醛凝膠調(diào)剖劑由于初始黏度低、成膠速率慢等特點(diǎn)適用于渤海低滲油田調(diào)剖施工［10-11］，渤海J油田E22h井堵水措施后日增油40 m3，平均日增油25 m3，含水下降75%，累增油3500 m3，取得了較好的增油效果［12］。針對(duì)渤中34-2/4油田開發(fā)實(shí)際需求，本文開展了酚醛凝膠調(diào)剖劑封堵及調(diào)剖效果研究，研究成果為渤海油田低滲區(qū)塊調(diào)剖調(diào)驅(qū)施工提供理論與技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

乳液聚合物DW-R，相對(duì)分子質(zhì)量1700×104，有效含量30%；干粉聚合物SD-201，相對(duì)分子質(zhì)量1900×104，有效含量88%；交聯(lián)劑為酚醛樹脂類交聯(lián)劑，有效含量100%；固化劑為間苯二酚，有效含量100%；助劑為碳酸氫銨，有效含量100%；聚合物微球?yàn)椤俺肿有汀?，有效含量均?00%。上述藥劑由中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院提供。實(shí)驗(yàn)用水為渤海油田注入水，礦化度9130.3 mg/L，主要離子質(zhì)量濃度（單位mg/L）：K++Na+3196.54、Ca2+193.12、Mg2+10.71、Cl-4879.12、SO42-4.3，HCO3-846.51。實(shí)驗(yàn)巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心［13-15］，巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心，包括均質(zhì)澆筑方巖心和層內(nèi)非均質(zhì)巖心。外觀幾何尺寸：（1）均質(zhì)澆鑄巖心，寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm，巖心滲透率Kg=300×10-3、1200×10-3、2700×10-3、5400×10-3μm2；（2）層內(nèi)非均質(zhì)巖心包括高中低3 個(gè)滲透層，寬×高×長=4.5 cm×4.5 cm×30 cm，各小層厚度1.5 cm，低中高滲透層滲透率Kg=300×10-3/900×10-3/2000×10-3μm2。

DV-Ⅱ型布氏黏度儀，美國Brookfield 公司；驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等部件。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）聚合物微球調(diào)驅(qū)劑和酚醛凝膠調(diào)剖劑的配制與黏度測定

向渤海油田模擬注入水中加入“超分子型”聚合物微球制得質(zhì)量濃度為3 g/L的聚合物微球調(diào)驅(qū)劑。

向渤海油田模擬注入水中加入聚合物干粉制得質(zhì)量濃度為3 g/L聚合物（SD-201和DW-R）溶液，充分熟化2 h后再分別加入3 g/L的酚醛樹脂類交聯(lián)劑、3 g/L的固化劑間苯二酚和0.3 g/L的助劑碳酸氫銨，混合形成不同的酚醛凝膠調(diào)剖劑。采用布氏黏度儀在溫度70 ℃、剪切速率6 r/min 條件下測試酚醛凝膠調(diào)剖劑的黏度，當(dāng)黏度范圍介于（0～100］、（100～200］、（200～1000］、（1000～4000］和（4000～20000］mPa·s之間時(shí)分別選用0#～4#轉(zhuǎn)子進(jìn)行測試。

（2）封堵實(shí)驗(yàn)

酚醛凝膠調(diào)剖劑的封堵效果實(shí)驗(yàn)步驟如下：①巖心抽真空，飽和地層水，注模擬水，記錄壓力，計(jì)算水測滲透率；②注入1.2 PV 的酚醛凝膠調(diào)剖劑，記錄巖心注入端壓力；③油藏溫度（70 ℃）下將巖心老化36 h，后續(xù)水驅(qū)4～5 PV，記錄巖心注入端壓力。上述實(shí)驗(yàn)過程中注入速率0.6 mL/min，壓力記錄間隔30 min。

（3）調(diào)剖實(shí)驗(yàn)

酚醛凝膠調(diào)剖劑的調(diào)剖效果實(shí)驗(yàn)步驟如下：①巖心抽空，飽和地層水，計(jì)算孔隙度；②巖心飽和油，計(jì)算含油飽和度；③水驅(qū)至含水80%，記錄注入壓力，計(jì)算含水率和采收率；④注入0.1 PV 的酚醛凝膠調(diào)剖劑，老化36 h，再注入0.1 PV質(zhì)量濃度為3 g/L的聚合物微球調(diào)驅(qū)劑，記錄注入壓力，計(jì)算含水率和采收率；⑤后續(xù)水驅(qū)至含水98%，記錄注入壓力，計(jì)算含水率和采收率。上述實(shí)驗(yàn)過程中注入速率為0.3 mL/min，壓力記錄間隔為30 min，實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 酚醛凝膠調(diào)剖劑的成膠性能

采用渤海油田模擬注入水配制質(zhì)量濃度為3 g/L的聚合物（SD-201和DW-R）溶液，再分別加入3 g/L酚醛樹脂類交聯(lián)劑、3 g/L 固化劑和0.3 g/L 助劑，混合形成不同的酚醛凝膠調(diào)剖劑，不同酚醛凝膠調(diào)剖劑的黏度隨放置時(shí)間的變化見圖1。

圖1 酚醛凝膠調(diào)剖劑的黏度與放置時(shí)間的關(guān)系

從圖1 可知，當(dāng)酚醛凝膠調(diào)剖劑為“聚合物+交聯(lián)劑”時(shí)，初始成膠時(shí)間在1～1.5 d，當(dāng)向酚醛凝膠調(diào)剖劑中加入固化劑后，成膠時(shí)間約縮短0.5 d；繼續(xù)向體系中加入助劑后，成膠時(shí)間縮短至6～12 h之間，且成膠強(qiáng)度大幅度上漲。對(duì)于聚合物SD-201酚醛凝膠調(diào)剖劑，當(dāng)加入固化劑和助劑后成膠后黏度可達(dá)到20 Pa·s，成膠強(qiáng)度提升。針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層溫度情況以及酚醛凝膠調(diào)剖劑要求，建議通過向酚醛凝膠調(diào)剖劑中添加固化劑來提高成膠速率和成膠強(qiáng)度。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，推薦聚合物SD-201酚醛凝膠體系組成為：3 g/L聚合物+3 g/L交聯(lián)劑+3 g/L固化劑；乳液聚合物DW-R 酚醛凝膠調(diào)剖劑可以通過添加固化劑和助劑來提高反應(yīng)速率和凝膠強(qiáng)度，推薦聚合物DW-R酚醛凝膠調(diào)剖劑組成為：3 g/L聚合物+3 g/L交聯(lián)劑+3 g/L固化劑+0.3 g/L助劑。

2.2 酚醛凝膠調(diào)剖劑的封堵性能及影響因素

2.2.1 調(diào)剖劑組成的影響

采用渤海油田模擬注入水配制2種酚醛凝膠調(diào)剖劑（體系Ⅰ：3 g/L 聚合物SD-201+3 g/L 交聯(lián)劑+3 g/L固化劑，體系Ⅱ：3 g/L聚合物DW-R+3 g/L交聯(lián)劑+3 g/L固化劑+0.3 g/L助劑），將其注入均質(zhì)方巖心中開展巖心封堵效果實(shí)驗(yàn)，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率測試結(jié)果見表1，實(shí)驗(yàn)過程中注入壓力見圖2。

表1 兩種調(diào)剖劑體系封堵實(shí)驗(yàn)的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率

圖2 兩種調(diào)剖劑體系封堵實(shí)驗(yàn)注入壓力隨注入體積的變化

從表1 和圖2 可以看出，與“體系Ⅱ”相比較，“體系Ⅰ”在多孔介質(zhì)內(nèi)滯留量較大，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率較大，封堵效果較好。在調(diào)剖劑注入巖心過程中，與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”的注入壓力較高，在后續(xù)水驅(qū)階段，注入壓力不降反升，表現(xiàn)出良好成膠和封堵效果。

2.2.2 儲(chǔ)層滲透率的影響

采用渤海油田模擬注入水配制酚醛凝膠調(diào)剖劑體系Ⅰ（3 g/L聚合物SD-201+3 g/L交聯(lián)劑+3 g/L固化劑），將其注入均質(zhì)方巖心中開展巖心內(nèi)封堵效果實(shí)驗(yàn)，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率測試結(jié)果見表2，實(shí)驗(yàn)過程中的注入壓力見圖3。從表2和圖3可以看出，隨巖心滲透率的降低，巖心孔隙體積減小，巖石孔喉半徑減小，致使酚醛凝膠在巖心孔隙內(nèi)運(yùn)移困難，凝膠在巖心內(nèi)滯留量增多，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率減小。在調(diào)剖劑注入巖心和后續(xù)水驅(qū)的過程中，隨巖心滲透率的增大，注入壓力減小，傳輸運(yùn)移能力增強(qiáng)。

表2 不同滲透率巖心封堵實(shí)驗(yàn)阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率

圖3 不同滲透率巖心封堵實(shí)驗(yàn)注入壓力隨注入體積的變化

2.3 酚醛凝膠調(diào)剖劑的調(diào)剖效果

采用渤海油田模擬注入水配制2種酚醛凝膠調(diào)剖劑（體系Ⅰ：3 g/L 聚合物SD-201+交聯(lián)劑3 g/L+固化劑3 g/L，體系Ⅱ：3 g/L 聚合物DW-R+3 g/L 交聯(lián)劑+3g/L 固化劑+0.3 g/L 助劑），調(diào)剖劑類型對(duì)增油降水效果的影響見表3，注入量為0.1 PV。從表3可以看出，2 種調(diào)剖劑體系的增油降水效果存在較大差異。與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”在巖心內(nèi)的成膠效果較好，致使巖心高滲透層孔隙過流斷面減小，滲流阻力增加，吸液量減小，最終導(dǎo)致注入壓力升高，擴(kuò)大波及體積效果提高，具有較好的調(diào)剖效果，在后續(xù)聚合物微球調(diào)驅(qū)劑注入階段，可充分發(fā)揮其微觀非均質(zhì)調(diào)控作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀液流轉(zhuǎn)向效果，最終采收率可達(dá)到36.33%。

表3 兩種調(diào)剖劑體系的增油降水效果

注入過程中注入壓力、含水率和采收率隨注入體積的變化見圖4。從圖4 可以看出，在水驅(qū)階段，隨注入體積的增加，注入壓力略有降低，含水率快速升高，采收率增加。在調(diào)剖過程中，與“體系Ⅱ”相比，“體系Ⅰ”的注入壓力較高，表明該調(diào)剖劑體系在巖心孔隙內(nèi)的成膠強(qiáng)度較高，導(dǎo)致高滲透層滲透率減小，中低滲透層吸液壓差增加，液流轉(zhuǎn)向效果較好，擴(kuò)大波及體積范圍增大，因而含水率下降，采收率明顯增加。在聚合物微球調(diào)驅(qū)劑注入階段，由于調(diào)驅(qū)劑具有一定的滯留和液流轉(zhuǎn)向能力，導(dǎo)致注入壓力進(jìn)一步升高，采收率進(jìn)一步增加。

圖4 注入壓力、含水率和采收率隨注入體積的變化

3 結(jié)論

針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層溫度情況以及酚醛凝膠調(diào)剖劑要求，通過向聚合物SD-201酚醛凝膠調(diào)剖劑中添加固化劑間苯二酚、向乳液聚合物DW-R 酚醛凝膠調(diào)剖劑中添加固化劑間苯二酚和助劑碳酸氫銨可以提高反應(yīng)速率和凝膠強(qiáng)度。

當(dāng)巖心滲透率Kg=300×10-3～5400×10-3μm2時(shí)，酚醛凝膠“體系Ⅰ”封堵率為99.65%～96.94%。

與酚醛凝膠“體系Ⅱ”相比較，酚醛凝膠“體系Ⅰ”在多孔介質(zhì)內(nèi)滯留量較大，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率較大，封堵效果和液流轉(zhuǎn)向效果較好。