蒸汽驱剖面调堵剂研制与性能评价

王春生，孙英蕃，田明磊，仪纪敏，徐 畅

(东北石油大学，黑龙江 大庆 163000)



蒸汽驱剖面调堵剂研制与性能评价

王春生，孙英蕃，田明磊，仪纪敏，徐 畅

(东北石油大学，黑龙江 大庆 163000)

基于有机化学领域离域效应原理，采用单一变量法研制调堵剂体系，对调堵剂进行不同地层温度、矿化度和pH值的敏感性评价，并开展了室内高温物理模拟岩心驱替实验，评价调堵剂对于地层剖面的改善效果。研究结果表明，该调堵剂由4种药剂经过交联结构互穿反应形成，成胶黏度可调，抗高温能力至少达300℃，抗酸碱、抗盐条件成胶能力强，单管封堵率至少为93.1%，30倍孔隙体积高速汽驱冲刷后封堵率仍大于70%，选择性剖面改善能力强，在90d、300℃高温下测试，封堵率仍在90%以上。

稠油蒸汽驱；汽窜；调堵；凝胶

引 言

近年来，国内外针对高温调剖剂研究主要集中在树脂类、颗粒类、泡沫类调剖剂方面[1-6]，前2种调剖剂易对地层造成高强度封堵，导致难以解堵，从而损害地层，而泡沫类调剖剂往往出现遇油消泡问题，效果较差[7]。常规凝胶类调剖剂由于耐温性较差，多用于低温调剖，前人研究证明其低流动性对于剖面改善效果优于其他类型调剖剂[8-12]。本次研究基于有机化学角度研制凝胶调堵剂，该调堵剂适用于蒸汽驱在苛刻地质条件下调整吸气剖面，增强凝胶抗高温能力，发掘凝胶类调剖剂高温条件下的应用潜力及优势。通过室内实验优化配比[13]，考察地层条件适用性[14-16]，评价地层条件下的封堵率、抗冲刷能力、高温稳定能力及剖面改善效果[17-20]，对现场调剖实践具有借鉴和指导意义。

1 实验方法

1.1 实验试剂及仪器

实验试剂：凝胶调堵剂由强化-HASS抗高温主剂(自制)、部分水解聚丙烯酰胺(相对分子质量为1 200×104，分析纯)、醛类交联剂(分析纯)、酚类交联剂(分析纯)组成。其他调节试剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、蒸馏水等。

实验仪器：高温高压反应釜、旋转黏度计、精密电子天平、恒温水浴装置、恒温箱、高温岩心实验装置。

1.2 凝胶时间标定方法

每组配制均分为10个试样，同时放入恒温箱中，定时取出1个试样，采用旋转黏度计进行黏度测定，并绘制黏度—时间变化曲线。当曲线上某时刻后黏度变化趋于平稳，则该时刻即为凝胶时间。

2 实验分析

2.1 调堵剂成分影响规律

通过前期大量基础实验研究，拟定体系反应温度为240℃，HPAM含量为0.003%～0.015%，强化-HASS主剂含量为3%～11%，酚类交联剂含量为1.1%～5.5%，醛类交联剂含量为0.6%～1.8%，图1为不同成分调堵剂影响规律实验结果。

(1) HPAM含量。由图1a可知，HPAM含量与凝胶黏度呈正比关系，同凝胶时间呈反比关系，且变化范围不大，主要是由于HPAM作为体系中空间网状结构的提供者，对于凝胶反应起到促凝作用。综合考虑凝胶黏度和时间，选择HPAM含量为0.009%进行后续实验。

图1 不同成分调堵剂影响规律

(2) 强化-HASS抗高温主剂含量。由图1b可知，强化-HASS主剂含量增加，主剂分子提供与其他成分产生交联反应的基团，能够产生更多的空间结合位点，形成网状交联结构，且提高胶体最终耐高温性能，成胶黏度在此范围内大幅度增加。终凝时间变化范围不大，表明主剂不能大幅度加速反应进程。综合考虑，选择强化-HASS主剂含量为7%进行后续实验。

(3) 酚类交联剂含量。由图1c可知，酚类交联剂对凝胶时间反相关影响程度较小。含量为2.2%时，酚类交联剂和主剂分子结构上的羟基结构与醛类交联剂共同交互交联程度近似最大，凝胶黏度达到9×104mPa·s，而酚类交联剂含量增加时，醛类交联剂优先与酚类交联剂产生交联反应形成耐温性差的酚醛预缩体结构，导致交互交联反应不能充分进行。综合考虑，选择交联剂含量为2.2%进行后续实验。

(4) 醛类交联剂含量。由图1d可知，醛类交联剂对凝胶黏度的影响区间为2.0×104～18×104mPa·s，对应凝胶时间从22 h降至11 h。结果表明，醛类交联剂对于反应程度及反应速度起到催化作用，当含量大于1.5%时，醛类交联剂对于凝胶时间和凝胶性能的影响规律趋于平稳。综合考虑凝胶黏度和凝胶时间，确定醛类交联剂含量为1.2%。

2.2 地层温度敏感性

实际调剖施工前会对目标井位采取停井或注水降温处理，考虑到蒸汽驱中蒸汽腔的形成，设置敏感性实验温度为120～280℃，考察地层温度敏感性(表1)。

表1 地层温度敏感性

由表1可知，温度为120～240℃时，反应温度与凝胶黏度的变化规律成正比，与凝胶时间成反比关系。反应温度为280℃时，凝胶时间大幅度缩短，但该温度对于HPAM活性及交联反应程度产生消极影响，凝胶黏度仅达到33 797 mPa·s，故最佳反应温度为240℃。

2.3 pH值敏感性

设定反应温度为240℃，分析pH值(范围为5～10)对凝胶时间、凝胶黏度的影响。结果表明，pH值为6～9时，调堵剂凝胶黏度和凝胶时间变化不大，pH值为5时，凝胶黏度仅为2 214 mPa·s，凝胶时间为12 h。当pH值为10时，体系不能凝胶，故该体系的pH值适用范围为6～9。

2.4 碱性水矿化度敏感性

设定反应温度为240℃，分析碱性水矿化度为1 000～10 000 mg/L对凝胶时间、凝胶黏度的影响。实验结果表明，调堵剂在矿化度低于8 000 mg/L时，凝胶黏度仅下降10.32%，凝胶时间在2 h范围内变化。当矿化度高于8 000 mg/L时凝胶黏度出现大幅度下降，10 000 mg/L时凝胶黏度为854 mPa·s。故碱性水矿化度适用上限为8 000 mg/L。

2.5 高温封堵率测定

将填砂管抽真空，饱和水，测孔隙体积和封堵前渗透率，以1 mL/min恒速向填砂管中驱替3倍孔隙体积调剖剂，密封后放入200℃恒温箱中候凝12 h至成胶，考察不同地层温度下，调堵剂对填砂管的封堵率和残余阻力系数RRF，结果见表2。

表2 封堵率、残余阻力系数测试结果

由表2可知，调堵剂具有良好的封堵能力，不同温度地层适应性良好，高温下凝胶封堵率均达93%以上。

2.6 抗高温蒸汽冲刷能力评价

室内以3 mL/min速度模拟注汽井注入蒸汽，实验温度为280℃，模拟砂管气测渗透率为3 538×10-3μm2，蒸汽冲刷填砂管30倍孔隙体积，设置回压为2.4 MPa，冲刷结束后，测定填砂管水相渗透率，计算对比冲刷前后封堵率，结果见表3。

由表3可知，调堵剂蒸汽冲刷15倍孔隙体积，封堵率在88%以上，高速蒸汽冲刷30倍孔隙体积，封堵率下降至71.2%。实验结果表明，调堵剂具有良好的耐冲刷性，但不会“堵死”地层。

表3 调堵剂耐冲刷性数据记录

2.7 热稳定能力评价

按2.5的方法注剂并侯凝，将填砂管置于300℃恒温箱中进行老化实验，规定间隔时间测定渗透率并计算封堵率(图2)。由图2可知，调堵剂高温件下，封堵率从第15 d开始下降，并在第30 d趋于平稳，封堵率仍在90%以上。实验结果表明，调堵剂在未直接接受蒸汽冲刷的高温环境下保留程度大，封堵能力强，有效期长，有良好的高温稳定性。

图2 调堵剂的封堵率随时间的变化

条

2.8 选择性剖面改善能力评价

实验划分不同渗透率极差的岩心实验组，泵入100 mL蒸馏水，测定调剖前后各岩心末端出水量，通过剖面改善率来表征调堵剂对于不同地层条件剖面调整的适用效果，测定及计算结果见表4。

当测定吸水比接近1时，表明层与层之间的剖面越均匀。由表4可知，调堵剂对于渗透率极差较低的低互异性地层剖面改善效果并不明显，但由于其低流动选择性，实际上使剖面得到了最大程度上的调整。渗透率极差越大，调堵剂剖面改善能力越强，渗透率极差为6.92时，高渗层经调剖处理后吸水能力降低，低渗层吸水能力提升了15倍。

表4 不同极差下剖面改善率测定

3 结 论

(1) 体系凝胶影响规律实验表明，该调堵剂体系中，HPAM起到辅助促凝作用，酚类、醛类、强化-HASS主剂之间的配比决定凝胶黏度变化范围，其中强化-HASS主剂含量对于体系耐温性能至关重要，醛类交联剂含量能大幅度影响凝胶时间和凝胶黏度。

(2) 体系在温度为200～240℃时凝胶情况良好，凝胶至少耐温300℃。pH值适用界限分别为5、10，pH值为6～9时成胶黏度变化程度小，碱性水矿化度适用界限为8 000 mg/L。

(3) 240℃下凝胶胶体封堵率能够达到97%左右，胶体耐冲刷性能良好的同时体现出了不会“堵死”地层特性，在90 d、300℃下热稳定性测定封堵率仍达到90%以上。由于调堵剂具有低流动变形性，对于不同渗透率极差的地层具有较强的选择性改善剖面能力。

[1] 赵修太，付敏杰，王增宝，等.稠油热采调堵体系研究进展综述[J].特种油气藏，2013，20(4)：1-4.

[2] 王苹，戴彩丽，由庆，等.抗剪切耐盐无机铝凝胶深部调剖剂研究[J].油气地质与采收率，2013，20(6)：100-103.

[3] 王长久，刘慧卿，郑强，等.稠油油藏蒸汽泡沫调驱物理模拟实验——以吉林油田扶北3区块为例[J].油气地质与采收率，2013，20(5)：76-78，83.

[4] 陈涛平，马凤春，刘金滚，等.非均质稀油油层聚驱后调剖蒸汽驱[J].大庆石油地质与开发，2012，31(1)：134-137.

[5] Meng Q，Wang C，et al.A novel high-temperature gel to control the steam channeling in heavy oil reservoir[C].SPE-170049-MS，2014：10-12.

[6] Cao Y，Liu D，Zhang Z，et al.Steam channeling control in the steam flooding of super heavy oil reservoirs，Shengli Oilfield[J].Petroleum Exploration and Development，2012，39(6)：785-790.

[7] 李兆敏，张东，刘崴挂，等.冻胶泡沫体系选择性控水技术研究与应用[J].特种油气藏，2012，19(4)：1-6.

[8] 张子麟，李希明，王昊，等.硅质树脂封窜调剖体系研制及应用[J].特种油气藏，2014，21(4)：120-122.

[9] 高思远.大庆油田二类油层交联聚合物微球调剖剂性能[J].大庆石油地质与开发，2013，32(4)：112-116.

[10] 李兆敏，刘伟，李松岩，等.多相泡沫体系深部调剖实验研究[J].油气地质与采收率，2012，19(1)：55-58.

[11] 张建华.聚合物凝胶体系在孔隙介质中交联及运移封堵性能研究[J].油气地质与采收率，2012，19(2)：54-56，63.

[12] 尹相文，夏凌燕，刘承杰，等.堵剂井间定位放置深部调剖优化技术及应用[J].特种油气藏，2014，21(2)：141-143.

[13] 王春智，李兆敏，刘伟，等. HDCS 吞吐转蒸汽驱物理模拟研究[J].特种油气藏，2014， 21(4)：93-96.

[14] 杨红斌，蒲春生，李淼，等.自适应弱凝胶调驱性能评价及矿场应用[J].油气地质与采收率，2013，20(6)：83-86.

[15] 刘静，蒲春生，张磊，等.振动辅助凝胶氮气泡沫调驱实验[J].大庆石油地质与开发，2013，32(1)：146-149.

[16] 赵晓非，于庆龙，晏凤，等.有机铬弱凝胶深部调剖体系的研究及性能评价[J].特种油气藏，2013，20(3)：114-117.

[17] 李月胜，张代森，毛源，等.无机微粒交联聚合物凝胶深部封窜调剖剂ZDH的实验评价[J].特种油气藏，2012，19(3)：108-110.

[18] 殷代印，宋欣.低渗透油田周期注水与调剖结合参数优化研究[J].特种油气藏，2013， 20(6)：63-65.

[19] 王树霞，卢祥国，王荣键，等.沈84-安12块调剖剂与驱油剂配伍性实验研究[J].特种油气藏，2009，16(4)：74-78.

[20] 穆金峰.超深稠油油田调剖工艺技术研究与应用[J]. 特种油气藏，2009，16(6)：85-88.

编辑 王 昱

20150202；改回日期：20150330

国家自然科学基金青年基金“气体-多组分颗粒相间作用机理与组分颗粒动力学模型的研究”(51206020)

王春生(1977-)，男，副教授，2000年毕业于东北石油大学石油工程专业，2011年毕业于该校油气井工程专业，获博士学位，现从事复杂流体数值计算及稠油油藏开发研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.024

TE357.46

A

1006-6535(2015)03-0097-04