宮兆波，羅強(qiáng)，扎克堅(jiān) （中石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 841000）

羅躍，顏學(xué)敏 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

有機(jī)酚醛聚合物凝膠深部調(diào)驅(qū)體系孔滲適應(yīng)性研究

宮兆波，羅強(qiáng)，扎克堅(jiān) （中石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 841000）

羅躍，顏學(xué)敏 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

聚合物凝膠體系在地層中的滲流及封堵特性對(duì)深部調(diào)驅(qū)效果具有重要的影響。利用長(zhǎng)填砂管驅(qū)替物模試驗(yàn)，研究了有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系在不同滲透率填砂管中的注入特性、滲流行為和封堵性能，結(jié)果表明有機(jī)酚醛聚合物體系是一種注入性和流動(dòng)性均較好的凝膠體系。通過(guò)對(duì)有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系在長(zhǎng)填砂管中的封堵特性和滲流參數(shù)結(jié)果分析，確定了有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系組分質(zhì)量濃度與3種地層滲透率的匹配關(guān)系。最后通過(guò)室內(nèi)驅(qū)油物模試驗(yàn)，對(duì)凝膠體系與滲透率的匹配關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。

有機(jī)酚醛聚合物凝膠；滲透率；匹配性；調(diào)驅(qū)體系

在油田進(jìn)入高含水期開(kāi)發(fā)階段后，為了進(jìn)一步提高原油采出程度，一方面要想辦法優(yōu)化注水來(lái)提高注入水波及體積，另一方面可以通過(guò) “2＋3”的方法，在擴(kuò)大波及體積的同時(shí)提高驅(qū)油效率，即深部調(diào)驅(qū)技術(shù)［1，2］。盡管深部調(diào)驅(qū)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，無(wú)論是室內(nèi)研究還是礦場(chǎng)實(shí)踐都取得了較大的進(jìn)展［3］，然而有關(guān)凝膠強(qiáng)度與地層孔滲結(jié)構(gòu)適應(yīng)性研究的報(bào)道很少。在油藏深部調(diào)驅(qū)過(guò)程中，聚合物凝膠的強(qiáng)度設(shè)計(jì)必須與油藏的滲流通道具有較好的匹配性。如果凝膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)高，容易在近井地帶形成強(qiáng)封堵，導(dǎo)致后續(xù)的注入水突破或繞流回原高滲層；如果凝膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)對(duì)油藏中存在的高滲通道不能形成有效封堵，達(dá)不到調(diào)整吸水剖面的目的。鑒于此，開(kāi)展凝膠強(qiáng)度與地層孔滲結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的研究很有必要。筆者選擇了不同強(qiáng)度的有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系，考察了其在不同滲透率填砂管中的注入性、流動(dòng)性和封堵特性，并研究了其與地層孔滲的匹配關(guān)系。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)藥品

抗鹽型聚合物KY（北京恒聚產(chǎn)，平均相對(duì)分子質(zhì)量2500×104）；有機(jī)酚醛交聯(lián)劑JL-2（自主研制）；模擬地層水 （礦化度為10000mg／L，鈣鎂離子質(zhì)量濃度100mg／L）；油樣 （克拉瑪依油田七中區(qū)八道灣組油藏原油）。

1.2 長(zhǎng)填砂管物模試驗(yàn)

圖1 長(zhǎng)填砂管驅(qū)替裝置示意圖

2）試驗(yàn)步驟 ①長(zhǎng)填砂管的制作，選擇不同粒徑的石英砂，按不同比例混合后，采用邊填邊壓的方式制作某一特定滲透率的長(zhǎng)填砂管模型。②測(cè)水相滲透率，首先飽和模擬地層水，然后以1mL／min速度注水，直至水驅(qū)壓力平穩(wěn)，在30℃恒溫5h。③注有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系，采用雙液法注入 （聚合物的注入速度為0.8mL／min，交聯(lián)劑的注入速度為0.2mL／min），有機(jī)酚醛體系溶液1PV；然后置于30℃候凝7d。④水驅(qū)，以1mL／min速度注水，直至流量和壓力平穩(wěn)，記錄不同階段長(zhǎng)填砂管中各測(cè)壓點(diǎn)的壓力變化曲線，并計(jì)算長(zhǎng)填砂管各段的阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)及封堵率。

1.3 填砂管驅(qū)替試驗(yàn)

2）試驗(yàn)步驟 ①填砂管的制作，選擇不同粒徑的石英砂，按不同比例混合后，制成一定滲透率的填砂管模型，稱干重。②測(cè)水相滲透率，首先飽和模擬地層水，然后以1mL／min速度注水，直至水驅(qū)壓力平穩(wěn)，在30℃恒溫5h；記錄壓力和流量；稱濕重。③含油飽和度，以1mL／min速度注入模擬油，直至不出水為止；記錄出水量，計(jì)算含油飽和度。④水驅(qū)油，以1mL／min速度注水，直至驅(qū)出液含水98%；記錄出油量、壓力和流量，并計(jì)算水驅(qū)效率。⑤注有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系，采用雙液法注入（聚合物的注入速度為0.8mL／min，交聯(lián)劑的注入速度為0.2mL／min，注入有機(jī)酚醛體系溶液1PV；記錄出油量、壓力和流量；計(jì)算驅(qū)油效率；然后置于30℃候凝7d。⑥水驅(qū)油，以1mL／min速度注水，直至驅(qū)出液含水98%；記錄出油量、壓力和流量；計(jì)算殘余阻力系數(shù)、封堵率及驅(qū)油效率。

2 凝膠體系在填砂管中的流動(dòng)特性

2.1 凝膠體系 （調(diào)剖劑）的確定

設(shè)計(jì)了3種不同強(qiáng)度的有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系，凝膠體系的成膠情況如表1所示。

表1 3種凝膠配方的成膠情況

2.2 凝膠體系在不同滲透率條件下的流動(dòng)特性

通過(guò)一系列的長(zhǎng)填砂管物模試驗(yàn)考察了3種凝膠配方的凝膠體系在滲透率分別為3.0、1.0、0.5D填砂管中的運(yùn)移情況。圖2為中強(qiáng)凝膠體系驅(qū)替過(guò)程壓力變化曲線。可以看出，對(duì)于中強(qiáng)凝膠體系在不同滲透率填砂管中壓力的變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)出隨著凝膠溶液體系的注入，p1、p2、p3和p4壓力值依次小幅上升，說(shuō)明凝膠溶液在填砂管中不斷往前推進(jìn)，從各點(diǎn)壓力的上升值可以發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酚醛聚合物凝膠溶液注入性良好，沒(méi)有出現(xiàn)端面效應(yīng)，這可能與其成膠時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)有機(jī)酚醛體系溶液注入量達(dá)到1PV后，候凝7d成膠。后續(xù)水驅(qū)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)p1、p2、p3和p4壓力值依次上升，說(shuō)明后續(xù)的水驅(qū)過(guò)程可以推動(dòng)凝膠向前運(yùn)移。需要注意的是，當(dāng)后續(xù)水驅(qū)約25h時(shí)，p3、p4壓力值略有下降，最后趨于平穩(wěn)?？赡艿脑蚴呛罄m(xù)水驅(qū)過(guò)程將凝膠推向填砂管后端，部分凝膠被驅(qū)替出填砂管。這說(shuō)明有機(jī)酚醛聚合物凝膠成膠后具有較好的流動(dòng)性，在后續(xù)水驅(qū)的作用下，可以運(yùn)移到地層深部形成封堵，起到深部液流轉(zhuǎn)向的作用。

有機(jī)酚醛聚合物凝膠在填砂管中的運(yùn)移過(guò)程可能具有如下的規(guī)律，后續(xù)水驅(qū)過(guò)程產(chǎn)生的驅(qū)替壓力、剪切應(yīng)力與拉伸應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致有機(jī)酚醛聚合物凝膠的膠團(tuán)發(fā)生形變，或者破碎成更小尺寸的小顆粒凝膠，這些變形的膠團(tuán)或小顆粒凝膠會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)移，在地層深部遇到較小的孔喉或壓力較小的部位，形成有效的封堵。在后續(xù)注入水的持續(xù)注入過(guò)程中，某些小顆粒凝膠會(huì)繼續(xù)發(fā)生形變或破碎，繼續(xù)向前運(yùn)移，在地層深部更次一級(jí)的孔喉處或壓力更小的地方形成封堵，直至后續(xù)注水壓力無(wú)法推動(dòng)它為止，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)［4］。當(dāng)凝膠強(qiáng)度與地層孔滲匹配性較好時(shí)，凝膠能夠通過(guò)這種運(yùn)移模式在地層深部形成有效封堵。凝膠在填砂管中的這種流動(dòng)方式是理想的一種運(yùn)移模式，不僅可以到達(dá)地層深部封堵高滲層，同時(shí)可以起到驅(qū)油的作用。需要指出的是在注入凝膠配方相同時(shí)，滲透率越大，有效封堵率越低，后續(xù)水驅(qū)壓力越低。此外，對(duì)于弱凝膠和強(qiáng)凝膠體系在不同滲透率的填砂管中的運(yùn)移情況與中強(qiáng)凝膠體系的情況類(lèi)似。這說(shuō)明有機(jī)酚醛聚合物體系是一種注入性和流動(dòng)性均較好的凝膠體系。

2.3 凝膠體系在填砂管不同位置的封堵行為

通過(guò)上述的長(zhǎng)填砂管物模試驗(yàn)還考察了填砂管滲透率分別為3.0、1.0、0.5D時(shí)，3種配方的凝膠體系對(duì)長(zhǎng)填砂管中各小段的封堵情況，結(jié)果見(jiàn)表2和圖3、4。

從表2可以看出，對(duì)于弱凝膠體系，其滲透率為0.5D的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達(dá)到98.89%以上，而滲透率為1、3D的填砂管后端封堵率相對(duì)較低；對(duì)于中強(qiáng)凝膠體系，其滲透率為0.5和1D的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達(dá)到98.92%以上，而對(duì)滲透率為3D的填砂管后端封堵率相對(duì)較低；對(duì)于強(qiáng)凝膠體系，3種滲透率的填砂管各小段的封堵率均較高，可以達(dá)到98.88%以上。

從圖3可以看出，聚合物凝膠體系注入后，長(zhǎng)填砂管內(nèi)中各小段的阻力系數(shù)相差不大，說(shuō)明聚合物凝膠溶液整體改善油水流度比的能力較好。殘余阻力系數(shù)可以反映凝膠溶液降低孔隙介質(zhì)滲透率的能力，從圖4可以看出，對(duì)于弱凝膠體系，3種滲透率條件下長(zhǎng)填砂管內(nèi)各小段的殘余阻力系數(shù)呈現(xiàn)出如下規(guī)律，當(dāng)填砂管內(nèi)滲透率為0.5D時(shí)，長(zhǎng)填砂管各小段都具有較高的殘余阻力系數(shù)，這說(shuō)明有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系成膠后對(duì)填砂管的各個(gè)部分都能形成有效的封堵；當(dāng)填砂管內(nèi)滲透率為1D時(shí)，長(zhǎng)填砂管第3、4段殘余阻力系數(shù)相對(duì)降低，說(shuō)明凝膠在后端的封堵效果相對(duì)變差；當(dāng)填砂管內(nèi)滲透率為3D時(shí)，長(zhǎng)填砂管中各小段的殘余阻力系數(shù)明顯下降，說(shuō)明在該滲透率下，弱凝膠體系不能形成有效封堵。對(duì)于中強(qiáng)凝膠體系，3種滲透率條件下長(zhǎng)填砂管內(nèi)各小段的殘余阻力系數(shù)也具有與弱凝膠體系有類(lèi)似的規(guī)律，當(dāng)填砂管內(nèi)滲透率為0.5D和1D時(shí)，各小段都具有較高的殘余阻力系數(shù)，這說(shuō)明中強(qiáng)凝膠體系對(duì)整個(gè)填砂管都能形成有效的封堵，而當(dāng)填砂管內(nèi)滲透率為3D時(shí)，長(zhǎng)填砂管的第3、4段殘余阻力系數(shù)與第1、2段相比明顯降低，說(shuō)明凝膠對(duì)填砂管后端的封堵效果差。強(qiáng)凝膠體系對(duì)3種滲透率的填砂管各段封堵效果都很好；在3種滲透率的填砂管中，各小段都能保持較高的殘余阻力系數(shù)，說(shuō)明成膠后的凝膠能夠運(yùn)移到填砂管后端并有很好的封堵能力。

圖2 中強(qiáng)凝膠體系驅(qū)替過(guò)程壓力變化曲線

表2 凝膠體系對(duì)填砂管各小段滲透率的改善情況及封堵率

圖3 凝膠在不同滲透率填砂管各小段的阻力系數(shù)

圖4 凝膠在不同滲透率填砂管各小段的殘余阻力系數(shù)

對(duì)3種強(qiáng)度的凝膠在不同滲透率填砂管中的注入特性、流動(dòng)特性和封堵特性的分析可以得出，當(dāng)滲透率為0.5D時(shí)，3種強(qiáng)度的有機(jī)酚醛聚合物凝膠溶液均具有良好的注入性，成膠后均具有較好的流動(dòng)性，并能夠運(yùn)移到長(zhǎng)填砂管后端形成有效的封堵。從控制注入壓力和降低投入成本的角度出發(fā)，選擇弱凝膠體系可以達(dá)到深部調(diào)剖的效果；當(dāng)滲透率為1D時(shí)，3種強(qiáng)度的有機(jī)酚醛聚合物凝膠溶液均具有良好的注入性和流動(dòng)性，而弱凝膠體系不能在填砂管后端形成有效封堵，同樣基于注入性和成本的考慮，應(yīng)選擇中強(qiáng)凝膠體系；當(dāng)滲透率為3D時(shí)，強(qiáng)凝膠體系能同時(shí)滿足良好注入性、流動(dòng)性及對(duì)填砂管深部封堵性能的要求。

3 酚醛凝膠體系調(diào)驅(qū)效果

通過(guò)一系列填砂管驅(qū)替試驗(yàn)考察不同強(qiáng)度的調(diào)驅(qū)劑對(duì)不同滲透率填砂管的調(diào)驅(qū)效果，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 驅(qū)油模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

有機(jī)酚醛聚合物凝膠溶液注入過(guò)程中，由于聚合物溶液的黏彈性作用，其流經(jīng)孔隙盲端和喉道時(shí)，可以將部分殘余油變?yōu)榭蓜?dòng)油，聚合物濃度越高，其初始黏度越大，驅(qū)替效果也越好［5］；當(dāng)有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系通過(guò)候凝成膠后，在后續(xù)注水的作用下可以向前運(yùn)移，在繼續(xù)驅(qū)替殘余油的同時(shí)，進(jìn)入地層深部形成有效封堵，有效調(diào)整了吸水剖面、提高了波及體積。

從表3中可以看出，對(duì)于滲透率為3D左右的填砂管，分別注入3種強(qiáng)度的凝膠配方，凝膠強(qiáng)度越高，采收率提高幅度越大；而對(duì)于滲透率為1D左右的填砂管，也有類(lèi)似的規(guī)律，相比弱凝膠體系，注入中強(qiáng)凝膠體系總采收率提高了2.14%，但進(jìn)一步提高聚合物濃度，采用強(qiáng)凝膠體系，總采收率增幅不大；對(duì)于滲透率為0.5D左右的填砂管，3種強(qiáng)度配方對(duì)采收率提高的貢獻(xiàn)相差不大。因此，可以推斷在深部調(diào)驅(qū)過(guò)程中，在保證注入性和流動(dòng)性的前提下，聚合物凝膠的強(qiáng)度存在一最佳點(diǎn)，進(jìn)一步增加強(qiáng)度對(duì)提高采收率的影響不大。

4 結(jié)論

有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系具有很好的注入性、在地層中的流動(dòng)能力及對(duì)高滲通道的封堵效果，作為深部調(diào)驅(qū)體系可以有效提高采收率。

1）有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系在地層中能夠很好地運(yùn)移至地層深部，在流動(dòng)過(guò)程中不斷封堵高滲透區(qū)使液流轉(zhuǎn)向。其封堵性能與凝膠強(qiáng)度密切相關(guān)，存在凝膠強(qiáng)度與滲透率的匹配性問(wèn)題。

2）得到了凝膠強(qiáng)度與填砂管滲透率的匹配關(guān)系，強(qiáng)凝膠在滲透率為3D的填砂管、中強(qiáng)凝膠在滲透率為1D的填砂管、弱凝膠在滲透率為0.5D的填砂管中具有最好的注入性、運(yùn)移性和封堵性，匹配效果最佳。

3）有機(jī)酚醛聚合物凝膠體系的調(diào)驅(qū)效果與填砂管滲透率和凝膠強(qiáng)度的匹配性結(jié)果具有較好的一致性。

［1］韓大匡 .深度開(kāi)發(fā)高含水油田提高采收率問(wèn)題的探討 ［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1995，22（5）：47～55.

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［3］熊生春，王業(yè)飛，趙福麟，等 .孤島油田聚合物驅(qū)后提高采收率實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.斷塊油氣田，2005，12（3）：38～40.

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［編輯］ 帥群

Porosity and Permeability Adaptability of Organic Phenolic Polymer Gel for Deep Profile Control System

GONG Zhaobo，LUO Qiang，ZA Kejian，LUO Yue，YAN Xuem in (First Author's Address:Institute of Experiment Testing，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay 841000，Xinjiang，China)

Seepage behavior and p lugging characteristics of polymer gel in the formation had important effect on deep profile control and oil disp lacement.The polymer injection characteristics，seepage behavior and plugging performance of organic phenolic polymer gel in the sand filling tubeswith different permeability rate were investigated by using physicalmodel of long sand filling tube for displacement.Resultsshow that the organic phenolic polymer system is a gel system with better injection property and liquidity.The sealing characteristics and seepage parameter results of organic phenolic polymer gel in long sand filling tube are analyzed，and three kinds ofmatching relationships of the formation permeability with themass concentration of organic phenolic gel system are determined.The matching relations between the gel system and the permeability are verified by displacementmodel of laboratory experiments.

organic phenolic polymer gel;permeability;matching property;profile control system

TE357.46

A

1000-9752（2014）05-0136-05

2013-12-28

中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目 （2013D-5006-0405）。

宮兆波 （1975-），男，1998年大學(xué)畢業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油田提高采收率工作。