王 健，吳豐豆，張 慶

(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500)

由于地層非均質(zhì)性及油水流度差異等原因的客觀存在，地層中會(huì)形成水流優(yōu)勢(shì)通道，導(dǎo)致大多數(shù)油田在開采過程中都出現(xiàn)著油井產(chǎn)水，有些油井產(chǎn)水率甚至高達(dá)90%以上［1］。調(diào)剖堵水技術(shù)是油田降低油井產(chǎn)水，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水、提高原油采收率的有效手段［2］，聚合物凝膠在調(diào)堵作業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，但凝膠存在脫水現(xiàn)象，即凝膠體積收縮，影響封堵施工作業(yè)效果［3］。

凝膠在地層孔隙介質(zhì)中長(zhǎng)期存在，引起其脫水的因素多種多樣。目前，有關(guān)凝膠脫水原因的文獻(xiàn)報(bào)道集中在pH值、交聯(lián)劑濃度、聚合物濃度、溫度、礦化度、壓力梯度等因素上［4－5］。

眾所周知，毛細(xì)管現(xiàn)象在生活當(dāng)中普遍存在。凝膠與巖石基質(zhì)孔道接觸后，微小的孔吼通道類似于毛細(xì)管玻璃，在毛管力的作用下無需施加壓力梯度就會(huì)引起凝膠發(fā)生脫水現(xiàn)象，類似于毛細(xì)管自吸水現(xiàn)象［6］。在測(cè)試凝膠性能及預(yù)測(cè)施工效率的時(shí)候，應(yīng)充分考慮巖石基質(zhì)通過自吸水作用對(duì)凝膠脫水的影響，而已有的文獻(xiàn)對(duì)這方面的研究甚少，筆者現(xiàn)從孔隙結(jié)構(gòu)的角度入手，研究其對(duì)凝膠脫水的影響作用。

1 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)藥品和儀器

部分水解聚丙烯酰胺HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量量為25×106，水解度25%;交聯(lián)劑C，自制;促凝劑CN，自制;除氧劑LN，自制;氯化鈉NaCl，分析純，成都市科龍化工試劑廠;毛細(xì)管玻璃(內(nèi)徑分別為:0.1，0.2，0.3，0.5，0.9 mm，長(zhǎng)度均為 100 mm)，華西醫(yī)科大學(xué)儀器廠;電子天平，上海精科天美貿(mào)易有限公司;巖心，自制。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 凝膠配制

HPAM質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，交聯(lián)劑C、促凝劑CN、除氧劑LN質(zhì)量濃度均為100 mg/L，氯化鈉NaCl質(zhì)量濃度為5.0 g/L(鹽水)的100 mL基液，在65℃下反應(yīng)2 d形成凝膠，凝膠含水率在99%以上，按照sydansk凝膠強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)為C級(jí)［7］，65℃的試驗(yàn)溫度下，30 d后強(qiáng)度仍能維持在C級(jí)別，未出現(xiàn)水解現(xiàn)象，穩(wěn)定性良好。

1.2.2 毛細(xì)試驗(yàn)測(cè)試模擬

在實(shí)際工作中，通常把由多個(gè)毛細(xì)管組成的復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)稱為多孔介質(zhì)。試驗(yàn)采用毛細(xì)管玻璃可視化模擬測(cè)試巖石基質(zhì)孔道自吸水現(xiàn)象，內(nèi)徑分別為 0.1、0.2、0.3 mm 的毛細(xì)管玻璃模擬毛細(xì)管孔隙，0.6、0.9 mm的毛細(xì)管玻璃模擬超毛細(xì)管孔隙［8］，受試驗(yàn)條件限制不能模擬微毛細(xì)管孔隙。室內(nèi)條件下采用圖1所示試驗(yàn)裝置，吸水平衡后，測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)徑與凝膠脫水量之間的關(guān)系，并與0.3 mm毛細(xì)管玻璃在普通鹽水中的吸水量比較。

圖1 毛細(xì)管玻璃引起凝膠脫水試驗(yàn)裝置示意

1.2.3 人造巖心模擬

利用不同目數(shù)的砂樣制作巖心，水測(cè)巖心孔隙度［9］，不同巖心參數(shù)見表1。烘干巖心利用圖2所示試驗(yàn)裝置，燒杯中凝膠體積400 mL，稱量吸水前后巖心的質(zhì)量，測(cè)量巖心孔隙度與凝膠脫水量之間的關(guān)系，其中凝膠的脫水量為巖心的質(zhì)量增量與凝膠密度(含水率＞99%，視為1 g/mL)的比值。

表1 巖心參數(shù)

圖2 巖心引起凝膠脫水試驗(yàn)裝置示意

2 結(jié)果及討論

2.1 毛細(xì)管自吸水測(cè)試

毛細(xì)管自吸水測(cè)試結(jié)果見表2，失水率與毛細(xì)管內(nèi)徑的關(guān)系見圖3。

表2 毛細(xì)管自吸水測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3 毛細(xì)管內(nèi)徑與凝膠失水率關(guān)系

從圖3可以看出，凝膠失水率隨毛細(xì)管內(nèi)徑的增大而減小，且遞減幅度隨內(nèi)徑的增大整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。從試驗(yàn)現(xiàn)象中目測(cè)觀察內(nèi)徑越小，毛細(xì)管中液柱上升速度越快，凝膠失水速率越快。相同內(nèi)徑下，毛細(xì)管自吸水現(xiàn)象在鹽水中引起的失水量遠(yuǎn)大于在凝膠體系中的失水量。

2.2 巖心自吸水測(cè)試

巖心自吸水測(cè)試數(shù)據(jù)見表3，測(cè)得的巖心孔隙度與凝膠脫水量之間的關(guān)系見圖4。

表3 巖心自吸水測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4 巖心孔隙度與巖心含水飽和度關(guān)系

巖心的直徑相等，與凝膠的接觸面積相同，排除了接觸面積不同引起的吸水量差異;長(zhǎng)度接近，體積近似相等，巖心制作過程中均勻受壓，因此巖心的孔隙度對(duì)各巖心的孔隙結(jié)構(gòu)具有很好的代表性，孔隙度越低說明巖心的平均孔吼直徑越小，巖心越致密。從圖4可以看出，巖心自吸水作用引起的含水飽和度變化隨巖心孔隙度的增大而減小，說明巖心越致密，平均孔吼直徑越小，自吸水作用越劇烈，引起凝膠發(fā)生脫水現(xiàn)象越嚴(yán)重。

通過模擬毛細(xì)管和巖心試驗(yàn)都觀測(cè)到了鹽水從凝膠中因自吸水作用而析出，試驗(yàn)結(jié)果表明，毛管力足夠引起凝膠發(fā)生脫水作用，這表明凝膠注入封堵層位后會(huì)受到孔隙結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，如孔吼直徑、潤(rùn)濕性、接觸角、界面張力等。因此在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中的凝膠性質(zhì)時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)也是必要的參考因素。

3 結(jié)論

1)毛細(xì)管自吸水現(xiàn)象能夠引起凝膠失水率超過20%，毛細(xì)管力對(duì)凝膠具有明顯的脫水作用;毛細(xì)管自吸水現(xiàn)象對(duì)凝膠的脫水作用較鹽水明顯減小，凝膠具有很好的保水作用。

2)凝膠的脫水作用受周圍巖石基質(zhì)孔道大小的影響，巖石越致密引起凝膠的脫水現(xiàn)象越嚴(yán)重。

3)利用凝膠進(jìn)行調(diào)堵施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)充分考察地層孔隙結(jié)構(gòu)這一影響因素，它對(duì)凝膠的脫水過程是在施工作業(yè)后瞬時(shí)完成的。

［1］蔣炳金，唐海，呂棟梁，等.用相對(duì)滲透率曲線研究薄層底水油藏產(chǎn)水規(guī)律［J］.新疆石油地質(zhì)，2006，27(5):588－590.

［2］扎哈羅夫，伊斯馬吉洛夫，安東諾夫.碳酸鹽巖儲(chǔ)集層注水井裂縫堵水技術(shù)［J］.新疆石油地質(zhì)，2013，34(1):108－110.

［3］韓明，張健，向問陶，等.聚合物凝膠在油藏條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2006，27(1):69－72.

［4］陳鐵龍，侯天江，趙繼寬，等.高礦化度下影響弱凝膠調(diào)驅(qū)劑性能因素的研究［J］.油田化學(xué)，2003，20(4):351 －353.

［5］R S Seright.Gel dehydration during extrusion through fractures［R］.SPE 39957，1998:487－495.

［6］Brattekas B，Haugen A，Graue A，et al.Gel dehydration by spontaneous imbibition of brine from aged polymer gel［R］.SPE 153118，2012.

［7］Laura Romero－ Zeron，Manalo F，Kantzas A.Characterization of crosslinked gel kinetics and gel strength by use of NMR［R］.SPE 86548，2008.

［8］何更生，唐海.油層物理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2011:26.

［9］張宏方，王德民，王立軍.不同類型聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的滲流規(guī)律［J］.新疆石油地質(zhì)，2002，23(5):404 －407.