廖月敏，付美龍，楊松林

(1.長江大學，湖北 武漢 430100；2.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

中、低溫油田堵水調剖劑的研究早在20世紀50年代就已開始，相關技術經過幾十年研究發(fā)展已基本成熟[1]。然而，現(xiàn)有的凝膠堵水調剖體系在高溫高鹽油田的應用效果較差[2-8]，其主要原因在于：地層環(huán)境惡劣，高溫環(huán)境會使凝膠類物質更易水解，導致其穩(wěn)定性變差，礦化度高時部分凝膠黏度會大幅下降甚至產生沉淀[9-10]；出水層位難確定，油田歷經多年開發(fā)，水流沖刷使得油藏中的裂縫既是水竄通道，也是油流的主要通道，采用非選擇性堵劑往往會堵死儲層而影響開發(fā)[11-12]；油水關系復雜，水驅開采后的剩余油分散且隱蔽，一般多集中在水流難以波及到的低滲區(qū)域[13-17]。上述地質及開發(fā)上的矛盾，對選擇性凝膠堵水調剖劑的研究造成了很多困難。針對以上問題，研究了一種耐溫抗鹽的選擇性凝膠堵水調剖劑，并在現(xiàn)場調剖施工中取得了較好的降水增油效果。

1 耐溫抗鹽凝膠堵水調剖劑配方優(yōu)選

1.1 AM/AMPS聚合物用量優(yōu)選

與常規(guī)HPAM凝膠體系相比，丙烯酰胺共聚物AM/AMPS(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)具有更好的耐溫抗鹽性能，因此，選擇AM/AMPS為凝膠主劑。交聯(lián)劑烏洛托品-對苯二酚用量為0.1%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察不同AM/AMPS用量對凝膠強度和脫水率(30 d)的影響(圖1)。

圖1 AM/AMPS質量分數(shù)對凝膠強度和脫水率的影響

由圖1可知，隨著AM/AMPS質量分數(shù)增加，凝膠強度逐漸增強，脫水率逐漸下降。由于增大了主劑用量，參與交聯(lián)反應的基團增加，增大了交聯(lián)程度，因此，生成的凝膠網狀結構更致密[18-19]。當主劑質量分數(shù)為1.0%時，凝膠已經具有較低脫水率和較高強度?？紤]經濟性，選擇凝膠堵水調剖劑中的AM/AMPS質量分數(shù)為1.0%。

1.2 交聯(lián)劑用量優(yōu)選

目前常用的酚醛交聯(lián)體系中，苯酚對環(huán)境和儲層的破壞性都較大，故選用烏洛托品-對苯二酚這種毒性較低的替代組合作為交聯(lián)劑[20-21]。選取AM/AMPS用量為1.0%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察不同交聯(lián)劑用量對凝膠強度和脫水率(30 d)的影響(圖2)。

圖2 交聯(lián)劑質量分數(shù)對凝膠強度和脫水率的影響

由圖2可知，隨著交聯(lián)劑質量分數(shù)的增加，凝膠脫水率先下降后上升，凝膠強度逐漸增加。若交聯(lián)劑質量分數(shù)小于0.1%時，凝膠交聯(lián)程度較低，持水性較差；當交聯(lián)劑質量分數(shù)為0.1%時，凝膠充分交聯(lián)，體系脫水率最低；繼續(xù)增大交聯(lián)劑用量，脫水率大幅上升，此時凝膠過度交聯(lián)，反而影響了凝膠的長期穩(wěn)定性[22-25]。綜合考慮凝膠脫水率和凝膠強度因素，選擇交聯(lián)劑烏洛托品-對苯二酚的質量分數(shù)為0.1%。

1.3 穩(wěn)定劑用量優(yōu)選

為了提高凝膠堵水調剖劑在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性，在凝膠堵水調剖劑中加入穩(wěn)定劑PA纖維，親水的PA纖維均勻分散于凝膠中，增強凝膠網狀結構的致密性，提高凝膠持水能力，延長凝膠在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定時間。

選取主劑AM/AMPS用量為1.0%，交聯(lián)劑烏洛托品-對苯二酚用量為0.1%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察穩(wěn)定劑用量對凝膠脫水率的影響(圖3)。

圖3穩(wěn)定劑P纖維質量分數(shù)對凝膠脫水率的影響

由圖3可知：隨PA用量增加，脫水率總體上呈下降趨勢；當PA纖維質量分數(shù)達到0.5%后，繼續(xù)增加PA纖維的用量，凝膠體系在30 d時均不脫水，凝膠體系的120 d脫水率有小幅上升趨勢。在配制凝膠堵水調剖劑過程中，當PA纖維的質量分數(shù)大于0.5%后，纖維在水中的分散性會變差，易聚結成團，無法均勻分散在成膠液中，影響凝膠體系的交聯(lián)，導致穩(wěn)定性變差。因此，選擇穩(wěn)定劑PA纖維的質量分數(shù)為0.5%。

2 凝膠堵水調剖劑性能評價

2.1 耐溫性

將配制好的凝膠體系分別置于90～150 ℃的高溫烘箱中，考察溫度對凝膠成膠強度和脫水率(120 d)的影響(圖4)。

圖4 溫度對成膠時間、凝膠強度和脫水率的影響

由圖4可知：該凝膠體系耐高溫性能良好，隨溫度升高，凝膠強度大幅升高，成膠時間縮短，120 d脫水率前期基本無變化，后期有所升高；當溫度不超過140 ℃時，凝膠的120 d脫水率低于2%，凝膠強度依然大于0.05 MPa。該體系通過烏洛托品-對苯二酚交聯(lián)生成的共價鍵發(fā)生在酰胺基與聚合物骨架之間，通過共價鍵交聯(lián)的方式可顯著提高凝膠耐溫能力[26-27]；同時，交聯(lián)而成的致密聚合物網狀結構可提高凝膠體系穩(wěn)定性，延長體系出現(xiàn)破膠脫水的時間[28]。

2.2 抗鹽性

將配制好的凝膠體系置于140 ℃不同礦化度的模擬地層水環(huán)境中成膠，考察礦化度對凝膠體系成膠強度(由目測代碼法表征)和脫水率的影響(表1)。

表1 礦化度對凝膠的影響

由表1可知，隨著礦化度升高，凝膠成膠時間縮短，凝膠強度幾乎沒有變化，120 d脫水率上升。這主要是由于AM/AMPS共聚物中的單體體積較大，增大了分子的空間位阻，從而保護了聚合物主鏈，抑制酰胺基的水解，聚合物的耐鹽性能得以提高[29-30]；AMPS中的磺酸基團也使凝膠具有更好的抗鈣性，降低了凝膠脫水量[31-32]。在實驗考察的礦化度區(qū)間，凝膠體系的120 d脫水率均小于3.0%，表明該凝膠在高礦化度條件下具有良好穩(wěn)定性。

2.3 油水選擇性封堵評價實驗

2.3.1 堵水率

向飽和自配地層水的巖心中反向注入凝膠堵水調劑體系，在140 ℃條件下成膠后，用自配地層水進行正向驅替，驅替速度為0.05 mL/min。實驗結果見表2。

表2 巖心水驅實驗結果

由表2可知，凝膠封堵后，巖心水相滲透率大幅降低，堵水性能良好，封堵率均在99.70%以上。當成膠液注入巖心后，液體聚集滯留于巖心孔喉處。在140 ℃環(huán)境中，凝膠交聯(lián)成復雜互穿多次級網狀結構，將水束縛在凝膠內，形成高強度的黏彈體，整體充填在裂縫中。注水時，凝膠在裂縫中滯留，增大了水的滲流阻力[33-34]，水相滲透率大幅下降，達到封堵水層的目的。

2.3.2 堵油率

向飽和原油的巖心中反向注入凝膠體系，在140 ℃中成膠后，用原油進行正向驅替。驅替速度為0.05 mL/min，實驗結果見表3。

表3 巖心油驅實驗結果

由表3可知，凝膠封堵后，巖心油相滲透率下降幅度較小，堵油率小于6.00%。由于凝膠結構的表面含有大量的親水基團，當浸泡在油中，凝膠會出現(xiàn)蜷縮現(xiàn)象，而油會占據(jù)凝膠蜷縮時出現(xiàn)的空間。驅替時，凝膠在裂縫中更易被油流驅替，因此，油相滲透率下降較少，堵油率較低[35]。

結合堵水率和堵油率實驗，認為該凝膠體系具有優(yōu)良的選擇性堵水效果，成膠后主要封堵水層，對油層基本不封堵，有利于現(xiàn)場應用。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 試驗概況

A42井位于AT油田4區(qū)西部，地層溫度為130 ℃，地層水礦化度為22×104mg/L，油藏底部與底水聯(lián)通，地層能量較豐富。該井自投產以來，自噴高含水生產，含水平均為52%，開采1 a后，原油含水上升至87%。期間經過2次堵水，效果有限，含水率迅速上升至90%以上。轉注后，對應受效油井為B65井和B48井。

3.2 施工工藝

2017年9月，開始對A42井進行調剖施工，在5 438.5～5 546.0 m井段進行了加砂調剖施工，注入井筒總液量為880 m3。最高施工泵壓為76.4 MPa，最高施工排量為5.9 m3/min。

為保證施工效果，采取段塞式注入工藝進行調剖。施工前期首先進行試注，油田砂進入地層后，泵壓沒有明顯上升。從小型壓裂測試看，砂比為25%的油田砂可被AM/AMPS凝膠調剖液攜入地層。第1段塞正擠胍膠前置液100 m3。第2段塞正擠AM/AMPS體系共計410 m3，作為調剖液，該階段按10%、15%、20%砂比分階段加入陶粒，20%砂比的陶粒進入地層后泵壓快速上升約10 MPa，有脫砂砂堵的跡象，及時停砂頂替。第3段塞加入陶粒與覆膜砂混合體系進行封口。

3.3 施工效果分析

完成調剖施工后，2017年12月在A42井進行溫度測井，測井資料顯示：主吸水層厚度占總吸水厚度的百分比由施工前的61%升至70%，液流出現(xiàn)明顯轉向，吸水層變厚，波及體積增大；A42井日注水為600 m3/d，注入壓力由施工前3.5 MPa降至2.5 MPa，注水井吸水能力上升，油層動用狀況得到改善；對應油井B65井和B48井產液量增加，含水率比施工前均有不同幅度的下降，油井含水上升趨勢得到控制，吸水優(yōu)勢通道得到有效封堵；單井日產油增加，產量提高(表4)。

表4 生產數(shù)據(jù)分析

4 結 論

(1) 針對AT油田高溫高鹽的復雜環(huán)境，所研究的凝膠體系具有良好的耐溫性和長期熱穩(wěn)定性，在不超過140 ℃時，凝膠成膠時間大于15 h，120 d脫水率低于2%，凝膠強度依然保持在G級，同時還具有良好的耐鹽性。凝膠體系耐溫抗鹽性均可以滿足AT油田現(xiàn)場堵調需求。

(2) AM/AMPS凝膠體系封堵效果良好，堵水率達到99.70%以上，堵油率小于6.00%，可以達到選擇性封堵水層而不堵塞油層的目的，有利于現(xiàn)場施工應用。

(3) 現(xiàn)場施工結果表明，采用分段式段塞注入AM/AMPS凝膠體系進行調剖施工后，吸水層增厚，波及體積增大，產液量增加，含水率降低，取得了較好的增油效果。