王 楠，孟祥海，李彥閱，代磊陽，黎 慧，劉 歡

（1.中海石油（中國）有限公司 天津分公司研究院，天津300450；2.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶163318）

在調(diào)剖劑注入到儲層的過程中，一方面受井筒及注入設(shè)備耐壓限制，成膠速度不宜過快，另一方面調(diào)剖劑如果在井筒或管線中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致注入壓力急劇升高，當(dāng)達(dá)到中低滲層啟動壓力后，調(diào)剖劑進(jìn)入中低滲層造成污染，進(jìn)而影響最終調(diào)剖效果[1-3]。延緩交聯(lián)技術(shù)是指調(diào)剖劑交聯(lián)反應(yīng)存在一定的滯后性，在注入管線過程中不交聯(lián)或弱交聯(lián)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時間或儲層深部后，發(fā)生交聯(lián)，黏度提高形成聚合物凍膠，這可以有效提高注入能力、避免過早的發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最終實現(xiàn)深部調(diào)剖效果。但若交聯(lián)延緩時間過長，注入儲層一段時間后還未交聯(lián)，同樣會影響最終封堵效果。因此，對延緩交聯(lián)型調(diào)剖體系進(jìn)行深入研究，具有較好的應(yīng)用前景[4-6]。酚醛凝膠體系主要由聚丙烯酰胺和酚醛類交聯(lián)劑組成，其中，交聯(lián)劑與聚合物分子中的酰胺基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體系。該反應(yīng)在60℃下開始，最佳反應(yīng)溫度在90℃左右，成膠速度緩慢，可作為延緩交聯(lián)調(diào)剖體系[7-9]。但由于酚醛凝膠調(diào)剖劑低溫條件下存在成膠速度慢、成膠強(qiáng)度低等問題，因此，低溫酚醛凝膠體系成為渤海油田低溫區(qū)塊調(diào)剖調(diào)驅(qū)技術(shù)研究重點[10,11]。針對渤海油藏開發(fā)實際需求，開展了低溫延緩交聯(lián)酚醛凝膠成膠性能及影響因素研究，研究成果可為渤海油田低溫低滲區(qū)塊調(diào)剖調(diào)驅(qū)施工提供理論與技術(shù)支撐。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 實驗材料包括聚合物、交聯(lián)劑、助劑和固化劑，聚合物包括乳液聚合物（低溫型DW-R）和干粉聚合物（高溫型GW-A；低溫型SD-201 和DW-B）3 種類型。乳液聚合物有效含量30%，干粉聚合物有效含量88%。交聯(lián)劑為酚醛樹脂類交聯(lián)劑，包括高溫和低溫等兩種類型，有效含量100%。助劑包括高溫和低溫型等兩種，有效含量100%。固化劑為低溫型，有效含量100%。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。實驗用水為渤海油田注入水，水質(zhì)分析見表1。

表1 水質(zhì)分析Tab.1 Water quality analysis

實驗巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造巖心[12-14]，巖心為石英砂環(huán)氧樹脂膠結(jié)人造均質(zhì)方巖心，寬×高×長=4.5cm×4.5cm×30cm，巖心滲透率Kg=300×10-3μm2。

1.1.2 儀器設(shè)備 采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測試聚合物和聚合物凝膠體系黏度，相關(guān)配套儀器設(shè)備包括HJ-6 型多頭磁力攪拌器、電子天平、燒杯、試管和HW-ⅢA 型恒溫箱等。

采用驅(qū)替實驗裝置評價酚醛凝膠調(diào)剖體系巖心內(nèi)成膠效果，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。

1.1.3 實驗步驟

（1）巖心抽真空飽和地層水，模擬水驅(qū)，記錄壓力，計算水測滲透率；

（2）將酚醛凝膠調(diào)剖體系1.2PV 注入巖心，記錄巖心上各個測壓點壓力；

（3）油藏溫度下巖心靜置36h，后續(xù)水驅(qū)4PV～5PV，記錄各個測壓點壓力。

上述實驗過程注入速度0.6mL·min-1，壓力記錄時間間隔30min。

油藏溫度為70℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 酚醛凝膠體系成膠性能及影響因素

2.1.1 聚合物和交聯(lián)劑濃度的影響 采用渤海油田模擬注入水配制聚合物溶液，再加入酚醛樹脂類交聯(lián)劑，混合形成不同凝膠體系，體系編號及配方組成見表2。

表2 凝膠體系編號及配方組成表Tab.2 Gel system number and formula composition table

在實驗溫度70℃條件下，不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系見圖1。

圖1 不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系Fig.1 Relationship between viscosity and time of different gel systems

從表2 和圖1 可以看出，當(dāng)溫度為70℃時，隨時間延長，聚合物（GW-A）與高溫型酚醛交聯(lián)劑混合液黏度保持不變，說明二者在放置10d 內(nèi)未發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)，因此，在該溫度條件下，高溫型酚醛交聯(lián)劑的羥甲基不能與聚合物發(fā)生胺縮合反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)酚醛凝膠。而對于低溫酚醛凝膠體系，其黏度隨著放置時間延長而逐漸增加，隨聚合物和交聯(lián)劑濃度增加，成膠速度增加，成膠黏度上升，成膠強(qiáng)度上升。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合物濃度超過2000mg·L-1后，聚合物DW-B 與交聯(lián)劑反應(yīng)速度較快，4d 后成膠效果較優(yōu)，其次為聚合物SD-201，再次為DW-R。

2.1.2 固化劑濃度的影響 采用渤海油田模擬注入水配制聚合物溶液，再加入酚醛樹脂類交聯(lián)劑和固化劑，混合形成不同凝膠體系，體系編號及配方組成見表3。

表3 凝膠體系編號及配方組成表Tab.3 Gel system number and formula composition table

在實驗溫度70℃條件下，不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系見圖2。

圖2 不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系Fig.2 Relationship between viscosity and time of different gel systems

從表3 和圖2 可以看出，在溫度為70℃和含有助劑條件下，聚合物（GW-A）與高溫型酚醛交聯(lián)劑間仍未發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)。因此，后續(xù)不繼續(xù)做評價。對于低溫酚醛凝膠體系，加入固化劑后成膠速度和成膠強(qiáng)度均有所提高，并且隨固化劑濃度增加，聚合物凝膠體系成膠速度增加，成膠強(qiáng)度增大。在3 種低溫酚醛凝膠體系中，固化劑促使聚合物SD-201和DW-B 酚醛凝膠體系黏度達(dá)到20000mPa·s，DW-R 酚醛凝膠體系黏度達(dá)到15000mPa·s。

2.1.3 助劑濃度的影響 采用渤海油田模擬注入水配制低溫聚合物溶液，再加入低溫酚醛樹脂類交聯(lián)劑、固化劑和助劑，混合形成不同凝膠體系，體系編號及配方組成見表4。

表4 凝膠體系編號及配方組成表Tab.4 Gel system number and formula composition table

在實驗溫度70℃條件下，不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系見圖3。

圖3 不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系Fig.3 Relationship between viscosity and time of different gel systems

從圖3 可以看出，對于低溫酚醛凝膠體系，加入助劑后成膠速度和成膠強(qiáng)度進(jìn)一步提高，隨助劑濃度增加，聚合物凝膠體系成膠速度增加，成膠強(qiáng)度增大。分析發(fā)現(xiàn)，聚合物SD-201 和DW-B 配制酚醛凝膠體系初始成膠時間為3h，聚合物GW-R 凝膠體系成膠時間為6h?？紤]到目標(biāo)儲層溫度情況，在聚合物SD-201 和DW-B 凝膠體系中不宜添加助劑，乳液聚合物DW-R 凝膠體系可以通過添加助劑來提高反應(yīng)速度和凝膠強(qiáng)度。推薦干粉聚合物SD-201/DW-B 酚醛凝膠體系組成：3000mg·L-1聚合物+3000mg·L-1交聯(lián)劑+3000mg·L-1固化劑；乳液聚合物DW-R 酚醛凝膠體系組成：3000mg·L-1聚合物+3000mg·L-1交 聯(lián) 劑+3000mg·L-1固 化 劑+300 ～500mg·L-1助劑。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，對于干粉型聚合物凝膠成膠效果主要取決于酚醛交聯(lián)劑、固化劑和助劑類型，與聚合物類型關(guān)聯(lián)性不大。后續(xù)選擇干粉聚合物SD-201 和乳液聚合物DW-R 開展后續(xù)實驗。

2.1.4 老化作用的影響 采用渤海油田模擬注入水配制聚合物（SD-201 和DW-R）溶液，加入低溫型酚醛樹脂類交聯(lián)劑、固化劑或助劑，混合形成不同凝膠體系，置于溫度為70℃恒溫箱中，定期測試其黏度。老化時間對凝膠體系黏度影響見圖4。

從圖4 可以看出，當(dāng)放置時間達(dá)到90d 后，2 種酚醛凝膠仍然保持較高的黏度，說明均具有較好的穩(wěn)定性能。

圖4 不同凝膠體系黏度與時間關(guān)系Fig.4 Relationship between viscosity and time of different gel systems

2.2 巖心多孔介質(zhì)內(nèi)成膠效果

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：“3000mg·L-1”SD-201“聚合物+3000mg·L-1交聯(lián)劑+3000mg·L-1固化劑，體系Ⅱ：3000mg·L-1”DW-R“聚合物+3000mg·L-1交聯(lián)劑+3000mg·L-1固化劑+300mg·L-1助劑”），將其注入均質(zhì)方巖心中開展巖心內(nèi)成膠效果實驗。阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率測試結(jié)果見表5，實驗過程中注入壓力見圖5。

表5 阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)和封堵率Tab.5 Resistance coefficient, residual resistance coefficient and plugging rate

圖5 注入壓力與PV 數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship between injection pressure and PV number

從表5 和圖5 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”相比較，“體系Ⅰ”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。機(jī)理分析認(rèn)為，當(dāng)調(diào)剖劑與水接觸后，其分子聚集體吸水膨脹，致使凝膠在多孔介質(zhì)內(nèi)滯留作用增強(qiáng)，獲得了良好成膠效果。

3 結(jié)論

（1）針對目標(biāo)儲層溫度情況，以及延緩交聯(lián)型調(diào)剖體系要求，通過向聚合物和交聯(lián)劑中添加固化劑和助劑來提高酚醛凝膠成膠速度和成膠強(qiáng)度。

（2）推薦聚合物凝膠“體系Ⅰ”為“3000mg·L-1聚合物+3000mg·L-1交聯(lián)劑+3000mg·L-1固化劑”，其中聚合物為聚合物SD-201；“體系Ⅱ”為“3000mg·L-1聚合物+3000mg·L-1交聯(lián)劑+3000mg·L-1固化劑300mg·L”，其中聚合物為聚合物DW-R。

（3）當(dāng)巖心滲透率Kg=300×10-3μm2時，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。