鄧學(xué)峰 魏開鵬 方 群

中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院, 河南 鄭州 450006

0 前言

調(diào)剖技術(shù)是注水油藏開發(fā)中常采用的有效方法和工藝技術(shù),凍膠已經(jīng)成為裂縫性油藏深部封堵[1-13]的主要堵劑,但目前對(duì)裂縫內(nèi)凍膠的封堵效果[14-20]和突破特征的認(rèn)識(shí)還很不足。本文通過室內(nèi)裂縫可視化模型,研究了凍膠堵劑對(duì)裂縫的封堵效果和被注入水突破的特征,明確了凍膠封堵裂縫的適應(yīng)性和提高封堵效果的關(guān)鍵。

1 凍膠封堵裂縫效果的實(shí)驗(yàn)研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)方法和流程

將凍膠注入裂縫模型中,完全填充裂縫并密封注采端口后,將模型置于恒溫水浴中至凍膠完全成膠。將裂縫模型聯(lián)入驅(qū)替系統(tǒng),注入水頂替裂縫中凍膠,觀察凍膠被注入水突破的過程,具體實(shí)驗(yàn)流程如下。

1)按比例配制成膠液,0.5%HPAM+0.5%水溶性酚醛樹脂+0.2%氯化銨,并在真空環(huán)境下攪拌2 h以除去溶解的空氣。

2)利用Hamilton氣密注射器將成膠液注入裂縫模型中,關(guān)閉模型入口端、出口端處的堵頭,并將模型放置在水浴中老化至凍膠成膠。

3)模型取出后冷卻至室溫,并通過聚四氟乙烯管線將裂縫模型與Flow EZ微量氣泵相連。

4)利用胭脂紅染色劑將注入水染成紅色,并通過氣壓泵注入模型中。設(shè)置升壓速率恒定為0.1 kPa/s,染色鹽水在氣壓作用下被泵入裂縫模型中。

5)染色鹽水突破凍膠的過程由數(shù)碼相機(jī)拍攝記錄,并通過壓力傳感器記錄突破過程中的壓差,其中壓力傳感器測(cè)得的最高壓差為突破壓力。

1.2 材料與儀器

ME403電子天平,梅特勒—托利多公司;JJ-3 A六連數(shù)顯電動(dòng)攪拌器,江蘇金怡儀器科技有限公司;恒溫水浴鍋,常州申光儀器有限公司;驅(qū)替裝置,海安石油科研儀器有限公司。

裂縫模型材質(zhì)為PMMA(亞克力),同時(shí)依據(jù)對(duì)儲(chǔ)層中裂縫寬度的成果認(rèn)識(shí),設(shè)計(jì)裂縫截面分別為3.0 mm×3.0 mm、2.0 mm×2.0 mm和1.0 mm×1.0 mm的正方形,裂縫長(zhǎng)度均為100 mm。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 注入水突破凍膠結(jié)果

注入水突破凍膠主要包括兩個(gè)階段:首先是凍膠受壓變形階段,隨注入壓力不斷升高,凍膠沿裂縫產(chǎn)生橫向位移;當(dāng)注入壓力上升至突破壓力時(shí),裂縫中的凍膠被注入水快速突破,此時(shí)注入壓力急劇降低。裂縫寬度不同時(shí),裂縫模型中凍膠被注入水突破的方式也不同:在寬度為1 mm的裂縫模型中,凍膠被注入水整體頂出,凍膠本體保持良好的完整性;在寬度為2 mm、3 mm的裂縫模型中,凍膠被注入水從中部突破,凍膠本體被破壞。

圖1為1 mm×1 mm×100 mm裂縫模型中注入水突破凍膠的過程,其中紅色為注入水,灰色模型中透明部分為裂縫中的凍膠。隨注水頂替開始,注入壓力逐漸增加,凍膠與水接觸面產(chǎn)生“凹型”變形,同時(shí)注入水前段不斷變細(xì),有從凍膠中部突破的趨勢(shì)。注入開始至10 min 18 s,為凍膠受壓變形階段,凍膠沿裂縫產(chǎn)生橫向位移,此時(shí)模型出口未見產(chǎn)出物。10 min 18 s至10 min 30 s,裂縫模型中的凍膠被整體快速頂出,產(chǎn)出的凍膠保持完整。

圖1 1 mm×1 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖2和圖3分別為2 mm×2 mm×100 mm和3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中注入水突破凍膠的過程。以圖2為例進(jìn)行說明,注入開始至6 min 26 s,為凍膠受壓變形階段。6 min 26 s至6 min 27 s,產(chǎn)生第1個(gè)凍膠中部突破點(diǎn),注入水從凍膠中部突破后破壞凍膠本體,注水過流面積快速增加,表現(xiàn)為突破后注入水柱變粗。6 min 28 s 至6 min 29 s,產(chǎn)生第2個(gè)突破點(diǎn),隨后注入水沿凍膠中部完全突破整個(gè)裂縫模型。

圖2 2 mm×2 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖3 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中注水突破特征圖

圖4為不同縫寬裂縫模型中注入水突破凍膠時(shí)的突破壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,隨裂縫寬度的增加,突破壓力明顯降低,裂縫寬度增加1 mm,突破壓力降低約30%。

圖4 不同裂縫模型中注水突破壓力圖

2.2 組合體系突破結(jié)果

為評(píng)價(jià)凍膠與預(yù)交聯(lián)顆粒組合情況下的封堵效果,利用3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型開展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法與步驟不變,只是在裂縫模型中預(yù)置預(yù)交聯(lián)顆粒后再注成膠液。

圖5和圖6分別為裂縫模型中預(yù)置少量預(yù)交聯(lián)顆粒和布滿預(yù)交聯(lián)顆粒條件下,注入水突破凍膠的過程,圖中透明圓球狀顆粒為預(yù)交聯(lián)顆粒。圖7為不同預(yù)交聯(lián)顆粒含量模型中注入水突破堵劑時(shí)的突破壓力。

圖5 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中預(yù)置少量預(yù)交聯(lián)顆粒時(shí)注水突破特征圖

圖6 3 mm×3 mm×100 mm裂縫模型中布滿預(yù)交聯(lián)顆粒時(shí)注水突破特征圖

圖7 裂縫模型中預(yù)交聯(lián)顆粒對(duì)凍膠突破壓力的影響圖

1)當(dāng)裂縫中有少量預(yù)交聯(lián)顆粒時(shí)，注入開始至2 min 5 s,為堵劑受壓變形階段。隨后注入水開始突破凍膠,注入水時(shí)而沿預(yù)交聯(lián)凍膠中部竄進(jìn),破壞凍膠本體,時(shí)而沿顆粒和裂縫之間的狹窄縫竄進(jìn),表現(xiàn)出段塞式頂替凍膠特點(diǎn),注入水突破堵劑時(shí)機(jī)較單獨(dú)使用凍膠的情況更早。從突破壓力上看,裂縫中有少量預(yù)交聯(lián)顆粒時(shí)的突破壓力也明顯低于單獨(dú)使用凍膠時(shí)的突破壓力,表明凍膠與少量預(yù)交聯(lián)顆粒的組合反而降低了封堵強(qiáng)度。

2)當(dāng)裂縫中布滿預(yù)交聯(lián)顆粒時(shí)，預(yù)交聯(lián)顆粒和裂縫之間的狹窄縫成為注入水突破凍膠的主要通道。實(shí)驗(yàn)顯示,注入開始至11 min 24 s,為堵劑變形階段。此后,狹窄縫中的凍膠被注入水以段塞的方式頂替出。由于狹窄縫的橫截面積明顯小于模型中裂縫的橫截面積,因此凍膠的突破壓力也明顯提高,凍膠受壓變形階段也明顯延長(zhǎng)。

綜合上述,凍膠和少量預(yù)交聯(lián)顆粒形成的組合體系對(duì)裂縫的封堵效果不如單獨(dú)凍膠的封堵效果;只有當(dāng)裂縫中的預(yù)交聯(lián)顆粒能明顯縮小裂縫寬度時(shí),凍膠和預(yù)交聯(lián)顆粒的組合才會(huì)產(chǎn)生優(yōu)于單獨(dú)凍膠的封堵效果,但達(dá)到該條件需要注入大量預(yù)交聯(lián)顆粒,受限于預(yù)交聯(lián)顆粒的注入能力,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度大。

3 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)不同裂縫寬度的裂縫模型,開展注入水突破凍膠實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)注入水突破凍膠的特征和凍膠的封堵強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論。

1)裂縫寬度越小,凍膠突破壓力越高。在1 mm寬度裂縫模型中凍膠本體未受破壞被整體頂出;2 mm和 3 mm 寬度裂縫模型中,注入水從凍膠中部突破,表明凍膠本體強(qiáng)度不足,說明提高凍膠本體強(qiáng)度是增強(qiáng)封堵裂縫強(qiáng)度的關(guān)鍵。

2)少量預(yù)交聯(lián)顆粒和凍膠的組合對(duì)裂縫的封堵效果弱于單獨(dú)凍膠的封堵效果,只有當(dāng)預(yù)交聯(lián)顆粒通過布滿裂縫實(shí)現(xiàn)縮小裂縫寬度時(shí),預(yù)交聯(lián)顆粒和凍膠組合的封堵效果才優(yōu)于單獨(dú)凍膠的封堵效果。

3)考慮預(yù)交聯(lián)顆粒的注入能力,礦場(chǎng)實(shí)施調(diào)剖封堵裂縫時(shí)難以實(shí)現(xiàn)用預(yù)交聯(lián)顆粒對(duì)裂縫完全填充。因此,建議封堵裂縫時(shí)選擇以凍膠為主體堵劑,同時(shí)提高凍膠本體強(qiáng)度是增強(qiáng)封堵強(qiáng)度的關(guān)鍵。