碱土调剖剂的性能评价与应用

张守松，郭建军 （中国地质大学 （北京）能源学院，北京100083）

刘庆旺，张 柏 （东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆163318）

碱土调剖剂的性能评价与应用

张守松，郭建军 （中国地质大学 （北京）能源学院，北京100083）

刘庆旺，张 柏 （东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆163318）

碱土调剖剂主要由聚合物调剖剂与碱土复合而成，通过试验测定了碱土在聚合物溶液中的膨胀率，碱土调剖剂的密度和初始粘度，分析了段塞大小、碱土目数和碱土质量分数对封堵效率的影响，并分析了岩心渗透率对碱土调剖剂流动性能的影响。对太108－65井进行了现场试验，注水压力由施工前的3.8MPa提高到10.2MPa，3条水窜通道平均长度缩短了144m，受效的4口连通油井平均含水下降了6.8%，平均单井日增油0.5t，取得了较好的调剖效果。

碱土调剖剂；封堵效率；初始粘度；水窜通道

随着对低渗透砂岩油田注水开发的深入，老区油井已进入高含水期，要从根本上改善油藏开发形势，对高含水井区进行有效治理，必须对注水井采取调剖措施，控制注入水的无效循环［1］。化学调剖作为机械注水工艺的有力补充和完善，在大庆油田得到了广泛的应用［2］。笔者通过大量的试验研究，提出了一种适合于大庆油田使用的碱土调剖剂。该碱土调剖剂主要由聚合物调剖剂与碱土复合而成，利用碱土遇水膨胀的物理特性对油层高渗部位进行封堵，复合注入的聚合物调剖剂可以防止碱土颗粒的运移，增强封堵效果。该调剖剂具有热稳定性好，耐盐，抗剪切，配制、泵入工艺简单，易于大剂量施工和见效快等优点。

1 性能评价

1.1 碱土在聚合物溶液中的膨胀率

先将一定量的碱土加入量筒中墩实，分别将质量分数为2000mg/L和3500mg/L的聚合物溶液沿量筒内壁均匀快速加入，记录12h后碱土的体积变化，计算出膨胀率。试验结果见图1。

由图1可见，在3500mg/L的聚合物溶液中碱土的膨胀率大于在2000mg/L的聚合物溶液中的膨胀率，并且在这两种溶液中，随着碱土加量的逐渐增大，膨胀率逐渐增大，当碱土量低于6%时，碱土膨胀率随碱土加量变化不大；当碱土加量大于6%时，膨胀率随碱土加量的增加而增加，增加趋势明显。考虑到聚合物溶液对碱土的悬浮问题，碱土的加量也不能太大，故该配方体系选定碱土加量为8%～10%。

图1 不同聚合物浓度下碱土加量对膨胀率的影响

1.2 碱土调剖剂的密度和粘度

改变聚合物的质量分数分别为0、2000和3500mg/L，测定碱土调剖剂的密度和粘度，结果见表1。

由表1数据可知，不含聚合物的清水配制的碱土悬浮液，由于碱土沉降快，难以测量悬浮液粘度。当聚合物质量分数为2000mg/L时，不同碱土含量调剖剂的粘度变化不大，在220～240mPa·s。当聚合物质量分数为3500mg/L时，随着碱土含量的增加，调剖剂的粘度增加较大，当碱土含量在10%时，调剖剂初始粘度达到506mPa·s；初始粘度大，容易造成注入施工难度增大，调剖成本也会相应升高，因此选择低浓度的聚合物，而不选用3500mg/L的聚合物。

表1 碱土调剖剂的密度和粘度

2 碱土调剖剂的基本配方及性能评价

制备碱土调剖剂的基本配方为：1500～2000mg/L分子量 （2300～2500）万的聚合物＋1000～1500mg/L交联剂＋1000～1500mg/L延迟交联剂＋300～500mg/L稳定剂＋8%～10%碱土。改变聚合物的加量，配制不同的调剖剂，养护温度50℃，养护成胶后采用MODEL DV－Ⅲ布氏粘度计测定调剖剂的粘度，结果见表2。

表2 聚合物用量对碱土调剖剂凝胶粘度的影响

由试验可知，该配方下调剖剂形成的凝胶呈淡绿色半透明状，粘度随聚合物含量增加而增大，调剖剂粘弹性好。

3 碱土调剖剂的岩心模拟评价

3.1 碱土调剖剂段塞大小对封堵效率的影响

碱土调剖剂段塞大小将对其封堵效率产生很大的影响，固定试验岩心的渗透率、聚合物溶液浓度以及试验条件，分别测试了不同大小的段塞 （PV）对封堵效率的影响，试验结果见图2。

由图2可以得出，当碱土调剖剂段塞较小时 （0.1PV），对岩心的封堵效率不高，只有30%左右，并且在刚开始进行驱替试验时，封堵效率下降明显，表明段塞较小时，碱土调剖剂耐水冲刷性不好；当碱土调剖剂的段塞逐渐增大时，对岩心的封堵效率逐渐增大，0.18PV的段塞对岩心的封堵率为75%左右，0.25PV的段塞对岩心的封堵率为84%左右，0.35PV的段塞对岩心的封堵率为90%左右，并且段塞越大，驱替过程中封堵效率变化越小，当段塞为0.25～0.35PV时，用30倍段塞体积的水进行驱替试验，封堵效率基本不变，表明段塞越大，碱土调剖剂的耐水冲刷性越好。

由图2可见，碱土体系段塞大小对岩心的封堵效率有很大的影响，当段塞注入达到0.25PV后，对岩心的封堵效率大于80%。其中封堵效率与段塞大小的关系见图3。应用数学方式进行拟合，可以得到岩心的封堵效率（Y）与段塞大小（X）之间的关系为：

图2 碱土调剖剂段塞大小对封堵效率的影响

图3 碱土调剖剂段塞大小与岩心封堵效率关系

3.2 碱土调剖剂碱土目数对封堵效率的影响

由于碱土调剖剂属于悬浮液体系，虽然碱土能够部分溶解在水中，但其中起堵塞作用的主要是碱土中的固体颗粒，因此碱土的目数大小将会影响碱土调剖剂的堵塞效果［3］，为此进行试验，测量了碱土目数对封堵效率的影响。选择渗透率为858×10－3μm2的岩心进行试验，测试碱土目数分别为40、60、80和100目对岩心的封堵效率，所得试验结果见图4。

图4 碱土目数与封堵效率的关系

由图4可知，岩心的封堵效率与碱土的目数大小有很大关系，碱土目数较大时，碱土颗粒很小，碱土进入到岩心空隙中，随驱替液向前推进，无法起到堵塞作用；碱土目数较小时，碱土颗粒太大，无法进入岩心空隙中去，也无法起到堵塞作用，因此应选择合适目数的碱土。实际应用时，碱土目数应根据岩心渗透率的大小来确定，岩心渗透率高，选择目数小的碱土；岩心渗透率低，选择目数大的碱土。

3.3 碱土调剖剂碱土加量对封堵效率的影响

选择岩心渗透率为858×10－3μm2的岩心进行了碱土调剖剂中碱土加量的影响试验，碱土目数为80目，碱土调剖剂注入段塞大小为0.25PV，结果见图5。

由图5可以看出，随着碱土加量的增高，碱土调剖剂对岩心的封堵效率逐渐提高。根据调剖对最低封堵效率80%的要求，碱土加量应不低于10%，又因碱土加量大时影响其在聚合物溶液中的沉降稳定性，故选定碱土加量为10%较为合适。

3.4 岩心渗透率对碱土调剖剂流动性能的影响

由于地层的非均质性将会影响碱土体系的流动性能，不同碱土体系对于岩心渗透性具有一定的选择性。在固定碱土体系段塞的注入量、加量、注入环境条件下，测试了不同渗透率岩心注入碱土体系后的封堵率的变化，结果见图6。由图6可见，随岩心渗透率的增加，同一种配方的碱土调剖剂，在同样的注入量下，其封堵效率是降低的。应用数学方式进行拟合，得到0.2PV下的封堵效率（Y）与岩心的渗透率（K）关系为：

图5 碱土加量对岩心封堵效率的影响

图6 碱土调剖剂注入量为0.2PV时岩心渗透率与封堵效率关系

4 现场应用

4.1 措施前储层裂缝监测

对于预施工调剖井，结合井组连通情况、油井生产状况，对措施层位进行了裂缝监测，通过监测结果可直观地分析注入水水窜通道及对周围连通油井的影响情况。如太108－65井，根据监测结果，在正常注水压力3.8MPa下，产生3条水窜通道：北西32°、长约420m；北东13°、长约320m；北东80°、长约210m。以北西32°为主水窜方向，经分析，太107－64井、太108－64井、太109－64井和太110－66井等4口油井含水与该井水窜通道方向关系密切，预测封堵后将见到不同程度的增油降水效果（图7）。

图7 太108－65井储层裂缝发育及连通油井状况

4.2 碱土调剖剂段塞的优化

根据调前水驱方向监测结果，结合井位分布及井组生产动态资料，重点对水窜通道进行深部封堵。如太108－65井，结合监测结果，优化了注入调剖剂段塞组合及设计注入量，方案设计拟采用段塞注入方式：1500 mg/L聚合物溶液＋低密度碱土调剖剂 （密度1.1g/cm3）＋1500mg/L聚合物溶液＋中密度碱土调剖剂 （密度1.2g/cm3）＋1500mg/L聚合物溶液＋高密度碱土调剖剂 （密度1.3g/cm3）＋2000mg/L凝胶调剖剂。

结合裂缝解释成果，可根据单层注水压力变化曲线分析，预测施工时压力变化曲线，太108－65井调剖排量不易太高，根据注水量95m3/d时，注水压力曲线斜率判断，压力会慢慢升到12MPa，建议注入量在100m3/d左右。根据施工压力监测记录，压力曲线与预测趋势基本符合，封口时注入压力达到13MPa。结合裂缝监测结果，在现场施工时对现场注入调剖剂过程进行全过程压力、排量的监测，进一步分析了解调剖剂对地层裂缝或高渗透带的封堵状况。当排量不变时，注入压力上升幅度增大或不变时，可有针对性地对现场注入方案进行实时修正，及时调整配方质量分数、施工排量等，保证药剂对高渗透带有效封堵，当注入过程中压力出现下降时，预测为有新缝开启，通过有效控制排量，适量添加可有效封堵裂缝的颗粒类调剖剂，提高措施效果［4］。

4.3 现场试验效果分析

调剖封堵后对该井目的层再次进行水驱方向监测，以检验封堵效果。在注入压力10.2MPa下，3条水窜通道仍存在，但水窜长度明显缩短：原北西32°的主水窜方向，长度由420m缩短至150m，变化最为明显；其次是北东13°方向，长度由320m缩短至220m，水井太107－65井方向水窜仍较明显，说明堵剂受该井来水压力作用，未沿该方向进入；北东80°方向，长度由210m缩短至150m。以上3条水窜通道平均长度缩短了144m，起到了较好的封堵作用，同时注入水波及体积得以扩大，受效的4口连通油井已见到不同程度的降水增油效果，平均含水下降6.8个百分点，平均单井日增油0.5t。

5 结 论

1）碱土调剖剂主要由聚合物调剖剂与碱土复合而成，聚合物浓度为1500～2000mg/L，碱土在调剖剂中的加量为8%～10%。

2）碱土调剖体系段塞大小、碱土目数以及碱土质量分数对岩心的封堵效率都有很大的影响，当段塞注入达到0.25PV，碱土加量为10%，碱土目数为80目时，对岩心的封堵效率大于80%。

3）太108－65井在正常注水压力3.8MPa下产生3条水窜通道，调剖后在注入压力10.2MPa下，3条水窜通道仍存在，但水窜长度平均缩短了144m，起到了较好的封堵作用。受效的4口连通油井平均含水下降6.8个百分点，平均单井日增油0.5t。

［1］张艳芳，罗志华，罗跃.有机醛/酚/聚丙烯酰胺弱凝胶体系的室内研究 ［J］.精细石油化工进展，2003，4（6）：45～49.

［2］白执松，董福洲，李林，等.三次采油工程 ［M］.北京：中国科学技术出版社，1997.

［3］任怀丰.低成本碱土复合段塞深度调剖技术研究与应用 ［J］.大庆石油地质与开发，2007，26（4）：88～91.

［4］王业飞，曲萍萍，刘巍，等.耐温耐盐无机调剖剂的室内研究 ［J］.大庆石油地质与开发，2007，26（5）：117～119.

The Performance Evaluation and Application of Alkali Soil Profile Control Agent

ZHANG Shou－song，GUO Jian－jun，LIU Qing－wang，ZHANG Bai（First Author's Address：School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China）

The profile control agent for alkali soil was mainly composed of polymer profile control agent and alkali clay.The alkali soil's expansion ratio in polymer profile control agent and the density and initial viscosity of the alkali soil profile control agent were tested.The influence of slug size，alkali amount and its quality on sealing efficiency and the influence of core permeability on the flowability of the profile control agent were analyzed.The field experiment in Well Tai 108－65shows that the water flooding pressure enhanced from 3.8MPa to 10.2MPa and the average length of the 3water channeling paths shortens 144m.The average water－cut of the 4operated wells declines 6.8%and the average oil production increases 0.5t/d.It achieves good result.

alkali soil profile control agent；plugging rate；initial viscosity；water channeling path

TE357.46

A

1000－9752（2011）06－0124－05

2010－12－02

张守松 （1968－），男，1992年大庆石油学院毕业，高级工程师，博士生，现主要从事油气田开发及采油工程方面的研究工作。

［编辑］ 萧 雨