一种低密度稠油热采复合封窜剂的研制与应用

王孟江 孙迎胜 杨军虎 常国栋 燕收广 李新丹

中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院

一种低密度稠油热采复合封窜剂的研制与应用

王孟江 孙迎胜 杨军虎 常国栋 燕收广 李新丹

中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院

针对常规热采封窜剂在低压层或亏空层容易漏失、厚油层封窜效果差等问题，进行了密度小于1.1 g/cm3的低密度复合封窜剂研究。考察了水灰比、温度对封窜剂性能的影响，并对封窜剂耐高温、抗压、岩心封堵、耐蒸汽冲刷等性能进行了评价。实验结果表明：该低密度复合封窜剂在300 ℃时体积收缩率为8.47%，岩心封堵率大于99%，岩心突破压力大于0.13 MPa/cm，且封窜剂耐蒸汽冲刷性能强。现场试验7井组，汽窜通道封堵率94.4%，表明该技术在稠油油藏热采开发中后期具有广阔的应用前景。

低密度；封窜剂；水灰比；封堵率；稠油热采井

稠油热采井随着稠油蒸汽吞吐（或蒸汽驱）周期的增加，由于储层非均质性及蒸汽超覆等原因，致使油层的吸汽剖面不均匀，蒸汽指进及井间汽窜等现象严重，影响了稠油开采效果［1-4］。目前应用广泛的稠油油藏热采封窜剂有颗粒封窜剂及泡沫类封窜剂等。常用的固相颗粒类封窜剂虽然耐高温，但密度较高，易沉降，固化后体积收缩严重，不适合对蒸汽超覆层封窜。泡沫类封窜剂封窜强度弱，耐温性差，封堵有效期短，主要适用于弱汽窜井及次生汽窜通道的调剖封窜［5］。笔者针对以上问题，研发出一种密度介于泡沫与颗粒调剖剂密度之间的低密度稠油热采复合封窜剂，封窜剂浆液密度低，稳定性好，能实现大剂量注入，固化后强度高，可在蒸汽超覆导致油层上部汽窜严重的厚油层近井及远井汽窜通道填充并固化，有效封堵高渗层或汽窜通道。

1 配方原理及组成

Principle and composition of formula

研究开发的低密度复合封窜剂由耐温性能好的硫铝酸盐类胶凝剂GSJ、密度减轻剂PZ60、悬浮稳定剂HPD等成分组成。硫铝酸盐类胶凝材料GSJ，粒度中值13.97 μm，主要起固化作用，在低密度高水灰比情况下保持一定的强度。密度减轻剂PZ60为珍珠岩漂珠，粒度中值89.54 μm，成本低廉且热稳定性好，依靠减轻剂本身来降低浆体密度。悬浮稳定剂HPD，粒度中值2.17 μm，可分布在颗粒周围还能吸附大量的水分子，使颗粒之间形成均匀致密的网架结构，增加浆体的黏度，使封窜剂浆体保持良好的稳定性。封窜剂体系基于紧密堆积原理，选用3种不同粒径的颗粒材料，构成三级颗粒级配，使微细颗粒充填在较大颗粒的空隙，实现了不同粒径颗粒堆积空隙率最小［6］，达到在高水灰比条件下浆体析水少、固化体高温稳定性好且耐蒸汽冲刷的性能。

2 配方优选

Formula optimization

2.1 无机胶凝剂及悬浮稳定剂质量分数的确定

Determination of mass fraction of inorganic gelling agent and suspension stabilizer

实验中保持封窜剂浆液密度1.1 g/cm3不变的情况下，改变GSJ胶凝剂与HPD悬浮稳定剂的固相含量比例，即GSJ质量分数分别取65%、70%、75%、80%、85%、90%与悬浮稳定剂进行交互复配实验，用六速黏度计测量浆液的塑性黏度，而后取100 mL样品倒入玻璃试管中，盖上胶塞，密封后置于40 ℃恒温烘箱中恒温至固结，记录析水率，用水泥稠度凝结时间测试仪测试浆液固化后的针入度（实验选用试杆总质量为300 g，终凝针长度30 mm）。实验结果如图1所示。

由图1可知，在浆液密度1.1 g/cm3条件下，GSJ胶凝剂质量分数增加，浆液塑性黏度降低，当固相质量分数小于80%时，封窜剂析水率低、针入度大，浆液稳定性较好但固化后强度低；GSJ胶凝剂固相质量分数大于80%时，浆液稳定性差，大量析水且固相沉降分层，所测针入度为沉降物针入度。兼顾针入度和析水率，GSJ胶凝剂固相适用质量分数选用75%～80%，HPD悬浮稳定剂固相质量分数选用20%～25%。

图1 无机胶凝剂及稳定剂质量分数确定实验曲线Fig.1 Composition-grain size composite graph of channeling blocking agent

2.2 密度减轻剂质量分数的确定

Determination of mass fraction of density reducing agent

按优选的结果配制密度1.1 g/cm3封窜剂浆液，然后分别添加不同质量的密度减轻剂PZ60，实验密度减轻剂加入量对复合封窜剂密度的影响，从图2可以看出，随着密度减轻剂用量的增加，封窜剂密度不断下降，当密度减轻剂占固体颗粒比例58.3%时，封窜剂密度降至1.005 g/cm3，浆体仍保持较好的流动性及稳定性，但针入度变大，强度较低。

图2 密度减轻剂加量对封窜剂密度的影响Fig.2 Schematic diagram of three-order grain gradation

从图3可以看出，密度减轻剂PZ60加量在固相含量为16.6%～44.4%时，密度为1.09～1.05g/cm3，封窜剂针入度较低，即固结体强度高；当固相含量大于44.4%时，虽然密度较低，但固结体强度下降。综合密度及针入强度指标，密度减轻剂PZ60加量选用16%～45%，无机胶凝剂GSJ固相适用质量分数选用44%～66%，悬浮稳定剂HPD固相质量分数选用11%～18%。

图3 密度减轻剂加量对封窜剂强度的影响Fig.3 Experiment curve determining mass fraction of inorganic gelling agent and suspension stabilizer

3 性能评价

Performance evaluation

3.1 水灰比对封窜剂性能的影响

Effect of water/cement ratio on the performance of channeling blocking agent

实验中选用水灰比3～6的范围进行室内研究，考查了不同水灰比对封窜剂性能的影响（表1），实验中采用水泥稠度凝结时间测试仪测试浆液固化后的针入度。实验结果表明，当封窜剂水灰比小于5.3时，针入度低，封窜剂强度高，当封窜剂水灰比大于5.3时，浆体稳定性变差，减轻剂上浮，分层严重。为达到封窜剂有较低的析水率及有较高的强度，水灰比选在4.0～5.3之间较为合适，封窜剂浆液密度1.085～1.1 g/cm3。

表1 不同水灰比对封窜剂浆液性能的影响Table 1 Effect of water/cement ratio on the performance of channeling blocking agent

3.2 温度对封窜剂性能的影响

Effect of temperature on the performance of channeling blocking agent

将搅拌均匀的封窜剂装入试管中，分别置于不同温度的水浴中恒温固化48 h，测不同温度下封窜剂的初凝时间、析水率及固化后针入度，综合考查温度对封窜剂强度和初凝时间的影响，实验结果如表2所示。

表2 温度对堵剂性能影响实验数据Table 2 Experimental data of effect of temperature on the performance of plugging agent

实验结果表明，随着固化温度的升高，封窜剂强度呈明显上升趋势，而初凝时间则呈下降趋势，但初凝时间均大于5 h，能满足在不同温度地层大剂量注入的要求。

3.3 封窜剂耐温实验

Experiment on the temperature resistance of channeling blocking agent

实验中将配制好的封窜剂装入标准模块中，放置50 ℃水浴中养护48 h，脱膜后放入150 ℃与300℃烘箱中，分别烘烤5、10、15、30、60 d后，测试前后体积变化情况，实验结果如表3所示。

表3 封窜剂耐温实验评价数据Table 3 Experimental evaluation data of temperature resistance of channeling blocking agent

封窜剂耐温性能评价结果显示，封窜剂固化后置于150 ℃、300 ℃温度下烘烤60 d后，形态完整，体积收缩率分别为2.45%及8.48%，说明封窜剂耐高温性能好。

3.4 封窜剂抗压性能测试

Test on the pressure resistance of channeling blocking agent

将配好的封窜剂浆液倒入50 mm×50 mm×50 mm的模具中，置于40 ℃、50 ℃水浴中养护48 h后脱模，用塑料袋封闭后在40 ℃、50 ℃水浴中分别养护1、5、10、15 d。高温试块脱膜后放入300 ℃烘箱中，分别烘烤1、5、10、15 d。然后取出试样在压力试验机上测试抗压强度。实验结果见图4。可以看出，封窜剂随养护温度升高， 抗压强度增加；40～50 ℃温度下随养护时间增加， 强度有上升趋势，300 ℃高温下随烘烤时间增加强度缓慢下降，15 d后的抗压强度为0.95MPa，说明封窜剂抗压性能好。

图4 封窜剂抗压强度变化Fig.4 Effect of dosage of density reducing agent on the density of channeling blocking agent

3.5 封窜剂封堵性能评价

Evaluation on the plugging performance of channeling blocking agent

用不同粒径的石英砂，填入Ø30 mm×300 mm的砂管中，压制成岩心，通过室内岩心模拟实验，先注入清水，测岩心渗透率，然后注入低密度复合封窜剂，在不同温度下养护48 h，再用清水测定岩心的渗透率及突破压力［7］。结果如表4所示，可以看出封窜剂对不同渗透率的岩心都有很高的封堵率，封堵率大于99%，岩心突破压力大于0.13 MPa/cm。

表4 岩心封堵实验结果Table 4 Core plugging test result

3.6 耐蒸汽冲刷实验

Test on the steam erosion resistance

编号08221岩心突破后采用250 ℃高温蒸汽冲刷4 PV，压力变化不大，冲刷13 PV后压力从0.53 MPa降至0.45 MPa，压力下降幅度小，说明低密度复合封窜剂耐蒸汽冲刷性能好（图5）。

图5 封窜剂耐蒸汽冲刷性能变化曲线图（250 ℃）Fig.5 Effect of dosage of density reducing agent on the strength of channeling blocking agent

3.7 与常用封窜剂性能对比

Performance comparison with conventional channeling blocking agent

常用的颗粒类调剖封窜剂耐温性好，但是密度较高，颗粒易沉降，固化后体积收缩严重［8］。低密度复合封窜剂密度低，且析水率低，抗压强度中等，综合性能优于稠油区块常用的其他类型颗粒封窜剂，且单方成本也较低，适合大剂量封窜施工（见表5）。

表5 稠油区块常用颗粒封窜剂性能比较Table 5 Performance comparison between conventional grain channeling blocking agents used in heavy oil blocks

4 现场应用

Field application

典型井例：楼2314井是井楼油田一口稠油热采井，砂层厚度13.4 m，有效厚度11.4 m，该井共吞吐8个周期，累计注蒸汽9 359.0 t，累计产油8 144.9 t，油气比0.87，采注比4.9，采出程度38.1%。该井平面上与同层位邻井存在7条汽窜通道，纵向剖面上渗透率级差为3.9，高渗层在油井中上部，存在着蒸汽超覆现象，对其采取封窜措施，共注入低密度封窜剂120 m3，之后候凝24 h。措施实施后第9周期注蒸汽1 063 t，对应汽窜井未见汽窜现象，原七条汽窜通道封堵成功，井组累计增油1 205.1 t。

在河南油田浅层稠油区块进行了7井组低密度封窜现场应用，累计注入封窜剂560 m3，注汽过程跟踪前期对应汽窜井，以对应井产液量急剧增加伴随井口温度和含水上升明显，或者产液量变化不大但井口温度急剧上升为汽窜通道未封堵成功标准来评价现场应用效果（表6）。

从应用效果来看：低密度复合封窜技术对汽窜通道封堵有较高的封堵率，措施前有汽窜通道24条，其中6条因组合注汽无法评价外，有效封堵汽窜通道17条，汽窜减弱1条，汽窜通道封堵率94.4%。

表6 低密度复合封窜试验井现场应用效果Table 6 Field application effect of low-density composite channeling blocking agent in the test well

5 结论

Conclusions

（1）研制出适用于稠油热采井蒸汽超覆层封窜的低密度复合封窜剂配方，该配方以密度减轻剂、无机胶凝剂、悬浮稳定剂构成三级颗粒级配体系，提高了封窜剂综合性能，在保持强度的同时封窜剂密度小于1.1 g/cm3。

（2）该低密度复合封窜剂耐温300 ℃，抗压性能好，岩心封堵率大于99%，岩心突破压力大于0.13 MPa/cm，且封窜剂耐蒸汽冲刷性能强。

（3）该低密度复合封窜剂能有效封堵高渗层或汽窜通道，阻止蒸汽窜流，扩大蒸汽波及体积，为稠油热采低压易漏失井、浅层亏空层井、厚油层蒸汽超覆层汽窜治理提供了技术保障。

References:

［1］赵修太，付敏杰，王增宝，董林燕，唐金玉.稠油热采调堵体系研究进展综述［J］.特种油气藏，2013，20（4）：1-4.ZHAO Xiutai,FU Minjie,WANG Zengbao,DONG Linyan,TANG Jinyu.Research overview of profile control and water shut-off agents for heavy oil thermal recovery［J］.Special Oil & Gas Reservoirs,2013,20（4）: 1-4.

［2］刘传武，王晓东，程红晓，赵长喜.选择性调剖堵窜技术在稠油热采井上的应用［J］.长江大学学报（自然科学版），2007，4（2）：223-225.LIU Chuanwu,WANG Xiaodong,CHENG Hongxiao,ZHAO Changxi.Application of technique of selective profile control and steam-channeling plugging in heavyoil thermal recovery wells［J］.Journal of Yangtze University (Natural Science Edition),2007,4（2）: 223-225.

［3］张文玉，路群祥，周建华，张春萍，余倩.河南油田稠油热采井组合封窜技术及应用［J］.石油地质与工程，2012，26（2）：110-111，115.ZHANG Wenyu,LU Qunxiang,ZHOU Jianhua,ZHANG Chunping,YU Qian.Combination technology and application of heavy-oil thermal recovery well in Henan Oilfield ［J］.Petroleum Geology and Engineering,2012,26（2）: 110-111,115.

［4］王正东.超稠油油藏深部封窜调剖技术的研究［J］.石油化工高等学校学报，2006，19（4）：65-67.WANG Zhengdong.Technology of deep channel blocking and profile control for super heavy Oil researviors［J］.Journal of Petrochemical Universities,2006,19（4）: 65-67.

［5］强星，徐丽娜，易晓辉，张永平，石璐，蔚学彬.颗粒与泡沫复合调剖组合优选与应用效果［J］.石油地质与工程，2013，27（3）：129-131.QIANG Xing,XU Lina,YI XiaoHui,ZHANG Yongping,SHI Lu,WEI Xuebin.Optimization and application effect of particle and foam compound profile［J］.Petroleum Geology and Engineering,2013,27（3）: 129-131.

［6］黎泽寒，李早元，刘俊峰，岳家平，李怀仲，郭小阳.低压易漏深井大温差低密度水泥浆体系［J］.石油钻采工艺，2012，34（4）：43-46.LI Zehan,LI Zaoyuan,LIU Junfeng,YUE Jiaping,LI Huaizhong,GUO Xiaoyang.Temperature stable low density slurry for low pressure loss deep wells［J］.Oil Drilling & Production Technology,2012,34（4）: 43-46.

［7］潘赳奔，栾林明，张国荣，刘洪强，李西林，孙楠.稠油注汽井用高温调剖封窜剂的研制与应用［J］.精细石油化工进展，2003，4（4）：15-17，20.PAN Jiuben,LUAN Linming,ZHANG Guorong,LIU Hongqiang,LI Xilin,SUN Nan.Preparation and application of profile modification/sealing agent for injecting-steam well of viscous crude oil［J］.Advances in Fine Fetrochemicals,2003,4（4）: 15-17,20.

［8］强星，张海春，刘佳琪，赵金英，许春英.井楼油田某区调剖技术应用效果［J］.油气田地面工程，2012，31（2）：66-67.QIANG Xing,ZHANG Haichun,LIU Jiaqi,ZHAO Jinying,XU Chunying.Application effect of profile control technology in area of Jinglou Oilfield［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering,2012,31（2）: 66-67.

（修改稿收到日期 2017-03-15）

〔编辑 景 暖〕

Development and application of low-density composite channeling blocking agent for heavy-oil thermal recovery

WANG Mengjiang,SUN Yingsheng,YANG Junhu,CHANG Guodong,YAN Shouguang,LI Xindan
Research Institute of Petroleum Engineering,SINOPEC He’nan Oilfield Company,Nanyang473132,He’nan,China

Conventional channeling blocking agent used for thermal recovery is lost easily in low-pressure layers or voided layers and presents poor channeling blocking effect in thick oil layers.In this paper,low-density (＜1.1 g/cm3) composite channeling blocking agent was researched and developed to deal with these problems.The effect of water/cement ratio and temperature on the performance of channeling blocking agent was investigated and the properties of channeling blocking agent were evaluated from the aspects of high temperature resistance,pressure resistance,core plugging and steam erosion resistance.It is shown that this low-density composite channeling blocking agent under the temperature of 300 ℃ presents strong steam erosion resistance with volume shrinkage 8.47%,core plugging rate higher than 99% and core breakthrough pressure higher than 0.13 MPa/cm.It was tested on site in 7 well groups.And it is shown that the plugging rate of steam channeling passage is 94.4%.This technology is promising to apply in the middle and late stages of heavy-oil thermal recovery.

low density; channeling blocking agent; water/cement ratio; plugging rate; heavy-oil thermal recovery well

王孟江，孙迎胜，杨军虎，常国栋，燕收广，李新丹.一种低密度稠油热采复合封窜剂的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2017，39（3）：388-392.

TE345

：B

1000–7393（2017 ）03–0388–05DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.024

: WANG Mengjiang,SUN Yingsheng,YANG Junhu,CHANG Guodong,YAN Shouguang,LI Xindan.Development and application of low-density composite channeling blocking agent for heavy-oil thermal recovery［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 388-392.

王孟江（1981-），2005年毕业于西南石油学院石油工程专业，现主要从事油气田开发技术研究工作。通讯地址：（473132）河南省南阳市宛城区河南油田石油工程技术研究院。电话：0371-56530801。E-mail: 51989362@qq.com