潜山裂缝性油藏的耐高温堵水剂体系研究

孔德月

中国石油辽河油田分公司兴隆台采油厂，辽宁盘锦 124010

兴古潜山油藏属于巨厚裂缝性油藏，位于兴隆台构造带北部，构造面积8.6 km2。其总体构造是以兴隆台潜山为主体的背斜，向南、向北倾没，沿北东向呈条带状分布，油藏类型为块状裂缝性油藏，整体形态为气顶底水，主要含油目的层为太古界、中生界潜山油层［1］。随着开发的逐步深入，兴古7 块从2010 年开始见水，由于兴古潜山油藏存在大量裂缝，底水快速上升，水平井井段中的锥进底水突破之后，油井含水率上升快，产油量大幅度降低，目前Ⅲ段、Ⅳ段油井基本全部水淹，近20口井呈现暴性水淹，已经严重影响了兴古潜山水平井的开发效果。

兴古潜山以大段裸眼或筛管水平井为主，常规的找堵水工具对于潜山的裸眼、筛管完井和水平井不适用，无法满足其高温（地层温度120～150 ℃）条件［2］，而且，机械工具卡封没有有效手段，其工艺重点是大裂缝长期有效高强度封堵、小裂缝油藏启动，最终达到高强度长效封堵。因此，开展耐温性、耐盐性、封堵性能好、耐冲刷能力强的化学封堵体系的研究，对恢复兴古潜山高含水油井产能和油藏的总体开发具有重要意义。

1 适用于兴古潜山油藏的耐高温堵剂体系筛选和评价

根据潜山油藏油层的温度（150 ℃）、矿化度（5 800 mg∕L）、渗透率（0.029 5～0.36 μm2）［3］等储层特点，优选出柔性颗粒、温控凝胶、呼洛托凝胶［4］3种堵剂，并对这3种堵剂的性能进行评价。

1.1 柔性颗粒堵剂

柔性颗粒堵剂是一种黏弹性软颗粒，较容易进入水驱主流线区域及高渗大孔道，能有效适应地层孔喉变化，封堵水窜通道。

1.1.1 柔性颗粒耐温性、耐盐性、热稳定性测试

采用模拟水（矿化度10 000 mg∕L）分别把柔性颗粒（山东石大科技集团有限公司，SD-1）装入高温高压样筒，观察初始状态，放置在150 ℃的恒温箱（绍兴市苏珀仪器有限公司，101-2B）中进行恒温实验，恒温180 d，观察恒温前后柔性颗粒的溶胀情况，结果如图1 所示。恒温前后模拟水中柔性颗粒在不同恒温时间下的质量变化情况如表1所示。

图1 模拟水中柔性颗粒恒温前后状态

表1 不同温度下模拟水中柔性颗粒质量变化

由图1 可知：柔性颗粒在模拟水、150 ℃恒温180 d的条件下，颗粒完整，无降解、溶胀现象。由表1可知：150 ℃时，随着恒温时间的延长，模拟水中柔性颗粒的质量相对稳定，与室温状态基本一致。由此说明柔性颗粒具有良好的耐温性、耐盐性、热稳定性。

1.1.2 柔性颗粒弹性强度测试

柔性颗粒在一定拉力下拉伸至一定长度所需要的力，即为柔性颗粒的弹性强度。从柔性颗粒耐温性、耐盐性、热稳定性测试中选取10 粒（粒径3～5 mm）有代表性的样品作为测试样品，用弹簧拉压力试验机（东莞市智取精密仪器有限公司，智取ZQ-70B）的挂钩，钩住样品中心，自挂钩点向上将样品拉断，记录拉力计上的拉伸力，依此方法测定10 个颗粒，求其平均值作为柔性颗粒的弹性强度［5］，结果如表2所示。

表2 柔性颗粒恒温前后强度测试对比

由表2 可知：柔性颗粒在模拟水（矿化度10 000 mg∕L）、150 ℃下恒温180 d 后，弹性强度均值为1.40 N，与恒温前的均值1.44 N 相比，弹性强度保留率为97%。

1.1.3 柔性颗粒封堵突破压力测试

测定柔性颗粒在加压情况下通过不同内径的变径管（孔喉）时的压力，研究柔性颗粒粒径和孔喉匹配性关系。柔性颗粒选取粒径平均值2 mm、4 mm、6.5 mm 3 种；玻璃变径管选取1 mm、1.5 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm 这6 种，测试不同比值的柔性颗粒∕变径管的突破压力情况，观察柔性颗粒的通过情况，结果如表3所示。

由表3 可知：柔性颗粒直径∕变径管直径比1.50～2.00 时，柔性颗粒产生较大的阻力和突破压力，通过变径管较为困难，因此，油藏裂缝较大时可以考虑添加柔性颗粒进行封堵。

表3 不同柔性颗粒/变径管下柔性颗粒突破压力测试结果

综上，在地层当中，当D柔性颗粒＞D变径管时，柔性颗粒通过挤压变形在水窜通道中发生运移；当D柔性颗粒＜D变径管时，颗粒通过吸附和粘连作用，在水窜通道中发生滞留、堆积，从而封堵水窜通道。柔性颗粒可耐高温150 ℃，具有良好的耐盐性（矿化度10 000 mg∕L），在孔喉中可以产生较大的阻力和突破压力，适用于封堵潜山裂缝。

1.2 温控凝胶评价

温控凝胶是一种适用于高温条件下的凝胶体系，它对温度具有较高的敏感性。

1.2.1 温度对温控凝胶体系的影响

用模拟水（矿化度10 000 mg∕L）、温控凝胶（山东石大科技集团有限公司，SD-540）配制溶液，考察不同温度对凝胶体系成胶时间的影响，结果如图2所示。

图2 温控凝胶成胶时间和温度的关系曲线

凝胶体系对温度变化较为敏感，温度65 ℃时，168 h 也不成胶。由图2 可知：当温度＞85 ℃后，成胶时间随温度升高而大幅缩短。而且，受助剂水解速度影响，成胶后的强度变化较小，因此适用于温度≥85 ℃的高温油藏。

此外，实验还发现：在110 ℃条件下，温控凝胶体系静态成胶时间4 h左右，但在外力作用下容易被分散，之后继续恒温加热，被分散的体系再次胶凝固结，说明该体系具有良好的触变性能，需要候凝养护才可以固结，可以降低施工过程中的风险性。

1.2.2 矿化度对温控凝胶体系的影响

使用不同矿化度模拟水配制溶液，放置于150 ℃条件下，考察矿化度对凝胶体系成胶时间的影响，结果如图3 所示。由图3 可知：随着矿化度的升高，凝胶体系的成胶时间略有缩短，成胶后的强度无明显变化。

图3 温控凝胶成胶时间和矿化度的关系曲线

1.2.3 温控凝胶体系初始黏度评价

常温下配制不同浓度的温控凝胶体系，用布什DV-Ⅲ型旋转黏度计测试不同浓度凝胶的黏度值，结果如表4 所示。由表4 可知：当凝胶体系质量分数从6%增大到24%时，体系黏度保持在3～5 mPa·s，说明该体系具有良好的注入性。

表4 温控凝胶体系初始黏度和质量分数的关系

1.2.4 温控凝胶体系封堵性能评价

通过测试注入堵剂前后的岩心渗透率，计算岩心的封堵率，评价堵剂的封堵强度。实验条件：常温注入，凝胶岩心养护温度150 ℃；岩心尺寸（Φ25 mm×50 cm），渗透率3 000～4 000 mD（常温水测）；模拟水（矿化度10 000 mg∕L），注入速度2 mL∕min。测定步骤：岩心填制，水测渗透率；注入温控凝胶、顶替液，放置150 ℃恒温箱养护12 h；岩心取出，后续水驱，测渗透率，计算封堵率指标，结果如表5所示。

表5 温控凝胶体系封堵性能比较

由表5 可知：随着温控凝胶堵剂注入量的增加，封堵率增强；岩心突破压力梯度＞0.36 MPa∕m、封堵率＞90%、阻力系数＞10，由此说明温控凝胶堵剂的整体封堵效果较好。

1.2.5 温控凝胶体系固化后针入强度

使用模拟水（矿化度10 000 mg∕L）配制不同浓度的溶液，放置于150 ℃条件下，考察温控胶凝固化后的针入强度。称取温控凝胶放入烧杯中，用适量模拟水溶解，倒入100 mL 量筒中，加水至100 mL，搅拌均匀。将溶液放入高温罐中，置于150 ℃烘箱中恒温48 h 后取出，采用落柱法用水泥标准稠度凝结测定仪中的粗柱测试粗柱针入凝胶中的深度（即针入强度）来表征凝胶的强度，结果如表6所示。

由表6 可知：当温控凝胶的质量分数等于10%时，体系固化后针入强度等于6 mm；随着凝胶质量分数增加，凝胶体系固化后的针入强度逐渐降低。

表6 不同浓度温控凝胶的强度

温控凝胶体系由无机材料组成，在一定的温度下，靠助剂生成凝胶，稳定剂可以控制电荷作用力，形成稳定的耐温体系，凝胶体系形成过程如图4所示。其成胶时间及热稳定性主要取决于环境温度，耐温性可达260 ℃以上，耐盐性大于1.0×105mg∕L矿化度，因而具有良好的耐温抗盐性能。

图4 胶凝体系形成过程

综上，温控凝胶体系初始黏度低，仅为1～3 mPa·s，能够顺利通过堵水管柱，具有良好的注入性，封堵强度高，岩心封堵率高达90%以上，具有良好的耐冲刷性能，因此可采用温控凝胶作为堵水体系。

1.3 呼洛托凝胶

呼洛托凝胶由耐高温聚合物（SD206）和耐高温交联剂（SD109）组成，其中，聚合物为改性聚合物，合成时加入NVP 吡咯烷酮、AN 丙烯腈，AMPS等基团，通过屏蔽作用和位阻作用，提高耐温性；交联剂分为SD109-1、SD109-2 两种，采用多元酚加延迟交联剂组成改进的固体酚醛树脂凝胶。

呼洛托凝胶的合成机制如图5 所示，其不同配方下的凝胶时间及黏度如表7所示。

图5 呼洛托凝胶机制

表7 不同呼洛托凝胶配方下的性能

采用2.0×105mg∕L 高矿化度模拟水，分别按表7 中的配方在150 ℃条件下配制溶液，观察期150 d，结果如图6 所示。由图6 可知：该体系成胶强度G 级，静置150 d 不降解，因而具有良好的耐温抗盐性。

图6 150 ℃耐高温凝胶的强度

综上，呼洛托凝胶体系初始黏度为260 mPa·s，在150 ℃下成胶3 d 后，其黏度达到20 000 mPa·s以上，说明该体系初始黏度大，注入困难，因此不建议使用。

2 结论

1）兴古潜山油藏油井高含水的原因为大裂缝底水脊进，见水后油井产量急剧下降，水窜倒灌封堵了小裂缝即见水封喉，严重影响了油井产能。治理的重点是大裂缝（80～120 μm）长期有效高强度封堵、小裂缝（30～80 μm）油藏启动，最终达到高强度长效封堵，从而为该类油藏的高含水治理和高效开发提供参考，具有重要意义。

2）筛选形成的柔性颗粒堵剂遇水不膨胀，但溶于油、耐剪切、堵水不堵油，在150 ℃度下恒温180 d 稳定，弹性强度保留率为97%，可产生较大的阻力和突破压力，用于封堵裂缝或高渗通道。

3）耐高温的温控凝胶堵剂在初期具有良好的注入性，初始黏度小于20 mPa·s，凝胶成胶时间小于10 h，高温下具有良好的稳定性和耐冲刷性，150 ℃条件下堵剂凝胶固化后针入强度小于6 mm。