一種低密度稠油熱采復合封竄劑的研制與應用

王孟江 孫迎勝 楊軍虎 常國棟 燕收廣 李新丹

中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院

一種低密度稠油熱采復合封竄劑的研制與應用

王孟江 孫迎勝 楊軍虎 常國棟 燕收廣 李新丹

中國石化河南油田分公司石油工程技術研究院

針對常規(guī)熱采封竄劑在低壓層或虧空層容易漏失、厚油層封竄效果差等問題，進行了密度小于1.1 g/cm3的低密度復合封竄劑研究。考察了水灰比、溫度對封竄劑性能的影響，并對封竄劑耐高溫、抗壓、巖心封堵、耐蒸汽沖刷等性能進行了評價。實驗結果表明：該低密度復合封竄劑在300 ℃時體積收縮率為8.47%，巖心封堵率大于99%，巖心突破壓力大于0.13 MPa/cm，且封竄劑耐蒸汽沖刷性能強。現(xiàn)場試驗7井組，汽竄通道封堵率94.4%，表明該技術在稠油油藏熱采開發(fā)中后期具有廣闊的應用前景。

低密度；封竄劑；水灰比；封堵率；稠油熱采井

稠油熱采井隨著稠油蒸汽吞吐（或蒸汽驅）周期的增加，由于儲層非均質性及蒸汽超覆等原因，致使油層的吸汽剖面不均勻，蒸汽指進及井間汽竄等現(xiàn)象嚴重，影響了稠油開采效果［1-4］。目前應用廣泛的稠油油藏熱采封竄劑有顆粒封竄劑及泡沫類封竄劑等。常用的固相顆粒類封竄劑雖然耐高溫，但密度較高，易沉降，固化后體積收縮嚴重，不適合對蒸汽超覆層封竄。泡沫類封竄劑封竄強度弱，耐溫性差，封堵有效期短，主要適用于弱汽竄井及次生汽竄通道的調剖封竄［5］。筆者針對以上問題，研發(fā)出一種密度介于泡沫與顆粒調剖劑密度之間的低密度稠油熱采復合封竄劑，封竄劑漿液密度低，穩(wěn)定性好，能實現(xiàn)大劑量注入，固化后強度高，可在蒸汽超覆導致油層上部汽竄嚴重的厚油層近井及遠井汽竄通道填充并固化，有效封堵高滲層或汽竄通道。

1 配方原理及組成

Principle and composition of formula

研究開發(fā)的低密度復合封竄劑由耐溫性能好的硫鋁酸鹽類膠凝劑GSJ、密度減輕劑PZ60、懸浮穩(wěn)定劑HPD等成分組成。硫鋁酸鹽類膠凝材料GSJ，粒度中值13.97 μm，主要起固化作用，在低密度高水灰比情況下保持一定的強度。密度減輕劑PZ60為珍珠巖漂珠，粒度中值89.54 μm，成本低廉且熱穩(wěn)定性好，依靠減輕劑本身來降低漿體密度。懸浮穩(wěn)定劑HPD，粒度中值2.17 μm，可分布在顆粒周圍還能吸附大量的水分子，使顆粒之間形成均勻致密的網(wǎng)架結構，增加漿體的黏度，使封竄劑漿體保持良好的穩(wěn)定性。封竄劑體系基于緊密堆積原理，選用3種不同粒徑的顆粒材料，構成三級顆粒級配，使微細顆粒充填在較大顆粒的空隙，實現(xiàn)了不同粒徑顆粒堆積空隙率最?。?］，達到在高水灰比條件下漿體析水少、固化體高溫穩(wěn)定性好且耐蒸汽沖刷的性能。

2 配方優(yōu)選

Formula optimization

2.1 無機膠凝劑及懸浮穩(wěn)定劑質量分數(shù)的確定

Determination of mass fraction of inorganic gelling agent and suspension stabilizer

實驗中保持封竄劑漿液密度1.1 g/cm3不變的情況下，改變GSJ膠凝劑與HPD懸浮穩(wěn)定劑的固相含量比例，即GSJ質量分數(shù)分別取65%、70%、75%、80%、85%、90%與懸浮穩(wěn)定劑進行交互復配實驗，用六速黏度計測量漿液的塑性黏度，而后取100 mL樣品倒入玻璃試管中，蓋上膠塞，密封后置于40 ℃恒溫烘箱中恒溫至固結，記錄析水率，用水泥稠度凝結時間測試儀測試漿液固化后的針入度（實驗選用試桿總質量為300 g，終凝針長度30 mm）。實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，在漿液密度1.1 g/cm3條件下，GSJ膠凝劑質量分數(shù)增加，漿液塑性黏度降低，當固相質量分數(shù)小于80%時，封竄劑析水率低、針入度大，漿液穩(wěn)定性較好但固化后強度低；GSJ膠凝劑固相質量分數(shù)大于80%時，漿液穩(wěn)定性差，大量析水且固相沉降分層，所測針入度為沉降物針入度。兼顧針入度和析水率，GSJ膠凝劑固相適用質量分數(shù)選用75%～80%，HPD懸浮穩(wěn)定劑固相質量分數(shù)選用20%～25%。

圖1 無機膠凝劑及穩(wěn)定劑質量分數(shù)確定實驗曲線Fig.1 Composition-grain size composite graph of channeling blocking agent

2.2 密度減輕劑質量分數(shù)的確定

Determination of mass fraction of density reducing agent

按優(yōu)選的結果配制密度1.1 g/cm3封竄劑漿液，然后分別添加不同質量的密度減輕劑PZ60，實驗密度減輕劑加入量對復合封竄劑密度的影響，從圖2可以看出，隨著密度減輕劑用量的增加，封竄劑密度不斷下降，當密度減輕劑占固體顆粒比例58.3%時，封竄劑密度降至1.005 g/cm3，漿體仍保持較好的流動性及穩(wěn)定性，但針入度變大，強度較低。

圖2 密度減輕劑加量對封竄劑密度的影響Fig.2 Schematic diagram of three-order grain gradation

從圖3可以看出，密度減輕劑PZ60加量在固相含量為16.6%～44.4%時，密度為1.09～1.05g/cm3，封竄劑針入度較低，即固結體強度高；當固相含量大于44.4%時，雖然密度較低，但固結體強度下降。綜合密度及針入強度指標，密度減輕劑PZ60加量選用16%～45%，無機膠凝劑GSJ固相適用質量分數(shù)選用44%～66%，懸浮穩(wěn)定劑HPD固相質量分數(shù)選用11%～18%。

圖3 密度減輕劑加量對封竄劑強度的影響Fig.3 Experiment curve determining mass fraction of inorganic gelling agent and suspension stabilizer

3 性能評價

Performance evaluation

3.1 水灰比對封竄劑性能的影響

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

實驗中選用水灰比3～6的范圍進行室內研究，考查了不同水灰比對封竄劑性能的影響（表1），實驗中采用水泥稠度凝結時間測試儀測試漿液固化后的針入度。實驗結果表明，當封竄劑水灰比小于5.3時，針入度低，封竄劑強度高，當封竄劑水灰比大于5.3時，漿體穩(wěn)定性變差，減輕劑上浮，分層嚴重。為達到封竄劑有較低的析水率及有較高的強度，水灰比選在4.0～5.3之間較為合適，封竄劑漿液密度1.085～1.1 g/cm3。

表1 不同水灰比對封竄劑漿液性能的影響Table 1 Effect of water/cement ratio on the performance of channeling blocking agent

3.2 溫度對封竄劑性能的影響

Effect of temperature on the performance of channeling blocking agent

將攪拌均勻的封竄劑裝入試管中，分別置于不同溫度的水浴中恒溫固化48 h，測不同溫度下封竄劑的初凝時間、析水率及固化后針入度，綜合考查溫度對封竄劑強度和初凝時間的影響，實驗結果如表2所示。

表2 溫度對堵劑性能影響實驗數(shù)據(jù)Table 2 Experimental data of effect of temperature on the performance of plugging agent

實驗結果表明，隨著固化溫度的升高，封竄劑強度呈明顯上升趨勢，而初凝時間則呈下降趨勢，但初凝時間均大于5 h，能滿足在不同溫度地層大劑量注入的要求。

3.3 封竄劑耐溫實驗

Experiment on the temperature resistance of channeling blocking agent

實驗中將配制好的封竄劑裝入標準模塊中，放置50 ℃水浴中養(yǎng)護48 h，脫膜后放入150 ℃與300℃烘箱中，分別烘烤5、10、15、30、60 d后，測試前后體積變化情況，實驗結果如表3所示。

表3 封竄劑耐溫實驗評價數(shù)據(jù)Table 3 Experimental evaluation data of temperature resistance of channeling blocking agent

封竄劑耐溫性能評價結果顯示，封竄劑固化后置于150 ℃、300 ℃溫度下烘烤60 d后，形態(tài)完整，體積收縮率分別為2.45%及8.48%，說明封竄劑耐高溫性能好。

3.4 封竄劑抗壓性能測試

Test on the pressure resistance of channeling blocking agent

將配好的封竄劑漿液倒入50 mm×50 mm×50 mm的模具中，置于40 ℃、50 ℃水浴中養(yǎng)護48 h后脫模，用塑料袋封閉后在40 ℃、50 ℃水浴中分別養(yǎng)護1、5、10、15 d。高溫試塊脫膜后放入300 ℃烘箱中，分別烘烤1、5、10、15 d。然后取出試樣在壓力試驗機上測試抗壓強度。實驗結果見圖4?？梢钥闯?，封竄劑隨養(yǎng)護溫度升高， 抗壓強度增加；40～50 ℃溫度下隨養(yǎng)護時間增加， 強度有上升趨勢，300 ℃高溫下隨烘烤時間增加強度緩慢下降，15 d后的抗壓強度為0.95MPa，說明封竄劑抗壓性能好。

圖4 封竄劑抗壓強度變化Fig.4 Effect of dosage of density reducing agent on the density of channeling blocking agent

3.5 封竄劑封堵性能評價

Evaluation on the plugging performance of channeling blocking agent

用不同粒徑的石英砂，填入?30 mm×300 mm的砂管中，壓制成巖心，通過室內巖心模擬實驗，先注入清水，測巖心滲透率，然后注入低密度復合封竄劑，在不同溫度下養(yǎng)護48 h，再用清水測定巖心的滲透率及突破壓力［7］。結果如表4所示，可以看出封竄劑對不同滲透率的巖心都有很高的封堵率，封堵率大于99%，巖心突破壓力大于0.13 MPa/cm。

表4 巖心封堵實驗結果Table 4 Core plugging test result

3.6 耐蒸汽沖刷實驗

Test on the steam erosion resistance

編號08221巖心突破后采用250 ℃高溫蒸汽沖刷4 PV，壓力變化不大，沖刷13 PV后壓力從0.53 MPa降至0.45 MPa，壓力下降幅度小，說明低密度復合封竄劑耐蒸汽沖刷性能好（圖5）。

圖5 封竄劑耐蒸汽沖刷性能變化曲線圖（250 ℃）Fig.5 Effect of dosage of density reducing agent on the strength of channeling blocking agent

3.7 與常用封竄劑性能對比

Performance comparison with conventional channeling blocking agent

常用的顆粒類調剖封竄劑耐溫性好，但是密度較高，顆粒易沉降，固化后體積收縮嚴重［8］。低密度復合封竄劑密度低，且析水率低，抗壓強度中等，綜合性能優(yōu)于稠油區(qū)塊常用的其他類型顆粒封竄劑，且單方成本也較低，適合大劑量封竄施工（見表5）。

表5 稠油區(qū)塊常用顆粒封竄劑性能比較Table 5 Performance comparison between conventional grain channeling blocking agents used in heavy oil blocks

4 現(xiàn)場應用

Field application

典型井例：樓2314井是井樓油田一口稠油熱采井，砂層厚度13.4 m，有效厚度11.4 m，該井共吞吐8個周期，累計注蒸汽9 359.0 t，累計產油8 144.9 t，油氣比0.87，采注比4.9，采出程度38.1%。該井平面上與同層位鄰井存在7條汽竄通道，縱向剖面上滲透率級差為3.9，高滲層在油井中上部，存在著蒸汽超覆現(xiàn)象，對其采取封竄措施，共注入低密度封竄劑120 m3，之后候凝24 h。措施實施后第9周期注蒸汽1 063 t，對應汽竄井未見汽竄現(xiàn)象，原七條汽竄通道封堵成功，井組累計增油1 205.1 t。

在河南油田淺層稠油區(qū)塊進行了7井組低密度封竄現(xiàn)場應用，累計注入封竄劑560 m3，注汽過程跟蹤前期對應汽竄井，以對應井產液量急劇增加伴隨井口溫度和含水上升明顯，或者產液量變化不大但井口溫度急劇上升為汽竄通道未封堵成功標準來評價現(xiàn)場應用效果（表6）。

從應用效果來看：低密度復合封竄技術對汽竄通道封堵有較高的封堵率，措施前有汽竄通道24條，其中6條因組合注汽無法評價外，有效封堵汽竄通道17條，汽竄減弱1條，汽竄通道封堵率94.4%。

表6 低密度復合封竄試驗井現(xiàn)場應用效果Table 6 Field application effect of low-density composite channeling blocking agent in the test well

5 結論

Conclusions

（1）研制出適用于稠油熱采井蒸汽超覆層封竄的低密度復合封竄劑配方，該配方以密度減輕劑、無機膠凝劑、懸浮穩(wěn)定劑構成三級顆粒級配體系，提高了封竄劑綜合性能，在保持強度的同時封竄劑密度小于1.1 g/cm3。

（2）該低密度復合封竄劑耐溫300 ℃，抗壓性能好，巖心封堵率大于99%，巖心突破壓力大于0.13 MPa/cm，且封竄劑耐蒸汽沖刷性能強。

（3）該低密度復合封竄劑能有效封堵高滲層或汽竄通道，阻止蒸汽竄流，擴大蒸汽波及體積，為稠油熱采低壓易漏失井、淺層虧空層井、厚油層蒸汽超覆層汽竄治理提供了技術保障。

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（修改稿收到日期 2017-03-15）

〔編輯 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，孫迎勝，楊軍虎，常國棟，燕收廣，李新丹.一種低密度稠油熱采復合封竄劑的研制與應用［J］.石油鉆采工藝，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年畢業(yè)于西南石油學院石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)技術研究工作。通訊地址：（473132）河南省南陽市宛城區(qū)河南油田石油工程技術研究院。電話：0371-56530801。E-mail: 51989362@qq.com