剪切對聚丙烯酰胺酚醛樹脂可動凝膠性能的影響

王志強，游靖，余吉良，王少波，高珊珊 中石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552

李冬存 （中石油華北油田分公司第一采油廠，河北 任丘062552）

井繼哲，雷小洋 （中石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552）

可動凝膠調(diào)驅(qū)是華北砂巖油藏三次采油的主要措施之一，由于聚丙烯酰胺酚醛樹脂交聯(lián)可動凝膠應(yīng)用范圍廣，是目前華北油田常用的可動凝膠體系［1，2］。隨著華北油田深入開發(fā)，分注井越來越多，部分井需要利用井內(nèi)分注管柱進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)。利用分注管柱進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)配水器及堵塞器對可動凝膠存在剪切這是公認(rèn)的事實，但到底剪切到什么程度？對可動凝膠影響多大？目前可借鑒資料較少。對此，筆者研發(fā)和組配了可調(diào)配的地面分注管柱進(jìn)行對可動凝膠剪切影響的模擬試驗，同時根據(jù)現(xiàn)場可動凝膠配制和注入過程，進(jìn)行了攪拌不同時間、經(jīng)過注入泵的柱塞、井口閘門等剪切對可動凝膠影響試驗，為利用分注管柱進(jìn)行可動凝膠分層調(diào)驅(qū)現(xiàn)場施工提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗原料和設(shè)備

1.1 原料

聚丙烯酰胺（北京恒聚公司，分子量大于2000萬，水解度20%～30%），交聯(lián)劑、酚醛樹脂交聯(lián)劑（華北油田油聯(lián)化工廠），配液用水為清水。

1.2 設(shè)備

恒溫烘箱（上海試驗儀器廠），調(diào)驅(qū)注入泵（天津泵廠），模擬試驗裝置（見圖1）實驗室組配，Mars流變儀（德國哈克公司）。

2 攪拌對凝膠的影響

選用聚合物濃度1250mg／L，交聯(lián)劑濃度1500mg／L，清水配制的可動凝膠配方［3，4］進(jìn)行試驗。在現(xiàn)場施工中，聚合物通過噴射射流裝置高速分散到配液池，一般攪拌2h聚丙烯酰胺才能充分溶解，因此在現(xiàn)場配制過程中分別攪拌不同時間進(jìn)行取樣，將取得的樣品用 Mars流變儀在7.34s－1剪切速率下測定溶液黏度。同時試樣放入75℃恒溫烘箱，3d取出測定凝膠黏度，根據(jù)式（1）計算黏度保持率：

圖1 模擬試驗裝置流程

式中，λ為溶液或交聯(lián)后凝膠黏度保持率，%；η1為試驗項目后溶液或交聯(lián)后凝膠黏度，mPa·s；η0為配液池初始溶液或交聯(lián)后凝膠黏度，mPa·s。

攪拌對可動凝膠的影響試驗結(jié)果見表1，從表1試驗數(shù)據(jù)可以看出，在現(xiàn)場配液過程中攪拌2～3h黏度達(dá)到最大，說明聚合物完全溶解時間為2h左右。隨攪拌時間的延長，溶液黏度和凝膠黏度略有下降，現(xiàn)場一般采用10m3配液池配制，4～6h注入一池，因此，攪拌對可動凝膠的影響不大。

表1 攪拌對可動凝膠的影響

3 注入泵對凝膠的剪切影響

華北油田可動凝膠調(diào)驅(qū)現(xiàn)場施工，一般采用撬裝式注入設(shè)備在井口注入，調(diào)驅(qū)泵為高壓柱塞泵，分別在配液池和經(jīng)過調(diào)驅(qū)泵柱塞后取樣進(jìn)行對比，用Mars流變儀在7.34s－1剪切速率下測定溶液黏度。同時試樣放入75℃恒溫烘箱，3d取出測定凝膠黏度，根據(jù)式（1）計算黏度保持率，試驗結(jié)果見表2。從表2試驗數(shù)據(jù)可以看出，調(diào)驅(qū)泵柱塞剪切對凝膠影響較小，剪切后凝膠黏度保持率在98%以上。

表2 調(diào)驅(qū)泵柱塞可動凝膠的影響

4 井口閘門對凝膠的剪切影響

在施工現(xiàn)場，用清水配制聚合物濃度1250mg／L，交聯(lián)劑濃度1500mg／L的可動凝膠體系，在可動凝膠經(jīng)井口套管閘門前后取樣，通過井口閘門絲杠露出的長短控制閘門開啟程度，樣品用Mars流變儀在7.34s－1剪切速率下測定溶液黏度。同時放入75℃恒溫烘箱，3d取出測定凝膠黏度，根據(jù)式（1）計算黏度保持率，試驗結(jié)果見表3。

從表3試驗數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)閘門開啟較大時，凝膠黏度保持率較高，剪切較小；當(dāng)閘門開啟程度較小時，閘門對凝膠剪切作用較大，特別是通過閘門前后產(chǎn)生節(jié)流壓差時，可動凝膠交聯(lián)影響較大，在產(chǎn)生5MPa節(jié)流壓差的條件下，凝膠黏度保持率僅達(dá)62%，因此調(diào)驅(qū)施工時井口閘門應(yīng)大開啟到最大。

表3 閘門對可動凝膠的影響

5 分注管柱配水器和堵塞器對凝膠的剪切影響

5.1 堵塞器開啟程度對凝膠剪切的影響

由于正常施工時分注管柱位于井下，無法進(jìn)行剪切程度的實際測量，因此在地面組配模擬管柱（如圖1所示），調(diào)驅(qū)泵按日注60m3／d排量讓可動凝膠分別通過未加堵塞器的偏心配水器、配水器內(nèi)加裝堵塞器但堵塞器開啟程度不同，分別在配液池和經(jīng)配水器、堵塞器剪切后取樣，用Mars流變儀在7.34s－1剪切速率下測定溶液黏度。同時試樣放入75℃恒溫烘箱，3d取出測定凝膠黏度，根據(jù)式（1）計算黏度保持率。試驗結(jié)果見表4。

表4 配水器和堵塞器對凝膠黏度的影響

從表4試驗數(shù)據(jù)可以看出，在偏心配水器空注和堵塞器開啟到最大程度時，剪切對凝膠性能影響較小，其黏度保持率在95%以上。在配水器中加入堵塞器并且堵塞器開啟程度較小的情況下，凝膠經(jīng)堵塞器前后會產(chǎn)生較大的節(jié)流壓差，產(chǎn)生的節(jié)流壓差也大，對凝膠剪切越嚴(yán)重，當(dāng)節(jié)流壓差12MPa時，凝膠黏度保持率僅為42%，嚴(yán)重影響其交聯(lián)性能，因此采用分注管柱分層調(diào)驅(qū)時，應(yīng)撈出調(diào)驅(qū)目的層的堵塞器。

5.2 排量對凝膠剪切的影響

根據(jù)上述試驗結(jié)論，偏心配水器被本身剪切對凝膠性能影響較小，因此在分層調(diào)驅(qū)應(yīng)使調(diào)驅(qū)層段空注?？紤]偏心配本身節(jié)流作用對凝膠的影響，筆者進(jìn)行了偏心配水器空注（不加堵塞器）、不同日注量時配水器剪切對凝膠性能的影響試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 泵排量對可動凝膠的剪切

從表5試驗數(shù)據(jù)可以看出，隨日注量增加，凝膠黏度保持率下降，在日注量100m3／d以下時，凝膠黏度保持率在95%以上，華北油田大部分注水井日注量在30～100m3／d，在采用分層調(diào)驅(qū)偏心配水器空注時剪切對凝膠的影響較小。因此可以采取撈出調(diào)驅(qū)目的層堵塞器（空注）的方法進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)。當(dāng)日注量達(dá)到200m3／d時，要考慮配水器剪切對凝膠性能的影響，認(rèn)為利用分注管柱分層調(diào)驅(qū)單層日注量不易超過120m3／d。

6 結(jié)論

1）剪切會嚴(yán)重影響可動凝膠的性能，在進(jìn)行可動凝膠調(diào)驅(qū)施工時，必須考慮剪切對凝膠的影響。

2）在可動凝膠現(xiàn)場施工過程中井口閘門開啟程度剪切對可動凝膠性能影響較大，攪拌和調(diào)驅(qū)泵柱塞剪切對凝膠的影響較小，基本可以不考慮?，F(xiàn)場施工時為了減小剪切對可動凝膠的影響，應(yīng)把可動凝膠經(jīng)過的井口閘門開啟到最大。

3）分注管柱中的堵塞器開啟程度剪切對可動凝膠性能影響較大，嚴(yán)重者甚至?xí)绊懣蓜幽z的交聯(lián)，因此，在進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)時，應(yīng)撈出調(diào)驅(qū)目的層的堵塞器，采用偏心配水器進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)。

4）采用分注管柱進(jìn)行分層調(diào)驅(qū)，偏心配水器空注時，單層凝膠日注量不要超過120m3／d。

5）在下入分層管柱時，還應(yīng)考慮可動凝膠交聯(lián)后對封隔器的影響，保證封隔器上部不能有凝膠沉積，以避免凝膠交聯(lián)后影響封隔器的起出作業(yè)。同時為防止可動凝膠在管柱、配水器偏孔內(nèi)壁粘附，影響投撈調(diào)配。在設(shè)計管柱時，采取配水器下移封隔器上移至卡封分注層段射孔段的底界［5，6］，減少可動凝膠在油管內(nèi)吸附和套管內(nèi)的堆積對分注管柱的影響。

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