碳酸鹽巖油藏堵水調(diào)剖劑的研究進展

蔣晨 楊博 黃友晴

摘 ? ? ?要： 基于碳酸鹽巖油藏不同儲集體類型對堵水調(diào)剖劑性能的要求，綜述了裂縫型、縫洞型和溶洞型儲集體堵水調(diào)剖劑的室內(nèi)研究進展和礦場應(yīng)用情況，包括暫堵劑、水泥堵劑、水玻璃類、柔性顆粒類、凝膠類及密度選擇性堵劑等，分析了各種堵水調(diào)剖劑的特點、作用機理和現(xiàn)場應(yīng)用情況，并總結(jié)了研究與應(yīng)用中存在的一些問題。

關(guān) ?鍵 ?詞：堵水調(diào)剖劑;碳酸鹽巖;研究進展;裂縫型;縫洞型

中圖分類號：TE357 ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）02-0450-05

Abstract： ?Based on the performance requirements of water plugging and profile control agents used in different types of carbonate reservoirs， the laboratory research progress of plugging agent for fractured， fractured-vuggy and cavernous reservoirs and its application in the field were summarized in this paper， including temporary plugging agent， cement plugging agent， silicates， flexible granules， gel and density selective plugging agents. The characteristics， action mechanism and field application of various plugging agents were all analyzed， and some problems in the research and application of plugging agents were summarized.

Key words： ?water plugging and profile control agents; carbonate rock; research progress; fractured type; fractured-vuggy type

碳酸鹽巖油氣藏大多儲量豐富，產(chǎn)量高。在我國這類油藏也有著廣泛的分布。但現(xiàn)如今大部分油田已進入中、后開發(fā)階段， 油井見水嚴重，且孔隙結(jié)構(gòu)由于長期注水開發(fā)發(fā)生了很大的變化，儲層的縱向非均質(zhì)性進一步加強，導(dǎo)致水驅(qū)的縱向波及系數(shù)降低，水驅(qū)采收率下降。調(diào)剖堵水是提高采收率的重要手段之一，但碳酸鹽巖油藏調(diào)剖堵水存在著諸多困難，如儲層特征復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴重、油水在儲集體中的運移規(guī)律認識不清等，再加上儲層內(nèi)部及儲層之間連通關(guān)系復(fù)雜且儲層空間分布不連續(xù)，使得很多堵劑與儲集空間不匹配，無法滿足碳酸鹽巖正常調(diào)剖堵水的要求，因此開發(fā)與碳酸鹽巖油藏儲層特性相匹配的堵劑，是現(xiàn)場堵水工藝成功的關(guān)鍵所在，具有實質(zhì)性的基礎(chǔ)意義，能夠有效地提升采收率。

本文按儲集體類型對碳酸鹽巖油藏堵水調(diào)剖劑進行劃分，并基于堵劑的制備原理、類型和封堵作用機理等，綜述了近年來國內(nèi)對碳酸鹽巖油藏堵水調(diào)剖劑的室內(nèi)研究以及礦場實際應(yīng)用進展。

1 ?裂縫型儲集體

裂縫型儲集體的水道即是油道，裂縫很容易由于措施不當(dāng)而被堵塞，導(dǎo)致注入性和產(chǎn)出液降低，該類型的儲集體堵水調(diào)剖難度系數(shù)最大。目前使用的大多數(shù)堵劑體系含有水玻璃和普通聚合物隔離液（凝膠），水玻璃堵劑耐沖刷性能差，對裂縫型儲集體的堵水適應(yīng)性差，有效時間短;而普通聚合物隔離液（凝膠）在裂縫中漏失嚴重，且凝膠大小與裂縫開度很難匹配，從而導(dǎo)致堵水效果差。

1.1 ?暫堵劑

暫堵劑能暫時封堵地層高滲透帶，與水溶性聚合物混合后注入井內(nèi)，能夠在壓差的作用下迅速對高滲透層形成封堵，經(jīng)過一定時間后可自行或人工解堵。

龍秋蓮等[1]根據(jù)塔河油田現(xiàn)場應(yīng)用實際研究出了暫堵劑配方（0.6%PAM～0.15%鉻交聯(lián)體系），在地溫作用下可形成高黏度的凝膠堵塞屏障。形成的凝膠在地層中老化15 h后破膠水化，在重新開井后可被注入水沖出地層。由于水泥漿與部分交聯(lián)材料的相容性差，導(dǎo)致暫堵劑在大裂縫中難以通過堆積、架橋形成有效堵塞。梅艷等[2]將一定比例和長度的FCL纖維材料加入基礎(chǔ)配方中制成可降解人造纖維暫堵劑。該堵劑可臨時封堵天然裂縫，從而強制流體轉(zhuǎn)向，提高了波及系數(shù)，有利于剩余油潛力的釋放。截至2011年7月，該技術(shù)已經(jīng)在哈薩克斯坦開展了多次現(xiàn)場試驗，增油效果明顯[3]。余婷婷等[4]在常規(guī)固井水泥漿中加入惰性纖維材料，形成了可根據(jù)礦場實際需求改變纖維的加量和長度的纖維堵漏水泥漿體系。通過室內(nèi)模擬堵漏試驗，證明該體系具有良好的堵漏效果。

1.2 ?改性栲膠堵劑

落葉松栲膠主要由單寧和非單寧構(gòu)成。單寧主要由多聚原花青素構(gòu)成，單寧分子內(nèi)黃烷醇單元的兩個環(huán)活性不同，較活潑的環(huán)可與甲醛在堿的催化下形成亞甲基橋連鍵;不活潑的環(huán)，只有在被強堿催化的情況下才能形成類似的橋連鍵。

朱懷江等[5]為使栲膠具有更好的水溶性和更強的耐鹽能力，將磺酸基團引入落葉松栲膠的單寧分子中得到了改性栲膠。改性栲膠堵劑可在水層中形成穩(wěn)定的凝膠，且分子中引入的磺酸基團使形成的凝膠分子帶有極性，能與碳酸鹽巖表面穩(wěn)定結(jié)合;但在油層中凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠?qū)堄嘤褪`在其中并形成混合物，且形成的混合物未與巖石骨架結(jié)合，處于游離狀態(tài)，易被后續(xù)的注入水沖出地層[6]。所以，改性栲膠堵劑具有很強的堵水能力和油水選擇性。龍秋蓮等[1]學(xué)者研究表明：儲層地層水礦化度較高時，若是用此油田油井產(chǎn)出的地層水直接配制堵劑體系，會使堵劑出現(xiàn)分相沉淀的情況，使現(xiàn)場施工中堵劑不能很好地注入。雖然改性栲膠在溶膠中的抗鹽能力有限，但在形成凝膠后可抵抗很高含鹽量的鹽水的侵蝕。龍秋蓮等[7]通過室內(nèi)研究得到基礎(chǔ)配方為：10%GKJ+3%Clb+1%NaOH?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)體系的pH和加入緩凝劑，來滿足現(xiàn)場施工對成膠時間的要求。李曉軍等[8]研發(fā)的改性栲膠堵劑的基礎(chǔ)配方為：改性栲膠6.0%、甲醛2.5%～3.0%、促進劑1.0%～1.5%，其余為蒸餾水，pH值8～10。堵劑液的黏度略高于水，具有良好的注入性能和抗鹽能力，能抵抗1×105 mg/L的鹽水侵蝕。王建偉等[9]分別采用酚類促進劑P-1/醛類促進劑P-2/醛類交聯(lián)劑WR-1和磺改落葉松栲膠進行膠凝反應(yīng)，優(yōu)選出配方：6.0%磺改落葉松栲膠、2.5%～3.0%醛類交聯(lián)劑、1.0%～1.5%酚類促進劑，其余為水，pH值為8～10。堵劑成膠時間在4～72 h可控，所成凝膠強度可達I級。在SH1104井開展的以改性栲膠堵劑為主劑的堵水試驗中初步達到了控水穩(wěn)油、提高采收率的目的[10]。

1.3 ?水泥堵劑

水泥堵劑的封堵能力強、高溫穩(wěn)定性好。水泥堵劑的主劑是超細水泥，其粒徑小于10 μm，可以進入微裂縫以及礫石充填層位，完成對目的層的封堵。由于超細水泥具有良好的水化性能，在制備成水泥漿后，需加入合適的緩凝劑才能保證在堵劑在凝固前被攜帶進入更深的地層。

龍秋蓮等[1]研究的水泥堵劑配方為：30%～40%水泥（450目）+0.5%～3%緩凝劑（SDX-1）+2%～5%分散劑（膨潤土）。張德斌等[11]發(fā)明的堵劑配方為：水泥5%～14%、石英4%～8%、水泥絮凝劑0.1%～0.5%、密度減輕劑4%～11%、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)劑1%～2%、水72%～74%。該堵水劑耐高溫、抗高鹽、膠接度強、密度低，能夠有效地在高溫高鹽油藏得到應(yīng)用。

1.4 ?水玻璃堵劑

水玻璃堵劑是由水玻璃和活化劑反應(yīng)生成的。若采用雙液法施工，可在施工過程中分別注入水玻璃主劑和活化劑兩種段塞，兩種段塞之間用一段隔離液隔開。當(dāng)水玻璃主劑穿過隔離液與活化劑接觸后，先生成硅酸溶膠后變?yōu)楣杷崮z，對地層產(chǎn)生封堵。雙液法施工的優(yōu)點是可根據(jù)封堵地層所處不同位置，通過控制隔離液段塞的長度來達到控制水玻璃主劑穿過隔離液與活化劑接觸所需的時間，從而完成對目的層位的高效封堵。缺點是水玻璃主劑與活化劑之間不能充分接觸，因為水玻璃主劑與活化劑相遇反應(yīng)產(chǎn)生封堵物質(zhì)，會阻止水玻璃主劑與活化劑繼續(xù)接觸。單液法施工，是將水玻璃與活化劑混合，用單一段塞共同注入地層指定位置。單液法施工的優(yōu)點是水玻璃和活化劑能夠充分反應(yīng)，產(chǎn)生的封堵物質(zhì)多。缺點是水玻璃與活化劑反應(yīng)產(chǎn)生堵塞物質(zhì)所需的時間短，只適合用于封堵近井地帶，且體系的穩(wěn)定性受地層溫度影響較大，若要封堵遠井地帶，需加入合適的緩凝劑，延緩膠凝時間。

龍秋蓮等[1]根據(jù)塔河油田現(xiàn)場施工要求，篩選了合適的延緩固化劑加入水玻璃堵劑中，極大地延長了水玻璃堵劑的固化時間，此外還在體系中加入了耐溫抗鹽聚合物來提高體系的韌性。路群祥等[12]用模數(shù)2.8～3.2、含量40%的硅酸鈉、活化劑HHJ和延遲活化劑YHJ-1、YHJ-2配成了在清水中可延緩成膠的硅酸溶液。唐孝芬等[13]成功合成了WJSTP無機凝膠涂層調(diào)剖劑。該堵劑是基于Na2O、mSiO2、NaOH等主要原料研制合成的Na2SiO3。通過后續(xù)的室內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)該體系在與交聯(lián)劑交聯(lián)凝膠化過程中不受酸堿度影響，在現(xiàn)場實際的應(yīng)用中，無須調(diào)整組分含量，且注入地層后優(yōu)先對高滲透層形成封堵。Nasr-El-Din等[14]合成的硅酸鹽與尿素復(fù)合堵劑體系熱穩(wěn)定性好，可以滿足高溫高鹽油藏對于堵劑耐溫抗鹽性能的要求，但若地層中二價陽離子濃度過高易生成沉淀。

1.5 ?石灰乳堵劑

石灰乳是固體氫氧化鈣分散在水中形成的懸濁液。由于氫氧化鈣的顆粒直徑較大，所以石灰乳堵劑特別適合用于封堵裂縫性的高滲透層。而氫氧化鈣為堿可與鹽酸反應(yīng)生成易溶于水的氯化鈣：Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2O。因此在達到封堵高滲透層開辟新的滲流通道的目的后可隨時用鹽酸解堵。該類堵劑的優(yōu)點是固化后性質(zhì)穩(wěn)定，可以滿足礦場實際對堵水作業(yè)長效性的要求，并且在誤堵油層后易于解堵。缺點是石灰乳的溶解度受溫度影響較大，進入地層后在地溫條件下固化太快。只有加入合適的添加劑延緩其固化速度，才能在現(xiàn)場得到應(yīng)用。龍秋蓮等[1]篩選了一系列的延緩固化劑，但最長的延緩固化時間只有80 min，需進一步延長固化時間才能滿足現(xiàn)場施工的要求。

1.6 ?耐溫抗鹽聚合物凝膠堵劑

聚合物凝膠堵劑可在地層中形成空間網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)，限制水在多孔介質(zhì)中的流動，但在高溫高鹽油藏中由于高礦化度地層水與注入液混合易引發(fā)分相沉淀，降低堵劑的成膠能力，所以提高聚合物堵劑的耐溫抗鹽能力勢在必行。

龍秋蓮等[1]合成的耐溫抗鹽凝膠堵的劑配方為：0.8%～2.0%CST-2+0.2%～0.5%HB2+0.07%除氧劑（LN）+0.1%熱穩(wěn)定劑（NS）。該體系130 ℃下成膠時間約為8～11 h左右。景艷等[15]為得到耐溫抗鹽性能更強弱凝膠體系，在水解聚丙烯酰胺中加入了實驗室自制的交聯(lián)劑和穩(wěn)定劑。該體系能夠耐溫100 ℃，抗鹽250 g/L[其中ρ（Ca2+）= 4 g/L];能通過改善高低滲透層的吸水剖面，提高縱向波及系數(shù)，從而提高采收率。王榮等[16]以PAM、烏洛托品、間苯二酚、磷酸為原料，并運用正交試驗法篩選出合適的穩(wěn)定劑作為添加劑合成了耐溫抗鹽聚合物凝膠堵劑。該體系成膠后黏度高，且長期熱穩(wěn)定性好，可以滿足油田對堵水時長的需求。Eriksen等[17]用苯酚、烏洛托品、AM/AMPS為原料，以高礦化度鹽水作溶劑制得的凝膠具有良好的長期熱穩(wěn)定性。

1.7 ?柔性堵劑

由于現(xiàn)有的預(yù)交聯(lián)體膨顆粒堵劑以及聚合物凝膠堵劑耐溫抗鹽性能差，不能滿足高溫高鹽油藏的堵水作業(yè)需要。中石油勘探開發(fā)研究院[18]研發(fā)了一種耐抗型的柔性顆粒，該顆粒是一種偏油溶性材料，具有較好的黏彈性，如“變形蟲”一般封堵復(fù)雜的縫隙或孔道，注入到地層中可就地發(fā)生二次交聯(lián)，從而對地層形成再次封堵[1]。

1.8 ?單體復(fù)合型凝膠堵劑

單體復(fù)合凝膠堵劑在地層中成膠后可形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于水趨于使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膨脹，而油氣使其收縮，因此能降低產(chǎn)水而不影響油氣產(chǎn)量，達到油水選擇性封堵的目的。

伍亞軍等[19]由單體凝膠TA-1（質(zhì)量濃度為4.2%～4.7%）、單體凝膠TB-2（質(zhì)量濃度為0.5%～ 1.0%）、引發(fā)劑YC-1（100～150 mg / L）、穩(wěn)定劑 YV-2（質(zhì)量濃度為0.5%～1.0%）、交聯(lián)劑FQ-2（質(zhì)量濃度0.8%～1.2%）聚合交聯(lián)得到了單體復(fù)合凝膠體系。該堵劑與復(fù)合前的單體凝膠體系相比具有更強的油水選擇性，且成膠時間在24～48h可調(diào)，成膠強度可達I級。在T815（K）CH井進行的實際應(yīng)用中取得了良好的堵水效果?？导t兵等[20]在引發(fā)劑和交聯(lián)劑有機酌酸FQ的作用下將AM單體與B單體復(fù)配使用，并加入增溶劑以增大兩種單體在體系中的溶解性。通過調(diào)整各組分的加量最終得到了穩(wěn)定的單體復(fù)合凝膠堵劑體系。該堵劑成膠時間受溫度影響不大，且成膠時間可控，成膠后長期熱穩(wěn)定性好。通過堵水物模實驗測得該體系具有良好的堵水效果，且突破壓力梯度大，能很好得在地層中駐留。

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