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(shù)研究院

一種低密度稠油熱采復(fù)合封竄劑的研制與應(yīng)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(shù)研究院

針對(duì)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(jìn)行了密度小于1.1 g/cm3的低密度復(fù)合封竄劑研究?？疾炝怂冶取囟葘?duì)封竄劑性能的影響，并對(duì)封竄劑耐高溫、抗壓、巖心封堵、耐蒸汽沖刷等性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該低密度復(fù)合封竄劑在300 ℃時(shí)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(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7井組，汽竄通道封堵率94.4%，表明該技術(shù)在稠油油藏?zé)岵砷_發(fā)中后期具有廣闊的應(yīng)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(qū)）周期的增加，由于儲(chǔ)層非均質(zhì)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(jìn)及井間汽竄等現(xiàn)象嚴(yán)重，影響了稠油開采效果［1-4］。目前應(yīng)用廣泛的稠油油藏?zé)岵煞飧Z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(yán)重，不適合對(duì)蒸汽超覆層封竄。泡沫類封竄劑封竄強(qiáng)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(diào)剖封竄［5］。筆者針對(duì)以上問題，研發(fā)出一種密度介于泡沫與顆粒調(diào)剖劑密度之間的低密度稠油熱采復(fù)合封竄劑，封竄劑漿液密度低，穩(wěn)定性好，能實(shí)現(xiàn)大劑量注入，固化后強(qiáng)度高，可在蒸汽超覆導(dǎo)致油層上部汽竄嚴(yán)重的厚油層近井及遠(yuǎn)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(fù)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(qiáng)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(jié)構(gòu)，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(gòu)成三級(jí)顆粒級(jí)配，使微細(xì)顆粒充填在較大顆粒的空隙，實(shí)現(xiàn)了不同粒徑顆粒堆積空隙率最?。?］，達(dá)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(jī)膠凝劑及懸浮穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

Determination of mass fraction of inorganic gelling agent and suspension stabilizer

實(shí)驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)分別取65%、70%、75%、80%、85%、90%與懸浮穩(wěn)定劑進(jìn)行交互復(fù)配實(shí)驗(yàn)，用六速黏度計(jì)測(cè)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(jié)，記錄析水率，用水泥稠度凝結(jié)時(shí)間測(cè)試儀測(cè)試漿液固化后的針入度（實(shí)驗(yàn)選用試桿總質(zhì)量為300 g，終凝針長(zhǎng)度30 mm）。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，漿液塑性黏度降低，當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于80%時(shí)，封竄劑析水率低、針入度大，漿液穩(wěn)定性較好但固化后強(qiáng)度低；GSJ膠凝劑固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80%時(shí)，漿液穩(wěn)定性差，大量析水且固相沉降分層，所測(cè)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(zhì)量分?jǐn)?shù)選用75%～80%，HPD懸浮穩(wěn)定劑固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用20%～25%。

圖1 無機(jī)膠凝劑及穩(wěn)定劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定實(shí)驗(yàn)曲線Fig.1 Composition-grain size composite graph of channeling blocking agent

2.2 密度減輕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

Determination of mass fraction of density reducing agent

按優(yōu)選的結(jié)果配制密度1.1 g/cm3封竄劑漿液，然后分別添加不同質(zhì)量的密度減輕劑PZ60，實(shí)驗(yàn)密度減輕劑加入量對(duì)復(fù)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(dāng)密度減輕劑占固體顆粒比例58.3%時(shí)，封竄劑密度降至1.005 g/cm3，漿體仍保持較好的流動(dòng)性及穩(wěn)定性，但針入度變大，強(qiáng)度較低。

圖2 密度減輕劑加量對(duì)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(shí)，密度為1.09～1.05g/cm3，封竄劑針入度較低，即固結(jié)體強(qiáng)度高；當(dāng)固相含量大于44.4%時(shí)，雖然密度較低，但固結(jié)體強(qiáng)度下降。綜合密度及針入強(qiáng)度指標(biāo)，密度減輕劑PZ60加量選用16%～45%，無機(jī)膠凝劑GSJ固相適用質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用44%～66%，懸浮穩(wěn)定劑HPD固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用11%～18%。

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

3 性能評(píng)價(jià)

Performance evaluation

3.1 水灰比對(duì)封竄劑性能的影響

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

實(shí)驗(yàn)中選用水灰比3～6的范圍進(jìn)行室內(nèi)研究，考查了不同水灰比對(duì)封竄劑性能的影響（表1），實(shí)驗(yàn)中采用水泥稠度凝結(jié)時(shí)間測(cè)試儀測(cè)試漿液固化后的針入度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)封竄劑水灰比小于5.3時(shí)，針入度低，封竄劑強(qiáng)度高，當(dāng)封竄劑水灰比大于5.3時(shí)，漿體穩(wěn)定性變差，減輕劑上浮，分層嚴(yán)重。為達(dá)到封竄劑有較低的析水率及有較高的強(qiáng)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(duì)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(duì)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(cè)不同溫度下封竄劑的初凝時(shí)間、析水率及固化后針入度，綜合考查溫度對(duì)封竄劑強(qiáng)度和初凝時(shí)間的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 溫度對(duì)堵劑性能影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Experimental data of effect of temperature on the performance of plugging agent

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著固化溫度的升高，封竄劑強(qiáng)度呈明顯上升趨勢(shì)，而初凝時(shí)間則呈下降趨勢(shì)，但初凝時(shí)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(shí)驗(yàn)

Experiment on the temperature resistance of channeling blocking agent

實(shí)驗(yàn)中將配制好的封竄劑裝入標(biāo)準(zhǔn)模塊中，放置50 ℃水浴中養(yǎng)護(hù)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(cè)試前后體積變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 封竄劑耐溫實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)Table 3 Experimental evaluation data of temperature resistance of channeling blocking agent

封竄劑耐溫性能評(píng)價(jià)結(jié)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(cè)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(hù)48 h后脫模，用塑料袋封閉后在40 ℃、50 ℃水浴中分別養(yǎng)護(hù)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(yàn)機(jī)上測(cè)試抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4?？梢钥闯觯飧Z劑隨養(yǎng)護(hù)溫度升高， 抗壓強(qiáng)度增加；40～50 ℃溫度下隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加， 強(qiáng)度有上升趨勢(shì)，300 ℃高溫下隨烘烤時(shí)間增加強(qiáng)度緩慢下降，15 d后的抗壓強(qiáng)度為0.95MPa，說明封竄劑抗壓性能好。

圖4 封竄劑抗壓強(qiáng)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(píng)價(jià)

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(nèi)巖心模擬實(shí)驗(yàn)，先注入清水，測(cè)巖心滲透率，然后注入低密度復(fù)合封竄劑，在不同溫度下養(yǎng)護(hù)48 h，再用清水測(cè)定巖心的滲透率及突破壓力［7］。結(jié)果如表4所示，可以看出封竄劑對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Core plugging test result

3.6 耐蒸汽沖刷實(shí)驗(yàn)

Test on the steam erosion resistance

編號(hào)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(fù)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(duì)比

Performance comparison with conventional channeling blocking agent

常用的顆粒類調(diào)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(yán)重［8］。低密度復(fù)合封竄劑密度低，且析水率低，抗壓強(qiáng)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(chǎng)應(yīng)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(gè)周期，累計(jì)注蒸汽9 359.0 t，累計(jì)產(chǎn)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(jí)差為3.9，高滲層在油井中上部，存在著蒸汽超覆現(xiàn)象，對(duì)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(shí)施后第9周期注蒸汽1 063 t，對(duì)應(yīng)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(jì)增油1 205.1 t。

在河南油田淺層稠油區(qū)塊進(jìn)行了7井組低密度封竄現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，累計(jì)注入封竄劑560 m3，注汽過程跟蹤前期對(duì)應(yīng)汽竄井，以對(duì)應(yīng)井產(chǎn)液量急劇增加伴隨井口溫度和含水上升明顯，或者產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果（表6）。

從應(yīng)用效果來看：低密度復(fù)合封竄技術(shù)對(duì)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(píng)價(jià)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(fù)合封竄試驗(yàn)井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果Table 6 Field application effect of low-density composite channeling blocking agent in the test well

5 結(jié)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(fù)合封竄劑配方，該配方以密度減輕劑、無機(jī)膠凝劑、懸浮穩(wěn)定劑構(gòu)成三級(jí)顆粒級(jí)配體系，提高了封竄劑綜合性能，在保持強(qiáng)度的同時(shí)封竄劑密度小于1.1 g/cm3。

（2）該低密度復(fù)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(qiáng)。

（3）該低密度復(fù)合封竄劑能有效封堵高滲層或汽竄通道，阻止蒸汽竄流，擴(kuò)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(shù)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(fù)合封竄劑的研制與應(yīng)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(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)技術(shù)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(shù)研究院。電話：0371-56530801。E-mail: 51989362@qq.com