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）

可動凝膠調驅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可動凝膠應用范圍廣，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，分注井越來越多，部分井需要利用井內分注管柱進行分層調驅。利用分注管柱進行分層調驅配水器及堵塞器對可動凝膠存在剪切這是公認的事實，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，筆者研發和組配了可調配的地面分注管柱進行對可動凝膠剪切影響的模擬試驗，同時根據現場可動凝膠配制和注入過程，進行了攪拌不同時間、經過注入泵的柱塞、井口閘門等剪切對可動凝膠影響試驗，為利用分注管柱進行可動凝膠分層調驅現場施工提供理論依據和技術支撐。

1 試驗原料和設備

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%），交聯劑、酚醛樹脂交聯劑（華北油田油聯化工廠），配液用水為清水。

1.2 設備

恒溫烘箱（上海試驗儀器廠），調驅注入泵（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，交聯劑濃度1500mg／L，清水配制的可動凝膠配方［3，4］進行試驗。在現場施工中，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，因此在現場配制過程中分別攪拌不同時間進行取樣，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為溶液或交聯后凝膠黏度保持率，%；η1為試驗項目后溶液或交聯后凝膠黏度，mPa·s；η0為配液池初始溶液或交聯后凝膠黏度，mPa·s。

攪拌對可動凝膠的影響試驗結果見表1，從表1試驗數據可以看出，在現場配液過程中攪拌2～3h黏度達到最大，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驅現場施工，一般采用撬裝式注入設備在井口注入，調驅泵為高壓柱塞泵，分別在配液池和經過調驅泵柱塞后取樣進行對比，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，根據式（1）計算黏度保持率，試驗結果見表2。從表2試驗數據可以看出，調驅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 調驅泵柱塞可動凝膠的影響

4 井口閘門對凝膠的剪切影響

在施工現場，用清水配制聚合物濃度1250mg／L，交聯劑濃度1500mg／L的可動凝膠體系，在可動凝膠經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，根據式（1）計算黏度保持率，試驗結果見表3。

從表3試驗數據可以看出，當閘門開啟較大時，凝膠黏度保持率較高，剪切較小；當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生節流壓差時，可動凝膠交聯影響較大，在產生5MPa節流壓差的條件下，凝膠黏度保持率僅達62%，因此調驅施工時井口閘門應大開啟到最大。

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），調驅泵按日注60m3／d排量讓可動凝膠分別通過未加堵塞器的偏心配水器、配水器內加裝堵塞器但堵塞器開啟程度不同，分別在配液池和經配水器、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，根據式（1）計算黏度保持率。試驗結果見表4。

表4 配水器和堵塞器對凝膠黏度的影響

從表4試驗數據可以看出，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，凝膠經堵塞器前后會產生較大的節流壓差，產生的節流壓差也大，對凝膠剪切越嚴重，當節流壓差12MPa時，凝膠黏度保持率僅為42%，嚴重影響其交聯性能，因此采用分注管柱分層調驅時，應撈出調驅目的層的堵塞器。

5.2 排量對凝膠剪切的影響

根據上述試驗結論，偏心配水器被本身剪切對凝膠性能影響較小，因此在分層調驅應使調驅層段空注。考慮偏心配本身節流作用對凝膠的影響，筆者進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，試驗結果見表5。

表5 泵排量對可動凝膠的剪切

從表5試驗數據可以看出，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，在采用分層調驅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驅目的層堵塞器（空注）的方法進行分層調驅。當日注量達到200m3／d時，要考慮配水器剪切對凝膠性能的影響，認為利用分注管柱分層調驅單層日注量不易超過120m3／d。

6 結論

1）剪切會嚴重影響可動凝膠的性能，在進行可動凝膠調驅施工時，必須考慮剪切對凝膠的影響。

2）在可動凝膠現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，攪拌和調驅泵柱塞剪切對凝膠的影響較小，基本可以不考慮。現場施工時為了減小剪切對可動凝膠的影響，應把可動凝膠經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，嚴重者甚至會影響可動凝膠的交聯，因此，在進行分層調驅時，應撈出調驅目的層的堵塞器，采用偏心配水器進行分層調驅。

4）采用分注管柱進行分層調驅，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，還應考慮可動凝膠交聯后對封隔器的影響，保證封隔器上部不能有凝膠沉積，以避免凝膠交聯后影響封隔器的起出作業。同時為防止可動凝膠在管柱、配水器偏孔內壁粘附，影響投撈調配。在設計管柱時，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吸附和套管內的堆積對分注管柱的影響。

［1］王鳳清，南慶義，游靖，等 .KD－4型可動凝膠調驅體系研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2008，30（1）：106～110.

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