(中國石油勘探開發研究院，北京100083)
稠油熱采防竄壹直是油田開發的難點之壹，用普通堵劑很難解決熱采井深部的堵竄問題。研究了自制溫敏凝膠體系的封堵性能，考察了其粘溫性能、粘濃性能和濃度對凝膠性能的影響。實驗結果表明，熱敏體系在特定溫度下由溶液變為高強度凝膠，冷卻後體系自動恢復其流動性，整個過程是可逆的；溫敏凝膠體系具有可註入性、耐溫、穩定性好、封堵率高等優點，特別適用於稠油熱采井封堵竄槽的深度處理。
稠油熱采；熱敏凝膠深部封竄
熱敏凝膠成型性能實驗
稠油熱采井堵漏
張鎖冰、趙夢雲、蘇長明、張大年
(中石化勘探與生產研究院，
中國北京100083)
稠油防竄壹直是油田開發的難點之壹。應用防竄劑不能有效解決稠油熱采井深竄問題。對作者研制的熱敏凝膠的性能進行了研究。並對其粘溫性能、粘稠濃縮性和濃縮膠凝性進行了研究。結果表明，該體系在熱敏溫度下可由溶液轉變為高強度凝膠體系，冷卻後又恢復流動性。整個過程是可逆的，可以重復任何次數。該體系具有熱敏溫度和凝膠強度可調、註入性能好、耐溫穩定、封堵效率高的特點，特別適用於蒸汽吞吐井的深部竄槽封堵。
關鍵詞重油；熱力生產；熱敏凝膠；深度竄槽封堵
國家對石油資源的巨大需求與國內產量供應困難之間的矛盾，使得以前沒有使用的難開采、非常規資源成為未來主攻方向。其中，中國重油資源豐富，約2.5×1010t，占油氣資源總量的28%[1 ~ 3]。開采稠油資源的最佳途徑是熱采(包括蒸汽吞吐和蒸汽驅)。但由於流度差異和重力超覆，在實際生產中，蒸汽在高滲透層容易出現指進和汽竄，降低蒸汽波及系數，嚴重降低熱采開發效果[4，5]。汽竄已成為稠油開發中最棘手的問題之壹，也是稠油開發中亟待解決的難點之壹。
高溫下用化學劑封堵稠油熱采井竄槽已被我國石油工作者廣泛采用[6 ~ 8]。自然溫度水浴鍋；安瓿和瓶子等。
藥品:KDM-12熱敏凝膠(國產)；模擬礦化水ⅰ(自制，總鹽度5727mg/L，總Ca2 ++和Mg2+108mg/L)；模擬礦化水II(自制，總鹽度19334mg/L，總Ca2 ++和Mg2+1028mg/L)。
2.2實驗方法
2.2.1凝膠溫度測定
將配制好壹定濃度的熱敏凝膠體系加入安瓿瓶中，氮氣吹掃後用鋁蓋密封安瓿瓶，然後將安瓿瓶置於恒溫水浴中壹定時間觀察，若液體不流動，則凝膠溫度為凝膠溫度；如果仍為液體，繼續升高水浴溫度，恒溫後放入樣品，重復上述步驟，直至凝膠溫度確定。
凝膠強度的測定
真空度法用於表征溫敏凝膠體系的凝膠強度。測定步驟:玻璃管壹端插入形成凝膠的熱敏凝膠體系中，另壹端用真空泵抽真空。凝膠強度由空氣穿透凝膠時壓力表上的讀數來表征[11]。
2.2.3耐溫性的評估
將凝膠體系密封在安瓿瓶中，然後放入高溫烘箱中，觀察樣品在高溫下不同時間後的脫水情況，以確定凝膠體系的耐溫性。
封堵性能的評價
用單管模型評價了溫敏凝膠的封堵性能。具體測試流程如下:(1)用模擬礦化水飽和填砂管，測滲透率kw0填砂管在壹定溫度下封堵前的溫度；(2)用平流泵以1mL/min的流量向填砂管內註入1.0Vp(孔隙體積)的預膠化液，加熱至膠凝溫度(90℃)以上並保持3h，然後測量封堵後填砂管的水滲透率kw 1；(3)計算堵塞率e，測試流程圖如圖2所示。
圖2單管模型流程圖
油氣成藏理論與勘探開發技術(5)
式中:e為堵水率，%;Kw0為封堵前的滲透率，μm 2；Kw1為封堵後的滲透率，μm2。
3結果和討論
3.1註射性能
在30℃恒溫下，用流變儀測量不同質量分數的KDM-12溶液的粘度，結果如圖3所示。
不同質量分數的KDM-12溶液的粘度。
從圖3可以看出，隨著KDM-12溶液質量分數的增加，溶液的粘度增加。為了保證溶液能容易地註入地層，KDM-12溶液的質量分數不宜高於3%。
3.2凝膠溫度和粘度-溫度關系的測定
測定2%凝膠體系溶液的粘度，用試管倒置法測定相應的凝膠溫度，見表1。
表1 2%凝膠體系的粘度和膠凝溫度
測量質量分數為2%的KDM-12溶液的粘度與溫度的關系，測試結果如圖4所示。
從圖4可以看出，隨著溫度的升高，溶液的粘度先降低後升高。當溫度低於膠凝溫度時，溶液粘度隨溫度的升高而線性降低。然後隨著溫度的升高，粘度急劇增加，最後形成凝膠。當溫度低於膠凝溫度時，由於氫鍵作用，水分子在疏水基團周圍形成有序的“籠狀結構”，使體系溶於水；溫度升高，分子運動加劇，結構無序破壞，疏水基團甲氧基相互交織，形成三維空間網絡結構。
3.3抗剪切性
配制2% KDM-12溶液，加入韋林混合機，在1下剪切不同時間，然後測定體系的粘度和凝膠強度。如表2所示。
圖4不同溫度下KDM-12溶液的粘度。
表2剪切對溫敏凝膠體系的影響
從表2可以看出，KDM-12溶液的粘度隨著剪切時間的延長而降低，具有剪切稀釋性。由於剪切，分子鏈段斷裂，溶液粘度降低，但親水鏈段上仍有疏水基團。溫度升高，疏水基團締合形成連續的網絡結構，形成凝膠，但分子鏈斷裂對水的控制能力下降，導致凝膠強度下降。
3.4抗礦化能力
用模擬礦化水配制不同質量分數的KDM-12溶液，分別取壹定體積的溶液置於安瓿中，氮氣吹掃後密封，考察其凝膠溫度和凝膠強度。然後，將形成凝膠的安瓿瓶放入100℃的烘箱中，考察其3天後的脫水情況，如表3所示。
表3 KDM-12對不同礦化度模擬水的耐受性
從表3可以看出，不同濃度的礦化水對KDM-12溫敏凝膠體系的性能影響不大，表現出良好的耐受性。
3.5熱穩定性能
將質量分數為2%的KDM-12溶液密封在安瓿中，在不同溫度(100℃和120℃)的烘箱中老化，研究凝膠脫水與時間的關系。結果如表4所示。
表4不同溫度下凝膠脫水與老化時間的關系
表4表明，在相同的老化時間下，隨著溫度的升高，凝膠的脫水量增加，但增加的量並不多，說明KDM-12體系具有良好的耐溫性能。
3.6封堵性能
參照封堵性能評價方法，采用單根填砂管模型(直徑2.5cm，長度50cm)，對質量分數為1.5%和2%的KDM-12溶液的封堵性能進行了評價。測試結果如表5所示。
表5不同質量分數的KDM-112溶液在00℃時的封堵性能
從表5中可以看出，隨著KDM-12溶液質量分數的增加，封堵率增加，且大於97%，表明該溫敏凝膠體系具有良好的封堵性能。
4結論
1)靜態評價結果表明，自制溫敏凝膠凍膠溶液初始粘度低，泵送性能好；凝膠強度高；良好的抗剪切性；對高礦化度水具有良好的耐受性，在總礦化度為19334mg/L、Ca2 ++和Mg2+總量為1028mg/L時仍具有較高的凝膠強度；熱穩定性好，在120℃的高溫環境下30天後只有少量脫水。
2)動態評價結果表明，溫敏凝膠具有較高的封堵率。
參考
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