無機(jī)顆粒狀材料對(duì)凝膠體系性能分析范文

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摘要:聚合物凝膠體系中加入0．1%800目的重鈣對(duì)填充的凝膠體系的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與空白凝膠體系進(jìn)行對(duì)比。

關(guān)鍵詞:無機(jī)材料;碳酸鈣;重鈣;調(diào)剖堵水;凝膠;評(píng)價(jià)

對(duì)于非均質(zhì)性較為嚴(yán)重的油藏，隨著注水開發(fā)的不斷進(jìn)行，大量沖刷造成粘土膨脹、運(yùn)移等，非均質(zhì)性越來越嚴(yán)重。導(dǎo)致生產(chǎn)井過早見水，中、低滲透層動(dòng)用程度較低或未動(dòng)用［1-4］。為了提高油田注水開發(fā)效果，進(jìn)一步啟動(dòng)中低滲透層，需要對(duì)注水井進(jìn)行調(diào)剖，對(duì)油井進(jìn)行堵水。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多比較成熟的調(diào)剖劑，其中以聚合物凝膠為主的調(diào)剖劑最為常用［5-6］。對(duì)于普通聚合物凝膠，如果需要大幅度提高其強(qiáng)度，需要增加聚合物的濃度，造成堵水材料使用成本大幅提高。如果在體系中加入低成本的無機(jī)材料，既能提高凝膠體系的強(qiáng)度，又能達(dá)到公司降本增效的目的［7-9］。

1實(shí)驗(yàn)部分

1．1試劑與儀器

碳酸鈣(400目、800目、1500目)、重鈣(約800目)陰離子型聚丙烯酰胺聚合物MR1800(分子量為1900萬)均為工業(yè)品;交聯(lián)劑，自制;NaOH，分析純。電子天平;RO10恒溫電熱磁力攪拌器;RW20攪拌機(jī);電熱鼓風(fēng)干燥箱;博勒飛DV-Ⅲ流變儀。1．2實(shí)驗(yàn)方法經(jīng)過前期實(shí)驗(yàn)研究，確定本次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)配方為95．75%水+0．6%堿液+一定質(zhì)量的無機(jī)材料+0．4%MR1800+3．25%自制交聯(lián)劑。將不同無機(jī)材料以0．10%的濃度加入凝膠中，測(cè)試凝膠的成膠強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

2結(jié)果與討論

2．1不同無機(jī)材料對(duì)凝膠體系強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。圖1不同無機(jī)材料對(duì)凝膠性能的影響Fig．1Effectsofdifferentinorganicmaterialsonthegelproperties由圖1可知，碳酸鈣和重鈣等無機(jī)材料的加入能夠大大增加凝膠體系的強(qiáng)度。這是由于碳酸鈣等無機(jī)顆粒與聚合物高分子鏈中的極性基團(tuán)存在一定的吸附作用，使無機(jī)材料可以在凝膠體系中起骨架支撐的作用。此外，凝膠中高分子鏈與碳酸鈣顆粒相互作用、相互纏結(jié)，當(dāng)凝膠受到外力時(shí)，凝膠體系通過無機(jī)顆粒傳遞應(yīng)力，從而可以大幅度提高凝膠體系的強(qiáng)度。其中粒徑為800目的重鈣提高體系強(qiáng)度的能力最佳，其穩(wěn)定性能也較好［10］。

2．2無機(jī)材料濃度的篩選

對(duì)800目重鈣的使用濃度進(jìn)行篩選，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。圖2重鈣(800目)濃度對(duì)凝膠的影響Fig．2Effectofcalciumtriplesuperphosphate(800mesh)concentrationongel由圖2可知，隨著無機(jī)材料含量的增加，凝膠體系的成膠時(shí)間逐漸縮短(這說明無機(jī)材料對(duì)凝膠體系有促進(jìn)交聯(lián)的作用)，凝膠體系的強(qiáng)度也大幅增加。當(dāng)重鈣濃度大于0．1%以后，隨著其含量的增加，成膠強(qiáng)度變化幅度不大。從老化20h后的粘度可以看出，當(dāng)重鈣濃度大于0．1%以后，凝膠體系粘度下降幅度較大，穩(wěn)定性較差。所以，重鈣的的較佳加量為0．1%。

2．3無機(jī)材料填充凝膠體系的性能評(píng)價(jià)

2．3．1無機(jī)材料對(duì)凝膠體系的初始粘度影響在凝膠體系中加入無機(jī)材料，由于加劇了分子間的摩擦，導(dǎo)致初始粘度上升，初始粘度較高會(huì)影響凝膠體系的注入性能。粘度隨加入材料的變化見圖3。圖3無機(jī)材料對(duì)凝膠初始粘度的影響Fig．3Influenceofinorganicmaterialsontheinitialviscosityofthegel由圖3可知，隨著無機(jī)材料加量的增加，凝膠體系的初始粘度增加。當(dāng)無機(jī)材料濃度從0．15%增加到0．2%時(shí)，體系的初始粘度大幅增加。四種物質(zhì)中，400目的碳酸鈣以及800目的重鈣對(duì)體系的粘度影響較小。2．3．2無機(jī)材料填充凝膠體系的封堵性能評(píng)價(jià)用一定粒徑的石英砂填制填砂管模型，使填砂管滲透率在400×10－3μm2左右。分別評(píng)價(jià)填充了無機(jī)材料的凝膠體系以及沒有填充無機(jī)材料的凝膠體系。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將實(shí)驗(yàn)儀器按流程圖連接，連接前排除管內(nèi)氣體;②以1．0mL/min注入速度測(cè)其鹽水相滲透率K1和孔隙度;③油驅(qū)水，建立束縛水飽和度;④水驅(qū)油，建立殘余油飽和度;⑤保持以0．25mL/min注入速度恒速注入弱凝膠溶液0．5PV，記錄壓力變化和實(shí)際流量;⑥關(guān)閉流程候凝，候凝48h;⑦以1．0mL/min注入速度恒速注入鹽水，記錄壓力變化和實(shí)際流量，計(jì)算滲透率K2，并計(jì)算封堵率。實(shí)驗(yàn)均在溫度設(shè)定為相關(guān)區(qū)塊油藏溫度(30℃)的恒溫箱中進(jìn)行，結(jié)果見表1。由表1可知，填充了無機(jī)材料的凝膠體系對(duì)填砂管模型的封堵性能較好，封堵率達(dá)到98%以上，而沒有填充無機(jī)材料的體系封堵率不到96%。2．3．3無機(jī)材料填充凝膠體系突破壓力及突破壓力梯度評(píng)價(jià)在封堵率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，用地層水以1mL/min的流量進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)時(shí)，填砂管出口端流出第一滴液體，且以后不斷有液體流出，此時(shí)進(jìn)口端壓力表的讀數(shù)為弱凝膠體系的突破壓力Pmax，該值與巖心長(zhǎng)度的比值即為突破壓力梯度Pm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，填充了無機(jī)材料的凝膠體系，其突破壓力達(dá)到5．73MPa，突破壓力壓力梯度達(dá)到11．64MPa/m，均比沒有填充無機(jī)材料的凝膠體系高，說明填充了無機(jī)材料的凝膠體系具有較強(qiáng)的封堵能力。2．3．4無機(jī)材料填充凝膠體系耐沖刷能力評(píng)價(jià)當(dāng)填砂管測(cè)完突破壓力和堵塞率后，繼續(xù)用地層水沖刷填砂管，以1mL/min流量注入鹽水，測(cè)定每注入5倍孔隙體積倍數(shù)鹽水后的滲透率。通過填砂管中石英砂經(jīng)過多倍孔隙體積的鹽水沖刷后的滲透率變化趨勢(shì)評(píng)價(jià)弱凝膠體系的耐水沖刷性能，結(jié)果見表3。由表3可知，在大量水沖刷的過程中，用填充了無機(jī)材料的凝膠體系封堵的填砂管模型滲透率有一定程度的升高，但是升高幅度不大，在沖刷20PV后對(duì)裂縫的平均封堵率仍然達(dá)到98%，而沒有填充無機(jī)材料的凝膠體系的滲透率升高幅度較大。說明無機(jī)-凝膠復(fù)合調(diào)堵體系所形成的封堵能夠長(zhǎng)時(shí)間保持，具有較好的耐沖刷能力。2．3．5無機(jī)材料填充凝膠體系剖面改善率評(píng)價(jià)(1)填制兩根滲透率不同的填砂管，分別以1mL/min的流量進(jìn)行水測(cè)滲透率;(2)將滲透率大小不同的填砂管并聯(lián)起來，以1mL/min的流量對(duì)其進(jìn)行分流量的測(cè)定;(3)以0．25mL/min的流量注入0．5倍孔隙體積的調(diào)剖劑;(4)把注入堵劑的并聯(lián)填砂管放進(jìn)恒溫箱中(30℃)恒溫48h;(5)以1mL/min的流量進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，測(cè)注入堵劑后的滲透率和吸水量，從而評(píng)價(jià)調(diào)剖劑的剖面改善率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。 由表4可知，填充了無機(jī)材料的凝膠體系具有較好的選擇性，雖然注入調(diào)剖劑后同時(shí)降低了高滲和低滲填砂管模型的滲透率，但是其對(duì)高滲模型的封堵作用明顯高于低滲模型。剖面改善率高達(dá)97．83%，具有較好的剖面改善能力。沒有填充無機(jī)材料的凝膠體系的剖面改善率略低，為97．2%，兩者相差不大。

3結(jié)論

(1)將一定量的無機(jī)材料加入凝膠體系中，能夠增加凝膠體系成膠后的強(qiáng)度，800目的重鈣增加凝膠體系強(qiáng)度的能力最好，最佳加量為0．1%，當(dāng)加量超過0．1%后。(2)加入無機(jī)材料后，初始粘度上升，400目的碳酸鈣以及800目的重鈣對(duì)體系的粘度影響較小。(3)填充了無機(jī)材料的凝膠體系具有較好的封堵性能，封堵率達(dá)到98%以上，而沒有填充無機(jī)材料的凝膠體系封堵率為96%。(4)填充了無機(jī)材料的凝膠體系具有較好的耐沖刷能力，經(jīng)過20PV注入水的沖刷后，滲透率升高幅度不大。(5)填充了無機(jī)材料的凝膠體系的剖面改善率為97．83%，與空白凝膠體系的剖面改善能力相差不大。

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作者：何志強(qiáng) 陳蔚立 單位：四川仁智油田技術(shù)服務(wù)股份有限公司