剪切对聚丙烯酰胺酚醛树脂可动凝胶性能的影响

王志强，游靖，余吉良，王少波，高珊珊 中石油华北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552

李冬存 （中石油华北油田分公司第一采油厂，河北 任丘062552）

井继哲，雷小洋 （中石油华北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘062552）

可动凝胶调驱是华北砂岩油藏三次采油的主要措施之一，由于聚丙烯酰胺酚醛树脂交联可动凝胶应用范围广，是目前华北油田常用的可动凝胶体系［1，2］。随着华北油田深入开发，分注井越来越多，部分井需要利用井内分注管柱进行分层调驱。利用分注管柱进行分层调驱配水器及堵塞器对可动凝胶存在剪切这是公认的事实，但到底剪切到什么程度？对可动凝胶影响多大？目前可借鉴资料较少。对此，笔者研发和组配了可调配的地面分注管柱进行对可动凝胶剪切影响的模拟试验，同时根据现场可动凝胶配制和注入过程，进行了搅拌不同时间、经过注入泵的柱塞、井口闸门等剪切对可动凝胶影响试验，为利用分注管柱进行可动凝胶分层调驱现场施工提供理论依据和技术支撑。

1 试验原料和设备

1.1 原料

聚丙烯酰胺（北京恒聚公司，分子量大于2000万，水解度20%～30%），交联剂、酚醛树脂交联剂（华北油田油联化工厂），配液用水为清水。

1.2 设备

恒温烘箱（上海试验仪器厂），调驱注入泵（天津泵厂），模拟试验装置（见图1）实验室组配，Mars流变仪（德国哈克公司）。

2 搅拌对凝胶的影响

选用聚合物浓度1250mg／L，交联剂浓度1500mg／L，清水配制的可动凝胶配方［3，4］进行试验。在现场施工中，聚合物通过喷射射流装置高速分散到配液池，一般搅拌2h聚丙烯酰胺才能充分溶解，因此在现场配制过程中分别搅拌不同时间进行取样，将取得的样品用 Mars流变仪在7.34s－1剪切速率下测定溶液黏度。同时试样放入75℃恒温烘箱，3d取出测定凝胶黏度，根据式（1）计算黏度保持率：

图1 模拟试验装置流程

式中，λ为溶液或交联后凝胶黏度保持率，%；η1为试验项目后溶液或交联后凝胶黏度，mPa·s；η0为配液池初始溶液或交联后凝胶黏度，mPa·s。

搅拌对可动凝胶的影响试验结果见表1，从表1试验数据可以看出，在现场配液过程中搅拌2～3h黏度达到最大，说明聚合物完全溶解时间为2h左右。随搅拌时间的延长，溶液黏度和凝胶黏度略有下降，现场一般采用10m3配液池配制，4～6h注入一池，因此，搅拌对可动凝胶的影响不大。

表1 搅拌对可动凝胶的影响

3 注入泵对凝胶的剪切影响

华北油田可动凝胶调驱现场施工，一般采用撬装式注入设备在井口注入，调驱泵为高压柱塞泵，分别在配液池和经过调驱泵柱塞后取样进行对比，用Mars流变仪在7.34s－1剪切速率下测定溶液黏度。同时试样放入75℃恒温烘箱，3d取出测定凝胶黏度，根据式（1）计算黏度保持率，试验结果见表2。从表2试验数据可以看出，调驱泵柱塞剪切对凝胶影响较小，剪切后凝胶黏度保持率在98%以上。

表2 调驱泵柱塞可动凝胶的影响

4 井口闸门对凝胶的剪切影响

在施工现场，用清水配制聚合物浓度1250mg／L，交联剂浓度1500mg／L的可动凝胶体系，在可动凝胶经井口套管闸门前后取样，通过井口闸门丝杠露出的长短控制闸门开启程度，样品用Mars流变仪在7.34s－1剪切速率下测定溶液黏度。同时放入75℃恒温烘箱，3d取出测定凝胶黏度，根据式（1）计算黏度保持率，试验结果见表3。

从表3试验数据可以看出，当闸门开启较大时，凝胶黏度保持率较高，剪切较小；当闸门开启程度较小时，闸门对凝胶剪切作用较大，特别是通过闸门前后产生节流压差时，可动凝胶交联影响较大，在产生5MPa节流压差的条件下，凝胶黏度保持率仅达62%，因此调驱施工时井口闸门应大开启到最大。

表3 闸门对可动凝胶的影响

5 分注管柱配水器和堵塞器对凝胶的剪切影响

5.1 堵塞器开启程度对凝胶剪切的影响

由于正常施工时分注管柱位于井下，无法进行剪切程度的实际测量，因此在地面组配模拟管柱（如图1所示），调驱泵按日注60m3／d排量让可动凝胶分别通过未加堵塞器的偏心配水器、配水器内加装堵塞器但堵塞器开启程度不同，分别在配液池和经配水器、堵塞器剪切后取样，用Mars流变仪在7.34s－1剪切速率下测定溶液黏度。同时试样放入75℃恒温烘箱，3d取出测定凝胶黏度，根据式（1）计算黏度保持率。试验结果见表4。

表4 配水器和堵塞器对凝胶黏度的影响

从表4试验数据可以看出，在偏心配水器空注和堵塞器开启到最大程度时，剪切对凝胶性能影响较小，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开启程度较小的情况下，凝胶经堵塞器前后会产生较大的节流压差，产生的节流压差也大，对凝胶剪切越严重，当节流压差12MPa时，凝胶黏度保持率仅为42%，严重影响其交联性能，因此采用分注管柱分层调驱时，应捞出调驱目的层的堵塞器。

5.2 排量对凝胶剪切的影响

根据上述试验结论，偏心配水器被本身剪切对凝胶性能影响较小，因此在分层调驱应使调驱层段空注。考虑偏心配本身节流作用对凝胶的影响，笔者进行了偏心配水器空注（不加堵塞器）、不同日注量时配水器剪切对凝胶性能的影响试验，试验结果见表5。

表5 泵排量对可动凝胶的剪切

从表5试验数据可以看出，随日注量增加，凝胶黏度保持率下降，在日注量100m3／d以下时，凝胶黏度保持率在95%以上，华北油田大部分注水井日注量在30～100m3／d，在采用分层调驱偏心配水器空注时剪切对凝胶的影响较小。因此可以采取捞出调驱目的层堵塞器（空注）的方法进行分层调驱。当日注量达到200m3／d时，要考虑配水器剪切对凝胶性能的影响，认为利用分注管柱分层调驱单层日注量不易超过120m3／d。

6 结论

1）剪切会严重影响可动凝胶的性能，在进行可动凝胶调驱施工时，必须考虑剪切对凝胶的影响。

2）在可动凝胶现场施工过程中井口闸门开启程度剪切对可动凝胶性能影响较大，搅拌和调驱泵柱塞剪切对凝胶的影响较小，基本可以不考虑。现场施工时为了减小剪切对可动凝胶的影响，应把可动凝胶经过的井口闸门开启到最大。

3）分注管柱中的堵塞器开启程度剪切对可动凝胶性能影响较大，严重者甚至会影响可动凝胶的交联，因此，在进行分层调驱时，应捞出调驱目的层的堵塞器，采用偏心配水器进行分层调驱。

4）采用分注管柱进行分层调驱，偏心配水器空注时，单层凝胶日注量不要超过120m3／d。

5）在下入分层管柱时，还应考虑可动凝胶交联后对封隔器的影响，保证封隔器上部不能有凝胶沉积，以避免凝胶交联后影响封隔器的起出作业。同时为防止可动凝胶在管柱、配水器偏孔内壁粘附，影响投捞调配。在设计管柱时，采取配水器下移封隔器上移至卡封分注层段射孔段的底界［5，6］，减少可动凝胶在油管内吸附和套管内的堆积对分注管柱的影响。

［1］王凤清，南庆义，游靖，等 .KD－4型可动凝胶调驱体系研究与应用［J］.石油钻采工艺，2008，30（1）：106～110.

［2］赫恩杰，杜玉洪，罗承建，等 .华北油田可动凝胶调驱现场试验［J］.石油学报，2003，24（6）：27～29.

［3］张艳辉，戴彩丽，季文娟，等 .南堡陆地高含水油藏弱冻胶深部调驱实验研究［J］.油田化学，2013，30（1）：33～36.

［4］吴刚，余吉良，林岳华，等 .高温凝胶深部调剖剂的研究及在华北油田西柳10断块的应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（1）：39～40.

［5］秦国伟，蒲春生，吴梅，等 .笼统注入下可动凝胶选择性相对进入深度理论计算分析［J］.油气地质与采收率，2011，18（1）：44～48.

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