在注水开发油藏的开发后期，骨架颗粒流失，胶结结构遭到破坏，加剧了储层非均质性，从而在储层中形成高渗带及特高渗透带，即大孔道[1]，导致油井含水急剧上升，产量迅速下降，经济效益明显下滑。调剖堵水是提高大孔道油藏采收率的有效方法之一[2-3]。然而对于高温高盐大孔道油藏，其高温(温度高达120 ℃)和高盐(矿化度大于1×105 mg/L)的特点使其调剖堵水作业的难度增大[4-5]。聚合物预交联体膨颗粒堵剂或纤维性预交联体膨颗粒堵剂以及聚合物凝胶堵剂[6-9]已进行高温高盐油藏现场调剖堵水试验，但封堵效果不佳。赵福麟等[10-13]对粘土体系的研究结果表明，粘土具有较强的耐温、耐盐及化学稳定等性能特点，粘土及其复合体系的封堵机理包括颗粒架桥机理、固化机理、絮凝机理、积累膜机理、耦合机理和毛管阻力机理。针对高温高盐大孔道油藏，笔者主要研究了粘土体系的注入性、封堵能力、稳定性等，体系主要包括粘土分散体系、粘土-超细水泥固化体系、粘土-聚合物絮凝体系和粘土-冻胶体系。
六速旋转粘度计、DV-Ⅱ旋转粘度计，Rise-2002激光粒度仪、平流泵、稠度凝结测定仪。
钠土(潍坊)、稳定化钠土(潍坊)、超细水泥、AM-AMPS共聚物(中原油田采油院提供)、酚醛树脂交联剂。
用Rise-2002激光粒度仪分析了稳定化钠土的粒度分布，结果见图 1。
从粒度组成的分布曲线可知，累计质量为60%的颗粒直径d60=18.50 μm，累计质量为10%的颗粒直径d10=3.05 μm，则不均匀系数为d60/ d10=6，说明稳定化钠土粒度不均匀。分选系数S=，根据特拉斯克(Trask)规定，该粘土的分选性好。
赵福麟等[11]研究了钠土堵剂粒径与地层孔径的匹配关系，指出地层孔隙直径与钠土颗粒直径之比值为3~9时，可以产生较为有效的堵塞。由地层渗透率与喉道大小的关系[14]：得到稳定化钠土适合的渗透率范围：3 μm2~20 μm2。
使用析水指数(FIS)评价粘土的分散能力，析水指数越小，分散能力越好，析水指数按式(1)计算。
式中：FIS为析水指数，mL；V(t)为体系析水量随时间t的变化。
配制20 mL质量分数为3.0 %的钠土和稳定化钠土溶液，30℃下测定沉降体积随时间的变化，由式(1)计算钠土和稳定化钠土的析水指数分别为13.2和1.77，说明稳定化钠土的分散性好。
为了提高粘土封堵能力，研究了粘土分散体系、粘土-超细水泥的固化体系、粘土-聚合物絮凝体系和粘土-冻胶双液法体系的封堵能力，以期改善注入性能，进入地层深部，延长调剖有效期[15-16]。
稳定化钠土分散体系在施工过程中要有较好的注入性和较短的注入时间，其粘度需在40 mPa·s~100 mPa·s。用六速旋转粘度计测定了30℃下不同质量分数的稳定化钠土体系的粘度，见表 1。由表 1可知，稳定化钠土质量分数应在3%~4%。
使用填砂管岩心模型(长20 cm，直径2.5 cm)考察了不同渗透率下稳定化钠土分散体系的注入性，稳定化钠土质量分数为3%，注入速度为1mL/min，见图 2。
由图 2可知，当渗透率为1 μm2、2 μm2时，注入0.2PV稳定化钠土分散体系注入压力就明显上升，说明此渗透率条件下，稳定化钠土在端面堆积，发生堵塞，不能进入地层。当渗透率>3 μm2时，注入0.7 PV，注入压力才明显上升，说明稳定化钠土颗粒进入地层，具有良好的注入性，且通过吸附、捕集等作用在地层中滞留产生封堵作用。注入性试验验证了稳定化钠土适应的地层渗透率范围k>3 μm2，与理论结果计算相符。
使用填砂管岩心模型(长20 cm，直径2.5 cm)考察了稳定化钠土在120 ℃下的封堵能力，稳定化钠土质量分数为3%，注入孔隙体积1PV，见表 2。由表 2可知，3%稳定化钠土在120 ℃下，9.46 μm2的岩心封堵率达93.8%，30天后封堵率为93.6%，说明稳定化钠土有较好的封堵能力和高温稳定性。
为了增强堵剂的强度，将粘土和超细水泥复配使用，配制不同质量分数的超细水泥-稳定化钠土体系，测定析水指数和固化强度。根据强度高(针入度小于12 mm)、析水指数小(小于15 mL)和超细水泥含量低(低于8.0 %)等条件，选定超细水泥-稳定化钠土体系的配方为：5.0%稳定化钠土+6.0%超细水泥。
用针入度法测定得到该配方在85 ℃~120 ℃的固化时间为1.5天~2.8天。固化时间是指针入度达到12 mm的时间。
用多孔测压渗流装置测定了所选体系的注入性，测定注入压力和注入孔隙体积的关系，结果见图 3。渗透率为14.0 μm2，孔隙度为26.3 %，注入速度为1 mL/min。
由图 3可知，随着注入孔隙体积的增加，压力缓慢增加。当注入0.7PV左右时，第一个测压点压力开始明显增加，且随着注入孔隙体积的进一步增加，各测压口的压力均有明显上升。说明封堵大孔道时，该固化体系具有良好的注入性和压力传导性，但其粘度高，适合于近井地带的封堵。
使用填砂管模型(长20 cm，直径2.5 cm)在95 ℃下研究了所选体系的封堵能力，注入0.5PV堵剂恒温24 h后水驱测定封堵能力，同时120 ℃下放置30天后再测定封堵率，通过30天后的封堵率与初始封堵率的比值即封堵率保留率表征堵剂的热稳定性，结果见表 3。由表 3可知，该固化体系对渗透率为9.96 μm2的填砂管岩心的封堵率高达99.9%，且30天后封堵率为99.8%，说明该体系具有很强的封堵能力和较高的耐温性。与粘土分散体系相比，其封堵能力更强，说明该体系强度更高。
为使粘土在地层中有更好的运移性能，使用粘土-聚合物双液法体系。文献调研[15-16]显示AM-AMPS共聚物具有较好的耐温耐盐性，耐温达100 ℃以上，耐矿化度达2×105 mg/L，AM-AMPS结构式见图 4。因此本试验选用粘土-AM-AMPS共聚物体系作为研究对象。
使用1.0×105 mg/L矿化度的模拟水配制AM-AMPS共聚物溶液。使用DV-Ⅱ旋转粘度计测定95℃下质量分数为0.3%的聚合物溶液粘度随时间的变化(7.34 s-1)，结果见表 4。由表 4可知，随着时间的延长，聚合物溶液的粘度缓慢地降低，但是90天后粘度仍然在18.9 mPa·s，粘度保留率在77%以上，说明AM-AMPS聚合物具有较好的老化稳定性能。
使用填砂管模型(长20 cm，直径2.5 cm)考察了95 ℃下钠土-聚合物絮凝体系双液法的封堵性能。首先注入0.5PV的质量百分数为0.3%稳定化钠土，然后注入0.5PV质量分数为0.3%共聚物溶液，此注入过程作为1轮次。分别在填砂管岩心中注入1轮次、2轮次和3轮次，考察不同注入轮次下钠土-聚合物絮凝体系的封堵率。
由表 5可知，随着注入轮次的增加，絮凝体系的封堵率增大，这是由于两种工作液在地层大孔道表面交替接触，形成粘土积累膜的厚度增大，使封堵效果变好。
使用矿化度为1.0×105 mg/L的某地层模拟水配液, 改变AM-AMPS共聚物和酚醛树脂交联剂质量分数，研究其交联性能，成胶时间用目视强度代码法测定，冻胶强度用突破真空度法测定，结果见表 6。
由表 6可知，随着聚合物与交联剂质量分数增加，成胶时间缩短，冻胶强度增大，老化稳定性提高。这是由于随着聚合物和交联剂质量分数增加，交联点增多，形成冻胶的网状结构更为致密，对水的束缚能力增强。选出配方0.4%AM-AMPS+1.2%酚醛树脂交联剂，考察冻胶在90 ℃、100 ℃、120 ℃条件下的稳定性，结果见表 7。由表 7可知，温度升高，冻胶的稳定性能在一定程度上变差，但AM-AMPS共聚物/酚醛树脂冻胶在120 ℃时，30天的强度保留率仍高达88.9%，表明该冻胶具有较好的稳定性能。
使用填砂管模型(长20 cm，直径2.5 cm)考察了稳定化钠土-酚醛树脂冻胶体系95 ℃下的封堵性能，首先注入0.5PV的0.3%的稳定化钠土，然后注入0.5PV聚合物冻胶待成胶液，冻胶配方为0.4%AM-AMPS+1.2%酚醛树脂交联剂，成胶时间4 h，此注入过程作为1轮次，考察注入不同轮次下复合体系的封堵率和老化稳定性，见表 8。
由表 8可知，随着注入轮次的增加，封堵率增大。1.0×105 mg/L矿化度条件下注入1轮次，第1天封堵率96.4%，此后略有降低，但30天后封堵率仍达到90.8%。说明AM-AMPS /酚醛树脂冻胶具有较好的耐温性、耐盐性和较高的封堵率。
根据室内实验结果，2009年在孤岛中二北热采单元GD2-28-607、GDD18-29两口井进行现场试验。
GD2-28-607井位于中二北Ng6稠油单元，于2002年7月1日投产，生产层位井段1306.6 m~1312.9 m，有效厚度6.3 m。第五周期生产时间465天，2009年计划第六周期吞吐；GDD18-29井是孤岛油田东区Ng3单元的1口热采井，2001年1月投产，2009年计划第3周期吞吐。为提高热采井的蒸汽吞吐生产效果，设计了注汽前注入三个段塞封堵体系，其中第一段塞为稳定化钠土-超细水泥固化体系，第二段塞为粘土-酚醛树脂冻胶体系，堵调后注汽。试验基础数据见表 9。
两口试验井开井后见效明显：GD2-28-607井本周期注汽压力较上周期注汽压力上升1.9 MPa，已生产188天，措施前后对比，见效高峰期日产油上升4.6 t，含水下降10.4%，至2009年11月底已累计增油550.1 t。D18-29井本周期注汽压力与上周期比较上升了2.6 MPa，于2009年10月20日开井，日产油6.3 t，最低含水89.1%，与措施前比较见效趋势明显。见表 10。
(1) 粘土体系适宜封堵高温高盐大孔道油藏。
(2) 稳定化钠土粒度不均匀，其适合的渗透率范围为3 μm2~20 μm2，注入性试验验证了此结果。
(3) 稳定化钠土-超细水泥固化体系的封堵能力最强，粘度高，主要用于近井地带封堵。粘土分散体系、絮凝体系和粘土-冻胶体系能够进入地层的深部。
(4) 稳定化钠土-超细水泥固化体系应用于孤岛中二北热采单元GD2-28-607、GDD18-29两井次，取得了很好的调剖效果。
2011, Vol. 40 Issue (2): 170-174
2011, Vol. 40 Issue (2): 170-174