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摘要：以临兴地区致密砂岩岩心为研究对象，通过设计正交实验优选潜在适用稳气控水绒囊流体体系类型，建立体系性能参数、施工工艺参数与稳气控水效果间定量关系，以稳气控水效果为评判标准，优选体系配方。并针对致密气地层特征，结合绒囊流体稳气控水作用机制，引入突破压力梯度参数，评价绒囊流体封堵前后地层气、液两相流动能力变化。实验结果表明：绒囊流体对于总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度改变程度具有差异性，这与不同配方下绒囊流体的性能有关。对于总孔隙度、有效孔隙度以及可动孔隙度改变程度范围分别为40.53%~59.63%、35.42%~44.81%和55.08%~64.75%；根据体系稳气控水强度，优化形成三类绒囊稳气控水流体系，优化得到绒囊稳气控水流体体系控水率达到70%以上。同时，测试3种强度绒囊稳气控水体系注入地层后控制气相突破压力梯度增幅12.50%~22.22%，水相突破压力梯度增幅77.76%~79.01%，优化的绒囊流体体系具有大幅度降低产水、保持产气能力小幅度扰动特点，能够达到稳气控水的效果。
关键词：致密气；稳气控水；绒囊流体；正交实验；优选
0引言
目前气井控水主要采用聚合物及凝胶等选择性堵剂，通过极大降低水相相对渗透率，小幅度降低气相相对渗透率，达到稳气控水的效果[1-2]。诸多学者对此展开了大量研究，许寒冰等[3]分析了气井堵水难度大、风险高的原因，提出了化学堵水选择性堵水的3种原理，为气井化学堵水研究方法提供了借鉴。刘成杰等[4]综述了聚合物堵水原理：利用矿化度或舒展剂改变聚丙烯酰胺等聚合物的分子存在状态，即舒展状态和收缩状态，进而降低水相相对渗透率，达到堵水的目的。钟光健等[5]针对气井出水问题，综述了国外堵水剂及堵水工艺。同时，列举了聚丙烯酰胺及乙烯磺酸盐/乙烯统胺/丙烯跳胺三元共聚物作为气井堵水的主要药剂在气井中的应用及其效果。曲占庆等[6]针对新北油田垦东区块气井管柱积液严重、排液措施效果不理想、气井严重出水的问题，用冻胶堵边水、泡沫冻胶隔板堵底水，利用“选择性注入工艺加N2打通道技术”达到选择性堵水的目的。郑力会等[7]研制了绒囊流体，它是模糊封堵理论指导下开发的一种油气井用无固相流体，以分压、耗压或者撑压封堵方式封堵漏失地层。已广泛应用于堵水调驱和压裂等领域，现场实施证明该流体可以提高致密气井产量又可以控制地层水的产出[8-9]。
然而目前针对临兴地区致密砂岩气井稳气控水绒囊体系研究尚未成熟，为此，本文根据不可控的产水主控因素，建立地层产水室内模拟实验方法；根据可控的产水主控因素，理论筛选现有堵水体系，实验优选潜在适用稳气控水体系类型，实验建立了体系性能参数、施工工艺参数与稳气控水效果间定量关系，以稳气控水效果为评判标准，优选体系配方，形成适合临兴地区致密砂岩气井控水的绒囊体系。
1实验材料与方法
1.1实验仪器与原料
本次实验中使用的主要设备包括渗透率测定仪、QKY-2型孔隙度测定仪、TURBISCAN LAB稳定性分析仪、T-214电子天平、ZC-H六速黏度计、泥浆秤、BZY-1全自动表面张力仪等。
实验原料主要有临兴地区致密砂岩岩心柱塞，Φ25 mm；绒囊流体处理剂，包括囊层剂、囊毛剂、囊膜剂和囊核剂。
1.2实验方法
1.2.1绒囊体系优选方法
使用量筒量取500 mL自来水，倒入搅拌杯中。将搅拌杯放入无频高速搅拌机上，打开搅拌机，设置转速8 000 r/min。使用电子天平分别称取一定质量的囊层剂、囊毛剂、囊膜剂和囊核剂，依次加入搅拌杯中，加样完成后，继续搅拌40 min。绒囊流体配制完成后，静置2 h备用。
1）初始总孔隙度测定：使用孔隙度测定仪测定岩心柱塞初始总孔隙体积，计算岩心柱塞的总孔隙度；
2）初始有效孔隙度测定：将岩心柱塞放入岩心夹持器中，在围压20 MPa、流量1 mL/min时，向岩心柱塞中注入加有氯离子的液体，使用盛有硝酸银溶液的烧杯在出口端接液。当烧杯中出现白色沉淀时，记录注入液体的体积，即为该岩心柱塞的初始有效孔隙体积，计算初始有效孔隙度；
3）初始可动孔隙度测定：在围压20 MPa，流量1 mL/min时，向岩心柱塞中注入加有氯离子的液体，使用盛有硝酸银溶液的烧杯在出口端接液。当溶液出现白色沉淀时，将岩样放入离心机中离心，使用移液管测定离心出液体体积，计算可动孔隙度；
4）按照表1，配制绒囊流体，在相应泵注速度下泵注相应泵注体积的绒囊流体；
5）按照步骤1~步骤3，分别测定注入绒囊流体后的总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度。
6）计算总孔隙度、有效孔隙度、可动孔隙度的改变程度，并进一步计算产气量偏离系数Sg和气井产水量偏离系数Sw的改变程度。
1.2.2突破压力梯度测试原理与流程
当以某一稳定流量向岩心柱塞中注入流体（气或水），记录注入过程中进口压力和时间。绘制压力-时间曲线如图1所示。
如图1，P1为堵剂注入前流体的突破压力，P2为堵剂注入后流体的突破压力。测定控水堵剂注入前后气体的突破压力和液体的突破压力后，按照式（1）和式（2）分别计算堵剂注入前后气、水突破压力梯度改变程度以及堵剂对水相在岩心柱塞中突破压力梯度变化和对气相在岩心柱塞中突破压力梯度变化的比值：
式中：p1为绒囊流体注入前，气或水的突破压力，MPa；p2为绒囊流体注入后，气或水的突破压力，MPa；L为岩心长度，m；ηw为水的突破压力梯度，MPa/m；ηq为气的突破压力梯度，MPa/m；γ为绒囊流体注入前后突破压力改变程度，%。
综合考虑堵剂对水相在岩心柱塞中突破压力梯度变化和对气相在岩心柱塞中突破压力梯度变化的比值，作为控水工艺优化参数的评价指标。
1.2.3突破压力梯度测试流程
1）使用量筒量取500 mL自来水，倒入搅拌杯中。将搅拌杯放入无频高速搅拌机上，打开搅拌机，设置转速8 000 r/min。使用电子天平分别称取一定质量的囊层剂、囊毛剂、囊膜剂和囊核剂，依次加入搅拌杯中，加样完成后，继续搅拌40 min。绒囊流体配制完成后，静止2 h备用。
2）利用现场实际钻取提供岩心柱塞，使用抽真空加压饱和装置将岩心柱塞饱和模拟地层水。
3）初始突破压力梯度测定：在围压20 MPa、流量1 mL/min时，测定气体在岩心中突破压力梯度；在围压10 MPa、流速为1 mL/min时，测定水在岩心中的突破压力梯度。
4）绒囊反注：在流速为0.02 mL/min时，反向注入绒囊至稳定出液。
5）绒囊注入后突破压力梯度测定：在围压20 MPa、流量1 mL/min时，测定气体在岩心中突破压力梯度；在围压10 MPa、流速为1 mL/min时，测定水在岩心中的突破压力梯度。
6）绒囊对气体和水突破压力梯度影响程度计算。
2实验结果与讨论
2.1绒囊体系优选
考虑绒囊流体主要处理剂共4种，且同一配方流体注入排量、注入体积不同，改变地层有效孔隙度、总孔隙、可动孔隙度效果同样存在差异，以绒囊流体4种主处理剂加量比以及泵注体积、泵注速度等2项工艺参数为自变量，通过正交实验原理，设计6因素4水平正交实验共计25组。
从表1可知，绒囊流体对于总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度改变程度具有差异性，这与不同配方下绒囊流体的性能有关。对于总孔隙度改变程度范围为40.53%~59.63%；对于有效孔隙度改变程度范围为35.42%~44.81%；对于可动孔隙度改变程度范围为55.08%~64.75%。
根据绒囊流体对于总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度改变程度，将绒囊流体分成3类，第一类：强封堵强度，对于岩心性质改变最大，配方范围（以下各范围均为质量分数）：囊层剂（1.5%~2.2%）+绒毛剂（0.5%~1.0%）+囊核剂（0.6%~1.0%）+囊膜剂（0.6%~1.4%）。适用于高产水、低产气致密气井；第二类：中等封堵强度，对岩心性质改变居中，配方范围：囊层剂（1.2%~1.5%）+绒毛剂（0.4%~1.6%）+囊核剂（0.4%~0.8%）+囊膜剂（0.4%~1.0%）。适用于高产水、中等产气致密气井；第三类：弱封堵强度，对岩心性质改变最小，配方范围：囊层剂（0.9%~1.2%）+绒毛剂（0.3%~0.8%）+囊核剂（0.2%~0.5%）+囊膜剂（0.2%~0.5%）。适用于高产水、高产气致密气井。
2.2绒囊体系稳气控水可行性验证
为了保证优选的绒囊体系具有良好的可行性，进行了稳气控水可行性评价测试。现有稳气控水体系室内评价实验参考常规油井堵水作业，引入封堵后气、水渗透率作为评价指标，实际应用致密气储层中，效果并不理想。为此，针对致密气地层特征，结合绒囊流体稳气控水作用机制，引入突破压力梯度参数，评价绒囊流体封堵前后地层气、液两相流动能力变化。以控水堵剂对气的影响低于30%，对水的影响高于70%为评价指标，以临兴地区致密砂岩柱塞为研究对象，评价不同配方绒囊流体封堵岩心柱塞前后气和水突破压力梯度的变化程度。
图2中，对于强绒囊流体，水的突破压力梯度改变程度为79.01%，气体突破压力梯度改变程度为22.22%；对于中等强度绒囊流体，水的突破压力梯度改变程度为76.74%，气的突破压力梯度改变程度为16.67%；对于弱绒囊流体，水的突破压力梯度改变程度为71.76%，气的突破压力梯度改变程度为12.50%。
2.3绒囊稳气控水流体储层伤害性能评价实验
图3显示绒囊流体破胶后，气体突破压力梯度恢复率77.18%~82.65%，液体突破压力梯度恢复率达71.23%~76.78%，考虑地层属于致密气层，突破压力梯度恢复至70%~80%，伤害控制效果已经相对较好。
3结论
1）绒囊流体对于总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度改变程度具有差异性，这与不同配方下绒囊流体的性能有关。根据绒囊流体对于总孔隙度、有效孔隙度和可动孔隙度改变程度，将绒囊流体分成强封堵强度、中等封堵强度和弱封堵强度三种流体体系。
2）不同的绒囊流体体系对于总孔隙度改变程度范围为40.53%~59.63%，有效孔隙度改变程度范围为35.42%~44.81%，可动孔隙度改变程度范围为55.08%~64.75%。
3）引入以气、液突破压力梯度为指标的稳气控水评价实验方法，测试3种强度绒囊稳气控水体系注入地层后控制气相突破压力梯度增幅12.50%~22.22%，水相突破压力梯度增幅77.76%~79.01%。
4）优选的绒囊体系破胶后，致密气层中气体突破压力梯度恢复率77.18%~82.65%，液体突破压力梯度恢复率达71.23%~76.78%，优化得到绒囊稳气控水流体体系控水率达到70%以上，具有大幅度降低产水、保持产气能力小幅度扰动的特点。
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