CN105548466B - 一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法。该评价方法包括：采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵；评价铬离子损耗对冻胶封堵效果的影响，具体如下：采用适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法，测定封堵之后被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度和冻胶堵剂中Cr³⁺浓度，被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度除以冻胶堵剂中Cr³⁺浓度，得到封堵后被驱出液样中Cr³⁺的归一化浓度C_归一，用存在Cr³⁺损耗时反向水驱后的水驱压力除以Cr³⁺零损耗时反向水驱后的压力梯度，得到存在Cr³⁺损耗时冻胶堵剂封堵裂缝的反向水驱归一化压力梯度dP₂₀，评价Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果的影响。

Description

一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法

技术领域

本发明涉及一种评价方法，特别涉及一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，属于石油开发技术领域。

背景技术

油藏中的裂缝可分为天然裂缝和人工裂缝，天然裂缝在复杂油藏尤其是碳酸盐岩油藏中广泛存在，而人工裂缝主要是由低渗油藏的水力压裂产生的。在目前广泛采用的注水开发方式下，这两种裂缝对于提高油藏的开发效果都具有双重作用：一方面裂缝为油气提供渗流通道，可以提高油气从油藏到井筒的渗流能力，提高油气开采效率；另一方面注入水或地层水易沿裂缝突进，形成水窜，使对应油井及早见水或发生水淹，降低开发效果。目前在我国天然裂缝广泛存在的碳酸盐岩油藏以及人工压裂的低渗油藏中，油井水淹现象严重。因而，裂缝堵水对于油井降水稳产十分重要。

冻胶堵剂是油田常用的堵水剂之一，主要由聚合物和交联剂组成。其中，由部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)和有机铬(Cr³⁺)组成的冻胶堵剂体系被广泛用作非均质油藏以及天然或压裂裂缝油藏的堵水剂。堵剂封堵效果不仅取决于油藏环境，更取决于冻胶堵剂在裂缝中的性能。

目前堵水设计中使用的冻胶堵剂性能包括其成胶时间、成胶强度、岩心封堵率等参数，属于“粗评价”。但是，在裂缝堵水过程中，由于裂缝与岩石基质渗透率的差异，绝大多数堵剂存在于裂缝中。但是，由于裂缝空间体积相对较小，且裂缝壁面很大，故堵剂组分的变化对其性能有较大影响。目前的堵水设计中很少考虑裂缝中堵剂组分的变化对堵剂封堵性能的影响，为了达到较长的堵剂封堵有效时长，通常采用大剂量注入的方式，这并不能从根本上解决裂缝中堵剂性能降低的问题。

在此方面，国内大多数学者着重研究的是裂缝油藏的堵水工艺或堵剂段塞组合，多采用多段塞冻胶及其它类型堵剂注入的方式，如公开号为103216211和103790560等的中国专利申请。在实验方法上，大多数国内学者采用的是物理模拟堵剂封堵的方法，以反向水驱压力梯度为主要参考指标，也将冻胶堵剂封堵裂缝性能差的原因归结为冻胶堵剂计量不足，并未从实质上解释冻胶封堵裂缝效果差的原因。国外学者以Seright和Ganguly为代表的部分学者进行过相关方面的研究，由于二者采用的实验方法不一致，因而并未在裂缝中交联剂损耗对冻胶堵剂封堵效果影响程度这个问题上得出统一结论。

由于聚合物分子量较大，一般其向岩石基质中的滤失量较少，而交联剂中铬离子的损耗量相对较大，总体来说，为从根本上解释冻胶封堵裂缝过程中的性能变化，需要一种评价冻胶堵剂组分变化的方法，需要一种评价裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，为研究裂缝中冻胶堵剂性能变化提供方法参考，进而为裂缝堵水设计中的冻胶堵剂优选及注入工艺提供依据。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，该评价方法包括以下步骤：

采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵；

评价铬离子损耗对冻胶封堵效果的影响，具体如下：

Cr³⁺损耗量进行评价

采用适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法，测定封堵之后被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度和冻胶堵剂中Cr³⁺浓度，被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度除以冻胶堵剂中Cr³⁺浓度(冻胶堵剂中Cr³⁺浓度是指没有使用的原冻胶堵剂中Cr³⁺浓度)，得到封堵后被驱出液样中Cr³⁺的归一化浓度C_归一，其中，Cr³⁺的损耗程度评价指标如下：

当C_归一＞1.0时，Cr³⁺负损耗；当C_归一＝1.0时，Cr³⁺零损耗；当0.9≤C_归一＜1.0时，Cr³⁺低损耗；当0.7≤C_归一＜0.9时，Cr³⁺中损耗；当0.5≤C_归一＜0.7时，Cr³⁺高损耗；当C_归一＜0.5时，Cr³⁺超高损耗；

冻胶堵剂封堵裂缝性能评价指标

用存在Cr³⁺损耗时反向水驱后的水驱压力除以Cr³⁺零损耗时反向水驱后的压力梯度，即得到存在Cr³⁺损耗时冻胶堵剂封堵裂缝的反向水驱归一化压力梯度dP₂₀，评价Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果的影响，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度评价指标如下：

当dP₂₀≥1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为正影响；当dP₂₀＝1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果无影响；当0.9≤dP₂₀＜1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为弱影响；当0.7≤dP₂₀＜0.9时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为中影响；当0.5≤dP₂₀＜0.7时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为强影响；当dP₂₀＜0.5时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为超强影响。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，Cr³⁺零损耗时反向水驱后的压力梯度是通过以下步骤得到的：

向裂缝中注入过量的冻胶堵剂，一般是5个裂缝体积的冻胶堵剂，保证注入的冻胶堵剂和配制的原冻胶堵剂中的Cr³⁺保持一致，以确定Cr³⁺零损耗；

以存在Cr³⁺损耗时冻胶堵剂的注入量(注入的冻胶堵剂和配制的原冻胶堵剂中的Cr³⁺不一致即冻胶堵剂的注入量不足)除以Cr³⁺零损耗时冻胶堵剂的注入量，得到Cr³⁺零损耗时反向水驱后的压力梯度。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵时，具体包括以下步骤：

将所述冻胶堵剂注入到裂缝岩心模型中，在裂缝岩心模型出口端接取被驱出的冻胶堵剂液样；

待所述冻胶堵剂完全成胶后，反向水驱并记录水驱压力，完成对裂缝的封堵。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法包括以下步骤：

制作Cr³⁺吸光度标准曲线；

制备冻胶堵剂预处理溶液；

制备待测冻胶堵剂液样；

测定波长为537.5nm下的所述冻胶堵剂液样的吸光度值，对照Cr³⁺吸光度标准曲线计算待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度；

根据待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度得到冻胶堵剂溶液中的Cr³⁺浓度。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，所述制备冻胶堵剂预处理溶液按照以下步骤进行：

取5mL冻胶堵剂溶液，加入40mL水并搅拌，加入5mL质量浓度为0.025mg/L的稀释硫酸溶液，搅拌，以6000r/min的速度搅拌20min，得到所述冻胶堵剂预处理溶液。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，所述制备待测冻胶堵剂液样按照以下步骤进行：

向20mL冻胶预处理溶液中加入水稀释至40mL后，使用硫酸溶液调节稀释后的冻胶预处理溶液的pH至3.5-4.0，加入5mL摩尔浓度为0.02mol/L的EDTA，搅拌后在80℃水浴中加热10min后，冷却定容至50mL，得到所述待测冻胶堵剂液样。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，采用的冻胶堵剂为聚合物与有机铬交联剂形成的冻胶堵剂；更优选地，采用的聚合物为部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)，相对分子质量为1300万，水解度25％-28％；采用的有机铬交联剂中Cr³⁺浓度为55.2g/L。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，采用的裂缝岩心模型是通过以下步骤制备得到的：

根据要求设定岩心尺寸；

将岩心制备成两块尺寸相同的岩心板；

将两块岩心板置于模具中，岩心板中间放置粗盐粒，将两块岩心板平行夹紧，压实后得到盐饼，使用环氧树脂沿盐饼两侧将两块岩心板胶结；

在岩心板端面安装密封挡板和进出口接头；

使用环氧树脂包裹并胶结岩心，得到夹有盐饼的胶结岩心；

向胶结岩心中恒速注入去离子水，待盐饼完全溶解，形成特定宽度的裂缝，从而制得裂缝岩心模型。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，优选地，采用的裂缝岩心模型的耐压强度约为2MPa。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵时，具体包括以下步骤：

裂缝岩心模型抽真空后饱和模拟地层水，在裂缝岩心模型的出口端设置回压，回压的大小根据实验要求而定；

将冻胶堵剂注入到裂缝岩心模型中，在裂缝岩心模型的出口端接取被驱出液样，同时通过测压接头测量裂缝及基质沿程压力，冻胶堵剂的溶液注入量根据实验要求而定；

密封裂缝岩心模型后放置于设定温度的恒温箱中，待冻胶堵剂完全成胶后，反向后续水驱，同时通过测压接头测量裂缝及基质沿程压力，后续水驱20倍的裂缝体积数(20FV)，完成对裂缝的封堵。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法具体包括以下步骤：

制作Cr³⁺吸光度标准曲线。根据参照文献《聚丙烯酰胺用铬Ⅲ交联剂的定量测定》和《多元校正-紫外-可见分光光度法同时测定铬(Ⅵ)和铬(Ⅲ)》中的方法和步骤测定并制作Cr³⁺的吸光度标准曲线；

制备冻胶堵剂预处理溶液。量取5mL冻胶堵剂溶液，加入40mL去离子水并搅拌均匀，加入5mL质量浓度为0.025mg/L的稀释硫酸溶液并再次搅拌均匀，使用电动搅拌器以6000r/min高速搅拌20min，即得到冻胶堵剂预处理溶液；

制备待测冻胶堵剂液样。使用移液管准确量取20mL冻胶预处理溶液至50mL容量瓶中，加入去离子水稀释至40mL后使用稀释的硫酸溶液调节稀释后的冻胶预处理溶液的pH至3.5-4.0；加入5mL摩尔浓度为0.02mol/L的EDTA，搅拌均匀后放置在80℃水浴锅中加热10min后冷却定容至50mL，即得到待测冻胶堵剂液样；

按照测定Cr³⁺吸光度的方法，使用分光光度计在波长为537.5nm条件下测定冻胶液样的吸光度值，对照Cr³⁺吸光度标准曲线，计算待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度。

待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度乘以稀释倍数，得到原始冻胶堵剂溶液中的Cr³⁺浓度。

本发明中使用的裂缝岩心模型是通过以下步骤制备得到的：

使用与实际储层岩石类型、渗透率、孔隙度等相近的人工胶结岩心，根据实验要求设定岩心尺寸，通用岩心尺寸为4.5cm×4.5cm×40cm；

使用厚度为1mm的岩心切刀将岩心沿中轴线切开，得到两块尺寸均为2.2cm×4.5cm×40cm的岩心板；

将两岩心板放置于模具中，岩心板中间放置粗盐粒，并使用高压夹板将两块岩心板以上下方式平行夹紧，使用游标卡尺测量压实后盐饼的高度，盐饼的高度即为模拟裂缝的缝宽，盐饼宽度为缝高，盐饼高度通常设定为3cm，使用环氧树脂沿盐饼两侧将两岩心板胶结；

在岩心板端面安装密封挡板和进出口接头，密封挡版可防止胶结时环氧树脂倒灌进入盐饼；

使用环氧树脂包裹并胶结岩心，环氧树脂固化后进出口接头可被固定在岩心上，即得到夹有盐饼的立方体型胶结岩心；

向胶结岩心中恒速注入去离子水，注入足够长时间后盐饼可完全溶解盐饼，即形成特定宽度的裂缝，从而制得实验需要的裂缝岩心模型。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，建立了适用于冻胶堵剂的铬离子浓度的测定方法：

现有的方法主要是测定未加入聚合物的溶液中的三价铬离子浓度，加入聚合物后聚合物分子会与铬离子发生交联反应并将之束缚，常规分光光度法只能测试游离状态的铬离子，而无法测出交联活束缚的铬离子。本发明的评价方法中测定的是冻胶(聚合物+三价铬离子交联剂)溶液中铬离子浓度，溶液处理的重点是将被交联及束缚的铬离子释放出来，尤其是对于部分交联或者完全交联的冻胶堵剂而言，铬离子的测试精度大大提高。

在本发明提供的上述裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法中，建立的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果的评价指标：

评价方法中建立了Cr³⁺损耗量评价指标和冻胶堵剂封堵裂缝性能评价指标，该评价指标的建立过程对矿场堵水实践及实验的指导作用。

本发明提供的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其有益效果主要体现在以下三个方面：

本发明提供的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，为研究裂缝中冻胶堵剂性能变化提供方法参考，进而为裂缝堵水设计中的堵剂优选及注入工艺提供依据；

本发明提供了适用于模拟冻胶堵剂裂缝堵水室内实验的人工胶结裂缝岩心模型，裂缝岩心模型与实际储层岩石类型、渗透率、孔隙度等相近，制备裂缝岩心模型时可调整裂缝参数，评价实验的对比性和可靠性较高；

本发明提出了冻胶堵剂裂缝效果不佳的重要原因之一是由于冻胶堵剂组分中Cr³⁺的损耗，并提供了一种适用于冻胶堵剂溶液中Cr³⁺浓度的测定方法，为评价裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响提供了方法依据。

附图说明

图1为本发明实施例中使用的裂缝岩心模型的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中使用的裂缝岩心模型的顶视结构示意图；

图3为本发明实施例中使用的裂缝岩心模型的A-A剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中使用的三价铬离子标准吸光度曲线；

图5为实施例1中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量与不同时间岩心出口端接取液样中的关系曲线；

图6为实施例2中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量与不同时间岩心出口端接取液样中的关系曲线；

图7为本发明实施例3中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量与不同时间岩心出口端接取液样中的关系曲线。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

以下实施例中使用的裂缝岩心模型的尺寸均为4.5cm×4.5cm×40cm，裂缝参数和岩心基质渗透率根据实验要求设定。使用的裂缝岩心模型的立体结构如图1所示；顶视结构如图2所示；A-A剖面结构如图3所示。

以下实施例中使用的铬离子标准冻胶堵剂溶液的组成均为：3000mg/L的HPAM+357.5mg/L的Cr³⁺；65℃下完全成胶时间为24h；标准溶液注入量为5.0FV时可确保冻胶堵剂溶液注入到裂缝中后Cr³⁺零损耗。

在以下实施例中使用的一种适用于冻胶堵剂中Cr3⁺浓度的测定方法，主要步骤如下：

制作Cr³⁺吸光度标准曲线。根据参照文献《聚丙烯酰胺用铬Ⅲ交联剂的定量测定》和《多元校正-紫外-可见分光光度法同时测定铬(Ⅵ)和铬(Ⅲ)》中的方法和步骤测定并制作Cr³⁺的吸光度标准曲线，测得的Cr³⁺的吸光度标准曲线如图4所示。

制备冻胶堵剂预处理溶液。量取5mL冻胶堵剂溶液，加入40mL去离子水并搅拌均匀，加入5mL质量浓度为0.025mg/L的稀释硫酸溶液并再次搅拌均匀，使用电动搅拌器以6000r/min高速搅拌20min，即得到冻胶堵剂预处理溶液。

制备待测冻胶堵剂液样。使用移液管准确量取20mL冻胶预处理溶液至50mL容量瓶中，加入去离子水稀释至40mL后使用稀释的硫酸溶液调节稀释后的冻胶预处理溶液的pH至3.5-4.0；加入5mL摩尔浓度为0.02mol/L的EDTA，搅拌均匀后放置在80℃水浴锅中加热10min后冷却定容至50mL，即得到待测冻胶堵剂液样。

测定Cr³⁺浓度。按照测定Cr³⁺吸光度的方法，使用分光光度计在波长为537.5nm条件下测定冻胶液样的吸光度值，对照Cr³⁺吸光度标准曲线，计算待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度。

待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度乘以稀释倍数(实施例中均稀释25倍)即得到原冻胶堵剂溶液中的Cr³⁺浓度。

在以下实施例中使用的冻胶堵剂模拟封堵裂缝实验流程为：

裂缝岩心模型抽真空后饱和模拟地层水，模拟地层水总矿化度7551mg/L，裂缝岩心模型的出口端设置50kPa回压；

将冻胶堵剂溶液以0.5mL/min流速注入到裂缝岩心模型中，在裂缝岩心模型的出口端接取被驱出液样，每个液样5mL，冻胶堵剂溶液的注入量根据实验要求设定；

密封裂缝岩心模型后放置于65℃的恒温箱中24h，待冻胶堵剂完全成胶后，沿与冻胶堵剂溶液注入相反的方向以0.5mL/min流速进行后续模拟地层水驱，后续水驱20倍的裂缝体积数(20FV)。

在以下实施例中，均以铬离子标准溶液注入过程中岩心出口端被驱出液样的C_归一来评价Cr³⁺损耗程度，以冻胶成胶后反向水驱的dP₂₀评价Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵性能的影响。

在以下实施例中使用到的铬离子损耗对冻胶封堵效果评价方法如下：

(1)Cr³⁺损耗量评价指标

使用上述的一种适用于冻胶堵剂溶液中Cr³⁺浓度测定方法测定被驱出液样中的Cr³⁺浓度，并除以铬离子标准溶液中的Cr³⁺浓度，即得到注入过程中被驱出液样中Cr³⁺的归一化浓度C_归一，Cr³⁺的损耗程度评价指标如下：

当C_归一＞1.0时，Cr³⁺负损耗；当C_归一＝1.0时，Cr³⁺零损耗；当0.9≤C_归一＜1.0时，Cr³⁺低损耗；当0.7≤C_归一＜0.9时，Cr³⁺中损耗；当0.5≤C_归一＜0.7时，Cr³⁺高损耗；当C_归一＜0.5时，Cr³⁺超高损耗。

冻胶堵剂封堵裂缝性能评价指标

用存在Cr³⁺损耗时反向水驱20FV后的水驱压力除以Cr³⁺零损耗时反向水驱20FV后的压力梯度，即得到存在Cr³⁺损耗时冻胶堵剂封堵裂缝的反向水驱归一化压力梯度dP₂₀，评价Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果的影响，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度评价指标如下：

当dP₂₀≥1.0时，为正影响；当dP₂₀＝1.0时，无影响；当0.9≤dP₂₀＜1.0时，弱影响；当0.7≤dP₂₀＜0.9时，中影响；当0.5≤dP₂₀＜0.7时，强影响；当dP₂₀＜0.5时，超强影响。

实施例1

本实施例提供了一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，包括以下步骤：

人工胶结裂缝岩心四块，岩心尺寸均为4.5cm×4.5cm×40cm，裂缝参数均为0.1cm×2.5cm×40cm，岩心基质渗透率见表1。

表1岩心基质渗透率参数

将岩心饱和模拟地层水后调整岩心出口端回压为50kPa，模拟地层水总矿化度7551mg/L；分别将铬离子标准冻胶堵剂溶液以0.5mL/min恒速注入到岩心中，注入的同时在岩心出口端接取流出液样，每个液样5mL，四块岩心的注入量(裂缝体积的倍数，1FV＝10cm³)见表2所示。

表2岩心中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量参数

岩心编号	1	2	3	4
					冻胶堵剂溶液的注入量/FV	1.0	2.0	3.0	5.0

当铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量为5.0FV时，Cr³⁺零损耗。使用本发明提供的一种适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度测定的方法测定岩心出口端接取液样中的Cr³⁺浓度，计算Cr³⁺的归一化浓度C_归一，图5表示的是标准溶液的注入量不同时接取液样中的C_归一。由图5中可以看出，随着标准溶液注入量的增加，C_归一逐渐升高。实验中发现，当注入量达到2.0FV后，注入和产出液的粘度相同，说明此时裂缝中的饱和水已完全被驱出，聚合物浓度恒定；但是，当注入量达到3.0FV时，此时C_归一值达到0.984，说明标准溶液注入到裂缝中后Cr³⁺发生了损耗。按照本发明的Cr³⁺损耗量评价方法，注入量分别为1.0、2.0和3.0FV时，C_归一值分别为0.141、0.754和0.984，Cr³⁺损耗程度分别为超高损耗、中损耗和低损耗。

当待冻胶堵剂完全成胶后以0.5mL/min测定三块岩心反向水驱压力值并计算各自的dP₂₀，测定结果见表3所示。

表3岩心反向水驱dP₂₀参数

岩心编号	1	2	3	4
					dP20	0.104	0.539	0.853	1.000

由表3中数据可以看出，当注入量为1.0FV时，由于Cr³⁺超高损耗，导致裂缝内冻胶成胶效果很差，封堵效果不佳，dP₂₀仅为0.104，按照本发明的Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度的定义，此时Cr³⁺损耗对冻胶封堵裂缝为超强影响。当注入量分别为2.0和3.0FV时，Cr³⁺损耗对裂缝封堵的影响分别为强影响和中影响，因而，增大冻胶堵剂溶液的注入量有助于降低裂缝中Cr³⁺的损耗量，进而改善冻胶对裂缝的封堵性能。

实施例2

本实施例提供了一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，包括以下步骤：

人工胶结裂缝岩心四块，岩心尺寸均为4.5cm×4.5cm×40cm，裂缝参数均为0.2cm×2.5cm×40cm，岩心基质渗透率见表4。

表4岩心基质渗透率参数

将岩心饱和模拟地层水后调整岩心出口端回压为50kPa，模拟地层水总矿化度7551mg/L；分别将铬离子标准冻胶堵剂溶液以0.5mL/min恒速注入到岩心中，注入的同时在岩心出口端接取流出液样，每个液样5mL，四块岩心的注入量(裂缝体积的倍数，1FV＝20cm³)见表5所示。

表5岩心中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量参数

岩心编号	1	2	3	4
					冻胶堵剂溶液的注入量/FV	1.5	2.5	3.5	5.0

当铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量为5.0FV时，Cr³⁺零损耗。使用本发明提供的一种适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度测定的方法测定岩心出口端接取液样中的Cr³⁺浓度，计算Cr³⁺的归一化浓度C_归一，图6表示的是标准溶液的注入量不同时接取液样中的C_归一。由图6中可以看出，随着标准溶液注入量的增加，C_归一逐渐升高。实验中发现，当注入量达到2.0FV后，注入和产出液的粘度相同，说明此时裂缝中的饱和水已完全被驱出，聚合物浓度恒定；但此时C_归一值为0.786，说明标准溶液注入到裂缝中后Cr³⁺发生了损耗。按照本发明的Cr³⁺损耗量评价方法，注入量分别为1.5、2.5和3.5FV时，C_归一值分别为0.438、0.895和1.0，Cr³⁺损耗程度分别为超高损耗、中损耗和零损耗，即当注入量达到3.0FV后，裂缝中冻胶堵剂溶液几乎不发生Cr³⁺损耗。

待冻胶堵剂完全成胶后以0.5mL/min测定四块岩心反向水驱压力值并计算各自的dP₂₀，测定结果见表6所示。

表6岩心反向水驱dP₂₀参数

岩心编号	1	2	3	4
					dP20	0.215	0.757	0.951	1.000

由表6中数据可以看出，当注入量为1.5FV时，由于Cr³⁺超高损耗，导致裂缝内冻胶成胶效果很差，封堵效果不佳，dP₂₀仅为0.215，按照本发明的Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度的定义，此时Cr³⁺损耗对冻胶封堵裂缝为超强影响。当注入量为2.5FV时，Cr³⁺损耗对裂缝封堵的影响分别为中影响；当注入量为3.5FV时为低影响，虽然此时Cr³⁺为零损耗，但dP₂₀为0.951，说明此时冻胶的成胶效果不如注入量5.0FV时的冻胶成胶效果。因而，增大冻胶堵剂溶液的注入量有助于降低裂缝中Cr³⁺的损耗量，进而改善冻胶对裂缝的封堵性能。

实施例3

本实施例提供了一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，包括以下步骤：

人工胶结裂缝岩心四块，岩心尺寸均为4.5cm×4.5cm×40cm，裂缝参数均为0.5cm×2.5cm×40cm，岩心基质渗透率见表7。

表7岩心基质渗透率参数

将岩心饱和模拟地层水后调整岩心出口端回压为50kPa，模拟地层水总矿化度7551mg/L；分别将铬离子标准冻胶堵剂溶液以0.5mL/min恒速注入到岩心中，注入的同时在岩心出口端接取流出液样，每个液样5mL，四块岩心的注入量(裂缝体积的倍数，1FV＝50cm3)见表8所示。

表8岩心中铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量参数

岩心编号	1	2	3	4
					冻胶堵剂溶液的注入量/FV	1.0	1.5	2.0	5.0

当铬离子标准冻胶堵剂溶液的注入量为5.0FV时，Cr³⁺零损耗。使用本发明提供的一种适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度测定的方法测定岩心出口端接取液样中的Cr³⁺浓度，计算Cr³⁺的归一化浓度C_归一，图7表示的是标准溶液的注入量不同时接取液样中的C_归一。由图7中可以看出，随着标准溶液注入量的增加，C_归一逐渐升高。实验中发现，当注入量达到2.0FV后，注入和产出液的粘度相同，说明此时裂缝中的饱和水已完全被驱出，聚合物浓度恒定；但此时C_归一值为0.821，说明标准溶液注入到裂缝中后Cr³⁺发生了损耗。按照本发明的Cr³⁺损耗量评价方法，注入量分别为1.0、1.5和2.0FV时，C_归一值分别为0.256、0.550和0.821，Cr³⁺损耗程度分别为超高损耗、中损耗和中损耗。

待冻胶堵剂完全成胶后以0.5mL/min测定四块岩心反向水驱压力值并计算各自的dP₂₀，测定结果见表9所示。

表9岩心反向水驱dP₂₀参数

岩心编号	1	2	3	4
					dP20	0.128	0.234	0.517	1.000

由表9中数据可以看出，当注入量为1.0FV时，由于Cr³⁺超高损耗，导致裂缝内冻胶成胶效果很差，封堵效果不佳，dP₂₀仅为0.128，按照本发明的Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度的定义，此时Cr³⁺损耗对冻胶封堵裂缝为超强影响。即便将注入量提升为1.5FV时，由于此时的dP₂₀为0.550，Cr³⁺超强损耗，因而dP₂₀仅为0.234；当注入量升高至2.0FV时，Cr³⁺中损耗，冻胶成胶效果有所改善，也相应增大至0.517，此时Cr³⁺损耗对裂缝封堵的影响为中影响。总体而言，随着注入量的增大，Cr³⁺损耗对裂缝封堵的影响程度减弱。因而，增大冻胶堵剂溶液的注入量有助于降低裂缝中Cr³⁺的损耗量，进而改善冻胶对裂缝的封堵性能。

以上实施例说明，本发明提供的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，为研究裂缝中冻胶堵剂性能变化提供了方法参考，进而为裂缝堵水设计中的冻胶堵剂优选及注入工艺提供依据。

Claims (10)

1.一种裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，该评价方法包括以下步骤：

采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵；

评价铬离子损耗对冻胶封堵效果的影响，具体如下：

Cr³⁺损耗量进行评价

采用适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法，测定封堵之后被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度和冻胶堵剂中Cr³⁺浓度，被驱出冻胶堵剂液样中的Cr³⁺的浓度除以冻胶堵剂中Cr³⁺浓度，得到封堵后被驱出液样中Cr³⁺的归一化浓度C_归一，其中，Cr³⁺的损耗程度评价指标如下：

当C_归一＞1.0时，Cr³⁺负损耗；当C_归一＝1.0时，Cr³⁺零损耗；当0.9≤C_归一＜1.0时，Cr³⁺低损耗；当0.7≤C_归一＜0.9时，Cr³⁺中损耗；当0.5≤C_归一＜0.7时，Cr³⁺高损耗；当C_归一＜0.5时，Cr³⁺超高损耗；

冻胶堵剂封堵裂缝性能评价指标

用存在Cr³⁺损耗时反向水驱后的水驱压力除以Cr³⁺零损耗时反向水驱后的压力梯度，得到存在Cr³⁺损耗时冻胶堵剂封堵裂缝的反向水驱归一化压力梯度dP₂₀，评价Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果的影响，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝影响程度评价指标如下：

当dP₂₀＞1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为正影响；当dP₂₀＝1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果无影响；当0.9≤dP₂₀＜1.0时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为弱影响；当0.7≤dP₂₀＜0.9时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为中影响；当0.5≤dP₂₀＜0.7时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为强影响；当dP₂₀＜0.5时，Cr³⁺损耗程度对冻胶封堵裂缝效果为超强影响。

2.根据权利要求1所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，采用冻胶堵剂对裂缝进行封堵时，具体包括以下步骤：

将所述冻胶堵剂注入到裂缝岩心模型中，在裂缝岩心模型出口端接取被驱出的冻胶堵剂液样；

待所述冻胶堵剂完全成胶后，反向水驱并记录水驱压力，完成对裂缝的封堵。

3.根据权利要求1所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，适用于冻胶堵剂中Cr³⁺浓度的测定方法包括以下步骤：

制作Cr³⁺吸光度标准曲线；

制备冻胶堵剂预处理溶液；

制备待测冻胶堵剂液样；

测定波长为537.5nm下的所述冻胶堵剂液样的吸光度值，对照Cr³⁺吸光度标准曲线计算待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度；

根据待测冻胶堵剂液样中Cr³⁺浓度得到冻胶堵剂中的Cr³⁺浓度。

4.根据权利要求3所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述制备冻胶堵剂预处理溶液按照以下步骤进行：

取5mL冻胶堵剂，加入40mL水并搅拌，加入5mL质量浓度为0.025mg/L的稀释硫酸溶液，搅拌，以6000r/min的速度搅拌20min，得到所述冻胶堵剂预处理溶液。

5.根据权利要求3所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述制备待测冻胶堵剂液样按照以下步骤进行：

向20mL冻胶堵剂预处理溶液中加入水稀释至40mL后，使用硫酸溶液调节稀释后的冻胶堵剂预处理溶液的pH至3.5-4.0，加入5mL摩尔浓度为0.02mol/L的EDTA，搅拌后在80℃水浴中加热10min后，冷却定容至50mL，得到所述待测冻胶堵剂液样。

6.根据权利要求1所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述冻胶堵剂为聚合物与有机铬交联剂形成的冻胶堵剂。

7.根据权利要求6所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述聚合物为部分水解的聚丙烯酰胺，相对分子质量为1300万，水解度为25％-28％。

8.根据权利要求6所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述有机铬交联剂中Cr³⁺浓度为55.2g/L。

9.根据权利要求2所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述裂缝岩心模型是通过以下步骤制备得到的：

根据要求设定岩心尺寸；

将岩心制备成两块尺寸相同的岩心板；

将两块岩心板置于模具中，岩心板中间放置粗盐粒，将两块岩心板平行夹紧，压实后得到盐饼，使用环氧树脂沿盐饼两侧将两块岩心板胶结；

在岩心板端面安装密封挡板和进出口接头；

使用环氧树脂包裹并胶结岩心，得到夹有盐饼的胶结岩心；

向胶结岩心中恒速注入去离子水，待盐饼完全溶解，形成特定宽度的裂缝，从而制得裂缝岩心模型。

10.根据权利要求9所述的裂缝中铬离子损耗对冻胶封堵效果影响的评价方法，其中，所述裂缝岩心模型的耐压强度为2MPa。