HPAM/Cr3+弱凝膠調(diào)剖封堵性能研究

吳正偉 (長慶油田分公司第一采油廠,陜西延安715000)

王合良 (大港油田分公司第二采油廠,天津300283)

聶 成 (大港油田分公司灘海公司,天津300280)

弱凝膠深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是近年發(fā)展起來的用于注水井深部處理以改善井組水驅(qū)開發(fā)效果的一項(xiàng)提高采收率新技術(shù),該技術(shù)使用接近于聚合物驅(qū)濃度的聚合物,加入少量延緩型交聯(lián)劑,使之在地層內(nèi)緩慢生成弱凝膠[1,2]。一方面,弱凝膠具有一定的強(qiáng)度,能對(duì)地層中的高滲透通道產(chǎn)生一定封堵作用,使后續(xù)注入水繞流至中低滲透層,起到調(diào)剖作用;另一方面,由于交聯(lián)強(qiáng)度不高,弱凝膠在后續(xù)注入水的推動(dòng)下在該高滲透通道中還能緩慢向地層深部移動(dòng),產(chǎn)生像聚合物驅(qū)一樣的驅(qū)油效果[3,4]。筆者應(yīng)用工業(yè)級(jí)的部分水解聚丙烯酰胺和改進(jìn)的鉻交聯(lián)劑開展了弱凝膠體系配方的研究,并進(jìn)行了該體系的室內(nèi)配方優(yōu)化篩選。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)藥品

HPAM(大慶煉化生產(chǎn)),其相對(duì)分子量為1200萬,水解度25%;K2Cr2O7,Na2SO3,硫脲,草酸,均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

將配制的預(yù)成膠體系放人具塞廣口瓶中,靜置于恒溫的烘箱內(nèi)成膠,一定時(shí)間之后取出,用BrookfieldLVDVII+粘度計(jì)測(cè)定體系粘度。

2 結(jié)果與討論

在進(jìn)行條件試驗(yàn)中,當(dāng)討論某項(xiàng)條件對(duì)體系成膠的影響時(shí)該項(xiàng)條件為變量,其他試驗(yàn)條件不變。

2.1 HPAM濃度對(duì)體系成膠的影響

用礦化度為80000mg/L的地層水配制 HPAM母液,取母液進(jìn)行稀釋,使其濃度分別為500、1000、1500、2000和2500mg/L進(jìn)行成膠試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出,HPAM 濃度低于1500mg/L時(shí),體系不能形成連續(xù)的凝膠體;隨著HPAM濃度的增大,凝膠的表觀粘度逐漸增大,成膠時(shí)間縮短。在該凝膠體系中,較適合的HPAM濃度為2000mg/L。

2.2 K2Cr2O7濃度對(duì)體系成膠的影響

固定HPAM濃度為2000mg/L,取K2Cr2O7濃度分別為 500、600、700、800、900mg/L的成膠體系進(jìn)行成膠試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖 2中可以看出,當(dāng) K2Cr2O7濃度小于 30mg/L時(shí),體系很難形成均勻的凝膠體;之后隨著交聯(lián)劑濃度的增大,表觀粘度增大;當(dāng)K2Cr2O7濃度為900mg/L時(shí),成膠體系粘度的發(fā)展趨勢(shì)和所達(dá)到的粘度值均令人滿意。因此,該凝膠體系中,較合適的K2Cr2O7濃度為900mg/L。

圖1 HPAM濃度對(duì)成膠性能的影響

圖2 K2Cr2O7濃度對(duì)成膠性能的影響

2.3 pH值對(duì)體系成膠的影響

固定HPAM 濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為900mg/L,Na2SO3濃度為2500mg/L。改變體系pH值 (分別為4、5、6、7、8、9和10)進(jìn)行成膠試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖3(只繪制了能夠形成凝膠pH值的成膠性能曲線)。由圖3可知,最適宜pH值為6～7。

圖3 pH值對(duì)體系成膠性能的影響

2.4 溫度對(duì)體系成膠的影響

固定HPAM 濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為900mg/L,Na2SO3濃度為2500mg/L,體系pH值為 7,改變體系溫度 (分別為 25、55、60、70和80℃)進(jìn)行成膠試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4可知,隨著溫度的升高,成膠時(shí)間縮短,即隨著溫度的升高,凝膠形成的速度加快,且凝膠強(qiáng)度增強(qiáng);但當(dāng)溫度≥90℃時(shí),體系的穩(wěn)定性下降。該體系適宜溫度為55～70℃。

2.5 Na2SO3對(duì)體系成膠的影響

Na2SO3+K2Cr2O7反應(yīng)釋放出來的Cr3+與HPAM分子交聯(lián)形成高粘度的大分子。Na2SO3加量對(duì)體系成膠非常重要,固定HPAM濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為 900mg/L,體系 pH值為7,改變Na2SO3濃度 (分別為 1500、2000、2500、3000、3500和 4000mg/L)進(jìn)行成膠試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著Na2SO3濃度的增大,體系成膠時(shí)間縮短;當(dāng)濃度大于3000mg/L后隨著其濃度增大,體系成膠時(shí)間反而增加。當(dāng)Na2SO3濃度為3000mg/L為最佳使用濃度。

2.6 硫脲對(duì)體系成膠的影響

交聯(lián)聚合物凝膠的氧化降解是實(shí)際應(yīng)用中十分突出的問題。凝膠體系的氧化降解明顯地導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度急劇下降,使凝膠喪失使用價(jià)值,起不到提高采收率的作用。引起HPAM氧化降解的主要原因,一是高溫下溶液中存在的溶解氧;二是聚合物帶入的過氧化物已及產(chǎn)生的羰基化合物。

固定HPAM 濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為900mg/L,Na2SO3濃度為3000mg/L,體系pH值為7,改變硫脲的濃度進(jìn)行成膠試驗(yàn),觀察凝膠性能的變化,試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知,硫脲濃度為80mg/L能顯著增加體系的穩(wěn)定性,使體系的粘度保持較合適的范圍內(nèi)。

圖4 溫度對(duì)體系成膠性能的影響

表1 硫脲對(duì)凝膠性能的影響

2.7 草酸對(duì)體系成膠的影響

固定HPAM濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為900mg/L,Na2SO3濃度為3000mg/L,硫脲濃度為80mg/L,體系pH值為7,通過向體系中加入草酸,改變草酸的濃度,對(duì)成膠體系進(jìn)行成膠試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn),草酸的加入可以對(duì)成膠時(shí)間進(jìn)行控制。

3 結(jié) 論

1)HPAM/Cr3+弱凝膠體系凝膠強(qiáng)度適宜,穩(wěn)定性好,具有良好的注入能力。

2)HPAM/Cr3+弱凝膠調(diào)驅(qū)適宜條件為:HPAM濃度為2000mg/L,K2Cr2O7濃度為900mg/L,Na2SO3濃度為3000mg/L,硫脲濃度為80mg/L,體系pH值為6～7,最佳使用溫度范圍為55～70℃。

3)該體系可以通過草酸加量進(jìn)行調(diào)節(jié)成膠時(shí)間,從而達(dá)到對(duì)成膠時(shí)間可控,凝膠強(qiáng)度可控。

[1]王平美,劉國勝.弱凝膠調(diào)驅(qū)體系在巖心試驗(yàn)中的行為特性研究 [J].石油鉆采工藝,2002,22(5):48～50.

[2]王克亮,王風(fēng)蘭,李群,等.改善聚合物驅(qū)油技術(shù)研究[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[3]紀(jì)淑玲,彭勃,林海欽,等.粘度法研究膠態(tài)分散凝膠交聯(lián)過程 [J].高分子學(xué)報(bào),2000,(1):65～68.

[4]鄧俊.弱凝膠驅(qū)油體系研究 [J].四川化工,2008,11(2):10～13.