耐溫耐鹽深部調(diào)剖體系研究

楊文軍 趙 光 劉 奎 趙 輝 王 蘋 戴彩麗

（1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司采油采氣工藝處，北京100011；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266555；4.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030）

耐溫耐鹽深部調(diào)剖體系研究

楊文軍1，2趙 光3劉 奎4趙 輝3王 蘋3戴彩麗3

（1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司采油采氣工藝處，北京100011；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266555；4.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030）

采用非離子聚合物與酚醛樹脂制備了一種耐溫耐鹽的深部調(diào)剖劑，并考察了深部調(diào)剖劑的成凍性能。根據(jù)成凍強(qiáng)度級(jí)別的劃分，定性地測(cè)定了成凍時(shí)間，用突破真空度法定量地測(cè)定了成凍強(qiáng)度，并繪制出成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度等值圖。評(píng)價(jià)了聚合物與交聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度、pH值、礦化度及剪切速率對(duì)成凍性能的影響，也評(píng)價(jià)了油井的封堵性能，并分析了注入時(shí)機(jī)對(duì)采收率的影響。結(jié)果表明：交聯(lián)體系成凍時(shí)間在1～18 d可調(diào)，成凍后強(qiáng)度高，具有很好的耐溫耐鹽性；pH值適用范圍廣，抗剪切性強(qiáng)，封堵性能好。在注入相同量的調(diào)剖劑時(shí)，注入時(shí)機(jī)越早，提高采收率增值也就越大。

耐溫耐鹽；深部調(diào)剖；凍膠；非離子聚合物；注入時(shí)機(jī)

聚合物驅(qū)油已經(jīng)發(fā)展為成熟的三次采油技術(shù)，普遍提高采收率6%～10%。但是，聚合物驅(qū)后恢復(fù)水驅(qū)，滯留在地層中的聚合物封堵大孔道的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，調(diào)剖作用效果有限。此外，地層長(zhǎng)期受到聚合物溶液的沖刷，平面與縱向上砂體的非均質(zhì)性加重，勢(shì)必造成注入水在平面上向生產(chǎn)井方向舌進(jìn)、縱向上向高滲透層突進(jìn)的現(xiàn)象［1］。為了解決調(diào)剖過程中出現(xiàn)的問題，需要建立完善的堵劑體系，在聚合物驅(qū)后向地層中注入交聯(lián)聚合物凍膠，開展深部調(diào)驅(qū)。目前，現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用較多的是陰離子型部分水解聚丙酰胺凍膠體系。此種凍膠體系耐溫耐鹽性較差，使調(diào)驅(qū)效果變差。文中研究的非離子聚合物/酚醛樹脂（LF/YG103）凍膠體系，是通過聚丙烯酰胺的—CONH2與—CH2OH發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而生成的。根據(jù)各種主要因素對(duì)非離子聚合物/酚醛樹脂交聯(lián)體系的影響及繪制的成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度等值圖，選出最優(yōu)配方，實(shí)現(xiàn)近井地帶和遠(yuǎn)井地帶的調(diào)剖。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器包括：平流泵、真空泵、PB-10酸度計(jì)、BROOKFELED黏度計(jì)、恒溫烘箱、1/10 000電子天平、電熱恒溫水浴鍋、填砂管及精密壓力表等。

1.2 試驗(yàn)藥品

非離子聚合物（LF）：固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)94%，水解度3.62%，相對(duì)分子質(zhì)量9.6×106；YG103：酚醛樹脂交聯(lián)劑；自來水：礦化度400 mg·L-1（不特別說明均為自來水）；模擬油：80℃下黏度為2.5 mPa·s；試驗(yàn)砂：20～60目。

2 試驗(yàn)方法

2.1 成凍時(shí)間的測(cè)定

將一定量的凍膠液注入安瓿瓶中密封，放置恒溫水浴鍋中，根據(jù)Sydansk的GSC（Gel Strength Codes）法定性測(cè)定樣品強(qiáng)度等級(jí)［2］，本試驗(yàn)以強(qiáng)度達(dá)到G級(jí)為成凍時(shí)間。

2.2 成凍強(qiáng)度的測(cè)定

采用突破真空度法（Breakthrough Vacuum）［3］測(cè)定凍膠強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱pVB值，文中提到的均為絕對(duì)值。使用前需用水校正，水的pVB值為0.007 MPa。每個(gè)樣品都平行進(jìn)行3次測(cè)定，取其平均值（測(cè)定大氣壓為0.1 MPa）。pVB值越大，強(qiáng)度就越高。

2.3 封堵性能的測(cè)定

用封堵率表征堵劑的封堵性能，試驗(yàn)采取單管模型，將成膠液注入填砂管，放入恒溫水浴鍋中達(dá)到成凍時(shí)間，測(cè)定封堵后的水測(cè)滲透率。設(shè)初始水測(cè)滲透率為Kw0，成凍后測(cè)定滲透率為Kw1，封堵率E計(jì)算公式如下：

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

成膠液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響著凍膠的性能，在80℃條件下，考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的LF非離子聚合物和YG103對(duì)成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度的影響，繪制出了成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度等值圖（見圖1、圖2）。

從圖1和圖2可以看出，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，凍膠成凍時(shí)間越短，形成的凍膠強(qiáng)度越高，符合一般凍膠成凍規(guī)律。一方面由于聚合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，提供參與反應(yīng)的酰胺基就越多，形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越牢固；另一方面，交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，酰胺加成反應(yīng)就快，成凍時(shí)間縮短，符合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，從等值圖可確定適合油藏特性、深部調(diào)剖的交聯(lián)體系。

圖1 80℃非離子聚合物/酚醛樹脂成凍時(shí)間等值圖

圖2 80℃非離子聚合物/酚醛樹脂成凍強(qiáng)度等值圖

3.2 礦化度的影響

在用自來水配制的0.3%LF+0.6%YG103成膠液中，分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl，測(cè)定80℃的成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度，結(jié)果見圖3。

圖3 礦化度對(duì)凍膠成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度的影響

礦化度對(duì)非離子聚合物/酚醛樹脂凍膠體系影響明顯，在礦化度小于300 g·L-1時(shí)均能夠成膠，但成膠的時(shí)間和強(qiáng)度明顯不同。

當(dāng)?shù)V化度低于20 g·L-1時(shí)對(duì)成膠強(qiáng)度的影響不大，但當(dāng)?shù)V化度高于20 g·L-1時(shí)，成膠時(shí)間明顯縮短。由于鹽壓縮擴(kuò)散雙電層和減小靜電斥力作用，使高分子鏈?zhǔn)艿骄砬?，起連接作用的分子鏈接彈性拉伸作用增強(qiáng)［4］，可交聯(lián)基團(tuán)相互接近的概率增大，易于交聯(lián)劑將聚合物交聯(lián)起來。

3.3 pH值的影響

在用自來水配制的0.3%LF+0.6%YG103成膠液中，分別加入不同量的HCl調(diào)節(jié)pH值,測(cè)定80℃的成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度，結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對(duì)凍膠成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出，在酸性條件下是不利于交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行的。在酸性條件下，H+的存在抑制了聚合物分子中羧酸基的水解，從而使得聚合物大分子線團(tuán)在溶液中的伸展程度降低，分子鏈卷曲，流體力學(xué)體積減小，—CONH2與—CH2OH結(jié)合的幾率也減小，在宏觀上表現(xiàn)為成凍時(shí)間的延長(zhǎng)；在堿性條件下，則表現(xiàn)為成凍時(shí)間的縮短。

3.4 溫度的影響

將用自來水配制的0.3%LF+0.6%YG103成膠液分別放在不同的溫度下，測(cè)定成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度，其結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，溫度對(duì)成膠體系有很大的影響。溫度越高，成膠時(shí)間就越短。由于溫度的升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，活化分子能增加，從而也增加了活化分子反應(yīng)的幾率，使得成凍時(shí)間縮短。另一方面，溫度的升高，增加了分子間的作用力，交聯(lián)體系強(qiáng)度增加。在考察的溫度條件下形成的凍膠，均具有很好的韌性，無脫水分層現(xiàn)象，穩(wěn)定性好。

圖5 溫度對(duì)凍膠成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度的影響

3.5 剪切速率的影響

成膠液在注入和進(jìn)入地層的過程中受到剪切作用，黏度會(huì)遭到一定的損失。將用自來水配制的0.3% LF+0.6%YG103成膠液，在常溫、170 r·s-1的轉(zhuǎn)速下高速剪切不同時(shí)間，測(cè)定溶液黏度、成膠時(shí)間及成膠后的強(qiáng)度，結(jié)果見表1。

表1 剪切速率對(duì)成凍情況的影響

隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，成膠液的黏度降低，表現(xiàn)出一般的高分子溶液剪切變稀效應(yīng)。由于注入成膠液的速度和成膠液在地下的滲流速度相差很大，成膠液會(huì)受到不同程度的剪切作用，使聚合物的部分分子鏈接斷開［5］，破壞了已有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成分子聚集體，使得成凍時(shí)間增長(zhǎng)，強(qiáng)度減弱。

3.6 封堵性能評(píng)價(jià)

將用自來水配制0.3%LF+0.6%YG103的成膠液注入巖心中，放置80℃恒溫水浴鍋中，達(dá)到成凍時(shí)間，測(cè)定封堵后不同巖心的滲透率，結(jié)果見表2。在考察的滲透率范圍內(nèi)，凍膠對(duì)巖心的封堵率達(dá)到98%以上，具有很好的封堵性能。

表2 深部調(diào)剖劑對(duì)巖心的封堵能力

3.7 注入時(shí)機(jī)的確定

用自來水配制0.3%LF+0.6%YG103凍膠體系，研究聚合物驅(qū)后深部調(diào)剖劑的最佳注入時(shí)機(jī)。試驗(yàn)分為4組，采取滲透率極差5∶1的平行管模型測(cè)定。在聚合物驅(qū)后的水驅(qū)產(chǎn)液中具有不同含水率時(shí)，分別向巖心注入0.3 PV的凍膠體系，候凝，轉(zhuǎn)注水驅(qū)至98%，測(cè)定采收率增值，結(jié)果見表3。

表3 不同時(shí)機(jī)注入調(diào)剖劑采收率增值

凍膠注入時(shí)機(jī)對(duì)采收率有很大的影響，在含水率為65.3%時(shí)，注入凍膠體系，最終采收率提高了28.55%，高于含水率98%時(shí)的采收率。可見，在注入相同量調(diào)剖劑時(shí)，聚合物驅(qū)后越早注入調(diào)剖劑，原油采收率也就越高。由于在高含水期實(shí)施大量的水驅(qū)，在巖心中形成高滲流通道，凍膠控制高滲透孔道的能力變差，從而影響水的波及體積，使得驅(qū)油效果變差。

4 結(jié)論

1）研究了聚合物驅(qū)后適合油藏深部調(diào)剖的非離子聚合物/酚醛樹脂凍膠體系。該凍膠體系成凍時(shí)間和成凍強(qiáng)度可調(diào)，具有較強(qiáng)的封堵能力，可以根據(jù)油藏條件，選出適合施工要求的最優(yōu)化配方。

2）非離子聚合物/酚醛樹脂凍膠體系抗剪切性強(qiáng)，耐鹽、耐溫性能好，pH值適用范圍廣，能夠滿足具有較高礦化度、較高溫度的地層對(duì)深部調(diào)驅(qū)劑的要求。

3）聚合物驅(qū)后，調(diào)剖時(shí)機(jī)越早，就越有利于提高采收率。

［1］秦積舜，李愛芬.油層物理學(xué)［M］.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2003：267-274. Qin Jishun，Li Aifen.Reservoirphysics［M］.Dongying：Petroleum University Press，2003：267-274.

［2］Sydansk R D.Delayed in-situ crosslinking of acrylamide polymer for oil recovery application in high temperature formation［P］. US：4844168，1989.

［3］戴彩麗，王業(yè)飛，冷強(qiáng)，等.長(zhǎng)成凍時(shí)間的深部調(diào)驅(qū)劑研究［J］.西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，18（1）：21-25. Dai Caili，Wang Yefei，Leng Qiang，et al.Studies on profile control oil displacement agent with long gelation time for the formation farfrom wellbore［J］.JournalofXi'an Petroleum Institute：Natural Science Edition，2003，18（1）：21-25.

［4］Gebhard Schramm.A practical approach to rheology and rheometry［M］.Germany：Karlsruhe，1994.

［5］曾顯香，徐建玉，鄭鍵,等.交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2003，10（6）：36-38. Zeng Xianxiang，Xu Jianyu，Zheng Jian，et al.Research and application of crosslinked polymer flooding technolog［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2003，10（6）：36-38.

Experimental study on deep thermophilic and halotolerant profile control agents

Yang Wenjun1，2Zhao Guang3Liu Kui4Zhao Hui3Wang Ping3Dai Caili3
(1.Petroleum Engineering Institute of Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.Oil and Gas Production Technology Department of Exploration&Production Company,PetroChina,Beijing 100011,China;3.State Key Laboratory of Heavy Oil Processing,China University of Petroleum,Qingdao 266555,China;4.Shanghai Company,CNOOC, Shanghai 200030,China)

Deep profile control agents which was thermophilic and halotolerant was prepared with nonionic polymers and phenolic resin.The gelling behavior of the deep profile control agents is aslo studied experimentally in this paper.The gelation time is qualitatively determined by the classification of gel strength and the gel strength is quantitatively measured by breakthrough vacuum method,and the contour diagrams of gelation time and gel strength are gained.The effect of polymer and the concentration, temperature,pH value,salinity and shear rate of crosslinking agent on gelling property is evaluated,implementing the performance evaluation of well plugging and inspecting the effect of injection timing on recovery ratio.The results show that the gelation time of crosslinking system is adjustable from 1 to 18 days and that the jellied profile control agents illustrate a high strength,thermophilic and halotolerant,widely applicable pH value,good shear resistance property and plugging capacity.As same amount of profile control agent is injected,the earlier injection timing is,the higher the incremental value of enhanced oil recovery is.

thermophilic and halotolerant;deep profile control;gel;nonionic polymer;injection timing

山東省杰出青年基金項(xiàng)目“提高采收率與采油化學(xué)”（JQ201013）資助

TE357.46

：A

1005-8907（2011）02-257-04

2010-07-20；改回日期：2011-01-10。

楊文軍，男，1961年生，在讀博士研究生，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油氣田采油、采氣、注水研究及管理工作。E-mail：wjyang@ petrochina.com.cn。

（編輯 姬美蘭）

楊文軍，趙光，劉奎，等.耐溫耐鹽深部調(diào)剖體系研究［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：257-260. Yang Wenjun，Zhao Guang，Liu Kui，et al.Experimental study on deep thermophilic and halotolerant profile control agents［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：257-260.