FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑在控水防砂中的研究與應(yīng)用

鄭 鐸，宋金波，許 霞楊 軍，武明鳴

（中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000）

FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑在控水防砂中的研究與應(yīng)用

鄭 鐸，宋金波，許 霞楊 軍，武明鳴

（中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000）

針對油田開發(fā)中后期油井防砂后含水上升快、穩(wěn)產(chǎn)期短的問題，制備了一種適用于高含水油井防砂用的FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑，該材料既可以配制成處理液改善近井地帶控水能力，又可以化學(xué)錨定到石英砂表面制備成控水砂提高充填層的控水效果。性能評價結(jié)果表明，在80℃、礦化度30000mg／L的條件下，其標(biāo)準(zhǔn)流體阻力比（NFRR）大于3，具有較好的控水能力。FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑和負(fù)載型控水砂在QTQ9－10井的應(yīng)用情況表明，措施后油井含水率下降了21%，控水有效期達(dá)到380d，累計產(chǎn)油758t，取得了明顯的控水穩(wěn)油效果。

相滲調(diào)節(jié)劑；控水；防砂；現(xiàn)場應(yīng)用

目前在勝利油田范圍內(nèi)已投入開發(fā)的73個油田中有38個屬于疏松砂巖油藏，年產(chǎn)油量占勝利油田的83．91%。隨著開發(fā)的不斷深入，部分疏松砂巖油藏已進(jìn)入高含水期，導(dǎo)致油井防砂后含水急劇上升、油井穩(wěn)產(chǎn)期短的狀況日益加重。以往主要采用堵水工藝和防砂工藝分步實施的方式來解決該問題，但存在分步實施占井周期長，投入成本高的不足。因此，采用具有控水效果的FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑用于礫石充填防砂施工，對于建立控水防砂一體化技術(shù)，改善疏松砂巖油藏高含水期油井防砂開采效果具有積極意義。

1 相滲調(diào)節(jié)劑控水機(jī)理

相滲調(diào)節(jié)劑是由高分子量水溶性聚合物或其弱交聯(lián)體系組成［1］。由于相滲調(diào)節(jié)劑分子鏈具有在水相中分子結(jié)構(gòu)舒展、在油相中分子結(jié)構(gòu)彎曲的特性（如圖1），因此相滲調(diào)節(jié)劑在宏觀上表現(xiàn)出遇水膨脹的特點。當(dāng)水通過相滲調(diào)節(jié)劑時，由于水分子與相滲調(diào)節(jié)劑分子具有極性吸引作用，水分子以滲流形式通過，通過速率較慢；當(dāng)油相通過相滲調(diào)節(jié)劑時，油相對吸水后的相滲調(diào)節(jié)劑表面產(chǎn)生擠壓作用，形成油相通道，通過速率較快。因此將相滲調(diào)節(jié)劑控水原理稱之為“膨脹滲流－擠壓通過”模型。正是因為相滲調(diào)節(jié)劑的上述特性，它區(qū)別于常規(guī)堵水材料，不會對高含水油層造成物理堵塞，是一種對地層傷害低、控水穩(wěn)油性能優(yōu)良的材料。

圖1 相滲調(diào)節(jié)劑控水原理圖

2 控水防砂材料的制備與性能評價

聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺是用作相滲調(diào)節(jié)劑的常規(guī)聚合物，若這2類聚合物直接用于控水防砂材料存在2方面局限性：①由于該類聚合物的耐溫、耐鹽性能差，應(yīng)用中對油藏條件要求比較苛刻；②該類聚合物在地層砂和充填砂的表面吸附能力不強［2］，經(jīng)流體長時間沖刷后控水帶易失效。為了解決上述問題，通過選用丙烯磺酸鹽單體（代表符號B）與丙烯酰胺單體進(jìn)行聚合提升相滲調(diào)節(jié)劑的耐溫、耐鹽性能；同時對代表符號D、SH1、SH2的吸附型聚合單體進(jìn)行了篩選，優(yōu)選出D聚合單體用來提高相滲調(diào)節(jié)劑在固相表面的吸附能力。

2．1 FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑的制備

將單體丙烯酰胺、B和D以及去離子水按照15∶5∶2∶78的質(zhì)量比加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻；加熱至90℃恒溫后，通氮氣攪拌30min除去氧氣；加入質(zhì)量比0．8%的固體引發(fā)劑（質(zhì)量比為1∶2的亞硫酸氫鈉和過硫酸銨混合物），常壓下引發(fā)進(jìn)行聚合反應(yīng)；反應(yīng)8h后，將聚合物溶液用無水乙醇析出干燥，制得FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑固相粉末。

2．2 相滲調(diào)節(jié)劑負(fù)載型控水砂的制備

對石英砂用95%的工業(yè)乙醇浸泡并攪拌后，置于室溫下晾干；將石英砂放入攪拌釜，加入含偶聯(lián)劑C－439體積分?jǐn)?shù)2%的水溶液，攪拌并緩慢升溫至70℃，使偶聯(lián)劑在石英砂表面發(fā)生水解反應(yīng)30min；將水解反應(yīng)后的石英砂與丙烯酰胺、B和D單體混合物（混合物質(zhì)量比15∶5∶2）以及去離子水按照52∶6∶42的質(zhì)量比加入反應(yīng)釜；加熱至80℃恒溫后，通氮氣去氧；加入質(zhì)量比0．4%的固體引發(fā)劑（質(zhì)量比為1∶1的亞硫酸氫鈉和過硫酸銨混合物）；常壓下引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)過程中不斷攪拌；反應(yīng)8h后，濾去液體90℃下烘干1h，制成相滲調(diào)節(jié)劑負(fù)載型控水砂。

2．3．1 評價方法

1）評價依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)流體阻力比［2］NFRR＝（其中，RRFw、RRFo分別為水相殘留阻力系數(shù)和油相殘留阻力系數(shù)；Kw1、Kw2分別是控水處理前、后的水相滲透率；Ko1、Ko2分別為控水處理前、后的油相滲透率）。當(dāng)NFRR＞1時，表明材料對水相滲流能力的抑制作用大于對油相的抑制作用，其值越大，則控水選擇性越好。NFRR值兼顧了材料對水相、油相滲流能力的改變情況，能夠?qū)厮Ч斑x擇性進(jìn)行綜合評價。

2）試驗試劑 氯化鈣、氯化鈉（分析純）；中性煤油（工業(yè)級）；地層砂（D50＝0．08～0．12mm）；負(fù)載型控水砂（D50＝0．4～0．8mm）、FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑（研制）。

3）試驗儀器 SY1C01巖心流動試驗儀，馬弗爐，真空泵（真空度0．09MPa），天平（精確度0．1mg）等。

4）相滲調(diào)節(jié)劑評價方法 用巖心流動儀進(jìn)行驅(qū)替試驗，測定由地層砂制成的模擬巖心經(jīng)FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑處理前后水相、油相滲透率，計算NFRR值。

5）負(fù)載型控水砂評價方法 用巖心流動儀測定由控水砂制成的模擬充填層的水相、油相滲透率Kw2、Ko2；用馬弗爐對控水砂焙燒（800℃、3h），使其表面負(fù)載的相滲調(diào)節(jié)劑分子完全分解后制成模擬充填層，測定其水相、油相滲透率Kw1、Ko1，計算NFRR值。

2．3．2 評價結(jié)果與分析

綜合上述已有的研究，發(fā)現(xiàn)國外學(xué)者主要從綠色金融的理論、綠色金融與經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系、綠色融資等問題進(jìn)行研究；國內(nèi)學(xué)者主要是從綠色金融的概念、政策，國外經(jīng)驗借鑒等方面進(jìn)行研究，還有部分學(xué)者通過實證分析研究影響綠色金融發(fā)展和實施的因素，但其理論尚無法解決我國當(dāng)前綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展融資難、綠色激勵機(jī)制缺失等瓶頸問題。鑒于此，本文在現(xiàn)有文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建金融機(jī)構(gòu)、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)、企業(yè)三方博弈模型，探討綠色金融政策下技術(shù)創(chuàng)新投入對企業(yè)走綠色生產(chǎn)模式的影響和內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)而為我國發(fā)展綠色金融的機(jī)制和路徑優(yōu)化提出對策建議。

1）耐溫、耐鹽性能 經(jīng)濃度為4%的FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑溶液處理后，模擬巖心在不同礦化度條件下控水效果見圖2。結(jié)果表明，隨著礦化度的增加，F(xiàn)S－RPM相滲調(diào)節(jié)劑的控水效果和選擇性減弱。在溫度80℃、礦化度30000mg／L條件下，其NFRR值為3．18；相同條件下，負(fù)載型控水砂的NFRR值為4．32，均可以滿足勝利油田大多數(shù)高含水防砂井的施工要求。

圖2 相滲調(diào)節(jié)劑NFRR值與礦化度關(guān)系

圖3 控水砂NFRR值與驅(qū)替孔隙體積倍數(shù)關(guān)系

2）吸附穩(wěn)定性 負(fù)載型控水砂表面相滲調(diào)節(jié)劑分子吸附穩(wěn)定性評價結(jié)果見圖3。在200PV時，控水砂的NFRR值仍大于4．5，這表明相滲調(diào)節(jié)劑分子在石英砂表面吸附穩(wěn)定，在鹽水反復(fù)沖刷后，仍保持較好的控水能力。證明篩選出的吸附性聚合單體D，有效提高了相滲調(diào)節(jié)劑分子在SiO2表面上的吸附強度。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3．1 油井概況

QTQ9－10井是曲堤油田X9區(qū)塊館3層的一口油井，其完井深度1280m，油層有效厚度4．6m，射孔井段1200．2～1204．8m，儲集層以細(xì)砂巖為主，孔隙度23．7%，地層砂粒度中值0．09～0．27mm，膠結(jié)疏松易出砂，油層平均滲透率0．89μm2，地層水礦化度23470mg／L，油層溫度57．2℃。該井于1995年投產(chǎn)后，日產(chǎn)液9．3m3，日產(chǎn)油9．0m3，含水2．8%；自2008年6月含水快速上升，至2009年9月，日產(chǎn)液10．1m3，日產(chǎn)油1．6m3，含水84．5%，2009年9月4日，因出砂卡泵停井。

3．2 工藝選擇與參數(shù)設(shè)計

針對該井含水上升過快、地層出砂嚴(yán)重的情況，決定進(jìn)行控水防砂施工：即在常規(guī)防砂工藝的基礎(chǔ)上，使用FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑作為前置液籠統(tǒng)注入地層形成控水帶，并采用負(fù)載型控水砂作為充填材料進(jìn)行擠壓充填施工，在提高近井地帶導(dǎo)流能力的同時，實現(xiàn)充填層的有效控水。

3．2．1 施工用料設(shè)計

控水防砂施工前置液包括清洗液和相滲調(diào)節(jié)劑處理液2部分。使用清洗液的目的是對控水區(qū)域進(jìn)行沖洗，消除孔隙表面沉積的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，保證相滲調(diào)節(jié)劑在固相表面的有效附著。配方為2%KCl＋3%非離子表面化學(xué)劑QX－A。模擬油層條件對地層砂進(jìn)行相滲調(diào)劑控水性能評價，優(yōu)選相滲調(diào)節(jié)劑使用濃度為2%、NFRR值為3．0；攜砂液配方為0．5%胍膠＋2%相滲調(diào)節(jié)劑溶液。根據(jù)地層砂粒度中值選用0．4～0．8mm粒徑的控水砂用于施工，并在室內(nèi)測定模擬地層條件下控水砂NFRR值為5．2。

3．2．2 處理半徑確定

相滲調(diào)節(jié)劑與負(fù)載型控水砂相比，前者易注入能夠形成較大的控水區(qū)域，后者耐沖刷能夠保持較長的控水周期；兩者協(xié)同作用既能擴(kuò)大控水半徑，又能延長控水有效期。為了獲得較好的應(yīng)用效果，控水砂充填半徑為1m左右，相滲調(diào)節(jié)劑處理半徑為3m左右。根據(jù)處理半徑計算出施工材料用量：清洗液6m3、相滲調(diào)節(jié)劑處理液25m3、控水砂15m3及攜砂液90m3。

3．2．3 施工壓力確定

為了避免壓開地層，使相滲調(diào)節(jié)劑處理液在充填層中分布均勻，設(shè)定地層破裂壓力的90%為施工最高壓力。勝利油區(qū)疏松砂巖地層平均破裂壓力梯度0．018MPa／m，根據(jù)井深計算得最大施工壓力為19MPa。

3．3 施工過程

2009年9月30日按照設(shè)計要求進(jìn)行施工：試壓合格后，用該區(qū)污水循環(huán)，排量1．5m3／min，壓力4MPa；出口正常返液后，注入清洗液6m3替出油管內(nèi)污水后關(guān)閉套管閥門，將相滲調(diào)節(jié)劑處理液25m3擠入地層，壓力13MPa；之后按照擠壓充填泵注程序施工，壓力由13MPa上升至19MPa后，停止加砂，擠入頂替液6m3后停泵，待壓力擴(kuò)散后進(jìn)行環(huán)空充填，壓力上升至15MPa后停泵；反洗井后丟手，起出管柱完成控水防砂作業(yè)。

3．4 實施效果

QTQ9－10井成功地實施了控水砂充填防砂工藝，施工中最高砂比25%，充填控水砂13m3，防砂后下入57mm桿式泵生產(chǎn)。該井綜合含水較施工前降低了21%，日產(chǎn)油從2．1t升至2．3t，控水有效期達(dá)到380d以上，累積產(chǎn)油758t，生產(chǎn)效果較措施前有顯著改善。

4 結(jié)論

1）制備的FS－RPM相滲調(diào)節(jié)劑具有良好的耐溫、耐鹽特性，能夠滿足勝利油區(qū)內(nèi)多數(shù)高含水防砂井的施工要求。

2）利用篩選出的吸附性聚合單體D，有效提高了相滲調(diào)節(jié)劑分子在SiO2表面上的吸附強度，使制備的相滲調(diào)節(jié)劑負(fù)載型控水砂具備較好的耐沖刷性能。

3）從QTQ9－10井應(yīng)用情況來看，F(xiàn)S－RPM相滲調(diào)節(jié)劑和負(fù)載型控水砂用于高含水油井充填防砂施工后，能夠有效降低油井綜合含水，控水有效期達(dá)到1年以上，大大延長了油井穩(wěn)產(chǎn)期。

［1］魏發(fā)林，劉玉章，唐孝芬，等．新型選擇性堵水劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］．油田化學(xué)，2007，24（1）：93～96．

［2］齊自遠(yuǎn)，王業(yè)飛，劉承杰，等．一種相對滲透率調(diào)節(jié)劑的靜態(tài)吸附研究［J］．石油鉆探技術(shù)，2011，39（3）：96～99．

［3］Stavland A，Nilsson S．Segregated flow is the governing mechanism of disproportionate permeability reduction in water and gas shutoff［J］．SPE71510，2001．

［編輯］ 蕭 雨

TE358．1

A

1000－9752（2012）05－0139－04

2011－11－03

鄭鐸（1984－），男，2006年大學(xué)畢業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)從事油氣田防砂研究工作。