一種陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑實(shí)驗(yàn)研究

黃 波，陳維余，史 斌，易 飛，彭齊國(guó)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457）

一種陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑實(shí)驗(yàn)研究

黃 波，陳維余，史 斌，易 飛，彭齊國(guó)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300457）

探索了用一種特殊的陽(yáng)離子乳化瀝青替代稠油研發(fā)的新型油田堵水劑，在中高溫、無(wú)稠油資源的條件下應(yīng)用于油井堵水作業(yè)的可能。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在陽(yáng)離子乳化瀝青濃度 20%～40%、90 ℃條件下，巖心封堵率大于98%，封堵強(qiáng)度大于2 MPa/m，同時(shí)能夠優(yōu)先進(jìn)入高含水層，滿(mǎn)足油藏選擇性堵水的技術(shù)需求。

陽(yáng)離子乳化瀝青；選擇性堵劑；流動(dòng)性；封堵性

水分散乳化稠油堵劑適合具備稠油資源（稠油粘度為300～3 000 mPa?s）、中等溫度的油藏，對(duì)于其他不具備稠油資源或稀油油田（原油粘度低于300 mPa?s）、高溫油藏，乳化稠油堵劑不適應(yīng)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①高溫問(wèn)題，乳化稠油堵劑是通過(guò)乳化劑把原油乳化形成粘度更高的W/O乳狀液，而對(duì)出水層位進(jìn)行封堵。但體系是以稠油為主體，其體系熱敏性強(qiáng)，高溫下體系粘度大幅下降，尤其油藏溫度超過(guò)90 ℃，體系強(qiáng)度很難滿(mǎn)足堵水的要求[1～3]。

②油源選擇問(wèn)題，在稠油性質(zhì)不合格或不具備稠油資源的情況下，乳化稠油堵劑就難以應(yīng)用。因此如何得到可替代稠油的資源是關(guān)鍵，本文探索一種陽(yáng)歷子乳化瀝青，在針對(duì)中高溫、無(wú)稠油資源的條件下作為一種堵劑的可能。

1 陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑的制備

陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑就是將改性石油瀝青、水、特種陽(yáng)離子乳化劑、乳液穩(wěn)定劑等按一定的比例，在適宜的溫度、一定機(jī)械攪拌等作用下，使改性瀝青以細(xì)小的微粒（0.1～10.0μm）均勻地分散成相對(duì)穩(wěn)定的懸浮液。

2 陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑堵水機(jī)理

陽(yáng)離子乳化瀝青中的改性石油瀝青被陽(yáng)離子乳化劑吸附包裹分散于水相中，表現(xiàn)出較低的表觀粘度，能夠選擇性進(jìn)入含水飽和度高的地層；在地層條件下，體系中受溫度和陽(yáng)離子乳化劑物理化學(xué)吸附的影響，加入破乳劑或受地層負(fù)電荷影響，分散體系穩(wěn)定性破壞，瀝青質(zhì)顆粒析出相互聚并形成高粘體系，從而封堵高含水地層，達(dá)到堵水目的。

其增稠示意圖見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖1 陽(yáng)離子乳化瀝青破乳前Fig.1 Cation emulsified asphalt before the demulsification

圖2 陽(yáng)離子乳化瀝青破乳后Fig.2 Cation emulsified asphal after demulsification

3 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

CH-66型乳化瀝青體系：軟化點(diǎn)80 ℃。

十八烷基三甲基溴化銨（OTAB）：成都科龍?jiān)噭S(chǎng)。

十二烷基二甲基氧化胺（OA-12）：山東長(zhǎng)鏈化學(xué)有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水：SZ36-1油田模擬水。

石英砂：40～70目。

3.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HY-1型巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置：揚(yáng)州華寶石油設(shè)備儀器廠(chǎng)，溫度測(cè)定范圍 20～150 ℃，壓力測(cè)定范圍0～50 MPa，儀器流程見(jiàn)圖3。

圖3 HY-1型巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流動(dòng)裝置流程圖Fig.3 The flow chart of displacement experiments

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 配方研究

陽(yáng)離子瀝青乳液堵劑是一種多相分散體系，液珠與介質(zhì)之間存在著很大的相界面，體系的界面能很大，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系[4]，而堵劑體系的穩(wěn)定是注入、封堵等后繼堵水作業(yè)的前提。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)不同瀝青含量、不同陽(yáng)離子乳化劑濃度與乳液破乳時(shí)間研究，優(yōu)化出不同瀝青含量乳狀液配方。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同瀝青含量的乳狀液體系，表活劑濃度不同，通過(guò)改變表活劑濃度，可以有效控制乳狀液破乳時(shí)間，滿(mǎn)足不同注入工藝要求。

表1 不同瀝青含量CH-66瀝青乳液穩(wěn)定性能Table 1 The stability of CH-66 with different asphalt concentration

4.2 注入性研究

陽(yáng)離子乳化瀝青帶正電，而地層巖石表面帶負(fù)電荷，注入過(guò)程中，由于受地層電負(fù)性影響，陽(yáng)離子乳化瀝青破乳釋放高粘瀝青，如果破乳速度太快，容易導(dǎo)致后續(xù)注入困難，影響措施效果[5]。實(shí)驗(yàn)利用HY-1型巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)填砂模型未處理、加陽(yáng)離子預(yù)處理兩種方式，評(píng)價(jià)不同方式下體系的流動(dòng)性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 90 ℃下不同濃度CH-66瀝青體系的注入性Fig.4 The injection performance of CH-66 (90 ℃)

圖5 石英砂預(yù)吸附后90 ℃下CH-66瀝青體系的注入性Fig.5 The injection performance of CH-66 after quartz sand adsorption (90 ℃)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)注入一段時(shí)間后，未處理填砂模型中，CH-66瀝青在注入管線(xiàn)和填砂管的入口處堆積、破乳，后續(xù)無(wú)法注入，后續(xù)經(jīng)陽(yáng)歷乳化劑預(yù)吸附后，10%～40%瀝青含量的堵劑體系能夠順利注入，且注入壓力保持較低水平，50%含量瀝青體系壓力上升較高，推薦現(xiàn)場(chǎng)采用陽(yáng)歷乳化劑預(yù)吸附、10%～40%瀝青含量體系。

4.3 選擇性研究

并聯(lián)不同含油飽和度的填砂管，注入陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑，記錄各管產(chǎn)出液量，考察堵劑注入選擇性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 陽(yáng)離子乳化瀝青注入選擇性評(píng)價(jià)表Table 2 The injection performance of cation emulsified asphalt

表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著含油飽和度的降低，進(jìn)入填砂管的乳化稠油堵劑的流量增加，對(duì)于3#填砂管，含油飽和度為 10.7%，該管堵劑分流量為83.6%，表明陽(yáng)離子乳化瀝青的注入具有選擇性，優(yōu)先進(jìn)入含水飽和度高的層位。

4.4 增粘性研究

CH-66型乳化瀝青體系破乳后的高溫粘溫曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。

圖6 CH-66型乳化瀝青體系破乳后粘溫曲線(xiàn)Fig.6 The viscosity-temperature curve of CH-66 after demulsification

試驗(yàn)結(jié)果表明，陽(yáng)離子改性乳化瀝青破乳后粘溫性能良好，增粘性強(qiáng)。

4.5 封堵性研究

利用巖心驅(qū)替物摸實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)瀝青含量10%～40%乳液體系封堵率、封堵強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)用填砂管模型參數(shù)見(jiàn)表3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在瀝青濃度20%～40%時(shí)，在 90 ℃條件，堵劑體系能夠建立有效封堵，巖心封堵率＞98%，封堵強(qiáng)度＞2 MPa·m-1，滿(mǎn)足堵水堵劑要求。

表3 實(shí)驗(yàn)巖心參數(shù)Table 3 The parameters of core

圖7 90 ℃條件下CH-66不同濃度體系封堵率與封堵強(qiáng)度Fig.7 The plugging performance of CH-66 (90 ℃)

5 結(jié) 論

（1）新型陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑，在瀝青濃度20%～40%時(shí)，90 ℃條件下，巖心封堵率＞98%，封堵強(qiáng)度＞2 MPa·m-1，堵劑能夠優(yōu)先進(jìn)入高含水層，解決高溫、無(wú)稠油油藏選擇性堵水技術(shù)需求；

（2）通過(guò)改變?nèi)榛瘎舛?，乳狀液破乳時(shí)間可控，在堵劑注入工藝上，通過(guò)對(duì)巖心預(yù)處理，可有效解決堵劑在管線(xiàn)、巖心端面破乳問(wèn)題，保障堵劑的順利注入；

（3）陽(yáng)離子乳化瀝青堵劑研究為高溫、無(wú)稠油油藏選擇性堵水提供一種新的治理思路。

［1］高玉軍,白寶君. 高選擇性乳化稠油堵水技術(shù)[J]. 油田化學(xué),1997,14(3):224-229.

［2］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.

［3］孟江,張燕,龍學(xué)淵,等. 乳化稠油中多重乳滴的形成及對(duì)乳狀液性質(zhì)的影響[J]. 油田化學(xué),2009,26(4):441-445.

［4］施來(lái)順,曹曉新等. 影響陽(yáng)離子乳化瀝青破乳時(shí)間因素的探討[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)）,2003, 33 (1): 41-43+46.

［5］楊玉良,李躍明,等. 瀝青在石油鉆井中的研究與應(yīng)用[J]. 新疆石油天然氣, 2010,6(1):59-62.

Experimental Study of Cation Emulsified Asphalt Plugging Agent

HUANG Bo，CHEN Wei-yu，SHI Bin，YI Fei，PENG Qi-guo
（CNOOC Energy Technology & Services-Engineering Technology Company, Tianjin 300457, China）

The probability to use a new kind of cation emulsified asphalt plugging agent to carry out oil well water shutoff in the condition of medium-high temperature and lack of heavy oil was discussed. The results indicate that the plugging rate is more than 98% and the plugging strength is 2 MPa/m or higher in the condition of 90 ℃ and the cation emulsified asphalt concentration between 20% and 40%. The plugging agent can enter into the layers with high water-cut and reach the technical demand of selective water plugging.

Cation emulsified asphalt; Selective plugging agent; Flow ability; Plugging capacity

TE 357

A

1671-0460（2014）11-2219-03

中海油技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目“海上油田乳化稠油堵劑體系研究與應(yīng)用”，項(xiàng)目號(hào)：C/KJF JDCJF 007□2010。

2014-05-09

黃波（1974-），男，湖北麻城人，高級(jí)工程師，1997年畢業(yè)于原江漢石油學(xué)院采油工程專(zhuān)業(yè)，主要從事三次采油及增產(chǎn)措施技術(shù)的研究應(yīng)用和管理工作。E-mail：huangbo@cnooc.com.cn。

孟科全（1983-），男，工程師，碩士，主要從事調(diào)剖堵水及井間示蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用工作。E-mail：mengkq@cnooc.com.cn。