預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)剖劑的制備及性能研究

曹榮榮，朱家杰，楊海恩 （低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室 中石油長慶油田分公司油氣工藝技術(shù)研究院，陜西西安710018）

寇衛(wèi)偉 （中石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶城745100）

低孔低滲油藏由于其較強(qiáng)的非均質(zhì)性，使注入水沿高滲透層突進(jìn)，而長期的強(qiáng)注強(qiáng)采使得已形成的高滲透帶和大孔道向油層深部進(jìn)一步延伸擴(kuò)展。因此，僅在近井地帶簡單的調(diào)整吸水剖面已無法滿足要求，必須改變深部液流方向從而擴(kuò)大平面波及體積。目前，預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒在深部調(diào)剖領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒是一種含有強(qiáng)親水基團(tuán)，且韌性良好的交聯(lián)共聚物。其親水特性使其可以吸收相當(dāng)于自身重量幾十倍的水［1］，而其三維立體結(jié)構(gòu)使其具有一定的強(qiáng)度且在外力作用下能發(fā)生變形可在地層孔隙中運(yùn)移，從而達(dá)到深部調(diào)剖的目的［2］。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

試驗(yàn)試劑 丙烯酰胺，N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺，過硫酸銨，氯化鈉，分析純；膨潤土，信陽大業(yè)膨潤土公司提供。

試驗(yàn)儀器 DF-101S集熱式恒溫磁力加熱攪拌器；CS501型超級恒溫水?。籎A2103N精密電子天平 （精度0．1mg）等。

1.2 試驗(yàn)方法

1．2．1 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒的制備

將丙烯酰胺和膨潤土按一定質(zhì)量比加入到500mL的燒杯中，加適量的水在低速攪拌下至充分溶解，再依次加入一定質(zhì)量的N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸銨和添加劑，攪拌均勻，恒溫反應(yīng)6h后取出，冷卻至室溫，造粒，干燥，粉碎，篩分，形成具有一定彈性和韌性的凝膠顆粒。

1．2．2 膨脹倍數(shù)的測定

稱取一定質(zhì)量的顆粒樣品置于頁巖膨脹儀試樣筒中，振蕩后測得試樣表面高度H0，將試樣筒浸泡于試驗(yàn)介質(zhì)中，待所需的膨脹時(shí)間后，記錄試樣表面高度Hi，兩次高度的差值與樣品的質(zhì)量之比即為體積膨脹倍數(shù)［3］。

1．2．3 堵水率的測定

采用巖心流動試驗(yàn)，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鹽水飽和巖心，浸泡12h后，用鹽水測巖心的水相滲透率K1，然后注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%的預(yù)交聯(lián)顆粒，將巖心在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鹽水中浸泡12h，用鹽水測巖心的水相滲透率K2。根據(jù)滲透率K1和K2的變化來評價(jià)其堵水率。

1．2．4 堵油率的測定

采用巖心流動試驗(yàn)，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鹽水飽和巖心，浸泡12h后，用原油測巖心的油相滲透率Ko1，然后注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%的預(yù)交聯(lián)顆粒，將巖心在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的鹽水中浸泡12h，用原油測巖心的油相滲透率Ko2。根據(jù)其滲透率Ko1和Ko2的變化來評價(jià)其堵油率。

1．2．5 凝膠顆粒驅(qū)油效果的測定

采用平行填砂管裝置，首先用水驅(qū)替已飽和原油的巖心，當(dāng)采出液含水率達(dá)到98%左右時(shí)，注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%的凝膠顆粒溶液0．3PV，然后再進(jìn)行水驅(qū)，水驅(qū)至采出液的含水率達(dá)98%左右時(shí)，計(jì)算采收率和填砂管分流量的變化［4］。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度和礦化度對預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒吸水性能的影響

凝膠顆粒主要是利用其吸水膨脹性能達(dá)到堵水目的，可通過調(diào)節(jié)顆粒粒徑以適合不同地層孔隙喉道的要求。試驗(yàn)選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%凝膠顆粒，膨脹時(shí)間設(shè)為2h，試驗(yàn)溫度分別為30、40、50、60、90℃，凝膠顆粒溶液在不同水型中的膨脹試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同溫度和不同礦化度下凝膠顆粒膨脹結(jié)果

結(jié)果表明，凝膠顆粒膨脹倍數(shù)受礦化度影響比較明顯。30℃條件下，礦化度從0增加到2000mg／L時(shí)，凝膠顆粒的膨脹倍數(shù)由84急劇降低到27，說明膨脹性對礦化度非常敏感。當(dāng)?shù)V化度增至2×104mg／L時(shí)，其膨脹倍數(shù)降低到17倍，隨后隨著礦化度的增加其膨脹性變化緩慢。另外，凝膠顆粒的膨脹性能隨溫度的增加而增強(qiáng)，最大膨脹倍數(shù)在14～100倍之間。

2.2 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒的選擇性堵水能力

凝膠顆粒含有大量親水基團(tuán)且不溶于水和有機(jī)溶劑，其吸水和保水能力比較強(qiáng)，現(xiàn)通過測定4塊巖心堵水率和堵油率的變化來考察凝膠顆粒的選擇性堵水能力，圖1、2為巖心封堵前后水相滲透率和油相滲透率的比較。可以看出，4塊巖心封堵后其水相滲透率明顯降低，而其油相滲透率變化不大，通過計(jì)算得該預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒對不同的4塊巖心的堵水率均大于90%，而堵油率均低于7%，表明該凝膠顆粒具有較好的選擇性堵水性能。

2.3 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)剖能力

調(diào)剖的最終目的是為了提高采收率，通過對2組巖心調(diào)剖前后采收率和分流量的變化來考察凝膠顆粒的調(diào)剖能力，其結(jié)果如表2所示。預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒在縱向上具有較好的調(diào)剖效果［4］，調(diào)剖后高滲巖心的分流量分別降低了71%和11%，低滲巖心的分流量分別相應(yīng)增加了71%和11%，且低滲巖心的采收率有較大的提高。由此可見，該預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒能顯著地?cái)U(kuò)大注入水的平面波及體積，提高注入水的波及效率。

圖1 4塊巖心封堵前后水相滲透率的比較

圖2 4塊巖心封堵前后油相滲透率的比較

表2 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒調(diào)剖能力試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

1）預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒的膨脹性能隨溫度的增加而上升，其膨脹倍數(shù)受礦化度影響很大。

2）通過巖心流動試驗(yàn)測定凝膠顆粒的堵水率超過90%，堵油率低于7%，表明該凝膠顆粒具有較好的選擇性堵水性能。

3）通過平行填砂管試驗(yàn)測得高滲巖心的分流量降低，低滲巖心的分流量增加，且低滲巖心的采收率有較大的提高，表明該凝膠顆粒具有較好的縱向調(diào)剖效果。

［1］魏娟明，馬濤，湯達(dá)禎 ．體膨類堵水調(diào)剖劑研究現(xiàn)狀 ［J］．應(yīng)用化工，2009，38（10）：1518～1520．

［2］王煜 ．體膨型堵水劑的合成研究 ［D］．大慶：大慶石油學(xué)院，2007．

［3］SY／T 5590—2004，調(diào)剖劑性能評價(jià)方法 ［S］．

［4］白寶君 ．預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒深部調(diào)驅(qū)應(yīng)用基礎(chǔ)研究 ［D］．北京：中國地質(zhì)大學(xué) （北京），2001．