新型相滲調(diào)節(jié)劑CASP的性能評價及在河南油田的應(yīng)用

郭方方，陳　淵，崔　燦，嚴(yán)慧呈，王喜霞，趙聯(lián)峰

(1.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132;2.中國石化河南油田分公司采油二廠)

新型相滲調(diào)節(jié)劑CASP的性能評價及在河南油田的應(yīng)用

郭方方1，陳淵1，崔燦1，嚴(yán)慧呈1，王喜霞1，趙聯(lián)峰2

(1.中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132;2.中國石化河南油田分公司采油二廠)

摘要：針對油井開發(fā)中油水層交錯、厚油層層內(nèi)非均質(zhì)性嚴(yán)重、工藝上無法確保油水層分隔開的問題，開發(fā)出一種具有較強油、水相滲調(diào)節(jié)功能，且能通過化學(xué)反應(yīng)與地層牢固結(jié)合的新型相滲調(diào)節(jié)劑CASP，并對其進行了性能評價。實驗結(jié)果表明：該相滲調(diào)節(jié)劑具有良好的吸附和耐沖刷性能；相滲調(diào)節(jié)劑CASP在溫度 90℃、礦化度5 600 mg/L的條件下，其水相平均封堵率為87%，油相平均封堵率為23%。2014年先后在河南油田應(yīng)用3井次，獲得了顯著的增油降水效果，堵水性能優(yōu)于現(xiàn)有相滲調(diào)節(jié)劑，為油田開采過程中層內(nèi)堵水提供了新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：河南油田；相滲調(diào)節(jié)劑；吸附能力；沖刷性能；堵水效果

相滲調(diào)節(jié)劑的機理是在水相中伸展、油相中收縮，從而產(chǎn)生對油水滲流的不同阻礙，達到控水的目的[1]?，F(xiàn)有的改變相滲的堵水劑主要有聚合物類[2]，其改變油、水相滲的能力有限，并且其與地層間的吸附多為靜電吸附和氫鍵等物理吸附作用[3]，吸附作用較弱，經(jīng)注水沖刷極易脫落；多層吸附之后，靜電吸附作用力更加微弱，更易從孔喉壁面上剝落，從而影響了堵水劑的封堵有效期[4]。

本文對開發(fā)出的能通過化學(xué)反應(yīng)與地層牢固結(jié)合，并具有較強油、水相滲調(diào)節(jié)功能的相滲調(diào)節(jié)劑CASP進行了性能評價和現(xiàn)場應(yīng)用效果分析。CASP相滲調(diào)節(jié)劑可有效降低地層中高滲層帶的水相滲透率，促使注入水轉(zhuǎn)向地層中低滲透層帶，驅(qū)替剩余油，降低產(chǎn)出液的含水率[5]；同時，在封堵帶內(nèi)，油相滲透率降低很少或不降低，并且CASP相滲調(diào)節(jié)劑能與地層發(fā)生化學(xué)鍵合反應(yīng)，吸附更牢固，不易被沖刷，有效期更長，可延長油井堵水有效期，挖掘更多剩余油，為解決油井溫和控水技術(shù)難題提供了一種新途徑。

1 實驗方法

1.1實驗儀器與藥品

實驗所用主要儀器有智能恒溫磁力攪拌器、節(jié)能型智能恒溫槽、高溫高壓巖心流動試驗儀、分析天平和燒杯。所用藥品主要有相滲調(diào)節(jié)劑CASP。

1.2實驗方法

1.2.1 熒光顯微法

取一個干凈的載玻片，超聲波清洗后放入相滲調(diào)節(jié)劑的水溶液中，靜置24 h；將玻璃片取出、烘干，用熒光顯微鏡觀察玻璃片表面的吸附形態(tài)；然后將玻璃片超聲波沖刷一定時間、烘干，用熒光顯微鏡觀察；重復(fù)步驟沖刷并用熒光顯微鏡觀察。通過觀察載玻片上相滲調(diào)節(jié)劑在不同強度超聲波沖刷條件下的吸附形態(tài)，可以定性地描述相滲調(diào)節(jié)劑的吸附性和耐沖刷性。

1.2.2 巖心流動實驗法

按照石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5345-1999油水相滲透率測定》方法，測定以石英砂為填充材料的圓柱形填砂管在注入相滲調(diào)節(jié)劑前后的滲透率，從而確定其對水、油的封堵率。

水相封堵率：

Rfw=kwa-kwb/kwa

式中：kwa——注相滲調(diào)節(jié)劑前水相滲透率；kwb——注相滲調(diào)節(jié)劑后水相滲透率。

油相封堵率：

Rfo=koa-kob/koa

式中：kob——注相滲調(diào)節(jié)劑前油相滲透率；koa——注相滲調(diào)節(jié)劑后油相滲透率。

2實驗結(jié)果與分析

CASP相滲調(diào)節(jié)劑能與地層發(fā)生化學(xué)鍵合反應(yīng)，吸附更牢固，不易被沖刷，為此對其吸附性能、耐沖刷性能進行評價。相滲調(diào)節(jié)劑的使用性能是否達標(biāo)，需要經(jīng)過模擬地層條件下的巖心驅(qū)替實驗加以驗證。

2.1CASP的吸附性能評價

傳統(tǒng)水解聚丙烯酰胺(PAM)與相滲調(diào)節(jié)劑CASP靜態(tài)吸附量的測定結(jié)果如表1所示。

表1　PAM與相滲調(diào)節(jié)劑CASP靜態(tài)吸附量比較

從表1中可以看出，與聚丙烯酰胺(PAM分子量1500萬)相比，相滲調(diào)節(jié)劑CASP在各種材料上的靜態(tài)吸附量均比較多。其中，在石英砂上的吸附量最多，其次是長石和地層砂。由于人工膠結(jié)巖心由樹脂材料粘接石英砂組成，石英砂顆粒被樹脂材料包裹，因此CASP能夠吸附在石英砂表面的機會不多，導(dǎo)致在人工膠結(jié)巖心材料的靜態(tài)吸附量最少。但與其它材料相比，CASP仍具有良好的吸附性能。

2.2CASP的沖刷性能評價

靜態(tài)吸附量的數(shù)據(jù)只能說明在注入地層養(yǎng)護階段相滲調(diào)節(jié)劑在巖石礦物表面的吸附性能，還不足以說明油井生產(chǎn)過程中，在不斷沖刷的條件下，CASP在地層的吸附穩(wěn)定性。熒光顯微法可以定性地描述CASP的耐沖刷性能。

將制備的相滲調(diào)節(jié)劑CASP粉體樣品用蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的相滲調(diào)節(jié)劑溶液。將已經(jīng)清洗干凈的載玻片浸入試樣溶液中，靜置24小時。將載玻片取出，烘干后，用顯微鏡觀察載玻片表面并拍照。將載玻片置于超聲波清洗槽內(nèi)進行沖刷，沖刷時間分別為5 min、20 min、35 min、50 min、75 min，每次沖刷完畢后，將載玻片烘干，用熒光顯微鏡觀察其表面并拍照。

結(jié)果顯示，經(jīng)過75 min的超聲波沖刷實驗，相滲調(diào)節(jié)劑CASP在玻璃表面仍然有良好的吸附性能；與之相對應(yīng)，水解聚丙烯酰胺(PAM)在載玻片上吸附后，經(jīng)過5 min的超聲波沖刷，用熒光顯微鏡已經(jīng)觀察不到明顯的吸附形態(tài)，表明水解聚丙烯酰胺不具有穩(wěn)定的吸附性能。

將浸泡時間分別為36 h和48 h 的玻片分別沖刷不同的時間(20 min、35 min、50 min、75 min)后取出烘干稱重，所得結(jié)果如表2所示。

表2　沖刷時間對CASP吸附性能的影響

注：1號為浸泡時間為36 h的玻片，2號為浸泡時間為48 h的玻片

從表2中可以看出CASP具有良好的耐沖刷性能。

2.3相滲調(diào)節(jié)劑CASP的封堵性能評價

相滲調(diào)節(jié)劑封堵性能評價實驗流程如下：①以自來水為溶劑，配制0.4%的CASP相滲調(diào)節(jié)劑注入液。②采用直徑2.5 cm，長度50.0 cm的圓柱形不銹鋼填砂管，填充80～120目石英砂，模擬地層巖石。③巖心流動實驗裝置的恒溫箱溫度設(shè)定為90 ℃。④測定填砂管的水相原始滲透率。⑤測定填砂管的水相原始滲透率。⑥向填砂管注入鹽水測定鹽水滲透率，所用鹽水礦化度5 600 mg/L。⑦向填砂管注入4 PV相滲調(diào)節(jié)劑注入液，然后養(yǎng)護12小時；⑧反向注入鹽水進行驅(qū)替實驗，注入量以填砂管入口壓力達到平衡為準(zhǔn)，最少3 PV。⑨注入煤油進行驅(qū)替實驗，注入量以填砂管入口壓力達到平衡為準(zhǔn)，最少3 PV。⑩再次注入鹽水進行驅(qū)替實驗，注入量以填砂管入口壓力達到平衡為準(zhǔn)，最少3 PV。最后，分析記錄數(shù)據(jù)，繪制壓力及滲透率變化曲線。

實驗結(jié)果(圖1、圖2和表3)的數(shù)據(jù)顯示，CASP對水的封堵率大于80%，對油的封堵率小于30%。

圖1　高滲條件下注入壓力隨注入PV數(shù)變化曲線

由表4可以看出相滲調(diào)節(jié)劑CASP在溫度 90 ℃、礦化度5 600 mg/L的條件下，其水相平均封堵率為87%，油相平均封堵率為23%。

圖2　滲透率隨注入PV數(shù)變化曲線

狀態(tài)壓力/MPa滲透率/10-3μm2封堵率/%堵前水驅(qū)0.0181389.38堵前油驅(qū)0.020642.35堵后水驅(qū)0.054264.2781.0堵后油驅(qū)0.023512.0221.3

3相滲調(diào)節(jié)劑CASP的現(xiàn)場應(yīng)用

2014年先后在河南油田應(yīng)用3井次，截至到2015年7月份累計增油560 t，降水8 213 m3。相滲調(diào)節(jié)劑CASP的應(yīng)用獲得了顯著的增油降水效果，為提高單井產(chǎn)油量減少產(chǎn)水量提供了新的技術(shù)手段和措施。

表4　其它物模實驗結(jié)果

注：表4是其它巖心流動試驗的結(jié)果，除填砂管初始滲透率因人工填制無法確保完全一致，其他實驗條件完全相同。

3.1在王集油田的應(yīng)用

C10井是B62斷塊的一口采油井。1992年12月29日投產(chǎn)，生產(chǎn)Ⅱ42-3層，砂層厚度4.4 m，有效厚度4.2 m。該井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油12.0 t，不產(chǎn)水，動液面1 060 m,無注水井對應(yīng)投產(chǎn)后能量下降較快。為了給C10井Ⅱ42-3層補充能量，2007年9月對鄰井C41井轉(zhuǎn)注，轉(zhuǎn)注后C10井能量逐漸上升。C41井轉(zhuǎn)注后C10井初期見效明顯，但含水上升速度快，分析認(rèn)為Ⅱ42-3層平面非均質(zhì)性較強，從而形成水竄通道。C10井自2014年2月以來含水逐步上升，雖然對C41井進行多次動態(tài)調(diào)配，但產(chǎn)能仍無法恢復(fù)到正常水平。目前該井日產(chǎn)液11.4 t，日產(chǎn)油0.8 t，含水95%。分析認(rèn)為該井含水上升的主要原因是Ⅱ42-3層平面水竄通道加劇，導(dǎo)致油井含水上升，因此決定，對該井Ⅱ42-3層實施層內(nèi)堵水試驗，實現(xiàn)控水增油之目的。

2014年11月29日對該井實施堵水施工。施工時正常擠注預(yù)處理段塞80 m3，排量10 m3/h，開始時施工壓力0～1.5 MPa；正注相滲調(diào)節(jié)劑CASP 300 m3，排量10 m3/h，注入壓力2.5～5 MPa；正擠后置液30 m3，關(guān)井候凝4天。堵水措施后，日產(chǎn)油0.8 t上升到3 t，含水由95%降至87.3%，且繼續(xù)有效。

3.2在雙河油田的應(yīng)用

J18井為雙河油田北塊Ⅰ5Ⅱ1-3層系的一口采油井，全井射開Ⅰ51Ⅱ12、3、4、21、32、3、4層，砂體厚度37.4 m，有效厚28.6 m，目前在泵徑56 mm、泵深1 303 m、沖程4.8 m、沖次4次/min的工作制度下生產(chǎn)Ⅰ51Ⅱ12、3、4、21層，橋塞封Ⅱ32、3、4層，日產(chǎn)油0.4 t，日產(chǎn)水52.8 m3，含水99.2%，動液面763 m。 分析認(rèn)為J18井主要出液層為Ⅱ13和Ⅱ33層，且Ⅱ1層和Ⅱ3層縱向上儲層物性差異大，產(chǎn)出不均衡，該井Ⅱ1層和Ⅱ3層層內(nèi)夾層不穩(wěn)定，無法實現(xiàn)Ⅱ1和Ⅱ3層層內(nèi)機械堵水，且Ⅰ51Ⅱ12.4、21、32、4層物性較差，長期與高能層合采，動用較差。因此決定，對該井實施層內(nèi)選擇性堵水試驗，實現(xiàn)控水增油之目的。

2014年12月6日對該井實施選擇性堵水施工。正常擠注預(yù)處理段塞80 m3，排量5 m3/h，開始時壓力0～5 MPa；正注相滲調(diào)節(jié)劑CASP 600 m3，排量10 m3/h，注入壓力5～15 MPa；正擠后置液50 m3，關(guān)井候凝4天。措施后動液面由763 m降至1 140 m說明地層大孔道得到了封堵。日產(chǎn)水量由施工前的日產(chǎn)液53 t下降到目前的日產(chǎn)液30 t，日產(chǎn)液量明顯下降，降水效果顯著，日產(chǎn)油量由0.4 t上升到1.2 t。說明相滲調(diào)節(jié)劑起到了很好的選擇性堵水效果。

4結(jié)論

(1)相滲調(diào)節(jié)劑CASP具有良好的封堵選擇性，能優(yōu)先進入高含水的高滲透層并與砂巖表面接觸反應(yīng)，進而改變儲層油水相滲透率，減少水從高滲透層產(chǎn)出，達到選擇性控水增油目的。

(2)相滲調(diào)節(jié)劑CASP能與地層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，抗沖刷能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)油藏竄流通道的長時間封堵，有效期長。

(3)現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，相滲調(diào)節(jié)劑CASP不僅能夠獲得顯著的增油降水效果，而且為層內(nèi)堵水提供了新的技術(shù)手段。

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編輯：吳官生

文章編號：1673-8217(2016)01-0133-04

收稿日期：2015-09-25

作者簡介：郭方方，碩士，工程師，1981年生，2005年畢業(yè)于鄭州大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于鄭州大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事油田化學(xué)堵水工作。

中圖分類號：TE358.3

文獻標(biāo)識碼：A