新型正電調(diào)堵劑的制備與性能評(píng)價(jià)

吳松艷，吳景春，夏鵬輝，李玉波，王 輝

（1.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中石油 長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司，北京 100020）

新型正電調(diào)堵劑的制備與性能評(píng)價(jià)

吳松艷1，吳景春1，夏鵬輝1，李玉波1，王 輝2

（1.東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中石油 長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司，北京 100020）

本文主要介紹以一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷為原料聚合得212-型正電調(diào)堵劑，然后加入分子鏈調(diào)節(jié)劑十二烷基硫醇控制聚合度而得212-型正電調(diào)堵劑。該調(diào)堵劑富余正電，能夠改變強(qiáng)水洗巖石的電負(fù)性，從而充分截留地層中殘余聚合物，避免聚合物無(wú)效循環(huán)并降低后續(xù)油水處理的難度和成本；具有較好的選擇性能，通過(guò)改變水相滲透率來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性封堵。

聚合；正電；調(diào)堵；選擇性封堵

油田開(kāi)發(fā)到后期,往往由于強(qiáng)注強(qiáng)采和油田的高速度開(kāi)采而導(dǎo)致含水迅速上升,高含水問(wèn)題已成為困擾著油田持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題[1]。解決該問(wèn)題的關(guān)鍵在于有效降低采出油含水率，提高注采效果，充分改善層間層內(nèi)矛盾。首先，通過(guò)堵水調(diào)剖作業(yè)可以充分降低含水量,從而起到緩解層間矛盾和層內(nèi)矛盾的作用；第二，注入井調(diào)剖生產(chǎn)井堵水可以實(shí)現(xiàn)控水穩(wěn)油的目的；因此，堵水調(diào)剖將成為一項(xiàng)非常重要的工作[2，3]。

目前，大慶油田主要使用的調(diào)剖劑體系有聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑，主要有鉻凝膠交聯(lián)體系、鋁凝膠交聯(lián)體系、有機(jī)酚醛交聯(lián)體系；復(fù)合離子類調(diào)剖劑，主要有顆粒類調(diào)剖劑、體膨顆粒、緩膨顆粒[3-5]。其中，聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑的技術(shù)成熟，交聯(lián)劑的選擇范圍廣；成膠時(shí)間和強(qiáng)度可調(diào)，可用污水配置；凝膠可以以分散形式存在，具有流體轉(zhuǎn)向和驅(qū)油的雙重作用。但其適應(yīng)性差，評(píng)價(jià)困難，成膠性質(zhì)受剪切、吸附的影響較大[5，6]。聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑調(diào)堵的主要機(jī)理是：凝膠以液體形式注入地層中，到達(dá)目的層后在地層孔隙介質(zhì)中間形成凝膠狀物理堵塞，通過(guò)改變水流通過(guò)速度或改變水流流動(dòng)方向來(lái)達(dá)到封堵的目的。聚合物凝膠主要以物理堵塞的方式對(duì)地層中的水進(jìn)行封堵，還有一定的吸附和動(dòng)力捕集作用[7]。顆粒類調(diào)剖劑具有很好的韌性和強(qiáng)度，吸水后仍然具有很好的柔順性和韌性，有效的改善油田水井的吸水剖面。由于顆粒調(diào)剖對(duì)地層孔喉的堵塞作用，致使顆粒類調(diào)剖劑僅僅適用于特高滲透率或有大孔道的油層條件,并不適用于油層滲透率較低的油層。在顆粒類調(diào)剖劑調(diào)堵過(guò)程中，半徑小于孔喉半徑的顆粒在注入水的驅(qū)動(dòng)下可以順利通過(guò)孔喉；半徑大于孔喉半徑的顆粒通過(guò)孔喉時(shí)，由于其顆?？砂l(fā)生形變，具有較好的粘彈性，抗擠壓性較強(qiáng)，有較強(qiáng)的伸縮性，通過(guò)孔喉后即可恢復(fù)原狀；那些與孔喉相匹配的顆粒,就可以通過(guò)吸附、聚集、堵塞等共同作用后逼迫水流轉(zhuǎn)向，實(shí)際上在顆粒通過(guò)孔喉時(shí),常常是幾種機(jī)理的綜合表現(xiàn),并非單獨(dú)一種機(jī)理起作用[8]。正電調(diào)堵劑的作用主要有兩方面：（1）正電調(diào)堵劑與巖石孔隙中殘留聚合物形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于網(wǎng)絡(luò)聚合物在水相中分子鏈充分舒展后可起到良好的堵塞油層孔隙的作用;（2）正電調(diào)堵劑中的氨基帶正電，與巖石表面接觸時(shí)能夠改變巖石的電負(fù)性，從而使得油層中殘留的陰離子型聚合物更多地吸附在巖石表面，減小巖石孔隙半徑，提高聚合物波及系數(shù)，提高采收率[9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 設(shè)備及藥品

600mL密理博過(guò)濾系統(tǒng)（No.XX1100000）（上海希言科學(xué)儀器有限公司）；毛細(xì)管粘度計(jì)（天津市布魯克科技有限公司）；HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市良友儀器有限公司）；RV30旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（德國(guó)哈克公司）；熱風(fēng)循環(huán)烘箱（吳江韻達(dá)設(shè)備有限公司）；立式攪拌器（北京亞歐德鵬科技有限公司）。

一甲胺（AR南通九五化學(xué)品有限公司）；氯代十六烷（工業(yè)品，貝斯特試劑）；1,3-二氯丙烷（AR蘭州石化有限公司）；十二烷基硫醇（AR上海華誼）；NaOH（AR麥克林試劑）。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

配置一定濃度的一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷水溶液，在常溫下進(jìn)行反應(yīng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值為 3 左右，使用 H2O2為氧化劑，（NH4）2SO3為還原劑，十二烷基硫醇作為鏈轉(zhuǎn)移劑。反映結(jié)束后靜止熟化。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)所得正電調(diào)堵劑是分子鏈上帶有正電性的聚合物反應(yīng)產(chǎn)物。產(chǎn)物為透明膠狀物，經(jīng)粉碎烘干造粒后可得到相對(duì)白色或灰白色片狀結(jié)構(gòu)顆粒，其分子質(zhì)量較低，且有效物含量在90%以上，顆粒對(duì)水具有較好的溶解性能，體系粘度較低。

2 產(chǎn)物性能評(píng)價(jià)

2.1 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

在常溫條件下，用自來(lái)水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和1%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為1%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖

圖1 巖心驅(qū)替過(guò)程中壓力變化曲線Fig.1 Pressure change curve during core displacement

從圖1可以看出，注入正電調(diào)堵劑后水驅(qū)壓力急劇上升，表明正電調(diào)堵劑能夠有效地注入到巖心深處，充分起到調(diào)節(jié)注水剖面和封堵高滲地層的作用。由此說(shuō)明，正電調(diào)堵劑的確能夠在地層深處形成有效封堵。

2.2 正電調(diào)堵劑濃度對(duì)堵塞率的影響

在常溫條件下，用自來(lái)水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和濃度為分別為0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為分別為0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 正電調(diào)堵劑濃度與堵塞率的關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between the concentration of positive regulators and plugging rate

圖2 中可以看出，當(dāng)正電調(diào)堵劑濃度小于1%時(shí)，堵塞率較低，濃度大于1%后，堵塞率增加緩慢，注入量大于1.5%后，堵塞率基本保持不變，因此正電調(diào)堵劑的最佳注入量為1%～1.5%。

2.3 正電膠注入量對(duì)封堵性能的影響

在常溫條件下，用自來(lái)水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速分別注入0.03PV、0.06PV、0.1PV、0.15PV、0.2PV、0.25PV濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 正電調(diào)堵劑注入量與堵塞率的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between the rate of plugging and plugging rate

圖3 可以看出，當(dāng)正電調(diào)堵劑注入量小于

0.1 PV時(shí)，堵塞率較低，注入量大于0.1PV后，堵塞

率增加緩慢，注入量大于0.15PV后，堵塞率基本保

持不變，因此，正電調(diào)堵劑的最佳注入量為0.1～0.15PV。

2.4 正電膠調(diào)剖劑分流性能的研究

本實(shí)驗(yàn)中采用高、中、低3個(gè)滲透率不同的巖心并聯(lián)，在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止，分別測(cè)定不同巖心的分流率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 巖心分流結(jié)果Tab.1 Core shunt results

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)高滲透管滲透率959.28mD時(shí)，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率90.5%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為46.70%；當(dāng)中滲透管滲透率為634.15mD時(shí)，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率35.2%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為29.1%；當(dāng)?shù)蜐B透管滲透率為296.74mD時(shí)，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率12.1%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為23.6%。

2.5 正電調(diào)堵劑在巖石表面的結(jié)構(gòu)

在高含水層進(jìn)行注聚操作時(shí)，注聚前期驅(qū)油效果較好，但中后期由于主流線的舌進(jìn)現(xiàn)象使聚合物溶液在高滲層進(jìn)行無(wú)效循環(huán)，以至于在注聚操作結(jié)束時(shí)高滲地層充滿了聚合物溶液[10，11]。根據(jù)正電調(diào)堵劑的調(diào)剖機(jī)理可知，在注聚結(jié)束后注入適量正電調(diào)堵劑溶液，注入的正電調(diào)堵劑與孔隙中殘留的聚合物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[12]。由于正電調(diào)堵劑溶液無(wú)黏性，所以注調(diào)堵劑仍會(huì)沿續(xù)注聚時(shí)的優(yōu)勢(shì)，滲流通道注入。正電調(diào)堵劑與優(yōu)勢(shì)滲流通道中存留的采用激光共聚焦技術(shù)可以看出聚丙烯酰胺與正電調(diào)堵劑形成三維空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)吸附到巖石表面。

圖4 正電調(diào)堵劑在巖石表面的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of positively charged plugging agent on the rock surface

3 結(jié)論

（1）該正電調(diào)堵劑富余正電，能改變強(qiáng)水洗巖石的電負(fù)性，從而充分截留地層中殘余聚合物，避免聚合物無(wú)效循環(huán)并降低后續(xù)油水處理的難度和成本；具有較好的選擇性能，通過(guò)改變水相滲透率來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性封堵。

（2）應(yīng)用正電調(diào)堵劑調(diào)剖的最佳時(shí)機(jī)是注聚結(jié)束時(shí)。如果聚驅(qū)后進(jìn)行了后續(xù)水驅(qū)，則油層中存留的聚合物會(huì)大幅減少，從而影響調(diào)剖效果。

（3）調(diào)剖劑帶正電的氨基能夠改變巖石的電負(fù)性（負(fù)電變正電），使來(lái)自注入段和地層中存留的陰離子型聚合物更多的吸附在巖石表面，形成三維空間立體網(wǎng)狀的凝膠體系。

（4）油水同層時(shí)易造成無(wú)效封堵；注入量不易控制。

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Preparation and performance evaluation of a new type of positive plugging agent

WU Song-yan1,WU Jing-chun1,XIA Peng-hui1,LI Yu-bo1，WANG Hui2
（1.Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.Greatwall Drilling Company,CNPC，Beijing 100020，China）

In this paper,we mainly introduce the 212-positive type plugging agent which is prepared by using methylamine,chloro sixteen alkyl,1,3-,and two propane as raw materials.And the 212-positive charge adjusting agent was obtained by adding the molecular chain regulator to control the polymerization degree.The agent can change the surplus is positive and the strong electro negativity of washing the rock.So as to fully retain the residual polymer in formation of polymer and avoid invalid circulation and reduce the difficulty and cost of subsequent water treatment.It has good performance by changing the permeability to achieve selective plugging.

polymerization;positive charge;plugging,selective plugging

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170969

2017-03-23

吳松艷（1989-），女，黑龍江綏化人，在讀碩士研究生，就讀于東北石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，研究方向：提高采收率原理與技術(shù)。

吳景春（1968-），男，教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)、提高采收率等方面的理論與技術(shù)研究工作。