無鉻有機交聯(lián)體系研究與應(yīng)用

于浩洋， 于永生， 鄒小萍， 時軍飛

(大港油田石油工程研究院)

油田開發(fā)中后期，常常出現(xiàn)油井見水早，含水率上升過快等問題。通過向地層深部注入化學(xué)調(diào)剖劑，可一定程度的封堵高滲流通道，發(fā)揮中低滲透層的作用,提高注入水的波及系數(shù)，減緩層間和層內(nèi)矛盾，降低油井含水率，改善注水開發(fā)效果。新環(huán)保法禁用目前已應(yīng)用較成熟的含鉻交聯(lián)體系，尋找一種成膠時間可控、成膠強度和熱穩(wěn)定性滿足現(xiàn)場需求的新型交聯(lián)體系，成為目前調(diào)剖工作迫在眉睫的任務(wù)。經(jīng)過多次試驗，篩選出聚合物-交聯(lián)劑-調(diào)節(jié)劑這一無鉻新型有機交聯(lián)調(diào)剖體系。該體系在注入地層時尚未成膠，有較好的流動性，能夠選擇性的優(yōu)先進入滲透率較好地層條帶，封堵高滲通道[1-2]。

一、交聯(lián)體系

1.聚合物

聚合物選用陰離子型聚丙烯酰胺，該產(chǎn)品由丙烯酰胺和丙烯酸鹽共聚而成，是水溶性線狀高分子化合物，分子量可達2 500萬以上。本品低毒低害，具有不易燃、不爆炸等特點，現(xiàn)場應(yīng)用較為安全。

2.交聯(lián)劑

交聯(lián)劑有效成分可與調(diào)節(jié)劑反應(yīng)生成小分子酚醛樹脂，通過酚醛樹脂與聚合物的酰胺基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成大型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[3-5]。反應(yīng)方程式如下：

該反應(yīng)受溫度和酸堿性控制，可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件達到延緩反應(yīng)時間的目的。通過此反應(yīng)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中引入苯環(huán)，使弱凝膠的熱穩(wěn)定性大大增強。

3.調(diào)節(jié)劑

為了控制弱凝膠體系反應(yīng)時間及成膠強度，加入適量調(diào)節(jié)劑以滿足不同調(diào)剖地層的實際需要。通過在0.2%～0.7%加量范圍內(nèi)調(diào)節(jié)本品用量，結(jié)合反應(yīng)溫度控制，可將凝膠時間控制在2～5 d范圍內(nèi)[6-7]。

二、性能評價

凝膠性能包含的主要參數(shù)有：成膠時間、凝膠強度、熱穩(wěn)定性等。通過大量室內(nèi)實驗表明，成膠性能主要受藥劑濃度、溫度、pH、攪拌時間等因素的影響。下面以藥劑常用配比(聚合物 ∶交聯(lián)劑 ∶調(diào)節(jié)劑 ∶水=0.4 ∶0.4 ∶0.5 ∶100)為基準，改變其中單一藥劑用量，評價該藥劑對整個體系的影響[8-9]。

1. 聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺濃度對凝膠強度影響較大，當(dāng)其濃度在0.2%～0.6%范圍內(nèi)時，凝膠強度隨其濃度的增加明顯增加，當(dāng)聚丙烯酰胺濃度大于0.6%時，凝膠強度已經(jīng)很高，再增加其濃度對凝膠強度提升較小。成膠時間和熱穩(wěn)定性受聚丙烯酰胺濃度影響較小，當(dāng)其濃度在0.2%～1.0%范圍內(nèi)，可以不考慮其影響。圖1為正常配比下，改變聚丙烯酰胺濃度時凝膠強度的變化情況。

圖1 聚丙烯酰胺濃度與凝膠強度關(guān)系圖

2. 交聯(lián)劑

當(dāng)交聯(lián)劑濃度在0.25%～2.5%時，成膠時間隨濃度增大而緩慢變短，當(dāng)其濃度大于2.5%時，成膠時間達到最短，基本不隨濃度提高而繼續(xù)變短。當(dāng)交聯(lián)劑濃度在0.25%～0.67%時，凝膠強度與濃度近似成正比，當(dāng)其濃度超過0.67%時，凝膠強度不在隨濃度上升。當(dāng)交聯(lián)劑濃度在0.25%～1.25%時，熱穩(wěn)定性隨濃度增加而提高，而其濃度超過1.25%時，交聯(lián)劑對凝膠熱穩(wěn)定性影響不大。基于產(chǎn)品以上特點，在工程應(yīng)用中交聯(lián)劑濃度控制在0.25%～0.67%，以達到最優(yōu)效益。60℃恒溫正常配比條件下，交聯(lián)劑濃度與成膠時間、凝膠強度關(guān)系如圖2。該體系在較低溫度下熱穩(wěn)定性能夠長期維持較好狀態(tài)，隨著溫度上升，熱穩(wěn)定性對藥劑濃度越來越敏感，以體系析水率20%時的養(yǎng)護天數(shù)為標準，考察交聯(lián)劑濃度對體系熱穩(wěn)定性的影響，實驗結(jié)果如圖3。

圖2 交聯(lián)劑濃度與成膠時間、強度關(guān)系圖

圖3 交聯(lián)劑濃度與熱穩(wěn)定性關(guān)系圖

3. 調(diào)節(jié)劑

在工程應(yīng)用中，調(diào)節(jié)劑濃度一般以0.2%為起點。當(dāng)調(diào)節(jié)劑濃度在0.2%～0.67%時，成膠時間隨濃度的增加而顯著縮短，當(dāng)調(diào)節(jié)劑濃度超過0.67%時，濃度對成膠時間影響不大。同時，調(diào)節(jié)劑濃度對凝膠強度和熱穩(wěn)定性影響均較大，尤其當(dāng)調(diào)節(jié)劑濃度較低時，凝膠強度和熱穩(wěn)定性隨濃度增長明顯上升。如圖4、圖5。

圖4 調(diào)節(jié)劑濃度與成膠時間、強度關(guān)系圖

圖5 調(diào)節(jié)劑濃度與熱穩(wěn)定性關(guān)系圖

4. 溫度

該體系受溫度影響較大，適用溫度為45℃～90℃。隨著溫度的升高，成膠時間逐漸縮短。溫度較低時，成膠所需時間較長(5～7 d)；溫度較高時，熱穩(wěn)定性隨溫度上升有一定程度的下降。成膠強度受溫度影響不大。

5. pH值

該體系需在酸性條件下才能成膠，pH值應(yīng)維持在2.0～6.5范圍內(nèi)。當(dāng)pH<2.0時，成膠中含有大量白色塊狀絮團，容易析水；當(dāng)pH>6.5時，成膠困難甚至不成膠。當(dāng)pH值在2.0～6.5之間時，成膠時間隨pH值降低而縮短，因此在施工中可根據(jù)實際需求，適當(dāng)加入酸液調(diào)節(jié)合適的pH值，控制成膠時間。

6.攪拌時間

大量實踐表明，該體系各藥劑配置完成后，在注入過程中受攪拌剪切影響較大，體系黏度隨攪拌時間增長逐漸降低[10]。當(dāng)體系自注入開始算起剪切時間超過4 h時，體系黏度下降到60 mPa·s以下，后期成膠強度較弱甚至不成膠。具體情況如圖6所示。

圖6 體系黏度與剪切時間關(guān)系圖

三、應(yīng)用實例

調(diào)剖井板70-24井調(diào)剖目的層位深度1 972.9～1 996.1 m，地層溫度75℃左右，地層孔隙度25%～30%，滲透率400～500 mD。為了控制對應(yīng)油井含水上升速度，改善水驅(qū)不均衡的狀況，對該井進行調(diào)剖，見圖7。

圖7 2015年板70-24井調(diào)剖施工曲線圖

1.水井端

調(diào)剖后，水井端注入壓力明顯上升，爬坡壓力3.3 MPa，使需要高壓才能注入的低孔低滲層位得以打開。壓降曲線保持平緩，擴散壓力有所提高，地層充滿度提升明顯，表明地層孔道得到一定程度的封堵，注水矛盾得到一定程度緩解。調(diào)剖前后壓降曲線如圖8。

圖8 調(diào)剖前后壓降對比圖

2.油井端

板70-24井對應(yīng)受益油井三口，分別為板69-16井、板69-18井、板70-22井。調(diào)剖后，受益油井板69-18井、板70-22井見效明顯，含水得到一定程度的抑制，分別增油49.45 t、208.1 t，有效期3個月。

四、結(jié)論

(1)聚合物-交聯(lián)劑-調(diào)節(jié)劑無鉻新型有機交聯(lián)調(diào)剖體系適用于50℃～90℃溫度范圍。聚合物、交聯(lián)劑、調(diào)節(jié)劑這三種體系基礎(chǔ)藥劑合理用量范圍分別為：0.2%～0.6%、0.25%～0.67%、0.2%～0.67%。同時，可根據(jù)地層孔隙度及滲透率等參數(shù)適量加入顆粒以增強封堵能力。

(2)該體系凝膠性能受藥劑濃度、溫度、pH、攪拌時間等因素控制，可根據(jù)現(xiàn)場實際需求調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，達到控制成膠時間、凝膠強度、凝膠熱穩(wěn)定性等凝膠性能的目的。

(3)該體系目前在大港油田各采油廠廣泛使用，措施效果良好，取得了較好的經(jīng)濟效益。