油井用凝膠型封堵劑的制備及性能評價(jià)

王 泓,邢中平，田玉敏,張 宇

(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，石家莊 050000)

我國陸上油氣田普遍采用注水方式開發(fā)，隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，幾乎所有油田都會出現(xiàn)“水淹”，這種現(xiàn)象導(dǎo)致原油產(chǎn)率大打折扣，每年因此造成上千億元損失。目前，行之有效的方法是運(yùn)用化學(xué)手段對水層進(jìn)行封堵。

本文介紹一種油井凝膠型封堵劑，運(yùn)用內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)雙重交聯(lián)的原理，可以在可控的時(shí)間內(nèi)在地層深部成膠，形成有效封堵迫使注入水深部轉(zhuǎn)向，擴(kuò)大注入水波及體積以增加井組產(chǎn)率，提高水驅(qū)效率。該材料主要由主劑 A(主要成分為HPAM)、添加劑 B(主要成分為酚醛樹脂)、調(diào)節(jié)劑 C(主要成分為有機(jī)鉻)組成，成膠時(shí)間可以 5～72 h可調(diào)，同時(shí)凍膠強(qiáng)度在 5000～20000 mPa·s 可調(diào)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

1.1.1 主要原料

主劑 A、添加劑 B、調(diào)節(jié)劑 C。

1.1.2 儀器

電子天平：量程 0～200g，感量 1mg； 恒溫油?。嚎販胤秶?20～200℃，控溫精度±0.5℃；老化罐；TELEDYNE ISCO D 系列高壓柱塞泵；電磁攪拌器；流變儀；六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。

1.2 堵水劑的制備

取適量蒸餾水放入燒杯中，然后調(diào)整電磁攪拌器的轉(zhuǎn)速使水形成漩渦，在1分鐘時(shí)緩慢均勻加入主劑A，攪拌均勻后按一定比例加入添加劑B和調(diào)節(jié)劑C，繼續(xù)攪拌，待藥品完全溶解之后，放入恒溫水浴中保溫反應(yīng)一段時(shí)間，而后冷卻至室溫，即得凝膠型封堵劑。

1.3 成膠時(shí)間和強(qiáng)度的測定

1.3.1 成膠時(shí)間的確定

本文采用倒置法，取封堵劑試樣水平倒立放置 1 min，試樣完全不流動時(shí)作為成膠終點(diǎn)，計(jì)錄成膠時(shí)間。

1.3.2 成膠粘度的確定

通過NDJ-8S旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)多次測量后取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘度可控性實(shí)驗(yàn)

取500mL模擬地層水放入燒杯中，調(diào)整電磁攪拌器的速度到400r/ min，使鹽水形成漩渦，在1min時(shí)緩慢均勻的加入1.5g主劑A，攪拌120min。按比例加入添加劑和調(diào)節(jié)劑，利用單一變量原則過對其成膠時(shí)間和成膠強(qiáng)度效果進(jìn)行分析，得到如下數(shù)據(jù)及結(jié)果。

由圖1、圖2可知，該封堵劑可以通過控制B劑含量調(diào)節(jié)成膠強(qiáng)度，調(diào)節(jié)C劑含量控制成膠時(shí)間，當(dāng)C劑百分含量為0.15%時(shí)，達(dá)到最高強(qiáng)度，在峰值左側(cè)調(diào)節(jié)其用量，不僅可以節(jié)省原料，還可以調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品效果。

圖1 成膠時(shí)間隨配比變化圖

圖2 成膠粘度隨配比變化圖

2.2 巖心堵塞率測定

選取人造巖心，測定其原始水相及油相滲透率，驅(qū)替5～10pv已配制凝膠型有機(jī)封堵劑，測定封堵后巖心水相滲透率和油相滲透率，重復(fù)進(jìn)行四組平行試驗(yàn)。

封堵率定義為堵劑封堵前后巖心滲透率的差值與巖心原始滲透率的比值，是衡量堵劑改變巖心原始滲透率能力的指標(biāo)。

E=[(Kb-Ka)/Kb]×100%

式中：E-封堵率

Kb——封堵前滲透率(10-3μm2)

Ka——封堵后滲透率(10-3μm2)

從表 1可以看出,所有巖心對水相封堵率都在85%以上，對油相的封堵率在 25%以下，說明該堵劑在高滲透地層能有效

對水相進(jìn)行封堵，且不會對油相產(chǎn)生較大影響。巖心封堵率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即使該凝膠進(jìn)入了含油裂縫地層，在地層中發(fā)生誤堵，也不會對油層產(chǎn)生太大傷害，可以達(dá)到選擇性封堵的效果。

表1 巖心封堵率測定

2.3 熱穩(wěn)定性能測定

取按一定比例配置好的封堵劑式樣，均勻分成五份放入老化罐中，置于恒溫油浴中恒溫 120℃成膠后立即測取起初粘度值η1；恒溫 90 天后，測取粘度值η2，按公式粘度保留率 Z=(η1/η0)×100%，計(jì)算數(shù)值。

表2 熱穩(wěn)定性能測定

從表2中可以看出，所有封堵劑在120℃下90天粘度保持率均在80%以上，說明該封堵劑具有良好的熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出，該凝膠型封堵劑在油井深部的高溫地域仍能保持其活性，不失效，持續(xù)發(fā)揮封堵作用。

2.4 生產(chǎn)實(shí)踐

產(chǎn)品通過在青海、長慶等油田現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用并通過驗(yàn)收在多個油田招標(biāo)使用，其從根本上解決目前調(diào)剖、調(diào)驅(qū)及地層堵水作業(yè)中存在的問題，到目前為止該技術(shù)在延長油田和長慶油田以及青海油田分公司冷湖油田進(jìn)行35井次礦場試驗(yàn)，累計(jì)增油18930噸，高含水井平均含水下降20%，含水下降最大達(dá)80%，工藝成功率100%，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。

3 結(jié)論

(1)以聚丙烯酰胺作為交聯(lián)主劑，酚醛樹脂和有機(jī)鉻分別作為添加劑和調(diào)節(jié)劑的主要成分，運(yùn)用內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)雙重交聯(lián)的原理，制備出了凝膠型封堵劑。

(2)經(jīng)熱穩(wěn)定性能評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明，該凝膠封堵劑能較持久的在高溫地域正常發(fā)揮堵水作用，粘度可控。

(3)經(jīng)巖心封堵率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出，該凝膠在高滲透地層能有效對水相進(jìn)行封堵，且不會對油相產(chǎn)生較大影響。

(4)該凝膠型封堵劑經(jīng)油田現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，可有效解決目前調(diào)剖、調(diào)驅(qū)及地層堵水作業(yè)中存在的問題，且施工安全可靠，具有廣闊的推廣價(jià)值。