適合海上60～90 ℃儲層的液固相變支撐劑相變性能評價

鄒 劍，徐 昆，高 尚，陳薇羽，趙立強，劉平禮

(1 中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452；2 西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500)

海上油田屬于典型高孔高滲疏松砂巖油藏，油水井篩管完井(篩管裸眼、礫石充填等完井)方式，鉆完井、生產(chǎn)和注水注聚等過程中造成的污染深度大，常規(guī)酸化難以解除深部污染，而常規(guī)壓裂，不動管柱無法進行壓裂(固體支撐劑不能通過篩管)，導(dǎo)致產(chǎn)能得不到有效釋放[1-6]，為此提出了一種新型的液固相變支撐劑壓裂技術(shù)[7]，并進行了探索研究，為這類油藏增產(chǎn)增注提供新型有效解堵技術(shù)，推動技術(shù)發(fā)展。

新型液固相變壓裂技術(shù)原理：在不動管柱、不破壞篩管的情況下，只注入流體，利用不混溶的兩種(或多種)流體壓開深部污染儲層并形成一定幾何尺寸的人工裂縫，通過液固相變方法讓裂縫中流體之一或之二形成眾多獨立的“固體支撐劑”，其能支持裂縫也具有導(dǎo)流能力，既可解除堵塞、擴大油氣水滲流通道，又可有效防止地層出砂，從而實現(xiàn)油水井安全防砂高效增產(chǎn)增注。

新型液固相變壓裂技術(shù)適于各種地層和多種井型及井身結(jié)構(gòu)，對于海上疏松砂巖油藏開采提高產(chǎn)量具有重要意義。該技術(shù)的發(fā)明，對油水井深部解堵提供了一種新的增產(chǎn)措施技術(shù)，對常規(guī)儲層改造技術(shù)具有劃時代的里程碑意義，其中液固支撐劑材料的相變性能顯得尤為重要。

本研究從超分子化學的基本原理和方法出發(fā)，利用某些超分子材料隨溫度的升高，會發(fā)生相變行為；根據(jù)現(xiàn)場施工情況，模擬地面流體流經(jīng)井筒，到儲層的是一個升溫過程，篩選滿足現(xiàn)場應(yīng)用的液固相變壓裂要求的液固相變體系——相變時間、形狀，動靜態(tài)等可控。

1 實 驗

1.1 實驗條件

根據(jù)海上油田儲層溫度為60～90 ℃的條件，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝流程，設(shè)置相應(yīng)的實驗反應(yīng)溫度條件為常溫～90 ℃。

1.2 實驗儀器

電熱鼓風干燥箱，江蘇天翎；電子分析天平，Sartorius公司；磁力加熱攪拌器，貝侖儀器；數(shù)顯恒溫水浴鍋，力辰科技。

1.3 實驗藥劑

有機相變體系、無機相變體系，為成都安實得石油科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)；液固相變支撐劑體系，為實驗室合成；模擬海水，為實驗室配制。

1.4 實驗方法

在裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管的反應(yīng)器中分別加入有機相變體系和無機相變體系、液固相變支撐劑體系，室溫條件下攪拌均勻，緩慢升溫，記錄反應(yīng)時間，待相變體系基本成型時，觀察相變固體的形態(tài)；通過反應(yīng)時間和相變形成固體形狀篩選類型；通過反應(yīng)溫度判斷在儲層條件下的反應(yīng)性以及與海水的適應(yīng)性等問題。

2 結(jié)果與討論

2.1 類型篩選

選用三種不同類型的相變液固支撐劑體系，從常溫水浴加熱，觀察是否能從液態(tài)相變固態(tài)；相變固體的分布形態(tài)怎樣；相變固體是否具有一定的耐壓能力等。

2.1.1 有機體系

α-體系樣品常溫下為澄清透明有刺激性氣味液體，相變溫度在70 ℃左右，相變時間大約10 min，但樣品強度較弱，成塊不分散；β-體系樣品常溫下為澄清無色透明液體，溫度上升至90 ℃時，開始相變，在100 ℃穩(wěn)定一段時間，完全相變；但樣品強度較弱，達到最大相變程度時，固體仍然較脆、分散。

表1 有機相變體系相變過程

圖1 α-有機相變體系相變過程

圖2 β-有機相變體系相變過程

2.1.2 無機體系

表2 無機相變體系相變過程

圖3 BP-無機相變體系相變過程

圖4 MC-無機相變體系相變過程

2.1.3 液固相變支撐劑體系

液固相變支撐劑體系，主要有主劑和輔劑兩個部分組成，其80 ℃就可以相變，并能形成具有一定耐壓能力的相變支持顆粒。

表3 液固相變支撐劑體系相變過程

圖5 SA-液固相變支撐劑體系相變過程

選用三種不同類型的相變液固支撐劑體系，從常溫水浴加熱，觀察相變行為，發(fā)現(xiàn)：有機和無機相變體系常溫條件下是液態(tài)，隨著溫度升高，從液態(tài)相變成了固態(tài)，但相變后的固態(tài)都是一個整塊，沒有滲流通道；液固相變支撐劑體系，常溫下為液態(tài)，隨著溫度升高，從液態(tài)相變成了固態(tài)，且固態(tài)為分散的具有一定耐壓能力顆粒；因此，液固相變支撐劑體系具有進一步研究的價值。

2.2 SA-液固相變支撐劑體系不同溫度反應(yīng)分析

表4 溫度對液固相變支撐劑體系相變過程的影響

根據(jù)海上儲層溫度在60～90 ℃，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝以及外來液體進入儲層，引起儲層溫度的變化，研究了SA-液體相變支撐劑在40 ℃、60 ℃、90 ℃的變化情況。

從實驗可以看出，40～90 ℃溫度區(qū)間液固相變支撐劑都可以相變；溫度越低開始相變時間、完全相變時間和形成耐壓相變固體時間越長。

2.3 SA-液固相變支撐劑體系海上適應(yīng)性分析

為適應(yīng)海上使用條件，模擬了液固相變支撐劑與不同礦化度的海水在流動和靜止狀態(tài)的反應(yīng)，從實驗可知礦化度對液固相變支撐劑發(fā)生相變沒有影響；流動狀態(tài)形成的顆粒均勻較小，靜止狀態(tài)形成的顆粒較大，不規(guī)則。

表5 礦化度對液固相變支撐劑體系相變過程的影響

3 結(jié) 論

針對海上60～90 ℃的儲層條件，研究了一種液固相變支撐劑體系，通過室內(nèi)評價和篩選，得到了一種適合該地區(qū)的液固相變支撐劑體系。通過對有機、無機體系和混相體系的篩選，篩選出SA-液固相變支撐劑體系，該體系在一定溫度條件下，都發(fā)生相變反應(yīng)形成耐壓相變固體；隨著溫度的升高，開始相變時間、完全相變時間和形成耐壓相變固體時間越短；且不同礦化度對液固相變支撐劑體相變沒有影響；動態(tài)和靜止狀態(tài)對液固相變支撐劑形成的固體有一定影響。