一種油藏深度酸化超分子暫堵劑實驗研究*

李延生，劉漢斌

（延長油田股份有限公司 杏子川采油廠，陜西 延安717400）

前 言

隨著油氣田開發(fā)技術(shù)的逐步發(fā)展，老油田整體含水率顯著增加、開采效率下降的問題正在逐步解決。受占比較大的低滲透率砂巖油氣藏因為巖性的不一致以及非均質(zhì)影響，地層不同參數(shù)下的油水黏度比最終誘發(fā)流體在高滲透率層形成指狀現(xiàn)象[1]。注入水和邊緣水，加劇了主油層生產(chǎn)過程中的流體力學(xué)矛盾，上層之間的差異形成單層出力受阻。在開發(fā)的中后期，油藏開發(fā)過程中各層之間的矛盾普遍增加，低滲透油層和不同品位的主油層會因為水侵而導(dǎo)致開發(fā)失效，以至于含油飽和度較高的油田仍未使用，最終阻礙了油田的發(fā)展[2]。暫堵酸化技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代初期，是一種將酸液和油溶性暫堵劑進(jìn)行統(tǒng)一改性后再泵送注入儲層進(jìn)行裂縫延伸和改造的綜合技術(shù)，酸液的傾入會使低滲透儲層發(fā)生巖性反應(yīng)，甚至變異，溶解部分礦物質(zhì)[3]，重新形成格架及其孔隙結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)油氣田開發(fā)的產(chǎn)能釋放，最終達(dá)到增產(chǎn)。當(dāng)前該項技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，運用層面較廣[4]。具體研究成果有：佘躍惠團(tuán)隊通過化學(xué)合成的方法，對暫堵酸化技術(shù)未解決的問題進(jìn)行了延展性研究，通過添加具有良好油溶性和熱塑性的烴類樹脂，進(jìn)行了暫堵劑的性能優(yōu)化，取得了一系列理論性創(chuàng)新[5]。確立了遇油溶解速度可控，遇水關(guān)鍵性質(zhì)不變等關(guān)鍵可控要點，達(dá)到了復(fù)雜井網(wǎng)前提下的選擇性油井層段堵水。蒲萬芬等運用堵水酸化聯(lián)作技木在現(xiàn)有經(jīng)濟前提下最大化進(jìn)行共聚交聯(lián)堵水體系（XN-PP)配方優(yōu)化，在室內(nèi)實驗誘導(dǎo)下完成了堵劑與自生酸的酸敏性判定[6]。通過真實井況下的暫堵劑反應(yīng)特征評定其油藏環(huán)境條件下不同影響，最終在考慮井溫、地層水礦化度以及化學(xué)離子干擾的前提下表征了該型暫堵劑的耐酸性以及堵劑的固化強度和堵水之間的關(guān)系，并且在層位選擇性上得出了相應(yīng)見解[7]。

1 酸化暫堵工藝

酸化暫堵工藝主要機理為運用不同物性的攜帶液將不同粒徑以及強度的固體顆粒在不同黏度的前提下進(jìn)行脈沖式攜帶進(jìn)入井筒，并作用于地層以實現(xiàn)暫時堵塞炮眼及大孔隙，最終迫使壓裂裂縫轉(zhuǎn)向[8]。因為孔隙結(jié)構(gòu)不同誘發(fā)的阻力不同，所以要在保證液體選擇性潤濕及表面張力穩(wěn)定的前提下防止藥劑的多余浪費，就需要在正式施工前核算酸化施工的排量（圖1）。

圖1 暫堵劑工作原理Fig.1 The working principle of temporary plugging agent

當(dāng)前該技術(shù)主要需要流體力學(xué)和材料力學(xué)等交互研究，得出壓力變化載荷規(guī)律，并指導(dǎo)化工合成優(yōu)質(zhì)酸化暫堵劑。但受限于我國較薄弱的化工基礎(chǔ)，相關(guān)產(chǎn)品國產(chǎn)化程度不夠。主要技術(shù)可做如下分類：（1）運用較大黏度的液體體系進(jìn)行高滲層封堵并將其高聚物進(jìn)行強化，加入耐酸性較好的交聯(lián)劑進(jìn)行改性，評估其環(huán)保價值和經(jīng)濟價值。當(dāng)前該種體系適應(yīng)性小，只能運用于注水井的暫堵酸化。（2）在力學(xué)基礎(chǔ)合適的前提下進(jìn)行固體顆粒性狀優(yōu)選，并有效封堵目的層，然后通過固體顆粒的不同特性濾出攜帶液，最終完成較大或者較為復(fù)雜的高滲透層孔道及裂縫的有效封堵。而該種性狀物質(zhì)還能在酸化結(jié)束后通過與原油的作用自行溶解殘渣。（3）最后就是運用化學(xué)藥劑擠入孔道，使表面巖石潤濕性反轉(zhuǎn)或者形成薄膜或濾餅起到封堵高滲透層從而減少酸液濾失進(jìn)入地層。

2 酸化暫堵劑實驗評估

基于現(xiàn)場實際結(jié)合理論研究成果，對酸化暫堵劑進(jìn)行實驗評估。若運用性狀單一的廉價同種材料（例如較為堅硬的碳酸鈣材料）進(jìn)行暫堵劑制作，那么現(xiàn)場適應(yīng)性差，且封堵效果不能保證。粒度較大且堅硬的顆粒會存在孔隙，不能良好地封堵流體。而運用不同種類、力學(xué)特性以及硬度的油溶樹脂配合石蠟類材料進(jìn)行混合配給可適應(yīng)不同壓力、不同溫度和不同流體性質(zhì)下的工況要求，同時將其加工為不同規(guī)格和形狀的成品，以適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用。以本工區(qū)較為常見的DR-ZN暫堵劑為例，進(jìn)行實驗評估分析。

DR-ZN暫堵劑主要由5種材料構(gòu)成，其中材料1和2強度差異大，制造過程中添加了70%～80%含量的差異性軟化點皂橈性聚合物進(jìn)行強度互補。而材料3添加有強度遠(yuǎn)大于前述皂橈性聚合物的天然油溶性高分子材料，且根據(jù)環(huán)境工況的不同進(jìn)行5%～10%的含量添加。材料4有效硬度更低，而相應(yīng)的石蠟類物質(zhì)占5%～10%，要求其具有耐熱物理特性，材料5主要為全部產(chǎn)品的均勻分散起關(guān)鍵作用。在原料優(yōu)化合理后進(jìn)行不同配方優(yōu)化和微調(diào)，運用反應(yīng)釜進(jìn)行150℃的融合，最終冷卻固化成預(yù)定形狀，然后封裝至額定固化容器中以備實驗。

需要注意對成型產(chǎn)品進(jìn)一步處理，運用冷凍干燥技術(shù)維持其性狀，形成薄片狀固體便于分裝和儲存，現(xiàn)場用DR-ZN暫堵劑為粉末狀淺黃色顆粒，粒度分布均勻，大概在10～1000μm之間，且平均粒徑為200μm，不會對地層和流程管匯產(chǎn)生危害。

2.1 暫堵劑油溶性評價實驗

相關(guān)產(chǎn)品的基本評價標(biāo)準(zhǔn)主要是堵得住、堵得牢和易解堵等，其經(jīng)濟性也應(yīng)較為可觀。而現(xiàn)場運用中需要注意不能污染和損壞油氣層，且能在一定時間內(nèi)被原油迅速溶解。在此制定如下實驗方法：

（1）稱重制備2份5g DR-ZN暫堵劑試樣，用500mL燒杯分裝。然后依次添加300mL煤油和原油均勻攪拌30min后確認(rèn)達(dá)標(biāo)，放入50℃恒溫水浴鍋進(jìn)行24h的保溫加熱。然后取出用濾紙過濾，隨后將濾紙烘干稱重，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。此步驟需要連續(xù)進(jìn)行2次，然后擬合數(shù)據(jù)。

（2）運用如下公式計算溶解率：

樣品溶解率%=（樣品質(zhì)量-濾出樣品質(zhì)量）÷樣品質(zhì)量×100%。

（3）實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表1。

由以下實驗數(shù)據(jù)可以看出，同等條件下的DR-ZN暫堵劑在井況下混合原油以及一定煤油可以得到較好的溶解度，而2F-TB01A藥劑稍遜，說明相關(guān)產(chǎn)品能進(jìn)入地層并在一定溫度下得到觸發(fā)并逐步溶解，失去封堵作用，確保流道暢通并且給壓力返排帶來較好的效果，促進(jìn)產(chǎn)能提高。

表1 暫堵劑油溶性實驗Table 1 The oil solubility test for the temporary plugging agent

2.2 暫堵劑酸不溶、水不溶評價實驗

參考相關(guān)產(chǎn)品的基本評價標(biāo)準(zhǔn)，在此制定如下實驗方法：

（1）參照以上實驗方案制備2份5g DR-ZN暫堵劑試樣，用500mL燒杯分裝。然后依次添加300mL清水和土酸均勻攪拌30min，觀察無誤后，放入50℃恒溫水浴鍋進(jìn)行24h的保溫加熱。然后取出用濾紙過濾，隨后將濾紙烘干稱重，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。此步驟需要連續(xù)進(jìn)行2次，然后擬合數(shù)據(jù)。

（2）運用如下公式計算溶解率：

樣品溶解率%=（樣品質(zhì)量-濾出樣品質(zhì)量）÷樣品質(zhì)量×100%

（3）實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表2。

表2 暫堵劑在酸及水中的不溶解性Table 2 The insolubility of temporary plugging agent in the acid and water

通過以上結(jié)果可知，DR-ZN產(chǎn)品能在土酸和水中保持一定程度的性能穩(wěn)定性。且相關(guān)油溶性也更優(yōu)，能適應(yīng)現(xiàn)場有限工況，并且具備酸化施工特性。

2.3 暫堵劑在攜帶液中的分散性評價實驗

根據(jù)動力學(xué)原理，暫堵劑運移并且均勻懸浮和分散在攜帶介質(zhì)中有效作用于目的層，會受到其他多重條件的制約。而所研DR-ZN產(chǎn)品在表2實驗結(jié)果中的溶解數(shù)據(jù)結(jié)合觀察實驗結(jié)果顯示水中懸浮分散性較差，以至于現(xiàn)場真實運用過程中需要恰當(dāng)?shù)臄y帶物質(zhì)進(jìn)行藥劑的載入并最終作用于預(yù)定目標(biāo)層位。而聚丙烯酰胺HPAM水溶液就是最佳的作用形式。

具體分散實驗預(yù)設(shè)如下：進(jìn)行不同介質(zhì)濃度的聚丙烯酰胺溶液配置，取足量藥品，倒入1000mL燒杯中備用。在攪拌過程中添加不同濃度的DR-ZN產(chǎn)品，并且進(jìn)行放置，觀測相應(yīng)懸浮物沉降過程及穩(wěn)定時間。最終記錄相關(guān)數(shù)據(jù)得出表3。

表3 暫堵劑在不同濃度聚丙烯酰胺溶液中的靜態(tài)懸浮分散性Table 3 The static suspension dispersion of temporary plugging agent in the polyacrylamide solution with different concentrations

通過以上實驗結(jié)果可以看出，相關(guān)的攜帶液功效有限，在多維井況前提下對油氣層孔隙的作用力不明顯，不能完全勝任封堵作用，所以現(xiàn)場運用過程中需要根據(jù)實際情況選取低濃度的聚丙烯酰胺溶液作為攜帶液。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)攜帶液濃度達(dá)0.3%時，實驗評價得出的DR-ZN暫堵劑性能最為穩(wěn)定。且研究的DR-ZN暫堵劑最大攜帶量可達(dá)15%。

2.4 攜帶液及暫堵劑懸濁液黏度測試

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，攜帶液及暫堵劑懸濁液的黏度是影響地面管匯和泵車功耗的關(guān)鍵因素，所以在此預(yù)設(shè)實驗進(jìn)行測試。選用旋轉(zhuǎn)型黏度計，校準(zhǔn)參數(shù)。在不同階段進(jìn)行不同濃度暫堵劑的0.2%聚丙烯酰胺溶液互混式加入，注意運用電動攪拌器進(jìn)行均勻攪拌。實驗結(jié)果見表4。

表4 暫堵劑懸浮液黏度測試結(jié)果Table 4 The viscosity test results of temporary plugging agent suspension liquid

綜合一切實驗要素，并且運用多重實驗數(shù)據(jù)擬合得出，在標(biāo)準(zhǔn)黏度值數(shù)據(jù)表征下，藥劑對于攜帶液黏度沒有顯著影響。

3結(jié)論

油氣田勘探開發(fā)需要多重配套技術(shù)進(jìn)行完善，而酸化壓裂能通過多重力學(xué)、化學(xué)和流體特性等優(yōu)勢完成低滲透儲層的改造。通過有效的計算手段，儲層間的多重矛盾可以進(jìn)行化解，其中根據(jù)儲層的巖性特征需要控制強非均質(zhì)前提下的酸液“指進(jìn)”現(xiàn)象。確保低滲透性儲層充分酸化。對于多年來被水淹沒的儲油層，同一油層不同部分的水飽和度差異很大。在相滲透的影響下的酸化過程中，水性酸性液體優(yōu)先進(jìn)入飽和度高的區(qū)域而不是富油層。

油井中的水含量顯著增加，同時增加了鹽、蠟等含量。有一套全面的技術(shù)措施可以有效地密封高水層并消除低滲透層的污染。通過實驗結(jié)果可以得出：DR-ZN暫堵劑的油溶性、耐酸性及水溶性指標(biāo)均較好，能用于當(dāng)前儲層條件下的油井酸化前的暫堵。且對相關(guān)儲層損害小，其他污染因素少，綜合評價效果好。其中DR-ZN暫堵劑原油溶解率達(dá)93.5%，土酸溶解率達(dá)94.35%，清水溶解率達(dá)96.27%。