高強度脲醛樹脂復合堵劑的研制及解堵

戢靈美，薛俊格，戢 磊，秦 偉，唐 路，馬 進，徐劍明

(1.中原油田普光分公司，達州 636150;2.青海油田監督監理公司石油技術監督分公司，茫崖 816400)

脲醛樹脂具有原料來源廣、價格低廉、老化穩定性較傳統聚合物好等優點，由脲醛樹脂制得的高強度堵劑已在國內油田(河南油田、中原油田、吐哈油田等)得到成功應用［1－4］。但脲醛樹脂堵劑固化后強度高，用傳統的解堵劑不能完全有效地降解脲醛樹脂堵劑垢樣，而目前國內外針對脲醛樹脂堵劑的解堵劑研究較少，因此，限制了脲醛樹脂堵劑在油田的大規模應用。裂縫性油藏的封堵有別于傳統的基質油藏，要求堵劑選擇性進入裂縫，且封堵強度高。使用單一脲醛樹脂加固化劑制得的堵劑，體系初始黏度低，造成脲醛樹脂降沉，注入地層后易被地層水沖刷，封堵效果差。因此，我們研制了一種脲醛樹脂復合堵劑體系，即加入少量低相對分子質量的聚合物，使脲醛樹脂懸浮，減少堵劑的漏失。

1 實驗

1.1 原料和儀器

脲醛樹脂，成都實德制藥廠;部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)，相對分子質量2.5×107;六次甲基四胺、氯化銨、磷酸，均為分析純，成都科龍化工試劑廠;解堵劑(JD－1)，自制。

恒溫箱，天平，試劑瓶、封口器。

1.2 實驗條件

溫度:75～130℃。

模擬地層水礦化度:88420 mg/L，其中Na++K+15500 mg/L，Ca2+、Mg2+分 別 為16200，360 mg/L)。

2 復合堵劑配方的篩選

2.1 脲醛樹脂加量

復合固化劑濃度為400 mg/L，延遲固化劑濃度15000 mg/L，HPAM濃度1000 mg/L，采用淡水配制脲醛樹脂溶液，測定復合堵劑溶液體系初始黏度，放入75℃恒溫箱中，考察脲醛樹脂加量(體積分數，下同)對復合堵劑體系固化時間和強度的影響，結果見表1。

表1 脲醛樹脂加量對復合堵劑固化性能的影響

從表1看出，隨著主劑脲醛樹脂加量增加，復合堵劑體系初始黏度增加，固化時間縮短，固化強度增加。因此，主劑脲醛樹脂加量以40% ～50%為宜。

2.2 復合固化劑濃度

固定其他條件，脲醛樹脂加量40%，考察復合固化劑(氯化銨與磷酸體積比1∶1)濃度對復合堵劑體系固化時間和強度的影響，結果見表2。

表2 復合固化劑濃度對復合堵劑固化性能的影響

從表2看出，隨著復合固化劑濃度增加，固化時間縮短;復合固化劑濃度低于350 mg/L，固化時間長且固化強度低;濃度高于400 mg/L，固化時間過短。因此，復合固化劑濃度以350～400 mg/L為宜。

2.3 延遲固化劑濃度

延遲固化劑的作用是調節堵劑溶液體系固化時間，固定其他條件，復合固化劑濃度400 mg/L，考察延遲固化劑濃度對復合堵劑體系固化時間和強度的影響，結果見表3。

表3 延遲固化劑濃度對復合堵劑固化性能的影響

從表3看出，隨著延遲固化劑濃度增加，固化時間增加，固化強度降低;延遲固化劑濃度過高，固化時間過長且固化強度低，復合堵劑注入地層后易被地層水沖刷，封堵效果差。因此，延遲固化劑濃度以10000～15000 mg/L為宜。

2.4 聚合物濃度

固定其他條件，延遲固化劑濃度15000 mg/L，考察HPAM濃度對復合堵劑體系固化強度的影響，結果見表4。

表4 HPAM濃度對復合堵劑體系固化強度的影響

從表4看出，聚合物濃度增加，復合堵劑體系初始黏度增加，且體系固化時間為49 h。當聚合物濃度為500～1000 mg/L時，97 d后復合堵劑體系脫水少，穩定性好。因此，聚合物濃度為500～1000 mg/L。

2.5 復合堵劑配方結果

2.1—2.4確定了高強度脲醛樹脂復合堵劑體系配方為:脲醛樹脂加量40%～50%，HPAM濃度500～1000 mg/L，復合固化劑濃度350～400 mg/L，延遲固化劑濃度10000～15000 mg/L。該復合堵劑體系固化時間49～51 h，固化強度為韌硬固體。體系初始黏度 52.7 ～78.0 mPa·s。

3 高強度脲醛樹脂復合堵劑體系的性能評價

3.1 耐溫性

按照最佳配方配制復合堵劑體系，放入恒溫箱觀察，考察溫度對復合堵劑體系固化時間和強度的影響，結果見表5。

表5 復合堵劑體系的耐溫性

從表5看出，溫度對脲醛樹脂復合堵劑體系的固化時間影響大，隨著溫度增加，固化時間縮短。溫度為130℃時，固化時間29 h，35 d為堅硬固體，說明其耐溫穩定性好。這說明該復合堵劑體系具有較好的耐溫性。

3.2 抗鹽性

取模擬地層水稀釋至不同的礦化度，配制復合堵劑體系，75℃下，考察礦化度對復合堵劑體系固化時間和強度的影響，結果見表6。

表6 復合堵劑體系的抗鹽性

從表6看出，礦化度對復合堵劑體系固化時間有一定的影響，但對復合堵劑固化強度影響不大，隨著礦化度增大，復合堵劑體系固化時間縮短，這可能是由于鹽水中陽離子引起脲醛樹脂高分子鏈卷曲。

3.3 靜態解堵實驗結果

采用實驗室自制的解堵劑降解脲醛樹脂復合堵劑體系，降解過程中，降解時間為1.5 d，溶液體系始終為透明狀，溶液的黏度先增大(2.2 mPa·s)后降低(1.6 mPa·s)，接近解堵劑初始黏度(1.8 mPa·s)，復合堵劑垢樣逐漸減少并懸浮在溶液中，直至完全消失。

3.4 巖心流動實驗結果

巖心尺寸為 φ1.972 cm ×7.194 cm，滲透率為327.31 ×10－3μm2。平流泵流量0.5 mL/min，注入1.0 PV復合堵液體系至巖心中，關泵，將其放入75℃恒溫箱中充分固化3 d，開泵，以0.5 mL/min的恒定速度進行后續水驅，考察復合堵劑體系的突破壓力梯度和耐沖刷性能，結果見圖1。

圖1 突破壓力和耐沖刷性能

從圖1看出，復合堵劑體系達突破壓力時，突破壓力梯度23.63 MPa/m;后續水驅至注入量為25 PV時，脲醛樹脂復合堵劑體系注入壓力0.36 MPa，壓力梯度4.86 MPa/m，這說明復合堵劑體系具有較好的耐沖刷性能，封堵有效期長。

3.5 巖心流動實驗中解堵實驗結果

評價復合堵劑突破壓力梯度和耐沖刷性能后，平流泵的流量為0.5 mL/min，注入解堵劑1.0 PV，關泵2 d，使解堵劑充分降解巖心中脲醛樹脂復合堵劑垢樣，考察巖心滲透率恢復程度，結果見表7。

表7 復合堵劑體系解堵實驗結果

4 結論

(1)針對單一脲醛樹脂堵劑體系漏失嚴重的問題，提出了脲醛樹脂復合堵劑體系的思路，HPAM的加入能有效地使脲醛樹脂懸浮，減少漏失。

(2)復合堵劑體系突破壓力梯度 23.63 MPa/m，具有較好的耐沖刷性能。

(3)巖心流動實驗表明，自制解堵劑使注入脲醛樹脂復合堵劑體系的巖心滲透率恢復率達94.47%，能有效的降解復合堵劑垢樣。

［1］劉曉平，程百利，張壽根，等.一種地下縮聚固化的脲醛樹脂堵水堵漏劑［J］.油田化學，2004，21(1):36 －38.

［2］閆文華，苑光宇，楊開，等.兩種樹脂類堵劑堵水效果室內實驗研究［J］.石油地質與工程，2010，24(1):115 －117.

［3］李坤，廖易剛，陳大鈞.低毒改性脲醛樹脂堵劑的室內研究［J］.天然氣勘探與開發，2007，30(2):53 －56.

［4］譚海彥，左迎峰，顧繼友，等.淀粉與脲醛樹脂復合膠粘劑的制備與性能研究［J］.中國膠粘劑，2012，21(1):28 －31.