油田疏水締合聚合物封堵機(jī)理研究與性能評(píng)價(jià)

摘 要：石油、天然氣儲(chǔ)量是石油和天然氣在地下的蘊(yùn)藏量，它是油、氣田勘探開(kāi)發(fā)成果的綜合反映。無(wú)論是勘探階段還是開(kāi)發(fā)階段，油氣儲(chǔ)量一直是石油工作者追尋的主要目標(biāo)，是油氣田勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)極為重要的工作任務(wù)。油氣儲(chǔ)量是指導(dǎo)油氣田勘探、開(kāi)發(fā)，確定投資規(guī)模的重要依據(jù)。因此，石油、天然氣儲(chǔ)量計(jì)算的準(zhǔn)確與否至關(guān)重要。文章從見(jiàn)水特點(diǎn)和開(kāi)發(fā)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)靖安油田化堵調(diào)剖工藝試驗(yàn)和疏水締合聚合物封堵機(jī)理研究，并且進(jìn)行了設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)的提出。

關(guān)鍵詞：油田；疏水締合聚合物；封堵

分層注水是目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的提高石油采收率的方法，對(duì)我國(guó)的石油增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義，其中分層流量控制是分層注水方法的核心技術(shù)之一。隨著中老油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中注采不平衡問(wèn)題的積累和非均質(zhì)復(fù)雜斷塊油層的開(kāi)發(fā)，使得油田井層間滲透率和壓力產(chǎn)生不平衡，這要求分層注水方法的分層更加細(xì)化，而傳統(tǒng)固定水嘴堵塞器存在測(cè)調(diào)工作量大和流量受地層和注水壓力影響的缺點(diǎn)，因此急需新的替代技術(shù)以適應(yīng)當(dāng)前注采工藝的要求。恒流堵塞器具有測(cè)調(diào)工作量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的分層注水流量調(diào)節(jié)方法。但現(xiàn)有恒流堵塞器存在流量調(diào)節(jié)精度較低和使用可靠性較差的缺點(diǎn)。

國(guó)外油田對(duì)堵水、調(diào)剖技術(shù)的研究十分活躍，在機(jī)理研究和化學(xué)劑研制和油田整體堵水調(diào)剖等方面都取得了進(jìn)展。我國(guó)自五十年代開(kāi)始進(jìn)行堵水技術(shù)的探索和研究，至今大體經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，每個(gè)階段都有突出的成就，但是總體來(lái)看，還是技術(shù)工藝方面較之國(guó)外略有遜色，所以對(duì)這個(gè)方面的研究是很有意義的。

本文從XX油田長(zhǎng)6油藏的見(jiàn)水特征、見(jiàn)水規(guī)律、見(jiàn)水機(jī)理上進(jìn)行研究分析，并從井網(wǎng)適應(yīng)性、井網(wǎng)布置特征與見(jiàn)水關(guān)系上做了比較深入的研究，總結(jié)出見(jiàn)水規(guī)律及見(jiàn)水機(jī)理，并針對(duì)裂縫特征采取有效治理措施。該技術(shù)采用的水驅(qū)流向改變劑+疏水締合聚物復(fù)合堵劑是治理裂縫性油藏注水井深部調(diào)剖的有效途徑。

1 疏水締合聚合物封堵機(jī)理研究

1.1 締合機(jī)理

首先要對(duì)疏水締合水溶性聚合物的作用機(jī)理進(jìn)行一個(gè)分析，首先聚合物分子鏈上帶有親水的主鏈和疏水的側(cè)基，其中疏水疏水基會(huì)進(jìn)行聚合，聚合物雖能溶于水，但畢竟疏水，所以疏水側(cè)基還是具有逃離極性環(huán)境的趨勢(shì)以及能形成三維立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)的趨向，所以聚合物在較低分子量情況下還是可以有粘度。（圖1）

1.2 抗剪切機(jī)理

聚合物分子間的締合作用使溶液內(nèi)形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于締合基的特殊性，使得締合聚合物具有理想的抗剪切性。表1是濃度聚合物和水解聚丙烯酰胺剪切前后粘度的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以從中看出抗剪切的機(jī)理。（圖2）

1.3 抗鹽機(jī)理

鹽對(duì)聚合物溶液粘度的影響還是比較大的，尤其是在對(duì)靜電排斥作用的影響和對(duì)疏水締合作用的影響上顯得非常明顯。

表2給出了相同溫度（50℃）條件下，體系礦化度對(duì)疏水締合聚合物溶液表觀粘度的影響。而從表中可看出：疏水締合聚合物溶液在鹽度較低時(shí)，分子內(nèi)締合占主導(dǎo)地位，隨著鹽度增大，分子間締合能力增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)粘度相應(yīng)增大，即疏水締合聚合物溶液由于疏水基的作用對(duì)鹽表現(xiàn)出不敏感甚至出現(xiàn)鹽增粘行為。從鹽度的不同種可以看出聚合物的濃度變化非常大。

2 疏水締合聚合物的性能評(píng)價(jià)

2.1 締合聚合物主劑濃度對(duì)體系成膠性能的影響

堵水作業(yè)是”控制水油比”或“控制產(chǎn)水”。其實(shí)質(zhì)是改變水在地層中的流動(dòng)特性，即改變水在地層的滲流規(guī)律。堵水作業(yè)可以在油井（生產(chǎn)井）上進(jìn)行，也可以在注水井上進(jìn)行，通常前者稱為油井堵水，后者稱為注水井調(diào)剖。所以疏水聚合物的性能評(píng)價(jià)也就顯得尤為重要，在聚合物調(diào)剖提高采收率技術(shù)中，聚合物用量多少是確定凝膠成膠強(qiáng)度以及影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)成果的關(guān)鍵參數(shù)。

2.2 締合聚合物調(diào)剖體系老化穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)

老化穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)就是觀察隨著老化時(shí)間增加，粘度持續(xù)增大（研究時(shí)間范圍內(nèi)），聚合物在此老化溫度下具有的老化穩(wěn)定性，一般而言，聚合物分子鏈基本沒(méi)有熱降解，而分子間締合隨老化時(shí)間的增加不斷加強(qiáng)（在此溫度下和時(shí)間范圍內(nèi)）。在油層溫度和地層水礦化度都很惡劣的條件下，研究穩(wěn)定性問(wèn)題十分重要。

所以地層條件下凝膠體系的穩(wěn)定性比較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的締合聚合物具有能滿足工程施工的溶解速度，高效增粘，耐溫耐鹽，良好老化穩(wěn)定性和抗剪切特性；而另外的實(shí)踐證明，高粘締合聚合物的可注入性，粘度在地下滲流過(guò)程中的有效性，建立流動(dòng)阻力的能力是可以可肯定的；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，締合聚合物溶液在高溫高鹽工作環(huán)境下，無(wú)論是用在驅(qū)油還是調(diào)剖上都是有效的。

2.3 締合聚合物調(diào)剖體系巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

為了評(píng)價(jià)締合聚合物調(diào)剖三次采油方法的技術(shù)效果，將人造巖芯（直徑2.5cm，長(zhǎng)度10cm，大慶石油學(xué)院提供）并聯(lián)，分別用四組滲透率級(jí)差不同的巖芯組合進(jìn)行試驗(yàn)，研究注入締合聚合物凝膠體系前后，吸水剖面的變化和改善情況。締合聚合物調(diào)剖體系為：締合聚合物濃度3000mg/l+藥品A0.0549%+藥品B0.112%+藥品C0.0549%+藥品D0.0115%。（圖3）

2.4 締合聚合物調(diào)剖巖心驅(qū)替效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

20世紀(jì)80年代在大慶油田做個(gè)此類(lèi)效果評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)，為了客觀評(píng)價(jià)締合聚合物調(diào)剖驅(qū)油的實(shí)際效果，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)機(jī)制是很有意義的。當(dāng)時(shí)的情況是在大慶油田油層及流體性質(zhì)條件下，研究了疏水締合聚合物-堿-表面活性劑三元復(fù)合體系（ASP）的物理化學(xué)性質(zhì)并進(jìn)行了驅(qū)油效果評(píng)價(jià)。結(jié)果表明疏水締合聚合物具有良好的耐鹽、耐堿性，在相同粘度（例如40mpa·s）下，締合的聚合物用量比部分水解聚丙烯酰胺三元復(fù)合體系低50%～70%；體系具有良好的抗剪切性和相穩(wěn)定性。這種評(píng)價(jià)也為我們的評(píng)價(jià)建立很好的模型，也就是對(duì)于此類(lèi)效果評(píng)價(jià)可以基于哪些指標(biāo)來(lái)做出。在本研究中，在模擬油層平均非均質(zhì)變異系數(shù)Vk=0.72的三層非均質(zhì)巖心上進(jìn)行了調(diào)剖巖芯驅(qū)替試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)選用鹽、油和聚合物交聯(lián)體系作為試劑，其中鹽水中的主要成分組成見(jiàn)表4、表5。而疏水締合聚合物交聯(lián)體系由聚合物3000mg/l+藥品A0.0549%+藥品B0.112%+藥品C0.0549%+藥品D0.0115%組成，并在微孔濾膜上過(guò)濾后才能用于實(shí)驗(yàn)。

然后是準(zhǔn)備好正確的巖芯，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)會(huì)是外形完整、已測(cè)滲透率的巖芯長(zhǎng)30cm、橫截面4.5cm×4.5cm，平均空氣滲透率1000×10-3？滋m2左右），置烘箱中烘干，并稱量其干重和測(cè)量其外形尺寸。

準(zhǔn)備好這些，先將巖芯在真空條件下飽和地層實(shí)際產(chǎn)出污水，然后進(jìn)行水驅(qū)（按產(chǎn)出污水配置），直到巖芯出口端含水98%，并且于此同時(shí)可以注入不同段塞大小的締合聚合物調(diào)驅(qū)段塞溶液，然后關(guān)閉巖芯進(jìn)口端和出口端3天；接著進(jìn)行水驅(qū)，直到巖芯出口端含水98%，計(jì)算締合聚合物調(diào)驅(qū)增采的油量及采收率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：締合聚合物調(diào)剖巖心驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，隨機(jī)抽取其中8次結(jié)果來(lái)進(jìn)行分析。

由表2，圖4結(jié)果可以看出注入量的每個(gè)區(qū)間值都會(huì)引起效果的截然不同，巖芯驅(qū)替效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果表明，在對(duì)儲(chǔ)層實(shí)施締合聚合物調(diào)驅(qū)時(shí)，調(diào)剖效果并不是隨著注入量的增大而增大，而是存在著一個(gè)最佳注入量范圍，此時(shí)的采收率增幅最大。

3 疏水締合聚合物的特點(diǎn)

疏水聚合物的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：吸附能力強(qiáng)，從而提高了耐沖刷能力：

締合聚合物溶液粘度大，在是可逆和熱力學(xué)穩(wěn)定的物理交聯(lián)下，不會(huì)在高溫高鹽和隨時(shí)間延長(zhǎng)而出現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)那樣的脫水收縮等相分離現(xiàn)象，反而表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度和更好的熱穩(wěn)定性及抗脫水性。

聚合物還具有低剪切下的剪切增稠和高剪切下更強(qiáng)的剪切稀釋性：

（1）對(duì)水質(zhì)要求低既可用清水也可用污水配置

可用清水或產(chǎn)出污水配制母液，再用油田產(chǎn)出污水或海水稀釋溶液。所得AP-P污水目標(biāo)溶液的粘度都能達(dá)到和超過(guò)用污水甚至清水配制的HPAM同濃度溶液的粘度。如1200～1500mg/L的AP-P的污水溶液（其礦化度依來(lái)源不同而異）粘度達(dá)到或超過(guò)30～70mPa·s，而同濃度的HPAM溶液粘度為10～3mPa·s（70℃，7.34s-1，下同）。

（2）溶解性能好

聚合物AP-P的溶解過(guò)程明顯分為兩個(gè)階段：溶解和熟化。熟化過(guò)程中溶液粘度將隨時(shí)間明顯上升，最后達(dá)平衡。如1500mg/L污水溶液最初為20～40mPa·s，4～24hr后可達(dá)到40～70mPa·s以至更高。熟化既可在溶液配制罐中，也可以管道流動(dòng)中直至在地層滲流中進(jìn)行，使溶液粘度趨于更高，故可獲更好驅(qū)油效果。

溫度為45℃，礦化度1.6萬(wàn)模擬污水中2.5h完全溶解。在污水中一般溶解時(shí)間約2小時(shí)。

（3）抗剪切能力強(qiáng)

締合聚合物溶液的抗剪切能力明顯強(qiáng)于現(xiàn)用HPAM。實(shí)驗(yàn)表明締合聚合物溶液經(jīng)模擬炮眼剪切后溶液粘度的保留率及保留值均明顯大于同等條件下HPAM的。

（4）抗鹽能力強(qiáng)

粘鹽關(guān)系（溫度88℃，聚合物濃度1500ppm，7.34s-1）（見(jiàn)表4）

（5）抗溫能力強(qiáng)

粘溫關(guān)系（聚合物濃度1500mg/l，礦化度1.6萬(wàn)，7.34s-1）（見(jiàn)表5）

4 締合聚合物深部復(fù)合調(diào)驅(qū)體系在油藏試驗(yàn)適應(yīng)性分析

4.1 因?yàn)橛蛯拥牡刂非闆r是不均勻的，所以注入油層的水有80%～90%的量為厚度不大的高滲透層所吸收，致使注入剖面很不均勻。為了發(fā)揮中、低滲透層的作用，提高注入水的波及系數(shù)，就必須向注水井注入調(diào)剖劑。按調(diào)剖劑的作用原理、使用條件和注入工藝的不同，和油井情況的匹配程度來(lái)進(jìn)行選擇不同的調(diào)剖劑。

4.2 長(zhǎng)6有用做調(diào)剖實(shí)驗(yàn)的理由和意義，比如油藏儲(chǔ)量巨大，采出程度很低，尤其是角井在開(kāi)發(fā)很短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)水淹現(xiàn)象，儲(chǔ)量動(dòng)用程度相當(dāng)?shù)汀?/p>

4.3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明締合聚合物深部復(fù)合調(diào)驅(qū)體系具有調(diào)堵裂縫或”賊層”的優(yōu)勢(shì)。

4.4 從對(duì)締合聚合物的機(jī)理和溶液性質(zhì)研究、締合聚合物調(diào)堵體系的機(jī)理以室內(nèi)評(píng)價(jià)以及水驅(qū)流向改變劑的機(jī)理和室內(nèi)研究可看出這種深部復(fù)合調(diào)驅(qū)體系具有抗鹽的特性，能夠適應(yīng)這種特殊水型。

4.5 一般而言，主要是通過(guò)聚合物地下交聯(lián)調(diào)剖起作用，該方法是將一定量的聚合物溶液與交聯(lián)劑混合后注入地層，在地層溫度條件下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，生成凍膠封堵高滲透層。這說(shuō)明該機(jī)理的理論依據(jù)得到了很好的證實(shí)，可以用作我們的大型試驗(yàn)。

反應(yīng)原理：六次甲基四胺在酸性介質(zhì)中加熱可產(chǎn)生甲醛——甲醛與間苯二酚反應(yīng)可生成多羥甲基間苯二酚——甲醛、多羥甲基間苯二酚均可與聚丙烯酰胺（PAM）發(fā)生交聯(lián)作用，生成復(fù)合凍膠體——多羥甲基間苯二酚與PAM縮聚。

4.6 六次甲基四胺在較高溫度下才能釋放出甲醛，因此可以延緩交聯(lián)時(shí)間。聚丙烯酰胺與多羥基酚反應(yīng)后，在分子鏈中引入苯環(huán)，可增強(qiáng)凍膠體的熱穩(wěn)定性。其典型配方（質(zhì)量%）為；PAM（相對(duì)分子質(zhì)量4×106～6×106，水解度5%～15%）0.6%～1.0%、六次甲基四胺0.12%～0.16%、間苯二酚0.03%～0.05%，pH=2～5。該調(diào)剖劑適用于我們靖安油井，井溫為60～80℃。

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