一種陽離子乳化瀝青堵劑實驗研究

黃 波，陳維余，史 斌，易 飛，彭齊國

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457）

一種陽離子乳化瀝青堵劑實驗研究

黃 波，陳維余，史 斌，易 飛，彭齊國

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457）

探索了用一種特殊的陽離子乳化瀝青替代稠油研發的新型油田堵水劑，在中高溫、無稠油資源的條件下應用于油井堵水作業的可能。實驗研究結果表明，在陽離子乳化瀝青濃度 20%～40%、90 ℃條件下，巖心封堵率大于98%，封堵強度大于2 MPa/m，同時能夠優先進入高含水層，滿足油藏選擇性堵水的技術需求。

陽離子乳化瀝青；選擇性堵劑；流動性；封堵性

水分散乳化稠油堵劑適合具備稠油資源（稠油粘度為300～3 000 mPa?s）、中等溫度的油藏，對于其他不具備稠油資源或稀油油田（原油粘度低于300 mPa?s）、高溫油藏，乳化稠油堵劑不適應，主要體現在以下幾點：

①高溫問題，乳化稠油堵劑是通過乳化劑把原油乳化形成粘度更高的W/O乳狀液，而對出水層位進行封堵。但體系是以稠油為主體，其體系熱敏性強，高溫下體系粘度大幅下降，尤其油藏溫度超過90 ℃，體系強度很難滿足堵水的要求[1～3]。

②油源選擇問題，在稠油性質不合格或不具備稠油資源的情況下，乳化稠油堵劑就難以應用。因此如何得到可替代稠油的資源是關鍵，本文探索一種陽歷子乳化瀝青，在針對中高溫、無稠油資源的條件下作為一種堵劑的可能。

1 陽離子乳化瀝青堵劑的制備

陽離子乳化瀝青堵劑就是將改性石油瀝青、水、特種陽離子乳化劑、乳液穩定劑等按一定的比例，在適宜的溫度、一定機械攪拌等作用下，使改性瀝青以細小的微粒（0.1～10.0μm）均勻地分散成相對穩定的懸浮液。

2 陽離子乳化瀝青堵劑堵水機理

陽離子乳化瀝青中的改性石油瀝青被陽離子乳化劑吸附包裹分散于水相中，表現出較低的表觀粘度，能夠選擇性進入含水飽和度高的地層；在地層條件下，體系中受溫度和陽離子乳化劑物理化學吸附的影響，加入破乳劑或受地層負電荷影響，分散體系穩定性破壞，瀝青質顆粒析出相互聚并形成高粘體系，從而封堵高含水地層，達到堵水目的。

其增稠示意圖見圖1、圖2所示。

圖1 陽離子乳化瀝青破乳前Fig.1 Cation emulsified asphalt before the demulsification

圖2 陽離子乳化瀝青破乳后Fig.2 Cation emulsified asphal after demulsification

3 實驗材料及儀器

3.1 實驗材料

CH-66型乳化瀝青體系：軟化點80 ℃。

十八烷基三甲基溴化銨（OTAB）：成都科龍試劑廠。

十二烷基二甲基氧化胺（OA-12）：山東長鏈化學有限公司。

實驗用水：SZ36-1油田模擬水。

石英砂：40～70目。

3.2 實驗儀器

HY-1型巖心流動實驗裝置：揚州華寶石油設備儀器廠，溫度測定范圍 20～150 ℃，壓力測定范圍0～50 MPa，儀器流程見圖3。

圖3 HY-1型巖心驅替實驗流動裝置流程圖Fig.3 The flow chart of displacement experiments

4 實驗結果與討論

4.1 配方研究

陽離子瀝青乳液堵劑是一種多相分散體系，液珠與介質之間存在著很大的相界面，體系的界面能很大，屬于熱力學不穩定體系[4]，而堵劑體系的穩定是注入、封堵等后繼堵水作業的前提。

實驗通過不同瀝青含量、不同陽離子乳化劑濃度與乳液破乳時間研究，優化出不同瀝青含量乳狀液配方。實驗結果見表1。

表1實驗結果表明，不同瀝青含量的乳狀液體系，表活劑濃度不同，通過改變表活劑濃度，可以有效控制乳狀液破乳時間，滿足不同注入工藝要求。

表1 不同瀝青含量CH-66瀝青乳液穩定性能Table 1 The stability of CH-66 with different asphalt concentration

4.2 注入性研究

陽離子乳化瀝青帶正電，而地層巖石表面帶負電荷，注入過程中，由于受地層電負性影響，陽離子乳化瀝青破乳釋放高粘瀝青，如果破乳速度太快，容易導致后續注入困難，影響措施效果[5]。實驗利用HY-1型巖心流動實驗裝置，通過填砂模型未處理、加陽離子預處理兩種方式，評價不同方式下體系的流動性。

實驗結果見圖4、圖5。

圖4 90 ℃下不同濃度CH-66瀝青體系的注入性Fig.4 The injection performance of CH-66 (90 ℃)

圖5 石英砂預吸附后90 ℃下CH-66瀝青體系的注入性Fig.5 The injection performance of CH-66 after quartz sand adsorption (90 ℃)

實驗發現注入一段時間后，未處理填砂模型中，CH-66瀝青在注入管線和填砂管的入口處堆積、破乳，后續無法注入，后續經陽歷乳化劑預吸附后，10%～40%瀝青含量的堵劑體系能夠順利注入，且注入壓力保持較低水平，50%含量瀝青體系壓力上升較高，推薦現場采用陽歷乳化劑預吸附、10%～40%瀝青含量體系。

4.3 選擇性研究

并聯不同含油飽和度的填砂管，注入陽離子乳化瀝青堵劑，記錄各管產出液量，考察堵劑注入選擇性，實驗結果見表2。

表2 陽離子乳化瀝青注入選擇性評價表Table 2 The injection performance of cation emulsified asphalt

表2實驗結果表明，隨著含油飽和度的降低，進入填砂管的乳化稠油堵劑的流量增加，對于3#填砂管，含油飽和度為 10.7%，該管堵劑分流量為83.6%，表明陽離子乳化瀝青的注入具有選擇性，優先進入含水飽和度高的層位。

4.4 增粘性研究

CH-66型乳化瀝青體系破乳后的高溫粘溫曲線見圖6。

圖6 CH-66型乳化瀝青體系破乳后粘溫曲線Fig.6 The viscosity-temperature curve of CH-66 after demulsification

試驗結果表明，陽離子改性乳化瀝青破乳后粘溫性能良好，增粘性強。

4.5 封堵性研究

利用巖心驅替物摸實驗，評價瀝青含量10%～40%乳液體系封堵率、封堵強度，實驗用填砂管模型參數見表3。

實驗結果見圖7。

圖7實驗結果表明，在瀝青濃度20%～40%時，在 90 ℃條件，堵劑體系能夠建立有效封堵，巖心封堵率＞98%，封堵強度＞2 MPa·m-1，滿足堵水堵劑要求。

表3 實驗巖心參數Table 3 The parameters of core

圖7 90 ℃條件下CH-66不同濃度體系封堵率與封堵強度Fig.7 The plugging performance of CH-66 (90 ℃)

5 結 論

（1）新型陽離子乳化瀝青堵劑，在瀝青濃度20%～40%時，90 ℃條件下，巖心封堵率＞98%，封堵強度＞2 MPa·m-1，堵劑能夠優先進入高含水層，解決高溫、無稠油油藏選擇性堵水技術需求；

（2）通過改變乳化劑濃度，乳狀液破乳時間可控，在堵劑注入工藝上，通過對巖心預處理，可有效解決堵劑在管線、巖心端面破乳問題，保障堵劑的順利注入；

（3）陽離子乳化瀝青堵劑研究為高溫、無稠油油藏選擇性堵水提供一種新的治理思路。

［1］高玉軍,白寶君. 高選擇性乳化稠油堵水技術[J]. 油田化學,1997,14(3):224-229.

［2］魏發林,劉玉章,唐孝芬,等. 新型選擇性堵水劑的研究與應用進展[J]. 油田化學,2007,24(1):93-96.

［3］孟江,張燕,龍學淵,等. 乳化稠油中多重乳滴的形成及對乳狀液性質的影響[J]. 油田化學,2009,26(4):441-445.

［4］施來順,曹曉新等. 影響陽離子乳化瀝青破乳時間因素的探討[J].山東大學學報（工學）,2003, 33 (1): 41-43+46.

［5］楊玉良,李躍明,等. 瀝青在石油鉆井中的研究與應用[J]. 新疆石油天然氣, 2010,6(1):59-62.

Experimental Study of Cation Emulsified Asphalt Plugging Agent

HUANG Bo，CHEN Wei-yu，SHI Bin，YI Fei，PENG Qi-guo
（CNOOC Energy Technology & Services-Engineering Technology Company, Tianjin 300457, China）

The probability to use a new kind of cation emulsified asphalt plugging agent to carry out oil well water shutoff in the condition of medium-high temperature and lack of heavy oil was discussed. The results indicate that the plugging rate is more than 98% and the plugging strength is 2 MPa/m or higher in the condition of 90 ℃ and the cation emulsified asphalt concentration between 20% and 40%. The plugging agent can enter into the layers with high water-cut and reach the technical demand of selective water plugging.

Cation emulsified asphalt; Selective plugging agent; Flow ability; Plugging capacity

TE 357

A

1671-0460（2014）11-2219-03

中海油技術發展項目“海上油田乳化稠油堵劑體系研究與應用”，項目號：C/KJF JDCJF 007□2010。

2014-05-09

黃波（1974-），男，湖北麻城人，高級工程師，1997年畢業于原江漢石油學院采油工程專業，主要從事三次采油及增產措施技術的研究應用和管理工作。E-mail：huangbo@cnooc.com.cn。

孟科全（1983-），男，工程師，碩士，主要從事調剖堵水及井間示蹤監測技術研究及應用工作。E-mail：mengkq@cnooc.com.cn。