塔河碎屑巖油藏耐溫抗鹽有機凍膠堵水劑的發展

欒新星 胡建平

（中石化西北油田分公司采油一廠，新疆 巴州 841600）

1 有機凍膠耐溫抗鹽性能優化研究

1.1 有機凍膠堵水機理

（1）有機凍膠堵水機理

有機凍膠為少量水溶性聚合物和交聯劑（<10%）束縛大量自由水形成的膠體結構（>90%）。所用聚合物主要為聚丙烯酰胺及其衍生物，所用交聯劑主要為有機金屬（有機鈦、有機鋯等）、酚醛類（酚醛單體或預聚樹脂）、多元胺等。其不成比例的降低油、水滲透率，實現堵水疏油，主要堵水機理有以下三點：

①位阻效應

聚丙烯酰胺分子鏈上的極性基團通過氫鍵與巖石表明相吸附，在巖石表面形成薄膜，減小了孔縫通道，同時羧基強親水，分子鏈在水中伸展，增大了水流阻力，實現地層水滲透性減小。而在油相內壓縮聚合物分子，油相滲透率降低有限。

②潤滑效應

巖心隙壁表面的聚合物吸附層或凍膠層可減小隙壁表面的粗糙度，對水和油的流動阻力都有所降低。由于聚合物強親水，對水流動時不產生塞流，而對油流動時可產生塞流（滑脫效應），即隙壁表面對水和油的流動有不同的潤滑效應。

表1 單體有機凍膠耐溫抗鹽性能考察（130 ℃）

表2 無機硅酸鹽對常規凍膠體系性能影響（130 ℃）

圖1 130 ℃單體凍膠遇地層水后3d膠水界面未明顯收縮

圖2 無機-有機復合凍膠體系抗鹽性能考察（130 ℃）

圖3 常規凍膠與10 %微球凍膠強度對比（120 ℃）

③潤濕反轉提高油相滲透率效應

巖心隙壁表面的聚合物吸附層或凍膠層可使隙壁表面由親油變成親水，或使親水表面變得更親水，滲透率曲線整體向右移，束縛水飽和度增加，剩余油飽和度減小，相同含水情況下油相滲透率增大。

（2）有機凍膠侵蝕機理

聚丙烯酰胺羧基強親水，水解后分子鏈上帶負點，鹽所帶的正電荷能降低聚合物鏈同性斥力，表現為聚合物以及交聯在油相或者高鹽環境形成的網絡形態趨于收縮，短時間內膠體脫水率高，多價鹽在相同濃度下離子強度較一價鹽大3-8倍，脫水更嚴重。

1.2 優化技術思路

結合凍膠成凍機理，從以下三方面進行優化：

（1）加入疏水單體，增強凍膠分子內耐溫抗鹽性

利用兩種聚合物單體丙烯酰胺和疏水單體丙烯酸，加入引發劑和交聯劑，邊聚合邊交聯形成凍膠，疏水支鏈遮蔽聚合物主鏈，具有更好的耐溫抗鹽性。

（2）加入無機硅酸鹽類，增強凍膠分子間耐溫抗鹽性

將無機硅酸鹽凝膠引入配方體系，與有機弱凍膠形成互穿網絡，無機硅酸鹽凝膠能有效遮蔽地層水，保護聚合物分子鏈。

（3）加入油相或者沉淀類，增強凍膠分子外耐溫抗鹽性

常規凍膠相之外增加相滲類或者沉淀類堵劑（段塞式或者混合式組合）利用多孔介質相滲或者沉淀卡堵，逐級抵抗鹽水侵蝕，提高體系穩定性。

1.3 室內試驗

根據以上三種技術對策，分別進行室內實驗，考察其是否可行。

（1）增強凍膠分子內耐溫抗鹽性

以AM單體為主劑、引入疏水單體丙烯酸為增強劑的單體復合凝膠體系。該體系原液黏度與水相近，置于130℃恒溫烘箱中，成膠時間在12h-48h可調，成膠強度H-I級。將地層水置于凍膠中重新封閉，130℃下3d膠-水界面只有少量的侵蝕破壞，未明顯收縮，具有較強的耐高溫高鹽性。

※單體丙烯酸濃度1%、引發劑濃度150mg/L、增溶劑濃度1%。

（左為成凍后加入地層水封口；右為樣品高溫老化體積收縮情況）

（2）增強凍膠分子間耐溫抗鹽性

將無機硅酸鹽凝膠引入常規配方體系，與有機弱凍膠形成互物理互穿體系，堵劑綜合了無機硅酸鹽類堵劑耐高溫、抗高鹽的特性和有機高分子凍膠類堵劑選擇性強、韌性佳的特點。

室內實驗顯示，在130℃下，無機鹽類使凍膠強度增加，同時成凍時間延長。但當濃度大于5%時凍膠強度降低，且90d內不脫水。因此，無機增穩劑的適用濃度范圍為1%-4%。

將其放入130℃塔河地層水中，4d后體積小量收縮，目測收縮為初始體積的70%-80%，但仍然能夠保持完整性，繼續放置收縮速率減慢。

（3）增強凍膠分子間耐溫抗鹽性

將常規凍膠加入相滲類微球堵劑，注入安培瓶中密封，放入120℃恒溫箱中，觀察其強度和熱穩定性。結果顯示，加入10%微球溶液的凍膠強度明顯增大，并且幾乎不脫水，具有較好的耐溫性能。

利用巖心驅替實驗考察其抗鹽侵蝕性能，常規凍膠加入相滲類堵劑后，耐鹽性能大大增強，驅替12PV地層水時封堵率為98.6%、突破壓力為7.94MPa，而純凍膠封堵率降為96.5%、突破壓力2.81MPa。

1.4 綜合對比

分子內改性優點是單體聚合交聯，基液黏度低，特別適合深部注入，缺點是堵劑成本高；分子間改性優點是成本低廉，缺點是無機增穩劑與地層水反應沉淀封堵孔喉，多次堵水產生儲層傷害；分子外改性優點是利用相滲作用，阻隔地層水破壞，不改變孔滲結構，適合多次堵水，且工藝簡單，是今后研究應用的重點。

2 TK937H井新型凍膠堵水試驗情況

TK937H井位于塔河9區構造腰部，于2008年12月投產，2009年3月含水開始抬升，2011年8月含水至87%時堵水措施，累計注入無機-有機復合新型凍膠堵劑190.4m3，堵后日產液29↑49t，日產油4↑19.7t，含水86↓60 %；有效期205d，累計增油813.6t，取得較好增油控水效果。

結語

（1）通過在常規凍膠內加入疏水單體、無機硅酸鹽類、相滲類堵劑從分子內、分子間、分子外三方面進行耐溫抗鹽性能優化，室內實驗表明均能夠有效遮蔽聚合物主鏈，抵抗鹽水侵蝕，最終形成塔河有機凍膠耐溫抗鹽體系。

（2）綜合對比認為，分子外凍膠改性工藝簡單、易于操作，適合多輪次堵水，最為滿足現場要求，是今后研究改進的重點。

（3）TK937H新型耐溫抗鹽凍膠堵水先導試驗取得了較好效果，為塔河碎屑巖區塊穩油控水開發提供了一條有效的工藝途徑。

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