防膨劑BHFP-02性能評價及現場應用

曹 新，王林杰，于兆坤，田初明

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452

油田長期大規模注水后，注水井壓力上升，無法達到油藏設計的注入量，通常采用酸化解堵措施達到降壓增注的目的。酸化解堵后敏感地層部分礦物表面裸露，注水易發生水化膨脹，需要進行防膨處理，防止地層黏土膨脹堵塞地層孔隙。通過室內試驗優選防膨劑并對防膨劑性能評價，結合現場施工得出防膨劑BHFP-02與注入水混合后無沉淀產生，作業后可有效抑制黏土礦物水化膨脹，對黏土起長期保護作用。

1 室內實驗

1.1 儀器和原料

離心機(轉速0～2 000 r/min)、離心管、天平(感量0.01 g)、固體粉碎機(JW-1或同類型產品)。

待檢測防膨劑(BHFP-02、BHFP-01、NFP-01)，膨潤土，煤油(經無水氯化鈣處理)，蒸餾水。

1.2 防膨劑的防膨率測試

防膨率評價：參考SY/T 5971—2016《油氣田壓裂酸化及注水用黏土穩定劑性能評價方法》和QH/S 2044—2008《海上油田注水井防技術實施規范》，通過測定膨潤土在煤油中的體積為參照，以防膨劑溶液和積膨脹增量評價防膨率。選取0.5 g膨潤土粉末分別與10 mL蒸餾水、10 mL質量分數為3%，4%，5%的各防膨劑溶液及10 mL經無水氯化鈣處理處理的煤油進行反應。防膨率計算公式如下[1]：

BL=(V2-V1)/(V2-V0)×100%

式中：BL—防膨率，%；V0—膨潤土在煤油中的體積，mL；V1—膨潤土在防膨劑中的體積，mL；V2—膨潤土在水中的體積，mL。

2 結果和討論

2.1 防膨劑及其用量

測試NFP-01、BHFP-01、 BHFP-02防膨劑在不同濃度下防膨率，結果見圖1。

圖1 防膨劑不同用量對膨潤土的防膨率

由圖1可以看出, BHFP-02防膨率最好,防膨效果最佳。另從BHFP-02防膨劑用量與防膨率曲線可以看出, 當防膨劑用量為3.0%時，已達到藥劑的有效平衡濃度，即黏土表面與防膨劑的多點吸附已經完全，黏土對防膨劑的吸附已經完全，增加用量，多余的防膨劑不會與黏土發生作用，保留在水溶液中。從室內實驗結果及經濟因素等考慮 ，建議現場使 用 BHFP-02防膨劑的質量分數為3%。

2.2 BHFP-02防膨劑的耐沖刷性能評價

試驗取1.25 g鈉基膨潤土放入25 mL的具塞刻度管內，加入質量分數為3%的BHFP-02溶液，搖勻，靜置48 h，測定其防膨率。然后將刻度管內的液體吸至黏土5 mL以上，加蒸餾水至刻度線25 mL處，充分振蕩搖勻，靜置48 h，水洗1次，重復水洗3次后考察防膨劑的耐水洗能力。BHFP-02防膨劑的耐沖刷測試數據見表1。

表1 BHFP-02防膨劑耐沖刷試驗結果

由表1可以看出，多次水洗沖刷后防膨率仍在89.2%，可見防膨劑BHFP-02的耐沖刷能力很強。

3 BHFP-02防膨劑作用機理

BHFP-02防膨劑是陽離子季銨鹽聚合物,具有防止黏土礦物膨脹和防止顆粒運移的雙重功能。陽離子基團可通過吸附中和黏土表面的負電荷，使它們之間的靜電排斥力減小，晶層收縮，抑制黏土膨脹。有機陽離子聚合物吸附多個黏土，黏土微粒橋接在地層表面，把多個黏土顆粒連接或橋聯在一起，從而起到抑制黏土分散和微粒運移的作用[2]，作用機理見圖2。

圖2 防膨劑陽離子季銨鹽聚合物穩定蒙脫石的動力學過程模擬

4 現場應用

4.1 防膨段塞濃度設計

4.1.1防膨液量設計

參考QH/S 2044—2008《海上油田注水井防技術實施規范》，防膨液用量計算公式如下：

Q=απ(R2-r2)hφ

式中:Q—防膨液用量， m3；R—防膨處理半徑，m；r—井筒半徑， m；h—有效吸水剖面厚度， m；φ—地層孔隙度；α—保障系數，無因次，一般選擇1.10～1.30。

4.1.2防膨段塞設計

參考陸地油田防膨作業，采用梯度遞減加藥方式[3]。在前期采用濃度較高的防膨劑進行前期防膨，使防膨分子穩定吸附在黏土顆粒表面，然后逐步減少防膨劑用量。陸地油田因注水量較低，后期低濃度連續長期注入，對于海上單井注水量大、施工空間及作業環境受限不適用。

目前海上防膨作業采用5%+3%+2%的濃度遞減設計，考慮近井地帶推進速度快，防膨劑在注入過程中，與巖石黏土的吸附作用是動態的過程，第一段塞注入高濃度5.0%，確保防膨劑與近井地帶巖石黏土充分吸附，控制近井地帶黏土不發生水敏性膨脹。第二段塞注入3.0%，第一段塞和第二段塞混合后藥劑濃度大于3.0%，在第三段塞2.0%推入過程中，段塞前段濃度保持在3.0%左右，可在處理半徑范圍內保障藥劑有效濃度，減少單井施工費用。

4.2 現場應用效果

現場采用評價主要指標為視吸水指數在施工前后的變化，即：視吸水指數=井口日注水量與井口注入壓力的比值，井口注入壓力為輔助指標。通過對渤海錦州油田現場實施的防膨井進行統計分析，主要從視吸水指數、井口注入壓力、井口注入量進行分類統計，發現防膨受效明顯44井次，見表2，受效不明顯19井次見表3。

表2 注水井防膨受效明顯井分類

表3 注水井防膨效果明顯井分類

分析錦州油田現場數據，防膨受效井評價時應考慮注水水質、油藏對配注量的調整、控制注水壓力等相關因素，僅由視吸水指數在防膨前后的變化來評價防膨效果過于片面。

5 結論及建議

1)BHFP-02防膨劑防膨性能優異，耐沖刷。3%BHFP-02為防膨劑最佳作業用量。

2)現場采用5%+3%+2%的濃度遞減防膨劑注入程序，既保證了防膨處理有效半徑內能達到3%左右的藥劑濃度，使藥劑的防膨性能達到最佳，又可降低了單井施工成本，減少了單井的作業費用。

3)防膨措施應選在油井轉注、水井投注、酸化、壓裂等涉及儲層動用、改造的措施后及時進行防膨作業。另宜考慮注水水質、注水井工作制度的變化對注水井進行周期性防膨，可保證注水井正常注入。