耐溫抗鹽懸浮隔板凝膠堵劑研究

左佳奇 關燦華 朱冬

摘 ?????要： 傳統溶洞型油藏可固化顆粒注入性較差，密度選擇性差，同時無機顆粒堵劑剛性大、變形能力弱、通過能力差，樹脂類堵劑無選擇性封堵作用等一系列問題，使得塔河油田堵水效果不佳。針對塔河油田堵水現狀，通過系統考察凝膠體系成膠強度和脫水率來篩選合成了一種耐溫抗鹽性復合凝膠體系，通過耐溫抗鹽性機理分析等方法對樣品進行評價，得到最佳配方：0.8%AM/AMPS+0.04%酚類交聯劑+0.04%醛類交聯劑+0.04%多酚+0.3%硫脲+0.1%POP+0.5%輕質纖維BX。結果表明，此凝膠體系具有良好的耐溫抗鹽性、熱穩定性和懸浮穩定性，在130 ℃時，30 d脫水率低于10%，凝膠成膠時間大于8 h，可耐礦化度達到223 000 mg/L。

關 ?鍵 ?詞：塔河油田;溶洞型油藏;堵劑;耐溫;抗鹽

中圖分類號：TE 358+.3 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0449-04

Abstract： The traditional karst cave reservoirs have poor injectability and poor density selectivity of solidified particles. At the same time， the inorganic particle plugging agent has large rigidity， weak deformation ability， poor passing ability， and resin plugging agent has not selective sealing effect. Due to above problems， the water blocking effect of Tahe oilfield is not good. Aiming at the current situation of water shut-off in Tahe oilfield， the gelatinization strength and dehydration rate of gel system were systematically investigated to screen out an temperature-resistant and salt-resistant gel system， and the gel system was evaluated by analyzing the properties of temperature and salt tolerance. The best formula was obtained as follows： 0.8% AM/AMPS+0.04% phenolic crosslinker+0.04% aldehyde crosslinker+0.04% polyphenol+0.3% thiourea +0.1% POP+0.5% lightweight fiber BX. The test results showed that the gel system had good temperature and salt resistance， thermal stability and suspension stability. At 130 °C， the dehydration rate was less than 10% at 30 °C， the gel gelling time was greater than 8 h， and its salinity tolerance reached 223 000 mg/L.

Key words： Tahe oilfield; Karst reservoir; Plugging agent; Temperature resistance; Salt resistance

塔河油田碳酸鹽巖儲層屬于古潛山型儲層[1]，儲層深度為大于5 400 m，儲層溫度可達130 ℃，地層水礦化度達到223 000 mg/L[2]。因受構造作用的影響，其儲滲空間的形態較多變、大小較懸殊、分布不均勻。對于溶洞型儲集體所具體存在的堵水問題，目前的應對措施通常為化學堵水[3-5]。

塔河油田四、六、七、八區堵水工藝主要有3種：機械堵水、水泥堵水、化學堵水[6]，但截止到2016.7.31堵水施工初步統計131井次，綜合成功率僅為50%左右，堵水效果較差。塔河油田溶洞型儲集體的油井在鉆井過程中易發生放空漏失[7]，在生產過程中除了由于油水黏度差異形成小幅的水錐外，其油水界面主要呈整體水平抬升，當油水界面達到井底溶洞的溢出頂端時，溶洞頂端的剩余油較難采出[8]。由于塔河油田原油密度為0.96～1.03 g/cm3，地層水密度為1.14 g/cm3，因此密度選擇性堵劑密度需介于1.03～1.14 g/cm3之間。但水泥類高強度堵劑的密度較大，漏失的速度較快，油藏的適應性較差，無法達到深部調剖目的;部分聚合物凝膠、微球具有一定的密度選擇性，但耐溫抗鹽性能差[9-11]。

本文針對塔河油田溶洞型儲集體，通過引入輕質纖維，提高堵劑密度選擇性，使凝膠易在油水界面形成隔板，有效將底水封隔，提高堵水有效率。

1 ?實驗部分

1.1 ?體系組分與儀器

主劑：AM/AMPS;交聯劑：酚類交聯劑、醛類交聯劑、多酚;穩定劑：POP;輕質纖維BX。

實驗用水為自配塔河模擬地層水，總礦化度：223 000 mg/L，離子質量濃度（mg/L）為：Na+ 73 298.4、Ca2+ 11 272.5、Mg2+ 1 518.8、HCO3- 183.6、Cl- 137 529.5。

實驗儀器：精密增力電動攪拌器，江蘇省金壇榮華儀器制造有限公司;分析天平，上海豪晟科學儀器有限公司;HH-s1數顯恒溫水浴鍋，金壇市金城國盛實驗儀器廠;USI350型恒溫箱，江蘇聯友科技儀器有限公司;Brooke Friye紅外光譜儀Tensor27，上海冉超光電科技有限公司。

2 ?實驗方法

2.1 ?凝膠體系配制

將聚合物配制成一定濃度的母液，按照一定比例用模擬水溶解酚類交聯劑、醛類交聯劑和多酚，然后向其加入一定比例的聚合物母液和硫脲，用攪拌器攪拌均勻，通過天平秤取20 g上述成膠液注入安瓿瓶中，利用酒精噴燈將安瓿瓶封口，最后將其置于恒溫箱中，考察成膠強度與脫水率。

2.2 ?性能測定方法

（1）熱穩定性評價

凝膠高溫穩定性的評價方法如下：

①將配好的溶液注入安瓿瓶中，用酒精噴燈密封安瓿瓶。

②把安瓿瓶裝進高溫罐。

③將高溫罐至于烘箱中，烘箱溫度保持恒定（140 ℃）。

（2）凝膠脫水率測定：配制好每一種成膠液，分別注入多根安瓿瓶，放置于不同老化罐中，在相應的天數取出其中1根，打開安瓿瓶，用分析天平稱出凝膠中析出水質量，用如下公式計算脫水率[12]（初始成膠液質量20 g）。

（3）凝膠強度測定

本次實驗中于成膠液成膠后采用強度代碼法[13]來測試凝膠強度，從而得到一個具體的凝膠強度區分（如表1所示）。

2.3 ?紅外光譜分析

當凝膠液在恒溫箱中強度達到H級別后，打開安瓿瓶，利用鼓風干燥箱使其徹底烘干，將干凝膠冷卻研磨成顆粒后進行紅外光譜分析。

2.4 ?微觀可視化模型研究

縫洞油藏微觀可視化模擬裝置由長江大學提供;通過裝置模擬實際環境，觀測樣品效果。

3 ?實驗結果與討論

3.1 ?堵劑配方優選

3.1.1 ?AM/AMPS、酚類交聯劑質量分數對凝膠影響

選取酚類交聯劑/醛類交聯劑質量比為1：1，硫脲用量0.3%，成膠溫度130℃，考察AM/AMPS、酚類交聯劑質量分數對凝膠影響，結果如圖1、圖2所示。

AM-AMPS分子結構中引入了甲基丙磺酸基團（丙烯酰胺共聚物具有比HPAM更好的耐溫和抗鹽性[14]），使分子空間位阻顯著增加，聚合物的水解與降解受到抑制，因而耐溫抗鹽性能大幅提高[15]，為由AM-AMPS配制耐溫抗鹽凝膠奠定了基礎[16]。

由圖1可知，當交聯劑質量分數一定時，隨著AM/AMPS質量分數增大，凝膠脫水率降低;當質量分數為0.8%時，再加量脫水率變化幅度不大。因考慮經濟效果，最終確定合成凝膠體系的AM/AMPS質量分數為0.8%。

由圖2可知，當AM/AMPS質量分數一定時，交聯劑質量分數增大，凝膠脫水率先減小后增大。當酚類交聯劑質量分數為0.05%時，凝膠脫水率最低，這可能是交聯劑質量分數因為較低，使凝膠的交聯密度過低，持水能力較差，從而脫水率較高。但僅用酚類交聯劑、醛類交聯劑兩種交聯劑，凝膠5 d脫水率均大于20%，因此考慮再加入一種助交聯劑，使凝膠體系進一步穩定。

3.1.2 ?助交聯劑（0.05%）對凝膠的影響

選取酚類交聯劑/醛類交聯劑質量比為1∶1，AM/AMPS用量為0.8%，硫脲用量0.3%，成膠溫度130 ℃，考察助交聯劑（0.05%）對凝膠性能的影響，結果如圖3所示。

3.1.3 ?交聯劑質量分數對凝膠的影響

選取酚類交聯劑、醛類交聯劑、多酚的用量比定為1∶1∶1，AM/AMPS用量為0.8%，硫脲用量0.3%，成膠溫度130 ℃，考察交聯劑質量分數對凝膠強度、成膠時間、脫水率的影響，結果如表2所示。

由表2可知，交聯劑質量分數增加，凝膠強度增加，成膠時間縮短，脫水率先降低后升高，交聯劑用量為0.04%時，凝膠脫水率最低，因此選擇0.04%作為酚類交聯劑、醛類交聯劑、多酚的使用濃度。因其在現有最優條件下30 d時脫水率達到8.9%，需通過加入穩定劑POP來提高凝膠的穩定性。

3.1.4 ?交聯劑質量分數對凝膠的影響

選取酚類交聯劑、醛類交聯劑、多酚的用量均為0.04%，AM/AMPS用量為0.8%，硫脲用量0.3%，成膠溫度130 ℃，考察穩定劑POP質量分數對凝膠性能的影響，結果如圖4所示。

根據上述實驗結果，最終確定凝膠的最佳配方：0.8%AM/AMPS+0.04%酚類交聯劑+0.04%醛類交聯劑+0.04%多酚+0.3%硫脲+0.1%POP+0.5%輕質纖維BX。

3.2凝膠體系結構表征

通過紅外光譜觀察耐溫抗鹽性復合凝膠體系化學結構表征（如圖5所示）。

在圖譜中，凝膠體系1 203 cm-1處出現了明顯的振動吸收峰，歸屬于苯環中的C-H振動吸收峰，由此說明芳環交聯劑成功引入到了凝膠結構中;正常情況下酰胺基中的C=O的振動吸收峰在1 600 cm-1處，但該圖譜中的酰胺基中的C=O的振動吸收峰移至1 629 cm-1處，發生明顯的移動，說明AM/AMPS中的酰胺基與交聯劑發生了交聯反應。在1 403 cm-1處出現了明顯的吸收峰，該峰屬于烯烴的C-H彎曲振動吸收峰，由此說明凝膠中含有輕質纖維BX。

4 ?結 論

（1）研制出的耐溫抗鹽性復合凝膠最優配方為：0.8%AM/AMPS+0.04%酚類交聯劑+0.04%醛類交聯劑+0.04%多酚+0.3%硫脲+0.1%POP+0.5%輕質纖維BX。

（2）針對于塔河油田高溫高鹽的復雜環境，此凝膠體系具有良好的耐溫性和熱穩定性，在130 ℃時，30 d脫水率低于10%，凝膠成膠時間大于8 h。同時還具有良好的抗鹽性，可耐礦化度達到223 000 mg/L。

參考文獻：

[1]屈紅軍. 阿克庫勒凸起加里東期巖溶作用與儲層發育規律[A]. 中國礦物巖石地球化學學會.第九屆全國古地理學及沉積學學術會議論文集[C].中國礦物巖石地球化學學會，2006：2.

[2]龍秋蓮. 塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏堵水機理研究[D].中國地質大學（北京），2009.

[3]榮元帥，高艷霞，李新華.塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏堵水效果地質影響因素[J].石油與天然氣地質，2011，32（06）：940-945.

[4]姚翔，董杰，楊慧，楊雪. 碳酸鹽巖油藏化學堵水工藝研究與評價[J].石油化工應用，2012，31（08）：61-64.

[5]甘露，石凱，張淑華.塔河原油脫鹽脫水研究最新進展[J].當代化工，2013，42（12）：1652-1654.

[6]王建云.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏堵水工藝技術淺談[J].新疆石油天然氣，2005（02）：62-68+2-1.

[7]李陽. 塔河油田奧陶系碳酸鹽巖溶洞型儲集體識別及定量表征[J].中國石油大學學報（自然科學版），2012，36（01）：1-7.

[8]杜立濱.碳酸鹽巖油藏油井堵水效果評價——以塔河油田為例[J].中國高新技術企業，2008（16）：89+92.

[9]楊建清. 縫洞型碳酸鹽巖油藏密度選擇性堵水工藝技術研究[D]. 西南石油大學，2013.

[10]潘國臣，劉鋒，徐偉，王正榮.塔河油田嚴重漏失井擠水泥堵水工藝研究[J].鉆采工藝，2013，36（02）：12-14+147.

[11] 何星，吳文明，李亮.密度選擇性堵水工藝在縫洞型油藏中的應用[J].斷塊油氣田，2013，20（03）：380-383.

[12]黎慧，戴彩麗，魏子揚，等. 適用于海上油田的耐溫抗鹽速溶凍膠堵劑的研究[J].石油鉆采工藝，2014，36（3）：96-99.

[13]SYDANSK R D.Acrylamide-polymer/chromium（Ⅲ）-carboxylate gelsfor near wellbore matrix treatments[J]. SPE Advanced Technology Series，1993，1（1）：146-152.

[14]張玉平，葉彥春，郭燕文，張軍良.耐溫抗鹽型丙烯酰胺共聚物的研究進展[J].應用化工，2005（10）：11-13.

[15]Audibert A，Argillier J F.Thermal stability of sulfonated Polymers[J].SPE 2995，1995.

[16]李奇，蒲萬芬，王亞波，耿向飛.AM/AMPS共聚物的合成與性質研究[J].應用化工，2012，41（02）：300-303+313.