新型調(diào)驅(qū)劑羧甲基淀粉溶液封堵性能研究

王 博， 李明遠(yuǎn)

（1.遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧撫順113001；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京102249）

新型調(diào)驅(qū)劑羧甲基淀粉溶液封堵性能研究

王 博1， 李明遠(yuǎn)2

（1.遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧撫順113001；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京102249）

為了研究新型調(diào)驅(qū)劑羧甲基淀粉的封堵性能，以相同過(guò)濾體積下封堵時(shí)間的長(zhǎng)短為封堵性能的測(cè)定指標(biāo)，用溶劑法實(shí)驗(yàn)室自制羧甲基淀粉進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其封堵性能受羧甲基淀粉濃度、溶液礦化度及放置溫度和時(shí)間的影響。隨著羧甲基淀粉濃度和礦化度的增加，溶液的封堵性能提高；在70℃下，溶液的過(guò)濾時(shí)間隨放置時(shí)間呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；在90℃下相反，呈減小趨勢(shì)。

羧甲基淀粉； 封堵性能； 濃度； 礦化度； 放置時(shí)間

目前，中國(guó)已開(kāi)發(fā)油田多數(shù)已處于高含水階段，生產(chǎn)井的含水率普遍在80%以上。采出液中含水率高給采出液的處理、運(yùn)輸、管道腐蝕等帶來(lái)許多問(wèn)題。廣泛采用聚合物凝膠調(diào)剖技術(shù)可以起到封堵高滲透帶，降低含水率的作用［1－3］，但是這種聚合物凝膠只能對(duì)近井地帶進(jìn)行調(diào)剖，調(diào)剖范圍有限［4］。因而近年來(lái)對(duì)于深部調(diào)剖的研究逐漸發(fā)展起來(lái)。

我國(guó)具有豐富的淀粉資源［5］，改性淀粉作為調(diào)驅(qū)劑具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)。淀粉經(jīng)變性處理，分子鏈上增加了羧基，一定程度上改變了淀粉側(cè)鏈的構(gòu)成，同時(shí)進(jìn)一步破壞了淀粉的形態(tài)。羧基的存在大大提高了水溶性、吸附性和水化能力以及抗鹽能力，使得CMS形成沉淀的傾向減弱。CMS的吸附使粒子的擴(kuò)散雙電層斥力和水化膜粘彈性斥力增大，從而提高了調(diào)驅(qū)劑中粒子的聚結(jié)穩(wěn)定性，保持了粒子的多分散度［6］。利用以上優(yōu)點(diǎn)，將羧甲基淀粉應(yīng)用于堵水調(diào)剖提高原油采收率領(lǐng)域。通過(guò)改變合成條件，結(jié)合封堵實(shí)驗(yàn)，得到適用于油田使用的新型調(diào)驅(qū)劑。

1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

羧甲基淀粉：中國(guó)石油大學(xué)（北京）提高采收率實(shí)驗(yàn)室自制［7］。

溫五模擬水：中國(guó)石油大學(xué)（北京）提高采收率實(shí)驗(yàn)室配制，其組成如表1所示。

孤島模擬水：中國(guó)石油大學(xué)（北京）提高采收率實(shí)驗(yàn)室配制，其組成如表2所示。

纖維素微孔濾膜：孔徑為0.8μm膜直徑為47 mm，膜厚為100～150μm，北京北化黎明膜分離技術(shù)有限責(zé)任公司。

表1 溫五模擬水離子組成Table 1 The composition of Wenwu stimulation water mg/kg

表2 孤島模擬水離子組成Table 2 The composition of Gudao stimulation water mg/kg

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)室自制，如圖1所示。

恒溫箱：江蘇海安華達(dá)石油儀器廠。

Fig.1 The equipment of filtration experiment圖1 過(guò)膜實(shí)驗(yàn)裝置

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 新型調(diào)驅(qū)劑羧甲基淀粉配制

稱(chēng)取一定量的合成之后的羧甲基淀粉，加入一定量的模擬水，配制成一定質(zhì)量濃度的羧甲基淀粉。

2.2 過(guò)膜實(shí)驗(yàn)方法

微孔濾膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置和方法見(jiàn)文獻(xiàn)［8］，實(shí)驗(yàn)中所用的微孔濾膜由北京化工學(xué)校附屬工廠提供，孔徑為0.8μm，膜直徑為47mm，壓差為30kPa。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 羧甲基淀粉濃度對(duì)溶液封堵性能的影響

為了確定最佳的羧甲基淀粉質(zhì)量濃度，研究質(zhì)量濃度對(duì)羧甲基淀粉溶液封堵性能的影響，配制不同質(zhì)量濃度的羧甲基淀粉溶液，分別測(cè)定其封堵性能，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著羧甲基淀粉溶液質(zhì)量濃度的增大，其過(guò)膜時(shí)間變長(zhǎng)，封堵性能逐漸增強(qiáng)。分析原因可能為溶液質(zhì)量濃度增大，溶液中聚集體變大，因而其封堵性能增強(qiáng)。當(dāng)溶液質(zhì)量濃度小于1 000mg/L時(shí)，由于質(zhì)量濃度較小，羧甲基淀粉分子均勻分散在溶液中，溶液中粒徑較小，溶液基本上無(wú)法達(dá)到封堵效果。隨著質(zhì)量濃度增大，當(dāng)溶液質(zhì)量濃度達(dá)到1 500mg/L時(shí)，原本分散的羧甲基淀粉分子開(kāi)始聚集；而且由于支鏈的影響，聚集體之間開(kāi)始形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其封堵性能顯著改善。

Fig.2 Filtration volume of the sodium carboxyl methyl starch system versus filtration time curve on different concentration solution圖2 羧甲基淀粉質(zhì)量濃度對(duì)溶液封堵性能的影響

3.2 礦化度對(duì)羧甲基淀粉溶液封堵性能的影響

溶液礦化度是影響調(diào)驅(qū)劑封堵性能的重要因素。為了研究羧甲基淀粉在不同礦化度下的封堵性能，在溶液濃度相同的情況下，配制質(zhì)量濃度1 500 mg/L兩種現(xiàn)場(chǎng)模擬水（溫五模擬水和孤島模擬水）的羧甲基淀粉溶液，測(cè)定二者的封堵效果。結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，羧甲基淀粉在兩種模擬水中封堵性能差別很大，溫五水中的封堵性能遠(yuǎn)優(yōu)于孤島水中。其原因在于兩種的模擬水的礦化度存在差別，導(dǎo)致羧甲基淀粉在礦化水中存在形式不同，粒徑不同，從而影響溶液的封堵性能。膠體之所以能夠在溶液中保持穩(wěn)定，主要是由于雙電層的作用。在礦化度較小的溶液中，羧甲基淀粉以單分子或少量聚集體的形式存在；當(dāng)溶液的礦化度增大后，分子間發(fā)生了聚集現(xiàn)象，溶液中聚集體粒徑增大，溶液封堵性能提高。

Fig.3 Filtration volume of the sodium carboxyl methyl starch system versus filtration time curve in Wenwu and Gudao stimulation water圖3 羧甲基淀粉加溫五模擬水和孤島模擬水封堵性能

3.3 放置溫度和放置時(shí)間對(duì)溶液封堵性能的影響

調(diào)驅(qū)劑進(jìn)入油層并長(zhǎng)期發(fā)揮作用，就要求調(diào)驅(qū)劑在油層溫度下保持其膠體特性，從而保持其封堵性能。為了模擬調(diào)驅(qū)劑的使用環(huán)境，將羧甲基淀粉和溫五模擬水配制成質(zhì)量濃度為1 500mg/L羧甲基淀粉溶液放置于70℃和90℃烘箱中，放置不同時(shí)間分別測(cè)定兩個(gè)溫度下封堵性能變化，結(jié)果如圖4，5所示。

由圖4，5中可以看到，在90℃下相比于70℃下保存的溶液其過(guò)膜時(shí)間較短，封堵性較差。而且90℃保存的溶液隨著保存時(shí)間的加長(zhǎng)，其過(guò)膜時(shí)間越來(lái)越短，封堵性變差了，而70℃保存的溶液則恰恰相反，隨著保存時(shí)間加長(zhǎng)，其過(guò)膜時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，封堵性更好。原因在于羧甲基淀粉在90℃下穩(wěn)定性持續(xù)時(shí)間比較短，在水中產(chǎn)生了水解效應(yīng)，使溶液中膠體的粒徑減小，封堵性能變差。

Fig.4 Filtration volume of the sodium carboxyl methyl starch system versus filtration time curve at 70℃on different storage time圖4 在70℃下放置時(shí)間對(duì)羧甲基淀粉溶液封堵性能的影響

Fig.5 Filtration volume of the sodium carboxyl methyl starch system versus filtration time curve at 90℃on different storage time圖5 在90℃下放置時(shí)間對(duì)羧甲基淀粉溶液封堵性能的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

采用溶劑分步法制得的羧甲基化淀粉，具有較強(qiáng)的封堵性能，能夠用于低滲透率、礦化度較高的中溫油井的油田化學(xué)調(diào)驅(qū)劑。羧甲基淀粉溶液使用過(guò)程中，受到羧甲基淀粉溶液質(zhì)量濃度、溶液礦化度及放置溫度和放置時(shí)間的影響。隨著羧甲基淀粉溶液質(zhì)量濃度的增大，其封堵性能越來(lái)越好。隨著溶液礦化度的增大，溶液的封堵性能增強(qiáng)。

［1］Sydansk R D，Southwell G P.More than 12year’s experience with a successful conformance－control polymer－gel technology［J］.SPEPF，2000，15（4）：270－278.

［2］Zitha P L J，Botermans C W，Hoe K J.Control of flow through porous media using polymer gels［J］.Journal of applied physics，2002，92（2）：1143－1153.

［3］Seright R S，Liang J.A survey of field applications of gel treatments for water shut off［J］.SPE 26991，1994：221－231.

［4］林梅欽，辛見(jiàn)，李明遠(yuǎn)，等.交聯(lián)聚合物溶液的熱氧化及剪切安定性對(duì)其封堵性能的影響［J］.石油學(xué)報(bào)：石油加工，2009，25（6）：808－810.

［5］林志榮，高群玉，陳蓮英，等.羧甲基淀粉的制備和應(yīng)用［J］.現(xiàn)代食品科技，2005（21）：180－181.

［6］江雄知，崔麗麗，李和平.羧甲基淀粉的合成與應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代食品科技，2008，16（17）：25－25

［7］王博，郭俊呂.反應(yīng)條件對(duì)羧甲基淀粉封堵性能的影響［J］.應(yīng)用化工，2010，39（11）：1729－1731.

［8］林梅欽，韓飛雪，李明遠(yuǎn)，等.核微孔濾膜評(píng)價(jià)交聯(lián)聚合物溶液封堵性質(zhì)的研究［J］.膜科學(xué)與技術(shù)，2003，23（2）：12－14.

（Ed.：WYX，Z）

Plugging Properties of Novel Profile Control Agent Carboxymethyl Starch

WANG Bo1，LI Ming－yuan2

（1.School of Petrochemical Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun Liaoning113001，P.R.China；2.China University of Petroleum，Beijing102249，P.R.China）

Received19November2010；revised30December2010；accepted4January2011

To study the plugging properties of novel profile control agent carboxymethyl starch，it uses laboratory－made solvent carboxymethyl starch block experiment as the plugging time under the same filter volume to determine the performance indicators.It is found that the blocking performance is affected by carboxymethyl starch concentration，solution salinity and temperature and time of storage.With increasing the concentration of carboxymethyl starch and salinity，the sealing performance of the solution is improved；the solution of the filtration time is increasing trend at 70℃and is decreasing trend at 90℃with increasing storage time.

Carboxymethyl starch；Plugging properties；Concentration；Salinity；Storage time

.Tel.：＋86－413－6864227；e－mail：wang30227＠eyou.com

TE254.4

A

10.3696/j.issn.1006－396X.2011.01.020

2010－11－19

王博（1983－），女，河北昌黎縣，碩士。

1006－396X（2011）01－0086－03