耐溫抗鹽凝膠堵水調(diào)剖體系的研究與應(yīng)用

廖月敏，付美龍，楊松林

(1.長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 武漢 430100；2.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

中、低溫油田堵水調(diào)剖劑的研究早在20世紀(jì)50年代就已開(kāi)始，相關(guān)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年研究發(fā)展已基本成熟[1]。然而，現(xiàn)有的凝膠堵水調(diào)剖體系在高溫高鹽油田的應(yīng)用效果較差[2-8]，其主要原因在于：地層環(huán)境惡劣，高溫環(huán)境會(huì)使凝膠類物質(zhì)更易水解，導(dǎo)致其穩(wěn)定性變差，礦化度高時(shí)部分凝膠黏度會(huì)大幅下降甚至產(chǎn)生沉淀[9-10]；出水層位難確定，油田歷經(jīng)多年開(kāi)發(fā)，水流沖刷使得油藏中的裂縫既是水竄通道，也是油流的主要通道，采用非選擇性堵劑往往會(huì)堵死儲(chǔ)層而影響開(kāi)發(fā)[11-12]；油水關(guān)系復(fù)雜，水驅(qū)開(kāi)采后的剩余油分散且隱蔽，一般多集中在水流難以波及到的低滲區(qū)域[13-17]。上述地質(zhì)及開(kāi)發(fā)上的矛盾，對(duì)選擇性凝膠堵水調(diào)剖劑的研究造成了很多困難。針對(duì)以上問(wèn)題，研究了一種耐溫抗鹽的選擇性凝膠堵水調(diào)剖劑，并在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)剖施工中取得了較好的降水增油效果。

1 耐溫抗鹽凝膠堵水調(diào)剖劑配方優(yōu)選

1.1 AM/AMPS聚合物用量?jī)?yōu)選

與常規(guī)HPAM凝膠體系相比，丙烯酰胺共聚物AM/AMPS(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)具有更好的耐溫抗鹽性能，因此，選擇AM/AMPS為凝膠主劑。交聯(lián)劑烏洛托品-對(duì)苯二酚用量為0.1%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察不同AM/AMPS用量對(duì)凝膠強(qiáng)度和脫水率(30 d)的影響(圖1)。

圖1 AM/AMPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠強(qiáng)度和脫水率的影響

由圖1可知，隨著AM/AMPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，凝膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，脫水率逐漸下降。由于增大了主劑用量，參與交聯(lián)反應(yīng)的基團(tuán)增加，增大了交聯(lián)程度，因此，生成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更致密[18-19]。當(dāng)主劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，凝膠已經(jīng)具有較低脫水率和較高強(qiáng)度。考慮經(jīng)濟(jì)性，選擇凝膠堵水調(diào)剖劑中的AM/AMPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%。

1.2 交聯(lián)劑用量?jī)?yōu)選

目前常用的酚醛交聯(lián)體系中，苯酚對(duì)環(huán)境和儲(chǔ)層的破壞性都較大，故選用烏洛托品-對(duì)苯二酚這種毒性較低的替代組合作為交聯(lián)劑[20-21]。選取AM/AMPS用量為1.0%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察不同交聯(lián)劑用量對(duì)凝膠強(qiáng)度和脫水率(30 d)的影響(圖2)。

圖2 交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠強(qiáng)度和脫水率的影響

由圖2可知，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，凝膠脫水率先下降后上升，凝膠強(qiáng)度逐漸增加。若交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%時(shí)，凝膠交聯(lián)程度較低，持水性較差；當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，凝膠充分交聯(lián)，體系脫水率最低；繼續(xù)增大交聯(lián)劑用量，脫水率大幅上升，此時(shí)凝膠過(guò)度交聯(lián)，反而影響了凝膠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性[22-25]。綜合考慮凝膠脫水率和凝膠強(qiáng)度因素，選擇交聯(lián)劑烏洛托品-對(duì)苯二酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%。

1.3 穩(wěn)定劑用量?jī)?yōu)選

為了提高凝膠堵水調(diào)剖劑在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性，在凝膠堵水調(diào)剖劑中加入穩(wěn)定劑PA纖維，親水的PA纖維均勻分散于凝膠中，增強(qiáng)凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的致密性，提高凝膠持水能力，延長(zhǎng)凝膠在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定時(shí)間。

選取主劑AM/AMPS用量為1.0%，交聯(lián)劑烏洛托品-對(duì)苯二酚用量為0.1%，硫脲用量為0.3%，成膠溫度為140 ℃，考察穩(wěn)定劑用量對(duì)凝膠脫水率的影響(圖3)。

圖3穩(wěn)定劑P纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠脫水率的影響

由圖3可知：隨PA用量增加，脫水率總體上呈下降趨勢(shì)；當(dāng)PA纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%后，繼續(xù)增加PA纖維的用量，凝膠體系在30 d時(shí)均不脫水，凝膠體系的120 d脫水率有小幅上升趨勢(shì)。在配制凝膠堵水調(diào)剖劑過(guò)程中，當(dāng)PA纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%后，纖維在水中的分散性會(huì)變差，易聚結(jié)成團(tuán)，無(wú)法均勻分散在成膠液中，影響凝膠體系的交聯(lián)，導(dǎo)致穩(wěn)定性變差。因此，選擇穩(wěn)定劑PA纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。

2 凝膠堵水調(diào)剖劑性能評(píng)價(jià)

2.1 耐溫性

將配制好的凝膠體系分別置于90～150 ℃的高溫烘箱中，考察溫度對(duì)凝膠成膠強(qiáng)度和脫水率(120 d)的影響(圖4)。

圖4 溫度對(duì)成膠時(shí)間、凝膠強(qiáng)度和脫水率的影響

由圖4可知：該凝膠體系耐高溫性能良好，隨溫度升高，凝膠強(qiáng)度大幅升高，成膠時(shí)間縮短，120 d脫水率前期基本無(wú)變化，后期有所升高；當(dāng)溫度不超過(guò)140 ℃時(shí)，凝膠的120 d脫水率低于2%，凝膠強(qiáng)度依然大于0.05 MPa。該體系通過(guò)烏洛托品-對(duì)苯二酚交聯(lián)生成的共價(jià)鍵發(fā)生在酰胺基與聚合物骨架之間，通過(guò)共價(jià)鍵交聯(lián)的方式可顯著提高凝膠耐溫能力[26-27]；同時(shí)，交聯(lián)而成的致密聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可提高凝膠體系穩(wěn)定性，延長(zhǎng)體系出現(xiàn)破膠脫水的時(shí)間[28]。

2.2 抗鹽性

將配制好的凝膠體系置于140 ℃不同礦化度的模擬地層水環(huán)境中成膠，考察礦化度對(duì)凝膠體系成膠強(qiáng)度(由目測(cè)代碼法表征)和脫水率的影響(表1)。

表1 礦化度對(duì)凝膠的影響

由表1可知，隨著礦化度升高，凝膠成膠時(shí)間縮短，凝膠強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化，120 d脫水率上升。這主要是由于AM/AMPS共聚物中的單體體積較大，增大了分子的空間位阻，從而保護(hù)了聚合物主鏈，抑制酰胺基的水解，聚合物的耐鹽性能得以提高[29-30]；AMPS中的磺酸基團(tuán)也使凝膠具有更好的抗鈣性，降低了凝膠脫水量[31-32]。在實(shí)驗(yàn)考察的礦化度區(qū)間，凝膠體系的120 d脫水率均小于3.0%，表明該凝膠在高礦化度條件下具有良好穩(wěn)定性。

2.3 油水選擇性封堵評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.3.1 堵水率

向飽和自配地層水的巖心中反向注入凝膠堵水調(diào)劑體系，在140 ℃條件下成膠后，用自配地層水進(jìn)行正向驅(qū)替，驅(qū)替速度為0.05 mL/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，凝膠封堵后，巖心水相滲透率大幅降低，堵水性能良好，封堵率均在99.70%以上。當(dāng)成膠液注入巖心后，液體聚集滯留于巖心孔喉處。在140 ℃環(huán)境中，凝膠交聯(lián)成復(fù)雜互穿多次級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將水束縛在凝膠內(nèi)，形成高強(qiáng)度的黏彈體，整體充填在裂縫中。注水時(shí)，凝膠在裂縫中滯留，增大了水的滲流阻力[33-34]，水相滲透率大幅下降，達(dá)到封堵水層的目的。

2.3.2 堵油率

向飽和原油的巖心中反向注入凝膠體系，在140 ℃中成膠后，用原油進(jìn)行正向驅(qū)替。驅(qū)替速度為0.05 mL/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 巖心油驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，凝膠封堵后，巖心油相滲透率下降幅度較小，堵油率小于6.00%。由于凝膠結(jié)構(gòu)的表面含有大量的親水基團(tuán)，當(dāng)浸泡在油中，凝膠會(huì)出現(xiàn)蜷縮現(xiàn)象，而油會(huì)占據(jù)凝膠蜷縮時(shí)出現(xiàn)的空間。驅(qū)替時(shí)，凝膠在裂縫中更易被油流驅(qū)替，因此，油相滲透率下降較少，堵油率較低[35]。

結(jié)合堵水率和堵油率實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為該凝膠體系具有優(yōu)良的選擇性堵水效果，成膠后主要封堵水層，對(duì)油層基本不封堵，有利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

A42井位于AT油田4區(qū)西部，地層溫度為130 ℃，地層水礦化度為22×104mg/L，油藏底部與底水聯(lián)通，地層能量較豐富。該井自投產(chǎn)以來(lái)，自噴高含水生產(chǎn)，含水平均為52%，開(kāi)采1 a后，原油含水上升至87%。期間經(jīng)過(guò)2次堵水，效果有限，含水率迅速上升至90%以上。轉(zhuǎn)注后，對(duì)應(yīng)受效油井為B65井和B48井。

3.2 施工工藝

2017年9月，開(kāi)始對(duì)A42井進(jìn)行調(diào)剖施工，在5 438.5～5 546.0 m井段進(jìn)行了加砂調(diào)剖施工，注入井筒總液量為880 m3。最高施工泵壓為76.4 MPa，最高施工排量為5.9 m3/min。

為保證施工效果，采取段塞式注入工藝進(jìn)行調(diào)剖。施工前期首先進(jìn)行試注，油田砂進(jìn)入地層后，泵壓沒(méi)有明顯上升。從小型壓裂測(cè)試看，砂比為25%的油田砂可被AM/AMPS凝膠調(diào)剖液攜入地層。第1段塞正擠胍膠前置液100 m3。第2段塞正擠AM/AMPS體系共計(jì)410 m3，作為調(diào)剖液，該階段按10%、15%、20%砂比分階段加入陶粒，20%砂比的陶粒進(jìn)入地層后泵壓快速上升約10 MPa，有脫砂砂堵的跡象，及時(shí)停砂頂替。第3段塞加入陶粒與覆膜砂混合體系進(jìn)行封口。

3.3 施工效果分析

完成調(diào)剖施工后，2017年12月在A42井進(jìn)行溫度測(cè)井，測(cè)井資料顯示：主吸水層厚度占總吸水厚度的百分比由施工前的61%升至70%，液流出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)向，吸水層變厚，波及體積增大；A42井日注水為600 m3/d，注入壓力由施工前3.5 MPa降至2.5 MPa，注水井吸水能力上升，油層動(dòng)用狀況得到改善；對(duì)應(yīng)油井B65井和B48井產(chǎn)液量增加，含水率比施工前均有不同幅度的下降，油井含水上升趨勢(shì)得到控制，吸水優(yōu)勢(shì)通道得到有效封堵；單井日產(chǎn)油增加，產(chǎn)量提高(表4)。

表4 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

4 結(jié) 論

(1) 針對(duì)AT油田高溫高鹽的復(fù)雜環(huán)境，所研究的凝膠體系具有良好的耐溫性和長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性，在不超過(guò)140 ℃時(shí)，凝膠成膠時(shí)間大于15 h，120 d脫水率低于2%，凝膠強(qiáng)度依然保持在G級(jí)，同時(shí)還具有良好的耐鹽性。凝膠體系耐溫抗鹽性均可以滿足AT油田現(xiàn)場(chǎng)堵調(diào)需求。

(2) AM/AMPS凝膠體系封堵效果良好，堵水率達(dá)到99.70%以上，堵油率小于6.00%，可以達(dá)到選擇性封堵水層而不堵塞油層的目的，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果表明，采用分段式段塞注入AM/AMPS凝膠體系進(jìn)行調(diào)剖施工后，吸水層增厚，波及體積增大，產(chǎn)液量增加，含水率降低，取得了較好的增油效果。