氮?dú)馀菽袒{(diào)堵技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

郭永貴, 周久穆, 周曉峰

(1大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠 2東北石油大學(xué)非常規(guī)油氣研究院)

稠油油藏由于其本身非均質(zhì)性及蒸汽吞吐所導(dǎo)致的物性變化極易出現(xiàn)竄流帶，從而導(dǎo)致開發(fā)效果逐次變差。雖然常規(guī)的調(diào)剖堵水技術(shù)在常規(guī)油藏的穩(wěn)油控水中起到了極其重要的作用，但是由于其耐溫性能有限，因而不適用于蒸汽吞吐開發(fā)的稠油油藏[1-3]。針對(duì)此情況，急需開展一種適合于稠油油藏蒸汽吞吐過程中穩(wěn)油控水的技術(shù)。

泡沫作為調(diào)驅(qū)流體能夠有效地封堵竄流通道，達(dá)到提高采收率的目的。目前，美國(guó)的稠油油藏在蒸汽驅(qū)中使用泡沫劑控制汽竄，國(guó)內(nèi)的新疆、遼河等油田也正在開展相關(guān)試驗(yàn)[4-8]?；诖?，本文提出氮?dú)獍l(fā)泡，樹脂固化封堵技術(shù)，先用氮?dú)馀c發(fā)泡劑溶液混合發(fā)泡，再與固化劑混合形成泡沫漿體，隨后注入儲(chǔ)層竄流通道固化形成泡沫固體結(jié)構(gòu)。從而解決目前稠油蒸汽泡沫調(diào)剖技術(shù)存在的技術(shù)難題[9-11]。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 實(shí)驗(yàn)藥品及裝置

固化劑體系：酚醛樹脂固化劑，自制；改性環(huán)氧樹脂，東營(yíng)強(qiáng)品化工公司，發(fā)泡劑：表面活性劑1227，東營(yíng)強(qiáng)品化工公司，發(fā)泡穩(wěn)定劑：聚合物(1400×104)，山東寶莫化工，物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置(恒溫箱、中間容器、氮?dú)馄?、壓力傳感器、填砂管?，發(fā)泡用攪拌器；實(shí)驗(yàn)用水為自來水。

2. 體系配方優(yōu)化

氮?dú)馀菽袒w系為：固化劑+環(huán)氧樹脂+表面活性劑1227+聚合物+氮?dú)?水。固定體系中的其它組分，改變其中某一組分的比例后在靜態(tài)條件下考察體系的性能變化情況。

3. 體系性能測(cè)試

優(yōu)化出體系的最佳配方后，考察其抗溫、抗酸堿性、抗壓能力。通過物理模擬實(shí)驗(yàn)考察其動(dòng)態(tài)性能，包括封堵率、封堵強(qiáng)度、穩(wěn)定性等參數(shù)。

二、結(jié)果與討論

1. 體系配方確定

1.1 發(fā)泡劑濃度對(duì)體系性能的影響

發(fā)泡劑濃度對(duì)體系性能的影響結(jié)果如圖1所示。體系中其它組分為：0.4%固化劑、6%環(huán)氧樹脂、0.2%聚合物、水。體系總液量為30 mL，待攪拌均勻后通入氮?dú)?，用特定的攪拌器劇烈攪拌直至發(fā)泡體積不再變化。從圖1中可看出，在發(fā)泡劑濃度為0.4%～0.5%時(shí)較合適。當(dāng)發(fā)泡劑濃度較小時(shí)，隨著發(fā)泡劑濃度的增加，發(fā)泡體積增加并達(dá)到最大值，隨著發(fā)泡劑濃度的繼續(xù)增加，發(fā)泡體積開始逐漸減少。濃度較低時(shí)，表面吸附低，增加濃度，表面吸附量隨之增大，表面張力進(jìn)一步降低，發(fā)泡能力增強(qiáng)。在表面吸附達(dá)到飽和后，濃度進(jìn)一步增加，Marangoni效應(yīng)減弱，發(fā)泡體積減少。

1.2 聚合物濃度對(duì)體系性能的影響

聚合物濃度對(duì)泡沫穩(wěn)定性能的影響結(jié)果如圖2所示。體系中其它組分為：0.4%固化劑、6%環(huán)氧樹脂、水。從圖2可看出，隨著聚合物的加入，泡沫的半衰期延長(zhǎng)，穩(wěn)定性增加。聚合物為高分子聚合物，加入后可從兩方面提高泡沫的穩(wěn)定性，一是降低液體表面張力，提高泡沫薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的黏彈性，減小泡沫的透氣性，增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性;第二類是增黏性物質(zhì)，通過提高液相黏度來減緩泡沫的排液速率，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。從圖2中可知，聚合物濃度在0.2%時(shí)較合適。

圖2 常溫下聚合物濃度對(duì)泡沫性能的影響

1.3 固化劑對(duì)體系性能的影響

固化劑對(duì)體系性能的影響如圖3所示。體系中其它組分為： 6%環(huán)氧樹脂、0.4%發(fā)泡劑、0.2%聚合物、水。從圖3中可知，隨著固化劑濃度的增加，固化劑與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)加快，固化時(shí)間縮短，結(jié)合礦場(chǎng)施工時(shí)間可知，濃度為0.4%的固化劑是較合適的。

圖3 65℃下固化劑濃度對(duì)泡沫固化性能的影響

1.4 環(huán)氧樹脂對(duì)體系性能的影響

環(huán)氧樹脂對(duì)體系性能的影響如圖4所示。體系中其它組分：0.4%固化劑、0.4%發(fā)泡劑、0.2%聚合物、水。隨著環(huán)氧樹脂濃度的增加，體系固化后的包裹膜變厚變強(qiáng)，因而抗壓能力增強(qiáng)。從圖4中可知，濃度為6%的環(huán)氧樹脂較合適。

圖4 環(huán)氧樹脂濃度對(duì)體系性能的影響

2. 體系適應(yīng)性能分析

2.1 抗溫性能

體系的抗溫能力如圖5所示。從圖5中可知，泡沫固化調(diào)剖體系的熱失重率隨著溫度的升高稍有增加。在350℃以下時(shí)，體系的熱失重率基本維持不變；在高于400℃以上的溫度區(qū)間，體系的熱失重率開始大幅增加。說明在低于400℃的溫度區(qū)間，體系的耐高溫性能非常穩(wěn)定。

圖5 體系的抗溫性能

2.2 抗酸堿性

泡沫固化調(diào)剖體系的耐酸堿能力如圖6所示。從圖6中可知，泡沫固化調(diào)剖體系在強(qiáng)酸性介質(zhì)中失效，而當(dāng)pH在5～9的環(huán)境中能穩(wěn)定存在，而地層水的pH值一般在6～8之間，因此，泡沫固化調(diào)剖體系能滿足油藏的地層環(huán)境。且在施工過程中如果處理不當(dāng)需要解堵時(shí)可以直接注酸，不會(huì)造成施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 泡沫固化體系抗酸堿能力(350℃)

2.3 抗鹽性

泡沫固化調(diào)剖體系的抗鹽能力如圖7所示。從圖7中可知，泡沫固化調(diào)剖體系具有較強(qiáng)的抗鹽能力，在礦化度為0～70 000 ppm的范圍之間能保持很好的性能。

圖7 泡沫固化體系抗鹽能力(350℃)

表1 氮?dú)馀菽袒w系的封堵能力(填砂管長(zhǎng)1m)

3. 體系動(dòng)態(tài)性能分析

利用填砂管實(shí)驗(yàn)測(cè)試泡沫固化體系的動(dòng)態(tài)性能，結(jié)果如表1所示。從表1中可知該泡沫固化體系具有很強(qiáng)的封堵能力和很高的突破壓力，在多孔介質(zhì)中的封堵效率均在98%以上，突破壓力在5 MPa以上。

三、結(jié)論

(1)通過室內(nèi)試驗(yàn)優(yōu)化出了一種氮?dú)馀菽袒{(diào)剖體系，體系的最佳配方為：0.4%固化劑+6%環(huán)氧樹脂+0.4%表面活性劑1227+0.2%聚合物+水。

(2)氮?dú)馀菽袒{(diào)剖體系具有較好的抗溫性，抗鹽性和抗酸堿性。動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)說明泡沫固化調(diào)剖體系具有很強(qiáng)的封堵能力，能夠很好的封堵竄流通道擴(kuò)大波及體積。