金 志 郭茂雷 申哲娜

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院， 西安 710075)

?

低溫復(fù)合交聯(lián)凝膠調(diào)剖劑配方的研制

金 志 郭茂雷 申哲娜

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院， 西安 710075)

針對(duì)低溫環(huán)境下普通凝膠體系成膠困難，強(qiáng)度低，注入能力差，難以有效封堵裂縫竄流通道等問題，研究了一種低溫復(fù)合交聯(lián)凝膠調(diào)剖劑。該調(diào)剖劑采用有機(jī)鉻作為第一交聯(lián)劑，酚醛樹脂作為第二交聯(lián)劑，醋酸氨作為促凝劑，硫脲作為穩(wěn)定劑，其最優(yōu)配方為聚合物HPAM(0.300%)+交聯(lián)劑J1(0.050%～0.075%)+交聯(lián)劑J2(0.020%～0.030%)+促凝劑CSA(0.020%～0.030%)+除氧劑LN(0.020%)。該體系初始黏度190 mPa·s，凝膠體系成膠后強(qiáng)度可以達(dá)到H級(jí)，能夠有效封堵裂縫竄流通道，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

低溫； 調(diào)剖劑； 復(fù)合交聯(lián)； 裂縫油藏

延長(zhǎng)油田王家灣油區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，主力含油層位為長(zhǎng)2油層，地層溫度35～42 ℃，平均地層溫度為36 ℃，滲透率變化較大，平均值為7.96×10-3μm2，屬于典型的低溫低滲油藏。地層水礦化度為28 606 mg/L，水型為氯化鈣型。近年來隨著注水開發(fā)的推進(jìn)，油層的高滲透帶及裂縫成為水竄的主要通道，導(dǎo)致無效注水，部分油井出現(xiàn)暴性水淹。

針對(duì)王家灣低溫油藏用的凝膠類調(diào)剖劑，必須解決2個(gè)關(guān)鍵問題：第一，能否有效對(duì)裂縫竄流通道進(jìn)行封堵；第二，能否具有良好的選擇性，避免對(duì)微裂縫等非目的層造成不必要的傷害[1]。解決上述2個(gè)問題，首先應(yīng)該考慮低溫環(huán)境下凝膠的成膠問題；其次考慮其成膠時(shí)間和強(qiáng)度等問題。然而單一有機(jī)酚醛類交聯(lián)劑對(duì)成膠溫度要求較高，在低溫環(huán)境下成膠緩慢或不成膠；高價(jià)金屬類交聯(lián)劑成膠溫度范圍較廣，成膠速度較快，但其穩(wěn)定性差。綜合考慮認(rèn)為，采用復(fù)合交聯(lián)凝膠體系能夠互補(bǔ)上述2種交聯(lián)劑的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低溫裂縫油藏的深部調(diào)剖[2-3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑

聚合物：HPAM分子量500×104，水解度25%；甲醛、苯酚、間苯二酚、醋酸鈉、氯化鉻、CUS醋酸、CAS草酸、CSA醋酸銨、硫脲LN。

1.2 交聯(lián)劑配制

(1) 有機(jī)鉻交聯(lián)劑J1的配制。按1∶3的摩爾比稱取六水合氯化鉻(Ⅲ)、醋酸鈉，配制成含Cr3+1%的醋酸鉻溶液，15 ℃的恒溫條件下老化24 h。

(2) 酚醛交聯(lián)劑J2的配制。取100 mL的甲醛倒入廣口瓶中，再稱取1.0 g間苯二酚，攪拌均勻，配制成含多羥基酚1%的溶液，15 ℃的恒溫條件下老化24 h。

1.3 凝膠強(qiáng)度代碼標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)目測(cè)代碼評(píng)價(jià)方法，觀測(cè)調(diào)剖劑成膠狀態(tài)確定成膠時(shí)間。體系由溶液A變成流動(dòng)凝膠C所經(jīng)歷的時(shí)間，為初始成膠時(shí)間[4]。凝膠強(qiáng)度代碼標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合物濃度對(duì)成膠性能的影響

聚合物的分子量對(duì)凝膠的性能有很大的影響。實(shí)驗(yàn)溶液組成：J1交聯(lián)劑(0.050%)、J2交聯(lián)劑(0.020%)、促凝劑CSA(0.020%)，除氧劑LN(0.020%)。實(shí)驗(yàn)中改變聚合物濃度(1 000～5 000 mg/L)，測(cè)定其初始黏度，放置在36 ℃下恒溫箱中侯凝。聚合物濃度對(duì)凝膠成膠性能的影響規(guī)律見表2。聚合物濃度對(duì)成膠時(shí)間和初始黏度的影響見圖1。

表1 凝膠強(qiáng)度代碼標(biāo)準(zhǔn)

表2 聚合物濃度對(duì)可動(dòng)凝膠體系成膠性能的影響

圖1 聚合物濃度對(duì)成膠時(shí)間和初始黏度的影響

在油藏溫度下，隨著聚合物濃度的增加，體系初始黏度增大，初始成膠時(shí)間不斷縮小，完成成膠時(shí)間也相應(yīng)縮短，成膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。在交聯(lián)劑濃度一定的情況下，聚合物濃度增加時(shí)成膠時(shí)間縮短，成膠強(qiáng)度增大。當(dāng)聚合物濃度為3 000 mg/L時(shí)，體系成膠性能達(dá)到最優(yōu)。

2.2 J1交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠性能的影響

交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠時(shí)間、成膠強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的影響比較明顯。實(shí)驗(yàn)溶液組成：HPAM(3 000 mg/L)，J2交聯(lián)劑(0.020%)、促凝劑CSA(0.020%)，除氧劑LN(0.020%)。保持其他組分濃度不變，改變J1交聯(lián)劑濃度，放置在36 ℃下恒溫箱中候凝。J1交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響見表3。

表3 J1交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響

J1交聯(lián)劑為有機(jī)鉻交聯(lián)劑，該交聯(lián)劑成膠時(shí)間快，強(qiáng)度高，其原理是聚丙烯酰胺通過羧酸根與多核羥橋絡(luò)離子反應(yīng)，進(jìn)行分子間交聯(lián)，從而使整個(gè)體系交聯(lián)成體型聚合物[5]。在低濃度范圍內(nèi)J1交聯(lián)劑濃度增大，初始成膠時(shí)間及完成成膠時(shí)間均縮短，當(dāng)J1交聯(lián)劑濃度大于0.075%時(shí)，體系在2 h快速成膠，并出現(xiàn)脫水現(xiàn)象(過度交聯(lián))。綜合考慮成膠時(shí)間及強(qiáng)度這2個(gè)因素，認(rèn)為J1交聯(lián)劑濃度在0.050%～0.075%時(shí)最優(yōu)。

2.3 J2交聯(lián)劑濃度對(duì)成膠性能的影響

考慮到封堵裂縫對(duì)凝膠強(qiáng)度的要求比較高，但由于J1交聯(lián)劑的濃度增大到一定值時(shí)凝膠容易因過度交聯(lián)而產(chǎn)生脫水現(xiàn)象，因此加入J2交聯(lián)劑。實(shí)驗(yàn)溶液組成：聚合物(0.300%)，J1交聯(lián)劑(0.050%)，促凝劑CSA(0.020%)，除氧劑LN(0.020%)。改變J2交聯(lián)劑濃度(0～0.040%)，放置在36 ℃下恒溫箱中侯凝。J2交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

J2酚醛交聯(lián)劑主要是通過預(yù)縮聚體中的羥甲基同聚合物酰胺基之間的縮水反應(yīng)，生成物是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有彈性的凝膠，其具有良好的穩(wěn)定性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度[6]。隨著J2交聯(lián)劑濃度的增加，體系成膠時(shí)間縮短，成膠強(qiáng)度升高。當(dāng)濃度大于0.030%時(shí)，成膠時(shí)間及強(qiáng)度變化起伏不大，從經(jīng)濟(jì)方面考慮J2交聯(lián)劑濃度為0.020%～0.030%時(shí)比較適宜。

表4 J2交聯(lián)劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響

2.4 促凝劑對(duì)成膠性能的影響

凝膠在低溫環(huán)境下普遍存在成膠緩慢的問題，加入適當(dāng)促凝劑可以加速溶液的凝膠過程并提高凝膠強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)溶液組成：聚合物(0.300%)+J1交聯(lián)劑(0.050%)+J2交聯(lián)劑(0.020%)+除氧劑LN(0.020%)+促凝劑(0.020%)。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)篩選促凝劑，不同促凝劑對(duì)成膠溶液成膠性能的影響見表5。

表5 不同促凝劑對(duì)成膠溶液成膠性能的影響(36 ℃)

對(duì)比這3種促凝劑發(fā)現(xiàn)，CSA促凝時(shí)間短，強(qiáng)度高，并且溶液基本呈中性。實(shí)驗(yàn)溶液組成：聚合物(0.300%)，J1交聯(lián)劑(0.050%)，J2交聯(lián)劑(0.020%)，除氧劑LN(0.020%)。

改變促凝劑CSA濃度，放置在36 ℃的恒溫箱中。促凝劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響見表6。

隨著加入促凝劑濃度的增加，初始成膠時(shí)間和完成成膠時(shí)間均縮短，成膠強(qiáng)度提高了。當(dāng)濃度大于0.030%時(shí)，初始成膠時(shí)間過短，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工。綜合考慮認(rèn)為促凝劑濃度為0.020%～0.030%比較適宜。

表6 促凝劑濃度對(duì)凝膠體系成膠性能的影響

2.5 除氧劑對(duì)成膠性能的影響

當(dāng)溶液中存在氧離子時(shí)，聚合物易發(fā)生降解，影響其穩(wěn)定性，且黏度損失隨著溫度的升高而加劇[7]。硫脲LN、硫代硫酸鈉GL可與氧離子發(fā)生反應(yīng)，將其作除氧劑能減少聚合物黏度損失，改善成膠性能，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

硫代硫酸鈉和硫脲的除氧機(jī)理為：

2Νa2S2Ο3+Ο2=2Να2SΟ4+2S↓

CS(NH2)2+2O2+H2O=CO(NH2)+H2SO4

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相同濃度下硫脲的除氧性能優(yōu)于硫代硫酸鈉。實(shí)驗(yàn)溶液組成：聚合物(0.300%)、J1交聯(lián)劑(0.020%)、J2交聯(lián)劑(0.050%)，促凝劑(0.020%)，改變硫脲濃度，放置36 ℃的恒溫箱中。硫脲濃度對(duì)凝膠體系膠體黏度的影響見表7。

表7 硫脲濃度對(duì)凝膠體系膠體黏度的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未加入除氧劑時(shí)，成膠強(qiáng)度雖然較高，但穩(wěn)定性較差。除氧劑硫脲濃度為0.020%時(shí)，體系成膠強(qiáng)度高，形成的凝膠體系穩(wěn)定性好。當(dāng)除氧劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.020%時(shí)，成膠強(qiáng)度和穩(wěn)定性變化不大。

3 結(jié) 論

研制的復(fù)合交聯(lián)凝膠體系采用有機(jī)鉻作為第一交聯(lián)劑，酚醛樹脂作為第二交聯(lián)劑，有機(jī)鉻成膠速度較快能夠使體系短時(shí)間內(nèi)初步交聯(lián)黏度增加形成弱凝膠，進(jìn)而進(jìn)入高滲透層目的層，避免了對(duì)低滲透非目的層的傷害，酚醛交聯(lián)劑成膠速度相對(duì)較慢，但成膠強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，可在目的層段能夠形成有效的封堵。

通過優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，得出適合王家灣低溫油藏的調(diào)剖體系配方為：聚合物HPAM(0.300%)+交聯(lián)劑J1(0.050%～0.075%)+交聯(lián)劑J2(0.020%～0.030%)+促凝劑CSA(0.020%～0.030%)+除氧劑LN(0.020%)。該體系平均初始黏度190 mPa·s，在注入過程中首先能夠優(yōu)先進(jìn)入大通道或裂縫中，初始成膠時(shí)間為 5 h，凝膠成膠后強(qiáng)度可以達(dá)到H級(jí)，能夠有效封堵大裂縫竄流通道，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

[1] 楊立民，侯吉瑞，宋新民.低溫低滲透砂巖油藏竄流大孔道深部封堵技術(shù)研究[J].油田化學(xué)，2006，23(4):337-340.

[2] 朱平.復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠調(diào)剖體系在楊家壩油田楊10-3井組的應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率，2007，14(5):95-98.

[3] 陳才,盧祥國(guó),楊玉梅.復(fù)配聚合物驅(qū)油效果及影響因素研究[J].特種油氣藏，2011，18(5):105-108.

[4] 唐孝芬，李紅艷，劉玉章，等.交聯(lián)聚合物凍膠調(diào)堵劑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法[J].石油鉆采工藝，2004，26(2):49-53.

[5] 趙秀娟，陳鐵龍，王傳軍.一種低溫鉻凍膠堵劑的研制[J].油田化學(xué)，2001，18(3):225-227.

[6] 白寶君，唐孝芬. RNJ-L 低溫弱凝膠調(diào)驅(qū)劑[J].油田化學(xué)，2001(4):14-18.

[7] 朱麟勇，常志英，李妙貞，等.部分水解聚丙烯酰胺在水溶液中的氧化降解[J].高分子材料科學(xué)與工程，2000，16(1):113-116.

Research on the Formulation of Profile Control Agent for Low-Temperature Composite Cross-Linked Gel

JINZhiGUOMaoleiSHENZhena

(Research Institute of Yanchang Petroleum (Group) Co. Ltd., Xi′an 710075, China)

Under the low temperature environment, ordinary gel systems cause many problems, such as low strength, poor injection, so it is ineffective to seal cracks and channeling channels. Therefore, a kind of low temperature composite cross-linked gel profile control agent is studied in this paper. The profile control agent takes organic chromium as the first cross-linking agent, phenol resin as second cross-linking agent, ammonium acetate as accelerators, and amino acetic acid as the stabilizer; the best formula is: polymer HPAM of (0.300%) + cross-linking agent J1of (0.050%～0.075%) + cross-linked agent J2of (0.020%～0.030%) + coagulant CSA (0.020%～0.030%) + oxygen scavenger LN (0.020%). The system′s initial viscosity should be 190 mPa·s, and glue strength may reach H level in the end, so it can effectively seal cracks channeling and meet the requirements of the construction site.

low temperature; profile control agent; composite crosslinking; fractured reservoir

2016-11-02

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“CO2埋存與提高采收率技術(shù)”(2012BAC26B03)；陜西省統(tǒng)籌科技創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目“陜北致密砂巖油藏CO2驅(qū)提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究及先導(dǎo)試驗(yàn)”(2014KTZB03-02)

金志(1985 — )，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)橛吞镩_發(fā)及提高采收率技術(shù)。

TE357

A

1673-1980(2017)03-0027-04