王健 余恒 薛強(qiáng) 何濤 徐鵬 劉旭文

西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

魔芋屬天南星科類多年生草本塊莖植物,在我國的資源十分豐富。魔芋的主要成分為魔芋葡甘露聚糖(konjacglucomannan,KGM),KGM為天然高分子多糖，本身具有一定的抗溫基礎(chǔ)[9]。在已有的研究基礎(chǔ)上，魔芋膠具有其他天然親水膠無可比擬的熱穩(wěn)定性,即使長時(shí)間加熱也不熔化[10-11]。此外，魔芋膠流變性很強(qiáng)，遇水后可高倍膨脹且可生物降解。魔芋膠的以上特點(diǎn)為研發(fā)以魔芋粉為主劑的調(diào)剖劑打下了一定的基礎(chǔ)[12-13]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑主要有：魔芋粉粗粉，湖北惠葡生化科技有限公司；懸浮劑：KYPAM-6，北京恒聚；交聯(lián)劑：交聯(lián)劑-G，實(shí)驗(yàn)室自制；除氧劑：硫脲，分析純，成都市科龍化工試劑廠；配液：淡水或地層水，地層水平均水礦化度為16.5×104mg/L；原油：地層溫度下原油黏度為1.72 mPa·s；石英砂：具有不同的粒徑。

實(shí)驗(yàn)儀器主要包括：黏度儀：LVDV-IIIBrookfieldSynchro-LectricDigital Viscometer；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9203A型，最高溫度可達(dá)300 ℃；精密天平：Sartorius，最大量程為200 g，最小精確度10-4g；調(diào)速攪拌器：JB200-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器(調(diào)速范圍為50～1 200 r/min)、HJ-6型磁力加熱攪拌器(調(diào)速范圍為0～2 600 r/min)；西林瓶，耐溫150 ℃，成都市科龍化工有限公司；巖心流動(dòng)裝置等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 成膠液的配制：用礦化度約400 mg/L的清水，按照不同的配方設(shè)計(jì)要求，分別向燒杯中加入一定質(zhì)量的魔芋粉粗粉、懸浮劑、交聯(lián)劑、除氧劑，攪拌均勻后即為成膠液。

(2) 成膠時(shí)間的測定：取100 mL成膠液注入西林瓶中，熔燒密封后放置于126 ℃恒溫箱，每隔一段時(shí)間取出，觀察其成膠情況。成膠時(shí)間參考目前較為普遍運(yùn)用的SydanskGSC強(qiáng)度代碼法，堵劑由強(qiáng)度A級變?yōu)閺?qiáng)度G級的時(shí)間為成膠時(shí)間[14]。

(3) 成膠強(qiáng)度的測定：魔芋膠調(diào)剖劑體系成膠后強(qiáng)度的評價(jià)方法采用觀察法。觀察法評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)源自SPE(society of petroleum engineers)，由Sydansk等提出。

(4) 耐溫耐鹽性的測定：用不同倍數(shù)礦化度的水樣(淡水、1/4倍地層水礦化度、1/2倍地層水礦化度、地層水礦化度)配制調(diào)剖劑體系，將配制好的調(diào)剖劑放入126 ℃(地層溫度)恒溫箱中，考察調(diào)剖劑的成膠性能。

(5) 封堵性能的測定：①用礦化度為16.5×104mg/L的地層模擬水采用濕填法得到不同滲透率填砂管巖心，模擬水驅(qū)至壓力穩(wěn)定后測注入堵劑之前的滲透率；②選取多根同類型的填砂管評價(jià)不同PV數(shù)的調(diào)剖劑對封堵性能的影響；③用地層水以1 mL/min的流速水驅(qū)，直至出口端流出第一滴液，讀出此時(shí)進(jìn)口端壓力即為突破壓力，計(jì)算突破壓力梯度，繼續(xù)以1 mL/min的流速水驅(qū)，記錄封堵后水驅(qū)穩(wěn)定壓力，計(jì)算封堵后的水測滲透率以及調(diào)剖劑對填砂管的封堵率。

(6) 通過并聯(lián)填砂管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)考察吸水剖面改善率以及調(diào)剖后的提高采收率。實(shí)驗(yàn)步驟：①裝填3組具有不同滲透率級差的填砂管；②向每根填砂管中飽和原油；③將每組具有一定滲透率級差的填砂管并聯(lián)，水驅(qū)至不出油為止；④向每組并聯(lián)填砂管注入0.5 PV調(diào)剖劑體系配液，并在烘箱中成膠24 h；⑤待調(diào)剖劑成膠后，繼續(xù)水驅(qū)至不出油為止，計(jì)算每根填砂管的提高采收率值。

2 結(jié)果與討論

(1) 魔芋粉質(zhì)量濃度的影響。魔芋粉是堵劑的主體，其質(zhì)量濃度直接關(guān)系到堵劑的成膠性能。實(shí)驗(yàn)配制系列成膠液中懸浮劑、交聯(lián)劑、除氧劑的質(zhì)量濃度、體積分?jǐn)?shù)分別為700～1 000 mg/L、1.0%～1.2%和100～200 mg/L，調(diào)整魔芋粉的濃度，然后放入126 ℃恒溫箱中觀察堵劑的成膠性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 魔芋粉用量對調(diào)剖劑成膠時(shí)間與強(qiáng)度的影響Table 1 Effect of konjac flour dosage on gel time and strength of profile control agentρ(魔芋粉)/(mg·L-1)12345678910成膠時(shí)間/h未成膠未成膠1110998766成膠強(qiáng)度未成膠未成膠EGHIIIII

由表1可見，少量的魔芋粉不成膠或成膠效果不明顯。在質(zhì)量濃度為3～10 g/L均能成膠。隨著魔芋粉質(zhì)量濃度的增加，調(diào)剖劑成膠時(shí)間逐漸縮短，成膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。一般情況下，凝膠用作調(diào)剖劑時(shí)，在油層溫度及礦化度下的強(qiáng)度達(dá)到H級時(shí)即能滿足油田的調(diào)剖要求，考慮到實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，粗品魔芋粉質(zhì)量濃度優(yōu)選為5.0 g/L。

(2) 懸浮劑質(zhì)量濃度的影響。懸浮劑的加入能使魔芋膠調(diào)剖劑體系混合均勻，對調(diào)剖劑體系主要起懸浮作用，同時(shí)也起到增黏和加大吸水量的目的，對調(diào)剖劑體系性能有較大的影響。實(shí)驗(yàn)中常作為懸浮劑的高分子化合物主要為聚合物。通過評價(jià)懸浮劑對調(diào)剖劑體系的懸浮效果和對調(diào)剖劑體系的成膠性能，篩選出合適的懸浮劑質(zhì)量濃度。

表2 不同懸浮劑質(zhì)量濃度對調(diào)剖劑的影響Table 2 Effect of different suspension concentration on profile control agentρ(懸浮劑)/(mg·L-1)6007008009001 000成膠時(shí)間/h109998成膠強(qiáng)度GHHII

從表2可看出：隨著懸浮劑質(zhì)量濃度的增加，調(diào)剖劑體系混合越均勻，成膠效果逐漸增強(qiáng)，懸浮劑質(zhì)量濃度在700～1 000 mg/L時(shí),調(diào)剖劑體系成膠強(qiáng)度均能滿足油田調(diào)剖要求。

(3) 交聯(lián)劑濃度的影響。有機(jī)鉻交聯(lián)劑(交聯(lián)劑-G)濃度對魔芋膠調(diào)剖體系的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同體積分?jǐn)?shù)交聯(lián)劑對調(diào)剖劑的影響Table 3 Effect of crosslinking agent with different volume fraction on profile control agentφ(交聯(lián)劑)/%0.20.51.01.21.52.0成膠時(shí)間/h12109864成膠強(qiáng)度EGHIFD

表3表明,隨著交聯(lián)劑加入量的增加，成膠時(shí)間逐漸縮短，成膠強(qiáng)度先增強(qiáng)后降低。這是因?yàn)槟в蠓酆蛻腋┵|(zhì)量濃度一定時(shí)，調(diào)剖劑中可反應(yīng)的羥基及酰胺基團(tuán)一定。隨著交聯(lián)劑加入量的增加，可用于引發(fā)的活化點(diǎn)增多，反應(yīng)速度增快，凝膠時(shí)間縮短。當(dāng)交聯(lián)劑加入量較少時(shí)，隨著交聯(lián)劑加入量的增加，交聯(lián)劑與調(diào)剖劑中羧基作用增強(qiáng)，成膠強(qiáng)度增強(qiáng)。但當(dāng)交聯(lián)劑加入量過大時(shí)，調(diào)剖劑會發(fā)生過度交聯(lián)，成膠后易脫水，柔韌性降低，凝膠變得脆而容易斷裂。從表3可看出：交聯(lián)劑體積分?jǐn)?shù)為1.0%～1.2%時(shí)，成膠強(qiáng)度滿足油田調(diào)剖要求。

(4) 除氧劑濃度的影響。敞開體系中的溶解氧、氧化劑可使KGM與聚合物降解,特別是在較高溫度下可迅速降低調(diào)剖劑的黏度。為增強(qiáng)調(diào)剖劑的穩(wěn)定性以達(dá)到油田調(diào)剖要求，在調(diào)剖劑中加入除氧劑。實(shí)驗(yàn)常采用具有還原性的硫脲作為除氧劑，對其濃度進(jìn)行優(yōu)選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同質(zhì)量濃度除氧劑對調(diào)剖的影響Table 4 Effect of oxygen scavenger with different concentrations on profile control agentρ(除氧劑)/(mg·L-1)050100150200250300成膠時(shí)間/h131298877成膠強(qiáng)度EGHIIFF

從表4可看出：隨著除氧劑質(zhì)量濃度的增加，調(diào)剖劑成膠時(shí)間逐漸縮短，成膠強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱。當(dāng)除氧劑質(zhì)量濃度為100～200 mg/L時(shí)，調(diào)剖劑成膠性能可滿足油田調(diào)剖要求；當(dāng)質(zhì)量濃度大于200 mg/L時(shí)，除氧劑對調(diào)剖劑體系有不利影響，導(dǎo)致其成膠強(qiáng)度下降。故除氧劑的質(zhì)量濃度優(yōu)選為100～200 mg/L。

上述實(shí)驗(yàn)表明，篩選出該體系在126 ℃條件下性能較好的配方為：粗品魔芋粉(質(zhì)量濃度5.0 g/L)+懸浮劑(質(zhì)量濃度700～1 000 mg/L)+交聯(lián)劑(體積分?jǐn)?shù)1.0%～1.2%)+除氧劑(質(zhì)量濃度100～200 mg/L)。

(5) 耐溫性能。溫度是影響調(diào)剖劑成膠時(shí)間、強(qiáng)度和長期穩(wěn)定性的主要因素之一，取優(yōu)選配方配制調(diào)剖劑體系分別放入不同的高溫(95 ℃、105 ℃、115 ℃、125 ℃、135 ℃、145 ℃)恒溫箱中，考察在不同高溫條件下調(diào)剖劑的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 溫度對調(diào)剖劑性能的影響Table 5 Effect of temperature on profile control agent performance溫度/℃95105115125135145成膠時(shí)間/h161312965成膠強(qiáng)度HHIIII成膠1天后穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定成膠10天后穩(wěn)定穩(wěn)定微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水成膠20天后微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水成膠30天后微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水微量脫水

表5表明，魔芋膠調(diào)剖劑在不同的溫度條件下均能良好成膠，且隨著溫度的升高，成膠時(shí)間縮短。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，調(diào)剖劑體系中分子的運(yùn)動(dòng)加劇，且交聯(lián)劑活化度增加，交聯(lián)反應(yīng)加快，故成膠時(shí)間縮短；同時(shí)，隨著溫度的增強(qiáng)，調(diào)剖劑體系成膠強(qiáng)度略有增強(qiáng)。不同溫度條件下的調(diào)剖劑成膠后均出現(xiàn)微量的脫水。但從調(diào)剖劑成膠30天后的形態(tài)可以明顯看出，該調(diào)剖劑脫水并未增加。故該調(diào)剖劑在不同的高溫條件下均有良好的長期穩(wěn)定性能，適合不同的高溫油藏調(diào)剖堵水作業(yè)。

(6) 抗鹽性能。礦化度是影響調(diào)剖劑性能另一個(gè)重要因素。不同地層水礦化度倍數(shù)對調(diào)剖劑性能的影響見表6。

表6 不同地層水礦化度倍數(shù)對調(diào)剖劑性能的影響Table 6 Effect of different formation water salinity multiple on profile control agent performance礦化度/(104mg·L-1)淡水4.1258.25016.500成膠時(shí)間/h1413108成膠強(qiáng)度HHHH

表6表明，當(dāng)?shù)V化度低于地層水礦化度時(shí)，隨著礦化度的逐漸增加，調(diào)剖劑成膠時(shí)間逐漸降低，調(diào)剖劑成膠強(qiáng)度隨著礦化度的增加基本保持不變，均達(dá)到H級。該調(diào)剖劑具有較強(qiáng)的抗鹽性，滿足油田調(diào)剖要求。

(7) 通過巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評價(jià)了調(diào)剖劑的注入性能、封堵性能、增油性能以及吸水剖面改善情況等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同PV調(diào)剖劑封堵性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Plugging performance test results of different PV profile control agent組號原始水測滲透率/10-3 μm2注入堵劑/PV封堵后水測滲透率/10-3 μm2突破壓力/MPa突破壓力梯度/(MPa·m-1)封堵率/%11 022.30.1751.40.0230.04626.52986.60.3132.20.1280.25686.631 054.30.58.22.1224.24499.241 062.90.87.32.3154.63099.35962.81.06.92.4124.82499.3

表7表明，隨著調(diào)剖劑注入量的增加，填砂管的封堵率逐漸提高，當(dāng)調(diào)剖劑注入量達(dá)到0.5PV時(shí)，填砂管的封堵率達(dá)到99.2%。因此，該調(diào)剖劑具有良好的封堵性能。

表8 不同滲透率級差下的調(diào)剖實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Profile experimental results at different penetration rate組號滲透率類型滲透率級差相對吸水比調(diào)剖前/%調(diào)剖后/%剖面改善率/%提高采收率/%1高滲低滲2.776.523.521.678.491.54.226.02高滲低滲4.780.020.019.880.294.05.822.83高滲低滲7.088.511.518.681.497.09.616.3

表8表明，調(diào)剖后填砂管的吸水能力發(fā)生了明顯變化，3組不同滲透率級差的填砂管剖面改善率均能達(dá)到90.0%以上。說明調(diào)剖劑體系具有很強(qiáng)的選擇性，且滲透率級差越大，剖面改善率越高。

3 結(jié) 論

(2) 在126 ℃下，該堵劑體系的成膠時(shí)間為5～10 h可控。堵劑耐溫可達(dá)到150 ℃，且在高溫高鹽條件(126 ℃、礦化度16.5×104mg/L)下老化30天后，堵劑體系微量脫水，無破膠現(xiàn)象，具有良好的耐溫耐鹽性能。

(3) 魔芋粉調(diào)剖劑成膠前具有良好的注入性能；當(dāng)調(diào)剖劑注入量為0.5 PV、高溫老化24天后，填砂管的封堵率達(dá)到99.2%，可滿足現(xiàn)場應(yīng)用的需求。

(4) 并聯(lián)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明，調(diào)剖劑具有優(yōu)先進(jìn)入高滲層的選擇性能，調(diào)剖后高低滲透巖心剖面改善率90.0%以上，低滲透填砂管提高采收率16.3%～26.0%。與此同時(shí)，高滲透油層也未發(fā)生“堵死”現(xiàn)象，提高采收率4.3%～9.6%。