李虎，王曉龍，徐國(guó)瑞，張文喜，李建曄，李曉偉

一種低分子選擇性堵水劑實(shí)驗(yàn)研究

李虎1，王曉龍2，徐國(guó)瑞2，張文喜2，李建曄2，李曉偉2

（1. 中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司， 天津 300450； 2.中海油田服務(wù)股份有限公司， 天津 300450）

利用填砂管模型對(duì)開(kāi)發(fā)的小分子選擇性堵水劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。考察了堵水劑對(duì)滲透率、油水層的選擇性封堵和油水混合層選擇性封堵的影響。結(jié)果表明，堵水劑對(duì)高滲透層封堵效果明顯，對(duì)低滲透層幾乎沒(méi)有作用；堵水劑對(duì)水敏感而對(duì)原油或油類不敏感，可選擇性封堵高滲透層又不至于堵住油層。對(duì)油、水混合層也具有選擇性堵水效果，含水量越高，封堵效果越好。

選擇性； 堵水劑； 封堵

井下堵水是實(shí)現(xiàn)油田控水穩(wěn)油的重要措施[1]。對(duì)高含水油井，隨著水油比增加會(huì)導(dǎo)致砂層松動(dòng)，進(jìn)而使水流通道加大，導(dǎo)致進(jìn)一步惡化了水油比。造成了大量產(chǎn)出水無(wú)效循環(huán)，加大了運(yùn)行成本，加重了管線負(fù)荷和終端承受能力，使油井隨時(shí)面臨關(guān)停的風(fēng)險(xiǎn)。而油井經(jīng)關(guān)停后，重新投用時(shí)又會(huì)帶來(lái)沉砂、砂卡或結(jié)蠟導(dǎo)致的躺井風(fēng)險(xiǎn)。

為實(shí)現(xiàn)有效堵水，針對(duì)井下高溫、高鹽的特點(diǎn)，各油田都不斷研究適用于高溫高鹽條件的堵水劑，然而由于其適用范圍窄，且存在施工安全性問(wèn)題，開(kāi)發(fā)油井長(zhǎng)久有效堵水劑的問(wèn)題并未得到解決。分析認(rèn)為，目前堵水技術(shù)不能有效作用的重要原因是：大分子堵水劑難以有效進(jìn)入地層，且存在選擇性差、膠結(jié)強(qiáng)度低，現(xiàn)場(chǎng)施工安全性差等問(wèn)題[2-6]。

為實(shí)現(xiàn)井下有效堵水和選擇性堵水，我們擬開(kāi)發(fā)一種低分子量、具有選擇性水合成膠、成膠強(qiáng)度大，并適用溫度寬泛的新型堵水劑，以期提高油田高含水油井的效益，并為相關(guān)選擇性堵水領(lǐng)域提供思路。

1 對(duì)堵水劑的要求

鑒于井下苛刻的溫度條件和復(fù)雜的地層狀況，所研發(fā)堵水劑需要滿足如下條件：

1）溫度適應(yīng)范圍廣。

2）堵水不堵油、封堵率高。

3）適用于直斜井、水平井、管外竄井、高中低滲透率油井等多種井況。

4）成膠時(shí)間適宜，過(guò)短則易灌注時(shí)堵井，過(guò)長(zhǎng)則影響開(kāi)井時(shí)間。

5）堵水劑對(duì)配伍性好，淡水、海水、地層生產(chǎn)水等均應(yīng)符合配水要求。

6）應(yīng)有合適的解堵措施，解堵時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

合適的堵水劑不僅需要滿足上述條件，還需要考慮不同油井井下復(fù)雜的溫度場(chǎng)、原油與水的流速場(chǎng)、變化的油水比對(duì)堵水劑成膠后黏度與硬度的影響?？紤]到堵水劑配制及灌注時(shí)間，在井下工況下成膠時(shí)間宜為4~6天。在事故狀態(tài)中斷灌注時(shí)，解堵時(shí)間不宜長(zhǎng)于4 h。

2 對(duì)堵水劑的要求

為利于堵水劑在井下不同通道的分配，并在灌注過(guò)程中不至于固結(jié)和因黏度過(guò)高、粒度過(guò)大造成的高壓注不進(jìn)問(wèn)題，采用分子量低于100的小分子混合型堵水配方。堵水劑分主劑和副劑，主劑由硫鐵酸鹽、硫鋁酸鹽礦物、鈣土礦物和觸變引發(fā)組分組成，副劑由交聯(lián)組分與引發(fā)劑均勻混合而成。

堵水劑配水后，主劑中的觸變組分與金屬離子形成膠體并發(fā)生耦合反應(yīng)，慢慢生成低分子初聚體，其中金屬離子的電荷互斥效應(yīng)，會(huì)減緩初聚體進(jìn)一步聚合的反應(yīng)時(shí)間?？杀ＷC在灌注期間以及堵水劑在井下通道分配期間，不至于因形成大型聚合物而導(dǎo)致固結(jié)和注入深度過(guò)淺。

初聚體作為一種分散的多電荷體，在堵水劑達(dá)到一定溫度條件時(shí)，會(huì)進(jìn)一步與水發(fā)生水合反應(yīng)；在副劑中交聯(lián)劑作用下形成穩(wěn)定的、不溶于水的水合化合物。其中的引發(fā)劑則會(huì)生成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，一方面可消除不同初聚體電荷，便于初聚體進(jìn)一步聚合，另一方面可使聚合后膠體具有更高的強(qiáng)度。

反應(yīng)中電荷效應(yīng)控制了初聚體的反應(yīng)速度、分子大小和流體黏度，這樣可為安全灌注提供足夠的時(shí)間。水合反應(yīng)時(shí)間的延遲則保證了高溫條件下足夠長(zhǎng)的凝固時(shí)間，能較好地實(shí)現(xiàn)堵水劑在井下水通道的分配，而水合反應(yīng)中需要大量的水，則能實(shí)現(xiàn)堵水劑的自動(dòng)尋水，即井下哪里有水，則在哪里成膠堵水。

堵水劑不能與原油發(fā)生水合反應(yīng)，故不能與原油成膠，從而實(shí)現(xiàn)了堵水不堵油。其水合物的交聯(lián)劑對(duì)一定濃度的酸液非常敏感，若在灌注過(guò)程中發(fā)生堵管、堵井，可用一定濃度的酸液解堵。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

堵水劑主劑、堵水劑副劑；3組滲透率級(jí)差1∶3∶10及4組含水率0%、30%、60%、90%的填砂管模型（L300×?25 mm）；0號(hào)柴油，3% KCl水溶液；渤海油田A平臺(tái)產(chǎn)出原油和產(chǎn)出水。

3.2 實(shí)驗(yàn)儀器

CP214電子天平，美國(guó)奧豪斯儀器有限公司；STM-2數(shù)字式斯托默黏度計(jì)，北上海尼潤(rùn)智能科技有限公司；液體密度計(jì)，北京世通科創(chuàng)技術(shù)有限公司。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 滲透率、壓差對(duì)堵水效果影響

實(shí)驗(yàn)用3根級(jí)差1∶3∶10的填砂管并聯(lián)模擬井下不同滲水層，首先測(cè)試原始滲透率。然后，配制密度為1.1 g·cm-3的堵劑，向并聯(lián)的3根填砂管注入1PV的堵水劑，堵水劑成膠后分別測(cè)試其封堵后滲透率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 滲透率選擇實(shí)驗(yàn)（85℃，恒溫5天）

由表1可以看出，在相同注入壓力下，堵水劑對(duì)高滲透率的填砂管封堵效果明顯。由此可以判斷，在堵水劑進(jìn)入不同的儲(chǔ)層或水路通道后，對(duì)高滲層的封堵作用更大。在0.05 MPa壓力下，原始滲透率為1.1 D、3.2 D和10.2 D時(shí)，對(duì)應(yīng)堵水后滲透率分別為1.1 D、2.8 D和0.3 D。滲透率越高，堵水效果越好，堵水劑對(duì)滲透性具有明顯選擇性，而這樣的特性可滿足井下非均質(zhì)地層要求。

在不同注入壓力下，原始滲透率從0.9 D到10.2 D，堵劑均可在填砂管模型中成膠，說(shuō)明該堵水劑容易注入并在砂層巖面起作用，注入壓力從0.05 MPa到0.5 MPa相差10倍的條件下，堵水劑仍能按滲透率選擇分配，在井下滲層壓力不平衡時(shí)，仍能保證堵水劑具有很好的效果。

1組3#、2組3#和3組3#因滲透率過(guò)低，堵水劑幾乎不起作用，由此可以判斷該選擇性堵水劑在非均質(zhì)強(qiáng)的地層中對(duì)低滲層不起作用或作用甚微。在高壓擠注條件下（2組3#、3組3#），部分堵水劑也能進(jìn)入低滲層段，這樣會(huì)導(dǎo)致堵水后液量降低，所以該堵水劑施工時(shí)應(yīng)相對(duì)低壓注入。

4.2 油水層選擇性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用并聯(lián)的3根級(jí)差1∶3∶10的填砂管模型。1號(hào)管飽和原油（渤海油田A平臺(tái)，黏度145 mPa·s），2號(hào)管飽和0號(hào)柴油，3號(hào)管飽和產(chǎn)出水（渤海油田A平臺(tái)）。向并聯(lián)巖心注入1PV堵劑，計(jì)算得出3個(gè)并聯(lián)管的堵后的滲透率，表2給出了計(jì)算結(jié)果。

表2 油水層選擇性實(shí)驗(yàn)

由表2可以看出，堵水劑對(duì)飽和原油的填砂管封堵率為2.4%，對(duì)飽和柴油的填砂管封堵率為18%，而對(duì)地層水的封堵率達(dá)97.5%。由此可以判斷，堵水劑對(duì)水敏感而對(duì)原油或油類不敏感，該堵水劑具有堵水不堵油的特性，可選擇性封堵出水層又不至于堵住油層。堵水劑對(duì)油、水的選擇性封堵，可以很好地滿足井下堵水要求。

4.3 油水混合層選擇性實(shí)驗(yàn)

堵水劑對(duì)油、水混合層的封堵效果是通過(guò)在填砂管中飽和不同油水比的液體實(shí)現(xiàn)。在4根填砂管模型中分別加入了含水0%、30%、60%和90%的原油，封堵前后滲透率及封堵率如表3所示。

表3 對(duì)不同含水率的選擇性實(shí)驗(yàn)

由表3可看，堵水劑對(duì)含水0%的沒(méi)有封堵，對(duì)含水30%的原油封堵率為19.2%，對(duì)含水60%的原油封堵率為48.1%，對(duì)含水90%的原油封堵率可達(dá)88.9%。說(shuō)明堵水劑對(duì)油、水混合層也具有選擇性堵水效果，且含水量越高，封堵效果越好。

對(duì)油井產(chǎn)出液，更多的是油、水混合物。該堵水劑可選擇性封堵出水層，尤其是對(duì)高含水油井，這種選擇性封堵，必將有效降低無(wú)效液量，提高采油的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié) 論

小分子選擇性堵水劑可以利用油井出水情況配置堵水劑。堵水劑在填砂管內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堵水劑對(duì)高滲透層封堵效果敏感，對(duì)低滲透層幾乎沒(méi)有作用。注入壓力從0.05 MPa到0.5 MPa相差10倍的條件下，堵水劑仍能按滲透率選擇分配，在井下滲層壓力不平衡時(shí)，仍能保證堵水劑具有很好的效果。

堵水劑對(duì)水敏感而對(duì)原油或油類不敏感，可選擇性堵住高含水層又不至于堵住油層。堵水劑對(duì)油、水的選擇性封堵，可以很好地滿足井下堵水要求。

堵水劑對(duì)水淹層也具有選擇性堵水效果，含水量越高，封堵效果越好?？蛇x擇性封堵水淹層，尤其是對(duì)高含水油井，堵水劑選擇性封堵會(huì)降低大量的無(wú)效水，對(duì)提高采油的經(jīng)濟(jì)性具有積極意義。

［1］陳輝, 曲典, 吳勝. 油田化學(xué)堵水工藝技術(shù)探析[J]. 石化技術(shù), 2019 (6)：49-50.

［2］王俊, 王為, 李翠勤, 等. 一種適用于蘇丹油藏高溫堵劑的設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2010, 32(3):138-138．

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［4］孫國(guó)海, 孫剛勝, 高明建. 碳酸鹽巖油藏化學(xué)堵水工藝技術(shù)探討[J]. 工業(yè), 2015 (18): 22-22．

［5］楊懷國(guó), 劉法杰, 王燕娜, 等. 油井化學(xué)堵水工藝技術(shù)新進(jìn)展[J]. 油氣田地面工程, 2009, 28 (5): 29-30．

［6］張永忠, 賈曉菊, 邱家友, 等. 油井化學(xué)堵水技術(shù)在延長(zhǎng)組油層應(yīng)用與評(píng)價(jià)[J]. 石油化工應(yīng)用, 2016，35（3）：41-43．

Experimental Study on a Low Molecular Weight Selective Water Plugging Agent

1,2,2,2,LI Jian-ye,LI Xiao-wei

（1. CNOOC Pengbo Operation Company, Tianjin 300450, China;2. China Oilfield Services Limited, Tianjin 300450, China）

The model of sand filling pipe was used to study the small molecule selective water shutoff agent. The effect of water plugging agent on permeability, selective plugging of oil-water layer and selective plugging of oil-water mixed layer was investigated. The results showed that the plugging agent had obvious plugging effect on the high permeability layer, but almost no effect on the low permeability layer; the plugging agent was sensitive to water but not to crude oil or oil, and could selectively block the high permeability layer without plugging the reservoir. It also had selective water plugging effect on oil-water mixed layer, the higher the water content was, the better the plugging effect was.

Selectivity; Plugging agent; Plugging

2021-03-03

李虎（1976-），男，安徽省宿州市人，工程師，碩士學(xué)位，1998年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，研究方向：海上油田增產(chǎn)工藝技術(shù)。

王曉龍（1989-），男，工程師，碩士學(xué)位，研究方向：海上油田調(diào)剖、堵水技術(shù)。

TE357.46

A

1004-0935（2021）04-0477-03