趙修太，付敏杰，王增寶，董林燕，唐金玉

(中國石油大學(xué)，山東 青島 266580)

引 言

隨著常規(guī)油氣資源開發(fā)步入中后期，人們越來越多的將目光投向稠油、超稠油等非常規(guī)油藏。世界范圍內(nèi)稠油資源極為豐富，且分布廣泛，幾乎各個產(chǎn)油國均有稠油油藏。據(jù)統(tǒng)計，目前全球稠油、超稠油及瀝青的可采儲量約為1000×108t，已大大超過了常規(guī)原油，發(fā)展?jié)摿薮螅?］。針對稠油黏度的溫度敏感特性，目前逐漸形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火燒油層、SAGD、電磁加熱等為主的熱力開采方式，而其中又以蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)應(yīng)用最為廣泛。

中國的稠油油藏一般分布在由河流相或河流三角洲相沉積構(gòu)成的疏松砂巖地層中，儲層膠結(jié)疏松，孔隙度大，滲透率高，非均質(zhì)程度嚴重。遼河油田、勝利油田等多地的礦場實踐表明，在蒸汽吞吐(驅(qū))幾個周期后，由于地層構(gòu)造、儲層非均質(zhì)性、不利的油汽流度比及蒸汽超覆等原因，致使產(chǎn)油層的吸汽剖面不均勻，汽竄、指進等現(xiàn)象嚴重，降低了波及系數(shù)，影響了稠油開采效果。因此，開展蒸汽熱采井調(diào)剖堵水技術(shù)的研究，對提高稠油油藏的采收率具有重要意義。

1 性能要求

根據(jù)中國稠油油藏的儲層物性參數(shù)和注蒸汽開采工藝，可用于稠油熱采井的調(diào)堵體系應(yīng)具備以下特點:①較低的初始黏度，可注入性良好;②適宜的成膠時間且成膠時間可調(diào)，一般在8～50 h內(nèi)為宜;③良好的耐溫性能，耐溫性大于200℃;④良好的配伍性能和耐鹽性能;⑤良好的封堵能力和長期穩(wěn)定性，易解堵，對地層污染小;⑥原料來源廣，價格低廉，經(jīng)濟可行。

2 常用耐高溫體系

目前，應(yīng)用于稠油熱采井的堵劑體系種類繁多，分析其作用機理大體可分為:耐高溫聚合物凍膠類、固相顆粒類、泡沫類、乳化稠油及鹽沉析等。本文從各類堵劑的封堵機理入手，結(jié)合近年來的室內(nèi)研究和現(xiàn)場應(yīng)用情況，綜述了國內(nèi)外稠油熱采井化學(xué)調(diào)堵體系的研究進展及發(fā)展趨勢。

2.1 聚合物凍膠調(diào)剖

目前國外在調(diào)剖堵水時應(yīng)用最為廣泛的堵劑體系即為聚合物凍膠 。注入地層后，聚合物線性大分子鏈上的極性基團與有機基團(酚醛等)或多價金屬離子(Cr3+、Zr4+和Al3+等)反應(yīng)生成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而喪失流動性。高強度凍膠在地層孔隙和喉道處依靠堵塞、捕集和吸附等作用機理，阻止蒸汽沿高滲透層的竄流，改善波及效果。

由于普通高分子聚合物在溫度高于90℃后降解嚴重，限制了其在熱采過程中的應(yīng)用。目前，增強聚合物凍膠熱穩(wěn)定性的方法主要包括:①對聚合物分子結(jié)構(gòu)進行改性，引入磺化基團，增強聚合物本身的耐溫性能，常用功能單體［3］有AMPS(2－丙烯酰胺基－2－甲基丙磺酸)和AS(烯丙基磺酸鈉)等;②向體系中添加酚醛樹脂、密胺樹脂等熱穩(wěn)定劑成分，通過交聯(lián)形成耐溫性能穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高體系熱穩(wěn)定性。

淀粉、木質(zhì)素和栲膠都屬于生物型聚合物，經(jīng)改性之后可應(yīng)用于高溫油藏的調(diào)剖堵水;文獻［4］通過對落葉松栲膠進行降解磺化改性，并與醛類進行復(fù)配，得到的凝膠堵劑耐溫高達250℃，且耐鹽性能良好。文獻［5］制得的N－磺烷基丙烯酰胺共聚物，分子鏈上的羧基或單烯烴衍生物單體可與多價金屬離子交聯(lián)，形成的凍膠可用于200℃高溫和高礦化度條件。

趙芳［6］通過向HPAM/酚醛體系中加入耐溫性好的烷基聚氧乙烯醚和石油樹脂，使體系的耐溫性能提高至200℃，同時抗鹽性能達到2×104mg/L。張恩臣［7］研究的HPAM、甲醛、間苯二酚體系，在加入熱穩(wěn)定劑后，耐溫達到200℃，在遼河油田蒸汽吞吐井的調(diào)剖封竄作業(yè)中表現(xiàn)良好。沈文敏［8］將聚合物凝膠與油溶性樹脂復(fù)配，2種體系之間發(fā)生相互交聯(lián)、溶融，最終形成類凝膠狀物，實驗表明體系在310℃條件下240 h封堵率大于85%，該體系在曙光油田取得良好現(xiàn)場效果。

2.2 固相顆粒型調(diào)剖

固相顆粒型堵劑由于價格低廉、封堵強度高、耐溫性好且作用有效期長等優(yōu)點，在高溫封堵大孔道方面應(yīng)用較早。在堵劑注入過程中，顆粒依據(jù)阻力最低原理，選擇性優(yōu)先進入優(yōu)勢通道，在大孔道中沉積，并在孔喉處架橋形成堵塞。

目前，油田現(xiàn)場使用的顆粒類堵劑種類繁多，大體可分為非體膨性顆粒(果殼、青石灰、樹皮等)、體膨性聚合物顆粒(聚乙烯醇等)和礦物類(黏土、膨潤土等)3種。

文獻［9］針對曙光油田杜84塊興隆臺超稠油油藏汽竄現(xiàn)象嚴重的問題，以一定粒徑的橡膠顆粒、樹皮粉、稻米皮為主要原料，添加一定量的無機物粉末和助劑，制得堵劑體系;實驗在280℃恒溫72 h，測得突破壓力大于10.0 MPa，封堵率高于97%;2011年現(xiàn)場作業(yè)12口井，見效10口井，累計增油2220 t。

劉傳武［10］等以粉煤灰做主劑，與有機交聯(lián)體系和固化劑復(fù)配，在河南油田BQ蒸汽驅(qū)區(qū)塊4個井組進行作業(yè)，封堵后連續(xù)注汽65 d無汽竄，取得良好效果。

由于顆粒類堵劑價格低，故可大劑量使用，但其中部分物質(zhì)(如膨潤土)對地層的損害較為嚴重，尤其是水泥類堵劑，作業(yè)風(fēng)險高。為此，國內(nèi)外專家開展大量研究對現(xiàn)有體系配方進行改良。有機/無機復(fù)合體系綜合了凍膠類堵劑和顆粒型堵劑的優(yōu)勢，以剛性好、耐熱、耐介質(zhì)的無機物為內(nèi)核(黏土、樹脂顆粒等)，在表面包覆一層柔性好、可交聯(lián)有機凍膠［11－13］;凍膠在地下發(fā)生交聯(lián)，對固體顆粒形成膠結(jié)，增加了顆粒型堵劑的封堵性能且堵而不死，降低了作業(yè)風(fēng)險。目前，有機/無機復(fù)合體系主要有物理方式和化學(xué)方式2種復(fù)合方式。物理復(fù)合顆粒的粒徑一般較大，復(fù)合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差;化學(xué)方式通過化學(xué)鍵復(fù)合，穩(wěn)定性好。

王正東［14］研究的熱固性樹脂與無機物復(fù)合的凝膠體系，60℃成膠時間在8～59 h可調(diào)，高溫(330℃)能形成很好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，封堵率為98%，且作用有效期長。涂偉霞［15］等用溶膠凝膠法由TEOS(正硅酸乙酯)制得SiO2納米粒子，然后用KH－570(3－丙基三甲氧基硅烷)對SiO2表面進行接枝改性處理，最后，通過分散聚合法聚合制得PAM/AA@SiO2有機/無機聚合復(fù)合微球，穩(wěn)定性能良好。

2.3 泡沫調(diào)剖

泡沫類調(diào)堵劑是目前稠油熱采過程中應(yīng)用較多、研究較熱的一種調(diào)剖方式。在調(diào)堵過程中，水外相的泡沫流動阻力較小，優(yōu)先進入高滲透孔道，并在巖石孔隙表面附著，對后續(xù)注入流體產(chǎn)生附加的阻力系數(shù);當泡沫運移到孔隙喉道處時，變形產(chǎn)生疊加的賈敏效應(yīng)，以此調(diào)整吸汽剖面。同時，泡沫體系中的表面活性劑還能有效降低油水界面張力，對原油形成乳化，提高了洗油效率。

黃翔［16］等研究的PMJ泡沫凝膠體系，在55～190℃內(nèi)均保持良好的發(fā)泡性能和穩(wěn)泡能力，且壓力升高，泡沫穩(wěn)定性增強，在多孔介質(zhì)中動態(tài)條件下能保持良好的穩(wěn)定系，滿足礦場要求。

為了防止因蒸汽冷卻和凝析導(dǎo)致泡沫消失，通常引入一些非凝析氣，以提供更穩(wěn)定的泡沫。目前，引入非凝析氣主要有2種途徑:一是直接注入外來氣體，二是在溶液中添加化學(xué)藥劑，就地(在地層中)產(chǎn)生氣體。

宮俊峰等［17］針對勝利油田稠油油藏的特點研究的FCY高溫復(fù)合泡沫體系主要由含磺酸基的陰離子表面活性劑(主劑)、少量醇醚類非離子表面活性劑和短鏈陰離子型表面活性劑復(fù)配組成。實驗表明，體系在310℃條件下封堵效果良好，且采用伴N2注入的方式提高采收率效果最好。

對于自生氣泡沫體系，注入過程中依靠加入引發(fā)劑，在地層條件下產(chǎn)生 N2、CO2、NH3等［18－21］氣體，起到調(diào)剖作用。張影［22］等人利用 NH4Cl與NaNO2反應(yīng)生成 N2并放出大量熱的原理，以0.02%CH3COOH(質(zhì)量濃度)作為催化劑，優(yōu)選AOS作為起泡劑，所得到的井下自生氣泡沫體系應(yīng)用于遼河油田超稠油區(qū)塊，轉(zhuǎn)注后單井增油約21% ～30%，應(yīng)用前景良好。

文獻 ［23］利用氨基甲酸銨在注蒸汽的高溫條件下可氣化產(chǎn)生NH3和CO2的特點，將其與QP－2復(fù)配應(yīng)用于單家寺油田，共作業(yè)11井次，平均產(chǎn)油量由49.2 t/d升高至60.7 t/d，累計增油量達10632.5 t，作業(yè)效果明顯。

2.4 乳化稠油調(diào)剖

乳化稠油調(diào)堵體系也是目前應(yīng)用較多的一種有效的選擇性堵水體系［24］，依靠在地層中形成高黏度的W/O型乳狀液，對大孔道形成封堵。其主要作用機理［25］包括:①高黏度的W/O乳狀液被切割成球狀，在孔隙喉道處架橋形成物理堵塞;②在大孔道巖石表面吸附，縮小水流通道，增大流動阻力;③在孔隙喉道處變形產(chǎn)生疊加的賈敏效應(yīng)，降低后續(xù)注入流體的滲透率。

目前，W/O型稠油乳狀液的注入方式可分為3種:①在地面條件下將油包水乳化劑加入稠油中，在注入地層后，遇水形成高黏度的W/O型乳狀液;②使用轉(zhuǎn)向劑［26］，注入黏度較低的O/W型乳狀液，注入地層后轉(zhuǎn)向成為黏度較高的W/O型;③直接注入抗高溫W/O型乳化劑，在地層中遇稠油形成高黏乳狀液。

閆長生等［27］發(fā)明的抗高溫油包水乳化劑，主要包括HLB＜6的陰離子型、陽離子型、非離子型或復(fù)合型表面活性劑。在現(xiàn)場應(yīng)用時，可隨蒸汽同時注入或注汽前注入，就地形成高黏度的W/O型乳狀液，抗溫性能在200℃以上，而且對油層無污染。

2.5 鹽沉析調(diào)剖

鹽析是指向飽和電解質(zhì)(如氯化鈉等)水溶液中加入非電解質(zhì)(如乙醇等)，降低溶液中電解質(zhì)的溶解度，使部分電解質(zhì)從溶液中析出并形成固體沉淀的現(xiàn)象［28］。國外于20世紀90年代就對醇誘導(dǎo)鹽沉析體系進行了大量研究［29－31］，匈牙利及美國等幾個國家也進行了礦場實驗［32］，取得了一定成果。

在鹽沉析調(diào)剖過程中，誘導(dǎo)劑是作業(yè)成功的關(guān)鍵。目前常用的誘導(dǎo)劑有醇類、胺類和酸類等。一般認為相同條件下，醇的誘導(dǎo)能力最高，胺次之，酸最差。同時，溫度、壓力等因素也會影響鹽的沉析率。

文獻［33］對NaCl和Na2SiO3在不同溫度、時間和段塞長度下的沉析率進行了考察，發(fā)現(xiàn)2種鹽在某一溫度時(NaCl為300～400℃，Na2SiO3約為120℃)封堵率分別達到最高峰，2種調(diào)堵劑的封堵效果較好，可用于稠油熱采方案。

3 發(fā)展趨勢

(1)隨著稠油油藏蒸汽吞吐(蒸汽驅(qū))輪次的增加，地層非均質(zhì)性越來越嚴重，環(huán)境越來越復(fù)雜，開發(fā)成本低、耐溫性更好的化學(xué)劑(耐高溫聚合物、耐高溫表面活性劑等)成為稠油開發(fā)的關(guān)鍵。

(2)針對單一調(diào)堵體系作用時間短、作用效果有限的缺點，應(yīng)加強機理探究，發(fā)展復(fù)合調(diào)堵體系，充分發(fā)揮各體系間的協(xié)同作用。其中，有機/無機復(fù)合體系、自生氣泡沫凝膠體系等將成為未來研究的熱點。

(3)隨著環(huán)保意識的增強，地層傷害小的調(diào)堵體系將越來越受到人們的重視，主要包括環(huán)保型乳狀液體系、新型鹽沉析調(diào)剖技術(shù)以及微生物調(diào)驅(qū)技術(shù)等。

總而言之，稠油資源是未來油氣資源開發(fā)的重點，針對稠油熱采井的調(diào)剖堵水技術(shù)開始迅速發(fā)展并得以迅速推廣，新型調(diào)堵體系正朝著成本低、耐溫好、作業(yè)簡單、綠色環(huán)保等方向發(fā)展。

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