欒新星 胡建平

（中石化西北油田分公司采油一廠，新疆 巴州 841600）

1 有機(jī)凍膠耐溫抗鹽性能優(yōu)化研究

1.1 有機(jī)凍膠堵水機(jī)理

（1）有機(jī)凍膠堵水機(jī)理

有機(jī)凍膠為少量水溶性聚合物和交聯(lián)劑（<10%）束縛大量自由水形成的膠體結(jié)構(gòu)（>90%）。所用聚合物主要為聚丙烯酰胺及其衍生物，所用交聯(lián)劑主要為有機(jī)金屬（有機(jī)鈦、有機(jī)鋯等）、酚醛類（酚醛單體或預(yù)聚樹脂）、多元胺等。其不成比例的降低油、水滲透率，實現(xiàn)堵水疏油，主要堵水機(jī)理有以下三點(diǎn)：

①位阻效應(yīng)

聚丙烯酰胺分子鏈上的極性基團(tuán)通過氫鍵與巖石表明相吸附，在巖石表面形成薄膜，減小了孔縫通道，同時羧基強(qiáng)親水，分子鏈在水中伸展，增大了水流阻力，實現(xiàn)地層水滲透性減小。而在油相內(nèi)壓縮聚合物分子，油相滲透率降低有限。

②潤滑效應(yīng)

巖心隙壁表面的聚合物吸附層或凍膠層可減小隙壁表面的粗糙度，對水和油的流動阻力都有所降低。由于聚合物強(qiáng)親水，對水流動時不產(chǎn)生塞流，而對油流動時可產(chǎn)生塞流（滑脫效應(yīng)），即隙壁表面對水和油的流動有不同的潤滑效應(yīng)。

表1 單體有機(jī)凍膠耐溫抗鹽性能考察（130 ℃）

表2 無機(jī)硅酸鹽對常規(guī)凍膠體系性能影響（130 ℃）

圖1 130 ℃單體凍膠遇地層水后3d膠水界面未明顯收縮

圖2 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合凍膠體系抗鹽性能考察（130 ℃）

圖3 常規(guī)凍膠與10 %微球凍膠強(qiáng)度對比（120 ℃）

③潤濕反轉(zhuǎn)提高油相滲透率效應(yīng)

巖心隙壁表面的聚合物吸附層或凍膠層可使隙壁表面由親油變成親水，或使親水表面變得更親水，滲透率曲線整體向右移，束縛水飽和度增加，剩余油飽和度減小，相同含水情況下油相滲透率增大。

（2）有機(jī)凍膠侵蝕機(jī)理

聚丙烯酰胺羧基強(qiáng)親水，水解后分子鏈上帶負(fù)點(diǎn)，鹽所帶的正電荷能降低聚合物鏈同性斥力，表現(xiàn)為聚合物以及交聯(lián)在油相或者高鹽環(huán)境形成的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)趨于收縮，短時間內(nèi)膠體脫水率高，多價鹽在相同濃度下離子強(qiáng)度較一價鹽大3-8倍，脫水更嚴(yán)重。

1.2 優(yōu)化技術(shù)思路

結(jié)合凍膠成凍機(jī)理，從以下三方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）加入疏水單體，增強(qiáng)凍膠分子內(nèi)耐溫抗鹽性

利用兩種聚合物單體丙烯酰胺和疏水單體丙烯酸，加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，邊聚合邊交聯(lián)形成凍膠，疏水支鏈遮蔽聚合物主鏈，具有更好的耐溫抗鹽性。

（2）加入無機(jī)硅酸鹽類，增強(qiáng)凍膠分子間耐溫抗鹽性

將無機(jī)硅酸鹽凝膠引入配方體系，與有機(jī)弱凍膠形成互穿網(wǎng)絡(luò)，無機(jī)硅酸鹽凝膠能有效遮蔽地層水，保護(hù)聚合物分子鏈。

（3）加入油相或者沉淀類，增強(qiáng)凍膠分子外耐溫抗鹽性

常規(guī)凍膠相之外增加相滲類或者沉淀類堵劑（段塞式或者混合式組合）利用多孔介質(zhì)相滲或者沉淀卡堵，逐級抵抗鹽水侵蝕，提高體系穩(wěn)定性。

1.3 室內(nèi)試驗

根據(jù)以上三種技術(shù)對策，分別進(jìn)行室內(nèi)實驗，考察其是否可行。

（1）增強(qiáng)凍膠分子內(nèi)耐溫抗鹽性

以AM單體為主劑、引入疏水單體丙烯酸為增強(qiáng)劑的單體復(fù)合凝膠體系。該體系原液黏度與水相近，置于130℃恒溫烘箱中，成膠時間在12h-48h可調(diào)，成膠強(qiáng)度H-I級。將地層水置于凍膠中重新封閉，130℃下3d膠-水界面只有少量的侵蝕破壞，未明顯收縮，具有較強(qiáng)的耐高溫高鹽性。

※單體丙烯酸濃度1%、引發(fā)劑濃度150mg/L、增溶劑濃度1%。

（左為成凍后加入地層水封口；右為樣品高溫老化體積收縮情況）

（2）增強(qiáng)凍膠分子間耐溫抗鹽性

將無機(jī)硅酸鹽凝膠引入常規(guī)配方體系，與有機(jī)弱凍膠形成互物理互穿體系，堵劑綜合了無機(jī)硅酸鹽類堵劑耐高溫、抗高鹽的特性和有機(jī)高分子凍膠類堵劑選擇性強(qiáng)、韌性佳的特點(diǎn)。

室內(nèi)實驗顯示，在130℃下，無機(jī)鹽類使凍膠強(qiáng)度增加，同時成凍時間延長。但當(dāng)濃度大于5%時凍膠強(qiáng)度降低，且90d內(nèi)不脫水。因此，無機(jī)增穩(wěn)劑的適用濃度范圍為1%-4%。

將其放入130℃塔河地層水中，4d后體積小量收縮，目測收縮為初始體積的70%-80%，但仍然能夠保持完整性，繼續(xù)放置收縮速率減慢。

（3）增強(qiáng)凍膠分子間耐溫抗鹽性

將常規(guī)凍膠加入相滲類微球堵劑，注入安培瓶中密封，放入120℃恒溫箱中，觀察其強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，加入10%微球溶液的凍膠強(qiáng)度明顯增大，并且?guī)缀醪幻撍?，具有較好的耐溫性能。

利用巖心驅(qū)替實驗考察其抗鹽侵蝕性能，常規(guī)凍膠加入相滲類堵劑后，耐鹽性能大大增強(qiáng)，驅(qū)替12PV地層水時封堵率為98.6%、突破壓力為7.94MPa，而純凍膠封堵率降為96.5%、突破壓力2.81MPa。

1.4 綜合對比

分子內(nèi)改性優(yōu)點(diǎn)是單體聚合交聯(lián)，基液黏度低，特別適合深部注入，缺點(diǎn)是堵劑成本高；分子間改性優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，缺點(diǎn)是無機(jī)增穩(wěn)劑與地層水反應(yīng)沉淀封堵孔喉，多次堵水產(chǎn)生儲層傷害；分子外改性優(yōu)點(diǎn)是利用相滲作用，阻隔地層水破壞，不改變孔滲結(jié)構(gòu)，適合多次堵水，且工藝簡單，是今后研究應(yīng)用的重點(diǎn)。

2 TK937H井新型凍膠堵水試驗情況

TK937H井位于塔河9區(qū)構(gòu)造腰部，于2008年12月投產(chǎn)，2009年3月含水開始抬升，2011年8月含水至87%時堵水措施，累計注入無機(jī)-有機(jī)復(fù)合新型凍膠堵劑190.4m3，堵后日產(chǎn)液29↑49t，日產(chǎn)油4↑19.7t，含水86↓60 %；有效期205d，累計增油813.6t，取得較好增油控水效果。

結(jié)語

（1）通過在常規(guī)凍膠內(nèi)加入疏水單體、無機(jī)硅酸鹽類、相滲類堵劑從分子內(nèi)、分子間、分子外三方面進(jìn)行耐溫抗鹽性能優(yōu)化，室內(nèi)實驗表明均能夠有效遮蔽聚合物主鏈，抵抗鹽水侵蝕，最終形成塔河有機(jī)凍膠耐溫抗鹽體系。

（2）綜合對比認(rèn)為，分子外凍膠改性工藝簡單、易于操作，適合多輪次堵水，最為滿足現(xiàn)場要求，是今后研究改進(jìn)的重點(diǎn)。

（3）TK937H新型耐溫抗鹽凍膠堵水先導(dǎo)試驗取得了較好效果，為塔河碎屑巖區(qū)塊穩(wěn)油控水開發(fā)提供了一條有效的工藝途徑。

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