閆文華，閆炳旭，楊兆明，段效威

（1. 東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163318； 3. 遼河油田公司錦州采油廠，遼寧 盤錦 124010）

基于陽離子與聚合物絮凝反應(yīng)的陽離子調(diào)堵劑的優(yōu)選

閆文華1，閆炳旭1，楊兆明2，段效威3

（1. 東北石油大學(xué) 提高采收率教育部重點實驗室，黑龍江 大慶 163318；2. 大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163318； 3. 遼河油田公司錦州采油廠，遼寧 盤錦 124010）

成功篩選陽離子選擇性調(diào)堵劑對油田提高采收率、防止井竄、改善地層均質(zhì)性均有非常重要的意義。針對遼河油田J16區(qū)塊二元驅(qū)竄聚井低效循環(huán)、驅(qū)油效果不理想等復(fù)雜問題，利用陽離子調(diào)賭劑與聚合物能發(fā)生絮凝反映的原理，對調(diào)驅(qū)體系配方中與聚合物反應(yīng)的陽離子種類及其用量進行了實驗篩選。結(jié)果表明：所選用的7種陽離子調(diào)堵劑中，調(diào)堵劑1、2、4的聚沉效果較好；在聚合物濃度低于1 500 mg/L的條件下，陽離子調(diào)堵劑1、2、4作為優(yōu)選出的陽離子堵劑較為理想；聚合物濃度分別為100、500、1 000、1 500 mg/L的條件下，陽離子堵劑的濃度為1 000、3000、5 000、10 000 mg/L較為理想。

陽離子堵劑；堵劑種類；堵劑用量；調(diào)驅(qū)封竄

聚合物驅(qū)油是中國開展最廣泛的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)之一，能夠改善油田的開發(fā)效果，調(diào)節(jié)油藏中油水兩相的流度比及降低水相滲透率，但對于非均質(zhì)油藏，仍存在竄聚嚴(yán)重及低效循環(huán)等問題［1，2］，油田中為解決此類問題常采用調(diào)剖、堵水等方法，現(xiàn)有的調(diào)剖堵水工藝技術(shù)大多采用顆粒型堵劑進行封堵，雖然在一定程度上能夠提高波及體積，但堵劑缺乏和地下聚合物的作用，不能有效的固定地下的聚合物；除此之外，顆粒型堵劑在現(xiàn)場應(yīng)用中還存在注入困難和封堵半徑小等問題，導(dǎo)致開發(fā)成本相對較高，施工工藝相對復(fù)雜以及不能滿足聚合物的防竄需要［3-6］。這就要求開發(fā)出既能防竄又能改善地層非均質(zhì)性、擴大聚合物驅(qū)的波及系數(shù)較為經(jīng)濟的新工藝、新技術(shù)來解決以上問題。由于遼河油田J16區(qū)塊在實施二元驅(qū)的過程中，在注入井中注入的聚合物為聚丙烯酰胺，其為陰離子型聚合物，當(dāng)令其與采油井中注入的陽離子型調(diào)賭劑相遇時，易相互吸引發(fā)生絮凝反映，可在在地層中形成有效封堵，此方法即可節(jié)約成本，有效提高地層注入壓力，擴大有效波及體積，又能改善地層的竄流等問題。目前國內(nèi)外學(xué)者對陽離子聚合物在水處理方面有廣泛的研究［7-10］，但將其作為調(diào)賭劑卻鮮有研究，因而有必要對這種方法進行系統(tǒng)的實驗研究。本文根據(jù)聚合物與陽離子反應(yīng)機理并結(jié)合遼河油田J16區(qū)塊的實際情況，在室內(nèi)對陽離子堵劑種類及用量進行了分析研究。

1 實驗條件

1.1 實驗儀器

攪拌器、攪拌器、恒溫箱、粘度計BROOKFIELD DV-Ⅱ+PRO、UV-765型紫外-可見分光光度計。

1.2 實驗藥品

聚合物（分子量為2 500×104）、模擬地層水、七種不同的陽離子藥劑。

1.3 實驗溫度

室內(nèi)溫度25 ℃，恒溫箱溫度55 ℃。

1.4 實驗方法

配制不同濃度聚合物溶液并進行編號，在 55℃的條件下，測定各溶液的粘度，然后根據(jù)試驗藥劑的不同，配制相應(yīng)濃度的陽離子聚沉絮凝調(diào)堵劑溶液，在所配制的聚合物溶液中加入陽離子調(diào)堵劑，在攪拌器低速攪拌15 min后，使其充分反應(yīng)，停止攪拌，將混合溶液轉(zhuǎn)移至 55 ℃恒溫箱中靜置 2 h以上，觀察絮體沉降穩(wěn)定的具體現(xiàn)象，并取其上層清液，測定其粘度及測量其吸光值計算濃度。

2 實驗方案

使用燒杯試驗法，固定聚合物濃度100、500、1 000、1 500 mg/L與不同陽離子堵劑進行絮凝反應(yīng)實驗，優(yōu)選出合適堵劑及其用量。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 陽離子調(diào)堵劑種類的優(yōu)選

通過實驗，將不同聚合物濃度條件下粘度降低率（即粘度降低值與初始粘度的比值）、濃度降低率（即濃度降低值與初始濃度的之比）達到合理范圍內(nèi)的陽離子調(diào)堵劑相應(yīng)濃度繪制成圖（見圖1），從圖中可以看出不同種類的陽離子調(diào)堵劑降低聚合物粘度、濃度的能力不同。相同聚合物濃度條件下，達到相同效果時陽離子調(diào)堵劑用量的差異很大。其中調(diào)堵劑7用量要明顯多于其它幾種，而調(diào)堵劑1、2、4在不同聚合物濃度條件下用量基本一致，且比其它的陽離子調(diào)堵劑的用量少。

根據(jù)實驗結(jié)果可知，聚合物濃度為 100 mg/L時，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4僅需要2 000 mg/L就可以使聚合物濃度、粘度分別下降到90%和60%，而調(diào)堵劑6、調(diào)堵劑3則需要3 000 mg/L，調(diào)堵劑5和調(diào)堵劑7則需要6 000 mg/L才能達到相同效果。

圖1 各陽離子調(diào)堵劑粘度、濃度降低柱狀圖Fig.1 The viscosity and concentration reducing of kinds of cationic plugging agents' histogram

聚合物濃度為500 mg/L時，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4僅需要3 000 mg/L就可以使聚合物濃度、粘度同時下降到90%，而調(diào)堵劑6須使用12 000 mg/L、調(diào)堵劑3則需要10 000 mg/L，調(diào)堵劑5和調(diào)堵劑7則需要12 000 mg/L才能達到相同效果。

聚合物濃度為1 000 mg/L時，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4僅需要5 000 mg/L就可以使聚合物濃度、粘度分別下降到85%和90%，而調(diào)堵劑6、調(diào)堵劑3則需要15 000 mg/L，調(diào)堵劑5則需要20 000 mg/L才能達到相同效果，而調(diào)堵劑7在濃度20 000 mg/L時，仍不能使聚合物溶液濃度、粘度下降率超過80%。

聚合物濃度為1500 mg/L時，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4僅需要10 000 mg/L就可以使聚合物濃度、粘度均超過90%，而調(diào)堵劑6、調(diào)堵劑3則需要20 000 mg/L，調(diào)堵劑5則需要25 000 mg/L、調(diào)堵劑7在濃度30000mg/L時，才能使聚合物溶液濃度、粘度下降率達到80%。

由以上分析可知，在相同條件下要達到同樣的效果，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4的用量消耗最少，而調(diào)堵劑6、調(diào)堵劑3次之，調(diào)堵劑5、調(diào)堵劑7的用量消耗較多。綜合考慮現(xiàn)場陽離子調(diào)堵劑消耗及經(jīng)濟效益兼顧聚合物濃度降低效果間的關(guān)系，建議選用調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4三種陽離子作為陽離子調(diào)堵劑。

3.2 陽離子調(diào)堵劑用量的優(yōu)選

由于不同陽離子調(diào)堵劑絮凝效果不同，而同一種陽離子調(diào)堵劑在聚合物濃度不同條件下用量也不同，因此需要對優(yōu)選出的陽離子調(diào)堵劑進行相應(yīng)用量的優(yōu)選。圖2-5為不同聚合物條件下，優(yōu)選的陽離子調(diào)堵劑用量與聚合物濃度、粘度降低率之間的關(guān)系曲線。

圖2 藥劑濃度與聚合物濃度、粘度降低率關(guān)系曲線（聚合物濃度100 mg·L-1）Fig.2 The drug concentration with the polymer concentration reducing and polymer viscosity reducing ralation curve（polymer concentration is 100 mg·L-1）

圖2為聚合物濃度100 mg/L條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4不同用量時對應(yīng)的聚合物濃度降低率、粘度降低率的關(guān)系曲線。結(jié)果顯示，隨著陽離子調(diào)堵劑用量的增加，濃度降低率和粘度降低率均呈上升趨勢。從圖中可以看出，此條件下三種調(diào)賭劑的粘度降低率最終都在60%左右，這是因為100 mg/L的聚合物溶液基礎(chǔ)粘度僅為3.1 mPa·s，同溫度下水的粘度是1.1 mPa·s，加入調(diào)堵劑后聚合物粘度最低會下降到與水的粘度相當(dāng)而不會再下降，因而粘度降低率最終都在60%左右。當(dāng)陽離子調(diào)堵劑用量超過1 000 mg/L后，聚合物濃度、粘度降低率增加幅度變小，從圖中曲線可以看出，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2的濃度、粘度降低率曲線變化趨勢較為接近，曲線變化也相對平緩，而調(diào)堵劑4的粘度降低率曲線變化幅度相對較大。

因此考慮到用量的消耗程度及經(jīng)濟性，建議在聚合物濃度為100 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4的用量應(yīng)選用1000 mg/L。

圖3 藥劑濃度與聚合物濃度、粘度降低率關(guān)系曲線（聚合物濃度500 mg·L-1）Fig.3 The drug concentration with the polymer concentration reducing and polymer viscosity reducing ralation curve（polymer concentration is 500 mg·L-1）

圖3為聚合物濃度500 mg/L條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4不同用量時對應(yīng)的聚合物濃度降低率、粘度降低率的關(guān)系曲線。結(jié)果顯示隨著陽離子調(diào)堵劑用量的增加，濃度降低率和粘度降低率均呈上升趨勢，且對于同一種陽離子調(diào)堵劑粘度降低率要高于濃度降低率，但最終都能達到90%。在較低的陽離子調(diào)堵劑用量條件下，調(diào)堵劑 1、調(diào)堵劑2的濃度、粘度降低率要高于調(diào)堵劑4，但當(dāng)用量增加后這種趨勢變?nèi)?，最終都能使聚合物濃度降低到90%。同時從圖中曲線可以看出，調(diào)堵劑用量低于2 000 mg/L時濃度降低幅度要相對平緩，當(dāng)用量高于2 000 mg/L后變化幅度相對較大，即當(dāng)用量低于2 000 mg/L時仍有大量的聚合物未參與反應(yīng)，其反應(yīng)不充分。

因此為使絮凝反應(yīng)更為充分，建議在聚合物濃度為500 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4的用量應(yīng)選擇3 000 mg/L。

圖4為聚合物濃度1 000 mg/L條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4不同用量時對應(yīng)的聚合物濃度降低率、粘度降低率的關(guān)系曲線。

圖4 藥劑濃度與聚合物濃度、粘度降低率關(guān)系曲線（聚合物濃度1 000 mg·L-1）Fig.4 The drug concentration with the polymer concentration reducing and polymer viscosity reducing ralation curve（polymer concentration is 1 000 mg·L-1）

結(jié)果顯示，隨著陽離子調(diào)堵劑用量的增加，濃度降低率和粘度降低率均呈上升趨勢，且對于同一種陽離子調(diào)堵劑粘度降低率要高于濃度降低率，濃度降低率可以達到 85%左右、粘度降低率可以達到 95%左右。隨著陽離子調(diào)堵劑用量的進一步增加由于大部分的聚合物都已參與反應(yīng)，當(dāng)用量超過3 000 mg/L后，聚合物濃度粘度降低率增加幅度變小。從圖中曲線可以看出，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2的曲線變化趨勢更為相近，曲線變化也相對平緩，而調(diào)堵劑 4與這二者曲線變化規(guī)律相差較大。

此時兼顧考慮到調(diào)堵劑的消耗量及反應(yīng)的充分性，建議在聚合物濃度為1 000 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4的用量應(yīng)選擇5 000 mg/L。用量應(yīng)選擇10 000 mg/L。

圖5 藥劑濃度與聚合物濃度、粘度降低率關(guān)系曲線（聚合物濃度1 500 mg·L-1）Fig.5 The drug concentration with the polymer concentration reducing and polymer viscosity reducing ralation curve（polymer concentration is 1 500 mg·L-1）

4 結(jié) 論

圖5為聚合物濃度1 500 mg/L條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4不同用量時對應(yīng)的聚合物濃度降低率、粘度降低率的關(guān)系曲線。結(jié)果顯示，隨著陽離子調(diào)堵劑用量的增加，濃度降低率和粘度降低率均呈上升趨勢，且對于同一種陽離子調(diào)堵劑粘度降低率要高于濃度降低率，濃度降低率最大可以達到90%，粘度降低率最大可以超過95%。由于陽離子調(diào)堵劑的溶解性的限制，當(dāng)用量濃度超過7 000 mg/L后，聚合物濃度粘度降低率增加幅度變小。從圖中曲線可以看出，這三種陽離子調(diào)堵劑濃度、粘度降低率的曲線變化規(guī)律體現(xiàn)出更為相似的趨勢，在聚合物濃度超過1 500 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4三種藥劑對聚合物濃度、粘度降低率影響的差異性較弱，此時對聚合物濃度、粘度降低率產(chǎn)生影響更多的為陽離子調(diào)堵劑的濃度。

由于此時聚合物基礎(chǔ)濃度較大，為使聚合物更多的參與絮凝反應(yīng)，建議在聚合物濃度為 1 500 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4的

（1）所選陽離子調(diào)堵劑均可以與聚合物溶液發(fā)生絮凝反應(yīng)，能夠有效降低聚合物溶液粘度和濃度，并且隨著陽離子藥劑濃度的增加，降低的越多，但達到一定值后降低幅度減?。?/p>

（2）在聚合物濃度低于1 500 mg/L的條件下，調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4可以在濃度不超過10 000 mg/L的條件下，降低聚合物濃度、粘度超過90%；因此建議將調(diào)堵劑1、調(diào)堵劑2、調(diào)堵劑4做為優(yōu)選的陽離子調(diào)堵劑；

（3）聚合物濃度為100 mg/L的條件下，陽離子調(diào)堵劑的最佳濃度為1 000 mg/L；聚合物濃度為500 mg/L的條件下，陽離子調(diào)堵劑的最佳濃度為

3 000 mg/L左右；聚合物濃度為1 000 mg/L的條件下，陽離子調(diào)堵劑的最佳濃度為5 000 mg/L左右；聚合物濃度為1 500 mg/L的條件下，陽離子調(diào)堵劑的最佳濃度為10 000 mg/L左右。

［1］王偉新.聚合物驅(qū)竄聚規(guī)律及解決對策［J］.內(nèi)江科技，2010（01）:52-80.

［2］田敏，李楠.聚合物驅(qū)油機理及增效新措施［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010（18）:34-36.

［3］周陽.調(diào)剖堵水優(yōu)化設(shè)計［D］. 大慶:大慶石油學(xué)院，2010.

［4］舒俊峰，張磊，陳勇.凝膠顆粒調(diào)剖劑評價及礦場應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進展，2013（01）:15-19.

［5］ 周泉，陳鳳，王力，喬巖.柔性微球顆粒調(diào)剖劑的性能表征［J］.東北石油報，2013（05）:90-96.

［6］任成鋒.喇嘛甸油田低成本瀝青顆粒調(diào)剖技術(shù)［J］.東北石油大學(xué)學(xué)報，2014（03）:81-86.

［7］李澤宇，高峰.聚驅(qū)采油井陽離子調(diào)剖的可行性研究［J］.中國石油和化工，2013（05）:46-48.

［8］徐景峰，李智.三元共聚陽離子型聚丙烯酰胺的合成及性能研究［J］.精細(xì)石油，2015（01）:15-18.

［9］李榮強，張宏，王金本，韋魯濱.陽離子聚合物電解質(zhì)的研究進展［J］.精細(xì)石油，2010（02）:72-77.

［10］朱玥珺，張健，段明.陽離子聚合物對聚合物驅(qū)含油污水的處理研究［J］.油田化學(xué)，2012（02）:243-246.

Optimization of Cationic Plugging Agent According to the Flocculation Reaction Mechanism of Cationic and Polymer

YEN Wen-hua1，YAN Bing-xu1，YANG Zhao-ming2，DUAN Xiao-wei3

（1. Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery of the Ministry of Education ，Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318， China； 2. Daqing Oilfield Company， Heilongjiang Daqing 163318， China；3. Liaohe Oilfield Company Jinzhou Oil Production Plant， Liaoning Panjin 124010， China）

It has important significance to select correct cationic adjustable plugging agents for improving oil recovery，preventing well channeling， improving the formation heterogeneity. The wells of binary flooding of J16 block in Liaohe oilfield exist some complex problems， such as low effective circulation and poor oil displacement effect. Using the principle that cationic adjustable plugging agents can work with the polymer，experiments were carried out to select the types and the use levels of cationic adjustable plugging agents which can work with polymer in the drive system. The results show that among the chosen seven kinds of cationic plugging agents， the first ，second and forth plugging agents' coagulation effect are better； under the condition of polymer's concentration less than 1 500 mg/L，the first， second and forth plugging agents are relatively ideal； when polymer's concentration are 100， 500， 1 000， 1 500 mg/L， the better concentration of the cationic plugging agents are 1 000， 3 000， 5 000， 10 000 mg/L.

Cationic adjustable plugging agent； Plugging agent's species； Plugging agent's using level； Fooding control plugging channeling

TE 357

A

1671-0460（2015）12-2755-04

中國石油科技創(chuàng)新基金研究項目“特高含水期二元驅(qū)多段塞等流度驅(qū)油方法研究”，項目號：（2013D-5006-0203）。

2015-7-23

閆文華（1967），女，遼寧省昌圖縣人，博士，東北石油大學(xué)教授，2009年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位，研究方向：從事油田開發(fā)及提高采收率技術(shù)工作。E-mail：dqyanwh@163.com。