王代流 （中石化勝利油田分公司孤島采油廠，山東 東營257231）

李學(xué)佼，侯影飛 （中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院，山東 青島288560）

油井出水是油田開發(fā)過程中普遍存在的現(xiàn)象，它不僅嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量，減少原油的采出率，而且環(huán)境也會(huì)受到一定程度的影響。硅酸堵水劑具有耐溫耐鹽性能好、強(qiáng)度高、有效期長、成本低等優(yōu)點(diǎn)［1～3］，可以有效封堵油井的出水層位，達(dá)到降水增油的效果。硅酸堵水劑的缺點(diǎn)是在高溫下膠凝速度快［4～7］，這就影響了在油田井中的實(shí)際應(yīng)用。

筆者針對硅酸膠凝堵水劑膠凝速度快、有機(jī)硅和硅酸鈉用量高等問題，進(jìn)行了優(yōu)化研究，在降低有機(jī)硅和硅酸鈉用量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)凝膠時(shí)間在模擬地層溫度60℃下達(dá)到8h以上，這既降低了成本，又確保了增產(chǎn)效果。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)試劑

硅酸鈉，模數(shù)3.0；有機(jī)硅，固含量45%；孤島油田污水，懸浮物870～1250mg／L；磷酸，氯化銨，EDTA（防垢劑）分析純；去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 試驗(yàn)方法

1）緩釋酸的配制 37.7gNH4Cl，80.6g緩釋劑，24.9g磷酸，856.8g水配制成1L酸液備用。

2）堵水劑的制備 先稱取一定量的甲基硅酸鈉、硅酸鈉，與污水混合；再加入0.15g EDTA，攪拌均勻；最后加入適量的緩釋酸，攪拌混合，常溫放置12h，觀察溶液變化。如果沒有膠凝，將混合液放入60℃的水浴鍋中加熱，觀察其膠凝時(shí)間和凝膠強(qiáng)度。

3）堵水劑性能的測試 將配制好的堵水劑移入恒溫水浴鍋中模擬地層溫度60℃，恒溫候凝至混合液形成具有一定強(qiáng)度的凝膠體。按文獻(xiàn) ［8］中的凝膠強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，通過觀察法確定堵劑的凝膠強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 配方優(yōu)化

有機(jī)硅堵水劑配方：3～10mL有機(jī)硅＋5～15mL硅酸鈉＋10～40mL緩釋酸＋油田污水（總體積100mL），混合攪拌均勻。

2.1.1 不同硅源對凝膠性能的影響

考察不同硅源對凝膠性能的影響，如表1所示，在保證凝膠強(qiáng)度的前提下，加入有機(jī)硅可以提高堵劑凝膠的彈性。這是由于有機(jī)硅的主鏈?zhǔn)秩犴?，其分子間的作用力比碳?xì)浠衔镆醯枚?，因此，比同分子量的碳?xì)浠衔镳ざ鹊?，表面張力弱，?dāng)有機(jī)硅體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，不易形成凝膠。而硅酸鈉黏結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度較高，但當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)，形成的凝膠易碎。

2.1.2 硅酸鈉對膠凝時(shí)間的影響

當(dāng)有機(jī)硅1.3mL，緩釋酸15mL時(shí)，硅酸鈉加量對膠凝時(shí)間的影響如表2所示，隨硅酸鈉加量的增加膠凝時(shí)間縮短。這是由于硅酸鈉的硅酸根離子遇H＋逐漸質(zhì)子化，與有機(jī)硅形成二聚體，然后以相同的反應(yīng)機(jī)制形成三聚體，直至形成具有空間體型的長鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚體［9，10］。故硅酸鈉加量過低，則不足以形成高聚體；加量過高則膠凝速度過快，都不能達(dá)到要求。

2.1.3 有機(jī)硅對膠凝時(shí)間的影響

當(dāng)硅酸鈉9.0mL，緩釋酸15.0mL時(shí)，有機(jī)硅加量對膠凝時(shí)間的影響如表3所示，隨著有機(jī)硅加量的增加，膠凝時(shí)間延長。當(dāng)有機(jī)硅為1.5mL，硅酸鈉為9.0mL時(shí)，膠凝時(shí)間最長達(dá)到4.7h。這是因?yàn)橛袡C(jī)硅的硅原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來，使得硅酸很難接近而發(fā)生聚合反應(yīng)，從而降低了反應(yīng)速率。因此，有機(jī)硅加量增加時(shí)，膠凝時(shí)間延長；而加量過高則很難形成具有良好強(qiáng)度的凝膠。

2.1.4 緩釋酸對膠凝時(shí)間的影響

當(dāng)硅酸鈉7.5mL，有機(jī)硅1.4mL時(shí)，緩釋酸加量對膠凝時(shí)間的影響如表4所示，隨緩釋酸加量的增加，膠凝時(shí)間縮短。為適應(yīng)高溫的需要加入緩釋劑以延遲膠凝，原因是緩釋劑的加入使得酸釋放H＋的速度減緩，整個(gè)反應(yīng)速率降低。當(dāng)緩釋酸加量過高時(shí)，即使釋放H＋速率緩慢，產(chǎn)生的H＋也足以產(chǎn)生硅酸進(jìn)行聚合反應(yīng)，膠凝時(shí)間短；而當(dāng)緩釋酸加量過低時(shí)，則產(chǎn)生的H＋不足以參與反應(yīng)，不能形成具有良好強(qiáng)度的凝膠。

表1 不同硅源對凝膠性能的影響

表2 硅酸鈉對膠凝時(shí)間的影響

表3 有機(jī)硅對膠凝時(shí)間的影響

2.2 膠凝時(shí)間

設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，考察有機(jī)硅、硅酸鈉、緩釋酸3個(gè)因素（表5）。通過極差分析，有機(jī)硅1.5mL，硅酸鈉8.2mL，緩釋酸14.5mL時(shí)，膠凝時(shí)間最長（表6）。各因素對膠凝時(shí)間的影響大小順序?yàn)榫徦偎?、有機(jī)硅、硅酸鈉（表7）。

表4 緩釋酸對膠凝時(shí)間的影響

表5 正交試驗(yàn)影響因素及因素水平取值

為了充分節(jié)約成本，在以上試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上做了適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)有機(jī)硅 1.5mL、緩釋酸 14.5mL時(shí)，減少硅酸鈉加量，當(dāng)硅酸鈉加量在6.4～8.2mL時(shí)，膠凝時(shí)間均能達(dá)到13h以上。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，選擇硅酸鈉加量6.4mL為宜。因此，堵水劑優(yōu)化配方為有機(jī)硅1.5mL＋硅酸鈉6.4mL＋緩釋酸14.5mL＋EDTA 0.15g＋油田污水。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

表7 極差分析結(jié)果

3 結(jié)論

1）通過正交試驗(yàn)分析了各因素對堵水劑膠凝時(shí)間的影響效果，堵水劑的最佳配方為有機(jī)硅1.3mL＋硅酸鈉6.4mL＋緩釋酸14.5mL＋EDTA 0.15g＋油田污水，膠凝時(shí)間13h。

2）堵水劑的設(shè)計(jì)既減少了硅源的用量，又保證膠凝效果，滿足現(xiàn)場施工強(qiáng)度，符合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。

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