劉灝亮，趙法軍，張洪瑋，安 毅

（1. 東北石油大學(xué) 稠油研究室，黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

用于稠油蒸汽驅(qū)的樹脂型耐高溫封堵劑室內(nèi)靜態(tài)評價

劉灝亮1，趙法軍1，張洪瑋2，安 毅1

（1. 東北石油大學(xué) 稠油研究室，黑龍江 大慶 163318； 2. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

為解決蒸汽驅(qū)油田遇到的汽竄問題，需要結(jié)合現(xiàn)場條件找到合適的封堵劑進(jìn)行調(diào)剖。實(shí)驗(yàn)以遼河油田齊 40 區(qū)塊蒸汽驅(qū)條件為例，找到一種樹脂型耐高溫封堵劑配方，并從成膠時間、溫度、礦化度三方面研究了對封堵劑性能的影響，以確定合適的施工條件。并對老化前后的封堵劑進(jìn)行紅外光譜分析，通過組分變化研究封堵劑作用機(jī)理。

汽竄；調(diào)剖；封堵劑；紅外光譜；作用機(jī)理

目前國內(nèi)多數(shù)稠油油田采用注蒸汽的熱采方法開采稠油。然而在注入蒸汽的過程中，由于稠油粘度降低，在儲層中開始具有一定的流動性。隨著單位時間內(nèi)注氣量和注氣強(qiáng)度的增加，開始出現(xiàn)“汽竄”現(xiàn)象，即注入的蒸汽沿高滲通道發(fā)生指進(jìn)，且快速竄流至生產(chǎn)井，導(dǎo)致生產(chǎn)井含水率大幅增加，且蒸汽在高滲透率方向前進(jìn)的過程中形成汽竄通道，造成油藏整體動用程度不均，降低蒸汽利用率，影響稠油資源的開發(fā)[1-3]。蒸汽一旦形成汽竄通道，就會發(fā)生突破并直接從生產(chǎn)井采出，損失大量的熱量。此外，隨著汽竄井排液量增加，注采井之間的溫度差變大，并引起油井出砂，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致邊底水突進(jìn)，影響正常的生產(chǎn)，同時損壞管柱等設(shè)備，造成很大經(jīng)濟(jì)損失[4]。

因此，要對稠油蒸汽驅(qū)過程中發(fā)生的汽竄進(jìn)行封堵，封堵劑主要分為凝膠型、顆粒型和泡沫型三大類[5]。最常用的是凝膠型封堵劑，主要作用機(jī)理是用交聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、添加劑等配成混合物溶液，并注入地層，在一定條件下成膠后，混合物溶液形成具有粘彈性的凝膠。由于溶液優(yōu)先進(jìn)入高滲通道，通過堵塞、捕集、吸附等物理作用，對其進(jìn)行封堵，降低滲透率，阻止蒸汽沿高滲層的竄流，增大高滲層滲流阻力，使蒸汽進(jìn)入中低滲透率儲層，增大波及體積，提高稠油采收率[6]。而凝膠型封堵劑在高溫下穩(wěn)定性往往較差，導(dǎo)致成膠粘度低，封堵效果不理想。本文以遼河油田齊 40稠油區(qū)塊特點(diǎn)為例，找到了一種樹脂型耐高溫封堵劑的配方，進(jìn)行一系列室內(nèi)靜態(tài)評價實(shí)驗(yàn)，分析其封堵性能，對于稠油油田蒸汽驅(qū)具有一定指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

本實(shí)驗(yàn)所使用材料為商用交聯(lián)劑 JN-1、商用稠化劑 JN-2（中國山東省東營九能科技有限公司生產(chǎn)）、氯化鈉（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司生產(chǎn)）、蒸餾水（自制）。實(shí)驗(yàn)中使用的主要儀器為高溫高壓反應(yīng)釜（江蘇省海安華達(dá)石油儀器制造廠生產(chǎn)）、RS6000 高溫高壓流變儀（由美國賽默飛世爾科技有限公司生產(chǎn)）、79-1磁力攪拌器（中國江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所生產(chǎn)）、FA2104S電子天平（中國上海市舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)）、Nicolet iS10 傅立葉變換紅外光譜儀（美國賽默飛世爾科技有限公司生產(chǎn)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)以遼河油田齊 40 區(qū)塊蒸汽驅(qū)現(xiàn)場條件為例，模擬蒸汽驅(qū)溫度為 200～300 ℃[7]；用氯化鈉與蒸餾水配制模擬地層水，礦化度為 3 000 mg/L，對所選封堵劑配方進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)所選配方為 10%商用交聯(lián)劑 JN-1+ 6%商用稠化劑 JN-2，與配成的礦化度 3 000 mg/L 的模擬地層水混合，經(jīng)磁力攪拌器攪拌配成混合物溶液，放入高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行老化，經(jīng)過一定時間成膠，對成膠后物質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)評價，流程如圖 1，分析其封堵效果。

圖1 實(shí)驗(yàn)過程流程圖Fig.1Flow diagram of experiment

1.3.1 成膠時間對成膠效果的影響

按照實(shí)驗(yàn)所選封堵劑配方配制 200 mL 混合溶液，然后將配好的溶液放入高溫高壓反應(yīng)釜，在200℃下靜置老化，每隔 12 h，利用 RS6000 流變儀對粘度進(jìn)行測量，觀察不同成膠時間對成膠效果的影響。

1.3.2 溫度對成膠效果的影響

按實(shí)驗(yàn)所優(yōu)選配方配制 200 mL 混合溶液，將配制好的溶液分別在 200、240、280、300 ℃下在高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)靜置老化，每隔 12 h 觀察一次成膠狀況，并對成膠粘度進(jìn)行測量，觀察不同溫度對成膠效果的影響。

1.3.3 礦化度對成膠效果的影響

為研究不同礦化度對封堵劑成膠效果的影響，用氯化鈉與蒸餾水分別配制礦化度為 10 000、50000、100 000 mg/L 的模擬地層水，并按實(shí)驗(yàn)所選配方分別配制三種不同礦化度的混合溶液各 200 mL。選取實(shí)驗(yàn)溫度為 200 ℃，在高溫高壓反應(yīng)釜中靜置老化，每 6 h 測量一次粘度，觀察礦化度對成膠粘度的影響。

1.3.4 FTIR 分析

用傅立葉紅外光譜儀對成膠前后封堵劑進(jìn)行紅外光譜（FTIR）分析，觀察其中化學(xué)鍵與官能團(tuán)特征變化，分析成膠機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 各反應(yīng)條件對成膠效果的影響

在 200 ℃下，將按配方配好的混合溶液在高溫高壓反應(yīng)釜中靜置老化，每 12 h 測量一次粘度，結(jié)果如圖 2 所示。發(fā)現(xiàn)老化 24 h 后溶液開始明顯成膠，粘度達(dá)到 70 000 mPa·s以上，達(dá)到封堵要求。老化 60 h 以上粘度基本保持不變，且觀察到反應(yīng)釜內(nèi)壁開始出現(xiàn)溶質(zhì)脫水固化現(xiàn)象，影響熱傳遞效果，故成膠時間應(yīng)控制在 24～48 h 以內(nèi)。

模擬遼河油田齊 40 區(qū)塊蒸汽驅(qū)溫度范圍200～300 ℃，按照所選配方配制混合溶液，按 1.3.2中方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。發(fā)現(xiàn)隨著溫度的增加，成膠粘度降低，當(dāng)溫度高于 280 ℃時，成膠粘度低于 70 000 mPa·s，不能達(dá)到理想的封堵效果。故此配方所適用蒸汽驅(qū)工作溫度應(yīng)控制在 280℃以下，以保證理想的封堵效果。

圖2 成膠時間與粘度關(guān)系Fig.2 Relation between gelling time and viscosity

表 1溫度與粘度的關(guān)系Table 1Relation between temperature and viscosity

按照 1.3.3 中方案，用礦化度不同的模擬地層水配制封堵劑混合溶液，在 200 ℃下進(jìn)行老化，每隔 6 h 測量一次粘度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 3。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，成膠粘度明顯降低，且當(dāng)?shù)V化度高于 50 000 mg/L 時，成膠粘度急劇下降。發(fā)現(xiàn)礦化度的升高對成膠效果具有不利影響，因此為保證成膠粘度在有效粘度 70 000 mPa·s 以上，應(yīng)將礦化度控制在 10 000 mg/L 以下。

2.2 FTIR表征

圖3 礦化度與粘度的關(guān)系Fig.3 Relation between salinity and viscosity

圖4 老化前后封堵劑的紅外光譜Fig.4 FTIR ofplugging agent before and after maturing

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取成膠粘度最高的，即用3000 mg/L 模擬地層水配成的，在 200 ℃下老化 36 h的封堵劑，對老化前后樣品進(jìn)行紅外光譜分析，如圖3。

由圖 4（a）可以看出，老化前在波數(shù) 1420 cm-1附近存在吸收峰，說明有甲氧基的存在；在 1050～1250 cm-1附近存在密集的碳氧吸收峰，說明存在羥基或酚羥基。而根據(jù)圖 4（b）可以看出，羥基、酚羥基、甲氧基等活性基團(tuán)吸收峰消失，在 1950 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰，說明發(fā)生 C=C 鍵變形振動，發(fā)生取代反應(yīng)；且在 2 600～2 800 cm-1附近出現(xiàn)吸收峰，是醛基碳氧吸收的結(jié)果[8]。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以遼河油田齊 40 蒸汽驅(qū)區(qū)塊現(xiàn)場條件為例，選取了一種耐高溫樹脂型封堵劑配方，分別從成膠時間、溫度、礦化度三個方面對該配方進(jìn)行了詳細(xì)的室內(nèi)靜態(tài)評價。結(jié)果表明，該封堵劑適宜在 280 ℃以下使用，成膠時間應(yīng)控制在 24～48 h 以內(nèi)，且地層水礦化度應(yīng)盡量控制在 10 000 mg/L 以下，以保證較為理想的封堵效果。利用 FTIR 分析老化前后的封堵劑，發(fā)現(xiàn)羥基、酚羥基、甲氧基等活性基團(tuán)在交聯(lián)劑作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成凝膠類物質(zhì)，具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高溫下稠化劑中樹脂類物質(zhì)填充其中，形成強(qiáng)度高且耐溫性好的封堵體系，在蒸汽驅(qū)儲層中可以有效封堵汽竄，提高稠油采收率。

［1］劉清華，裴海華，王洋，等. 高溫調(diào)剖劑研究進(jìn)展[J]. 油田化學(xué)，2013，30(1)：145-149.

［2］戚勇. 耐高溫聚合物調(diào)剖劑的研制與評價[D]. 大慶石油學(xué)院，2009.

［3］王春智，李兆敏，李松巖，等. 耐高溫強(qiáng)化泡沫體系提高超稠油油藏采收率研究[J]. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2016，29(1)：14-20.

［4］U.S.Yadav，V.Mahto. In Situ Gelation Study of Organically Crosslinkedpolymer Gel System forprofile Modification Jobs[J]. Arabian Journal for Science and Engineering，2014，39(6)：5229-5235.

［5］盧大偉，毛國梁，李慶松，等. 稠油蒸汽驅(qū)封竄劑研究進(jìn)展[J]. 化工科技，2016，24(2)：83-86.

［6］付美龍，羅躍，何建華，等. 聚丙烯酰胺凝膠在裂縫孔隙雙重介質(zhì)中的封堵性能[J]. 油氣地質(zhì)與采收率，2008，15(3)：71-75.

［7］楊公鵬. 齊 40 塊蒸汽驅(qū)油藏深部調(diào)驅(qū)機(jī)理與實(shí)用技術(shù)研究[D]. 東北石油大學(xué)，2013.

［8］S.Shaban，S.Dessouky，A.E.F.Badawi，et.al. Upgrading and Viscosity Reduction of Heavy Oil by Catalytic Ionic Liquid[J]. Energy Fuels，2014，28：6545-6553.

Laboratory Static Evaluation of Resinplugging Agent With High Temperature Resistance Used in Steam Driving of Heavy Oil

LIU Hao-liang1, ZHAO Fa-jun1, ZHANG Hong-wei2, AN Yi1
（1. Laboratory of Heavy Oil , Northeastpetroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Department of Earth Sciences ,Northeastpetroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

In order to solve theproblem of steam breakthrough during steam injection in oilfield, appropriateplugging agents should be found to carry outprofile modification combined with field conditions. In thispaper, taking the conditions of steam injection in Qi40 block of Liaohe oilfield as an example, the formula of resinplugging agent with high temperature resistance was determined, and the effect of gelling time, temperature and salinity onplugging agentperformance was studied, and the appropriate operation conditions were determined.plugging agents before and after ageing were analyzed by using FTIR, and function mechanism was studied based on composition change.

Steam breakthrough;profile modification;plugging agent; FTIR; Function mechanism

TE 357

： A

： 1671-0460（2017）02-0240-03

“十三五”油氣國家重大專項(xiàng)“稠油火驅(qū)提高采收率技術(shù)”（項(xiàng)目編號 2016ZX05055006-003）和“稠油多介質(zhì)蒸汽驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用”（項(xiàng)目編號 2016ZX05012-001），黑龍江省自然科學(xué)基金“火燒油層供氫催化裂解改質(zhì)稠油內(nèi)在反應(yīng)機(jī)理研究”（編號 E2015036）。

2016-10-05

劉灝亮（1993-），男，甘肅省酒泉人，東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)在讀碩士（2015-），從事提高稠油采收率方面研究，電話：0459-6504275，E-mail：2272508184@qq.com。