吳松艷，吳景春，夏鵬輝，李玉波，王 輝

（1.東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318；2.中石油 長城鉆探測試公司，北京 100020）

新型正電調(diào)堵劑的制備與性能評價

吳松艷1，吳景春1，夏鵬輝1，李玉波1，王 輝2

（1.東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318；2.中石油 長城鉆探測試公司，北京 100020）

本文主要介紹以一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷為原料聚合得212-型正電調(diào)堵劑，然后加入分子鏈調(diào)節(jié)劑十二烷基硫醇控制聚合度而得212-型正電調(diào)堵劑。該調(diào)堵劑富余正電，能夠改變強水洗巖石的電負性，從而充分截留地層中殘余聚合物，避免聚合物無效循環(huán)并降低后續(xù)油水處理的難度和成本；具有較好的選擇性能，通過改變水相滲透率來實現(xiàn)選擇性封堵。

聚合；正電；調(diào)堵；選擇性封堵

油田開發(fā)到后期,往往由于強注強采和油田的高速度開采而導致含水迅速上升,高含水問題已成為困擾著油田持續(xù)發(fā)展的一個重要問題[1]。解決該問題的關鍵在于有效降低采出油含水率，提高注采效果，充分改善層間層內(nèi)矛盾。首先，通過堵水調(diào)剖作業(yè)可以充分降低含水量,從而起到緩解層間矛盾和層內(nèi)矛盾的作用；第二，注入井調(diào)剖生產(chǎn)井堵水可以實現(xiàn)控水穩(wěn)油的目的；因此，堵水調(diào)剖將成為一項非常重要的工作[2，3]。

目前，大慶油田主要使用的調(diào)剖劑體系有聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑，主要有鉻凝膠交聯(lián)體系、鋁凝膠交聯(lián)體系、有機酚醛交聯(lián)體系；復合離子類調(diào)剖劑，主要有顆粒類調(diào)剖劑、體膨顆粒、緩膨顆粒[3-5]。其中，聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑的技術成熟，交聯(lián)劑的選擇范圍廣；成膠時間和強度可調(diào)，可用污水配置；凝膠可以以分散形式存在，具有流體轉(zhuǎn)向和驅(qū)油的雙重作用。但其適應性差，評價困難，成膠性質(zhì)受剪切、吸附的影響較大[5，6]。聚丙烯酰胺凝膠類調(diào)剖劑調(diào)堵的主要機理是：凝膠以液體形式注入地層中，到達目的層后在地層孔隙介質(zhì)中間形成凝膠狀物理堵塞，通過改變水流通過速度或改變水流流動方向來達到封堵的目的。聚合物凝膠主要以物理堵塞的方式對地層中的水進行封堵，還有一定的吸附和動力捕集作用[7]。顆粒類調(diào)剖劑具有很好的韌性和強度，吸水后仍然具有很好的柔順性和韌性，有效的改善油田水井的吸水剖面。由于顆粒調(diào)剖對地層孔喉的堵塞作用，致使顆粒類調(diào)剖劑僅僅適用于特高滲透率或有大孔道的油層條件,并不適用于油層滲透率較低的油層。在顆粒類調(diào)剖劑調(diào)堵過程中，半徑小于孔喉半徑的顆粒在注入水的驅(qū)動下可以順利通過孔喉；半徑大于孔喉半徑的顆粒通過孔喉時，由于其顆?？砂l(fā)生形變，具有較好的粘彈性，抗擠壓性較強，有較強的伸縮性，通過孔喉后即可恢復原狀；那些與孔喉相匹配的顆粒,就可以通過吸附、聚集、堵塞等共同作用后逼迫水流轉(zhuǎn)向，實際上在顆粒通過孔喉時,常常是幾種機理的綜合表現(xiàn),并非單獨一種機理起作用[8]。正電調(diào)堵劑的作用主要有兩方面：（1）正電調(diào)堵劑與巖石孔隙中殘留聚合物形成空間網(wǎng)狀結(jié)構，由于網(wǎng)絡聚合物在水相中分子鏈充分舒展后可起到良好的堵塞油層孔隙的作用;（2）正電調(diào)堵劑中的氨基帶正電，與巖石表面接觸時能夠改變巖石的電負性，從而使得油層中殘留的陰離子型聚合物更多地吸附在巖石表面，減小巖石孔隙半徑，提高聚合物波及系數(shù)，提高采收率[9]。

1 實驗部分

1.1 設備及藥品

600mL密理博過濾系統(tǒng)（No.XX1100000）（上海希言科學儀器有限公司）；毛細管粘度計（天津市布魯克科技有限公司）；HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市良友儀器有限公司）；RV30旋轉(zhuǎn)粘度計（德國哈克公司）；熱風循環(huán)烘箱（吳江韻達設備有限公司）；立式攪拌器（北京亞歐德鵬科技有限公司）。

一甲胺（AR南通九五化學品有限公司）；氯代十六烷（工業(yè)品，貝斯特試劑）；1,3-二氯丙烷（AR蘭州石化有限公司）；十二烷基硫醇（AR上海華誼）；NaOH（AR麥克林試劑）。

1.2 實驗過程

配置一定濃度的一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷水溶液，在常溫下進行反應，調(diào)節(jié)反應體系pH值為 3 左右，使用 H2O2為氧化劑，（NH4）2SO3為還原劑，十二烷基硫醇作為鏈轉(zhuǎn)移劑。反映結(jié)束后靜止熟化。

1.3 實驗結(jié)果

實驗所得正電調(diào)堵劑是分子鏈上帶有正電性的聚合物反應產(chǎn)物。產(chǎn)物為透明膠狀物，經(jīng)粉碎烘干造粒后可得到相對白色或灰白色片狀結(jié)構顆粒，其分子質(zhì)量較低，且有效物含量在90%以上，顆粒對水具有較好的溶解性能，體系粘度較低。

2 產(chǎn)物性能評價

2.1 巖心驅(qū)替實驗

在常溫條件下，用自來水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和1%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為1%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實驗結(jié)果見圖

圖1 巖心驅(qū)替過程中壓力變化曲線Fig.1 Pressure change curve during core displacement

從圖1可以看出，注入正電調(diào)堵劑后水驅(qū)壓力急劇上升，表明正電調(diào)堵劑能夠有效地注入到巖心深處，充分起到調(diào)節(jié)注水剖面和封堵高滲地層的作用。由此說明，正電調(diào)堵劑的確能夠在地層深處形成有效封堵。

2.2 正電調(diào)堵劑濃度對堵塞率的影響

在常溫條件下，用自來水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和濃度為分別為0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為分別為0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實驗結(jié)果見圖2。

圖2 正電調(diào)堵劑濃度與堵塞率的關系曲線Fig.2 Relationship between the concentration of positive regulators and plugging rate

圖2 中可以看出，當正電調(diào)堵劑濃度小于1%時，堵塞率較低，濃度大于1%后，堵塞率增加緩慢，注入量大于1.5%后，堵塞率基本保持不變，因此正電調(diào)堵劑的最佳注入量為1%～1.5%。

2.3 正電膠注入量對封堵性能的影響

在常溫條件下，用自來水配置濃度為1200mg·L-1的聚合物溶液和濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑，溶解完全。在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速分別注入0.03PV、0.06PV、0.1PV、0.15PV、0.2PV、0.25PV濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止。實驗結(jié)果見圖3。

圖3 正電調(diào)堵劑注入量與堵塞率的關系曲線Fig.3 Relationship between the rate of plugging and plugging rate

圖3 可以看出，當正電調(diào)堵劑注入量小于

0.1 PV時，堵塞率較低，注入量大于0.1PV后，堵塞

率增加緩慢，注入量大于0.15PV后，堵塞率基本保

持不變，因此，正電調(diào)堵劑的最佳注入量為0.1～0.15PV。

2.4 正電膠調(diào)剖劑分流性能的研究

本實驗中采用高、中、低3個滲透率不同的巖心并聯(lián)，在45℃條件下將巖心飽和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV濃度為1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV濃度為1.5%的正電調(diào)堵劑；后續(xù)水驅(qū)至壓力穩(wěn)定為止，分別測定不同巖心的分流率。實驗結(jié)果見表1。

表1 巖心分流結(jié)果Tab.1 Core shunt results

通過上述實驗結(jié)果可知,當高滲透管滲透率959.28mD時，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率90.5%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為46.70%；當中滲透管滲透率為634.15mD時，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率35.2%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為29.1%；當?shù)蜐B透管滲透率為296.74mD時，正電調(diào)堵劑調(diào)剖前驅(qū)前分流率12.1%，調(diào)堵劑調(diào)堵作業(yè)后分流率為23.6%。

2.5 正電調(diào)堵劑在巖石表面的結(jié)構

在高含水層進行注聚操作時，注聚前期驅(qū)油效果較好，但中后期由于主流線的舌進現(xiàn)象使聚合物溶液在高滲層進行無效循環(huán)，以至于在注聚操作結(jié)束時高滲地層充滿了聚合物溶液[10，11]。根據(jù)正電調(diào)堵劑的調(diào)剖機理可知，在注聚結(jié)束后注入適量正電調(diào)堵劑溶液，注入的正電調(diào)堵劑與孔隙中殘留的聚合物發(fā)生物理化學反應，形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構[12]。由于正電調(diào)堵劑溶液無黏性，所以注調(diào)堵劑仍會沿續(xù)注聚時的優(yōu)勢，滲流通道注入。正電調(diào)堵劑與優(yōu)勢滲流通道中存留的采用激光共聚焦技術可以看出聚丙烯酰胺與正電調(diào)堵劑形成三維空間立體網(wǎng)狀結(jié)構吸附到巖石表面。

圖4 正電調(diào)堵劑在巖石表面的結(jié)構Fig.4 Structure of positively charged plugging agent on the rock surface

3 結(jié)論

（1）該正電調(diào)堵劑富余正電，能改變強水洗巖石的電負性，從而充分截留地層中殘余聚合物，避免聚合物無效循環(huán)并降低后續(xù)油水處理的難度和成本；具有較好的選擇性能，通過改變水相滲透率來實現(xiàn)選擇性封堵。

（2）應用正電調(diào)堵劑調(diào)剖的最佳時機是注聚結(jié)束時。如果聚驅(qū)后進行了后續(xù)水驅(qū)，則油層中存留的聚合物會大幅減少，從而影響調(diào)剖效果。

（3）調(diào)剖劑帶正電的氨基能夠改變巖石的電負性（負電變正電），使來自注入段和地層中存留的陰離子型聚合物更多的吸附在巖石表面，形成三維空間立體網(wǎng)狀的凝膠體系。

（4）油水同層時易造成無效封堵；注入量不易控制。

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Preparation and performance evaluation of a new type of positive plugging agent

WU Song-yan1,WU Jing-chun1,XIA Peng-hui1,LI Yu-bo1，WANG Hui2
（1.Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.Greatwall Drilling Company,CNPC，Beijing 100020，China）

In this paper,we mainly introduce the 212-positive type plugging agent which is prepared by using methylamine,chloro sixteen alkyl,1,3-,and two propane as raw materials.And the 212-positive charge adjusting agent was obtained by adding the molecular chain regulator to control the polymerization degree.The agent can change the surplus is positive and the strong electro negativity of washing the rock.So as to fully retain the residual polymer in formation of polymer and avoid invalid circulation and reduce the difficulty and cost of subsequent water treatment.It has good performance by changing the permeability to achieve selective plugging.

polymerization;positive charge;plugging,selective plugging

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170969

2017-03-23

吳松艷（1989-），女，黑龍江綏化人，在讀碩士研究生，就讀于東北石油大學油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：提高采收率原理與技術。

吳景春（1968-），男，教授，博士生導師，博士，主要從事油氣田開發(fā)、提高采收率等方面的理論與技術研究工作。