邵現(xiàn)振 鄭英杰 李文軒 李棟 李彬

摘要：出砂是影響疏松砂巖油藏生產(chǎn)的重要因素?；瘜W(xué)防砂施工簡單、投入低，主要用化學(xué)膠結(jié)劑，但對(duì)地層滲透率傷害大。研制了荷電分子膜固砂劑。能夠酸化處理地層， 從而有效降低固砂劑對(duì)地層滲透率的傷害，在適當(dāng)?shù)膒H 值下，在砂粒表面形成凍膠膜， 實(shí)現(xiàn)膠結(jié)防砂， 增加固砂強(qiáng)度。有效解決了疏松砂巖油藏出砂堵塞油井的問題，取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：出砂;荷電分子膜;固砂;膠結(jié)

前言

疏松砂巖油藏出砂是影響油田生產(chǎn)的重要因素?；瘜W(xué)防砂施工簡單、投入低，是目前低油價(jià)情況的使用較多的防砂方式?；瘜W(xué)防砂主要是用化學(xué)膠結(jié)劑，包括樹脂、凍膠等。樹脂膠結(jié)強(qiáng)度高，但對(duì)地層滲透率傷害大。這是一種酸性固砂劑，能夠酸化地層，從而有效降低固砂劑對(duì)地層滲透率的傷害。隨著酸化的進(jìn)行，pH值逐漸升高，在適當(dāng)?shù)膒H值下，交聯(lián)劑將稠化劑交聯(lián)，在砂粒表面形成凍膠膜，實(shí)現(xiàn)膠結(jié)防砂，增加固砂強(qiáng)度。該技術(shù)將酸化與防砂結(jié)合起來，有效解決了疏松砂巖油藏出砂堵塞油井的問題，取得了較好的應(yīng)用效果[6，7]。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器藥品與材料

主要用到的試驗(yàn)儀器包括：PB303-N電子天平、JJ-1增力電動(dòng)攪拌器、JN-A 型精密扭力天平（量程為0～250mg）、德國產(chǎn)RS-75型流變儀、中間容器、驅(qū)替裝置及壓力采集系統(tǒng)。

所用試驗(yàn)藥品主要包括：低水解度聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和乙烯基吡咯烷酮共聚物、交聯(lián)劑，鹽酸（分析純，37%）;砂子（40-60目：52.3g;100-120目：100g;高嶺土：2.70g;CaCO3：5g）、標(biāo)準(zhǔn)鹽水（2%KCl+5.5%NaCl+0.45%MgCl2·6H2O+0.55%CaCl2）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1荷電膜固砂劑的制備

①用去離子水配0.5%的聚合物水溶液和1%的交聯(lián)劑水溶液

②取25mL的聚合物溶液于100mL燒杯中，加入1mL的交聯(lián)劑溶液，充分?jǐn)嚢韬蠹吹玫胶呻娔す躺皠?.5%的聚合物與1%交聯(lián)劑的體積比為100：4）

③滴加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HCl溶液，調(diào)整到不同pH值。

1.2.2 荷電膜固砂劑固化強(qiáng)度的測(cè)定

用流變儀測(cè)定固化物的彈性模量來表征其強(qiáng)度。

1.2.3 砂粒間拉力測(cè)量

凍膠膜對(duì)砂粒的粘結(jié)力可用精密扭力天平測(cè)定。將邊長約5mm的蓋玻片粘在一個(gè)銅絲掛鉤上，另一粒體積大體相同的砂粒粘在玻璃載片上。測(cè)定時(shí)，先用扭力天平稱量有掛鉤蓋玻片的質(zhì)量m1，然后調(diào)節(jié)升降臺(tái)高度，使另一玻璃載片與掛鉤上的蓋玻片剛好接觸，再用5μL微量進(jìn)樣器注膠結(jié)劑2μL（先用1μL微量進(jìn)樣器注0.8μL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01的GL-6，再用5μL微量進(jìn)樣器注2μL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01的PAM），靜置15min，旋轉(zhuǎn)扭力天平旋鈕，直至兩個(gè)蓋破片被拉開為止，讀出此時(shí)數(shù)值m2，然后再稱量有掛鉤的砂粒質(zhì)量m3，則砂粒間的粘結(jié)力為m2-m3。

1.2.3荷電膜固砂劑固砂物模試驗(yàn)

2、結(jié)果與討論

2.1交聯(lián)聚合物防砂機(jī)理

低水解度聚丙烯酰胺、丙烯酰胺與乙烯基吡咯烷酮共聚物可以與改性密胺樹脂在弱酸性條件下反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物。其反應(yīng)速度主要取決于體系pH值，因此將成膠液配置稀酸溶液注入出砂地層，隨著酸和巖石反應(yīng)的進(jìn)行，體系PH值升高至3后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)將砂粒固結(jié)在一起。

2.2交聯(lián)聚合物強(qiáng)度和穩(wěn)定性

交聯(lián)聚合物的強(qiáng)度可以用彈性模量來表示。一般強(qiáng)凍膠的彈性模量是幾帕，環(huán)氧樹脂固化的彈性模量是幾千帕。固定改性密胺樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚合物配置的成膠液在pH值為5時(shí)形成的交聯(lián)聚合物放置1天的彈性模量。

2.3防砂性能

在玻璃管中填制的砂柱，不加防砂劑時(shí)以10ml/min的流量注水即會(huì)大量出砂。

向砂柱中反向注入1.5PVPAM固砂液后70℃放置24h，發(fā)現(xiàn)砂柱固結(jié)在一起。測(cè)定滲透率發(fā)現(xiàn)，滲透率保留率低于85%，主要原因是在強(qiáng)酸性條件下酰胺發(fā)生亞胺化反應(yīng)，導(dǎo)致固砂液中出現(xiàn)絮體（玻璃管壁的白色物質(zhì)），這些物質(zhì)降低了砂柱滲透率。

向上述填砂管中以90ml/min流量正向注水10min，產(chǎn)出液中未見明顯砂粒;當(dāng)注水流量提高到100ml/min時(shí)，砂柱開始垮塌，有少量砂粒出現(xiàn)。這些數(shù)據(jù)說明由PAM形成的交聯(lián)體系具有較好的防砂性能。

對(duì)比了AM-NVP、PAM形成的交聯(lián)體系的防砂性能，可以看出，未老化的體系防砂性能相近，但PAM體系滲透率保留率略低。

向砂柱中注入AM-NVP固砂液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有兩種不同，一是固砂液中并未出現(xiàn)絮體（即沒有發(fā)生亞胺化反應(yīng)），因此固結(jié)后的砂柱滲透率保留率高，二是以平流泵的最大流量100ml/min沖砂時(shí)，砂柱斷開，但并未出現(xiàn)明顯出砂現(xiàn)象，說明AM-NVP固砂效果好于PAM。

另外，分別將PAM和AM-NVP形成的砂柱70℃老化30d、60d、90d，再評(píng)價(jià)防砂能力，發(fā)現(xiàn)AM-NVP防砂能力基本不變化，而PAM防砂能力老化90天后防砂能力明顯下降。

PAM體系老化后防砂能力之所以下降，主要有兩個(gè)原因，一個(gè)PAM交聯(lián)體系的抗熱降解能力弱于AM-NVP，另一方面是聚合物分子中的酰胺基團(tuán)水解生成羧酸根，交聯(lián)體系負(fù)電性增強(qiáng)，因而對(duì)砂粒的粘附作用減弱。圖12是PAM和AM-NVP 70℃放置不同時(shí)間的水解度，圖13是PAM交聯(lián)體系和AM-NVP 交聯(lián)體系70℃放置不同時(shí)間后對(duì)砂粒粘附能力對(duì)比。

AM-NVP交聯(lián)體系固砂性能優(yōu)于PAM，主要原因是分子中的酰胺基團(tuán)和吡咯烷酮五元環(huán)有較強(qiáng)的氫鍵作用，由此穩(wěn)定了酰胺基團(tuán)，提高了交聯(lián)體系的固砂能力。

3 結(jié)論

（1）AM-NVP交聯(lián)體系強(qiáng)度和PAM交聯(lián)體系相近，但穩(wěn)定性明顯優(yōu)于PAM交聯(lián)體系。

（2）AM-NVP固砂體系對(duì)砂柱滲透率傷害小于PAM，長期固砂能力明顯優(yōu)于PAM交聯(lián)體系。

（3）M-NVP分子中的酰胺基團(tuán)和吡咯烷酮五元環(huán)有較強(qiáng)的氫鍵作用，提高了交聯(lián)體系的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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