張艷輝 陳維余 孟科全

摘 ? ? ?要：針對海上油田常規(guī)調(diào)驅(qū)設(shè)備占地面積大、長期占用平臺甲板空間的問題，設(shè)計了一套適用于海上油田平臺使用的乳液聚合物凍膠在線調(diào)驅(qū)破乳靜混工具，并對在線調(diào)驅(qū)的工具組合方式及施工參數(shù)進行了系統(tǒng)優(yōu)化，從而提高在線調(diào)驅(qū)施工質(zhì)量。根據(jù)噴射破乳理念，共設(shè)計了5種破乳混合方式，包括破乳孔、擋板以及波紋管等。另外，通過陸地實驗，優(yōu)化了在線調(diào)驅(qū)參數(shù)，最佳破乳組合及參數(shù)為：直徑1 mm的破乳孔+角度45°的擋板+長度1 m的靜混器，可滿足不同排量、濃度注入條件的施工要求。乳液聚合物在線注入設(shè)備只需要乳液聚合物撬、交聯(lián)劑撬、配套破乳器、靜混器及管匯，占地面積僅11 m2，較常規(guī)干粉聚合物凍膠調(diào)驅(qū)工藝節(jié)約85.2%。

關(guān) ?鍵 ?詞：海上油田;乳液聚合物凍膠;在線調(diào)驅(qū);參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號：TE357.46;O648.17;TE39 ? 文獻標識碼： A ? ?文章編號： 1671-0460（2020）05-0881-04

Abstract： According to the problem that conventional profile control equipment need cover large area of platform for long time， a set of emulsion polymer gel on-line profile control demulsification and mixing tool was designed for offshore oilfield platform. The combination modes and parameters of on-line profile control tool were optimized to improve construction quality. Five demulsification and mixing modes including demulsification hole， baffle plate and corrugated pipe were designed according to the jet demulsification theory. In addition， the on-line profile control parameters were optimized by the land experiments， and the optimum mode and parameter were determined as follows： 1 mm diameter demulsification hole， 45° baffle plate and 1m long static mixer， which could meet the construction demand of different injection volume and concentration. On-line profile control demulsification and mixing tool needs only emulsion polymer injection equipment， cross-link agent injection equipment， demulsifier， static mixer and manifold， and covers 11 m2， which can save 85.2% of area than conventional powder polymer gel profile control demulsification and mixing tool.

Key words： Offshore oilfield; Emulsion polymer gel; On-line profile control; Parameter optimization

隨著油田注水開發(fā)的不斷進行，含水率逐漸上升，日益嚴重的無效注水問題將是注水開發(fā)油田不得不面臨的技術(shù)難題。調(diào)驅(qū)技術(shù)能夠有效調(diào)整注水井吸水剖面，改善水驅(qū)效率[1]。目前，調(diào)驅(qū)技術(shù)，尤其是聚合物凍膠調(diào)驅(qū)，由于其良好的過篩管及封堵能力，已經(jīng)逐漸成為海上高含水油田一項重要的增產(chǎn)措施，得到了廣泛的應用。但是，由于海上平臺空間狹小，修井等作業(yè)量大，長期占用平臺甲板空間，常規(guī)的聚合物凍膠調(diào)驅(qū)體系需要大型熟化、溶解和注入設(shè)備，無法和修井作業(yè)同時在平臺施工，這就導致調(diào)驅(qū)作業(yè)無法大規(guī)模推廣應用。因此，乳液聚合物凍膠在線調(diào)驅(qū)體系由于其產(chǎn)品均為液體形態(tài)，能夠直接注入平臺注水管線，只需要小型計量泵即可完成施工，在海上油田得到了大量應用[2]。但在應用過程中發(fā)現(xiàn)，不同破乳工具組合方式及參數(shù)對乳液聚合物的溶解效果具有非常大的影響。因此，急需對乳液聚合物凍膠在線調(diào)驅(qū)參數(shù)進行系統(tǒng)優(yōu)化。

乳液聚合物可采用噴射破乳原理，利用機械物理方法，產(chǎn)生紊流和撞擊，迫使聚合物變形，當沖擊強度超過其破乳所需克服的界面能時，實現(xiàn)破乳。因此，試制不同類型和不同參數(shù)規(guī)格的破乳工具，模擬現(xiàn)場施工工況，優(yōu)化乳液聚合物破乳溶解工具組合和參數(shù)。

1 ?實驗部分

1.1 ?儀器與材料

DV2T-HA型旋轉(zhuǎn)黏度計，Brookfield;恒溫烘箱，德國MEMMERT;計量泵撬，海油發(fā)展工程技術(shù)公司;臥式離心泵，上海博禹泵業(yè)。

水包水型乳液聚合物，相對分子質(zhì)量800萬;酚醛樹脂預聚體型交聯(lián)劑，有效含量20%，工業(yè)品。

1.2 ?實驗方法

1.2.1 ?不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法

按照海上油田實際注入要求，以1∶1模型，通過陸地模擬現(xiàn)場工況，開展在線破乳靜混實驗，以破乳后乳液聚合物溶液黏度為技術(shù)指標[3]，明確不同實驗條件下的破乳靜混效果。使用離心泵模擬平臺注入水，使用不同注入撬中的計量泵將乳液聚合物和交聯(lián)劑通過不同參數(shù)的破乳工具組合，分別注入到注水管線中，實驗流程見圖1。在不同工具參數(shù)條件下，取樣并放置在65 ℃恒溫烘箱中，測試不同工具參數(shù)條件乳液聚合物的破乳溶解效果及成膠性能。

1.2.2 ?成膠性能測試方法

將不同工具參數(shù)條件下的成膠液樣品放置在65 ℃恒溫烘箱中，以黏度為指標，測試不同恒溫時間后的成膠液的黏度值，當黏度達到最大值穩(wěn)定時，樣品的恒溫時間即為凍膠體系的成膠時間，黏度的穩(wěn)定值即為凍膠體系的成膠強度[4]。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?破乳組合方式及參數(shù)設(shè)計

根據(jù)乳液聚合物性能特點，擬采用噴射破乳原理[5]，利用機械物理方法，通過節(jié)流孔產(chǎn)生紊流和撞擊，迫使聚合物變形，當沖擊強度超過其破乳所需克服的界面能時實現(xiàn)破乳。根據(jù)噴射破乳理念，共設(shè)計了5種破乳混合方式，包括破乳孔、破乳孔+擋板、破乳孔+波紋管（四通前）、破乳孔+波紋管（四通后）以及破乳孔+檔板+波紋管，設(shè)計見圖2。

2.1.1 ?破乳孔

破乳孔破乳的基本原理是通過噴嘴的剪切，實現(xiàn)破乳。其結(jié)構(gòu)由本體與噴嘴兩部分組成，分別試制破乳器噴嘴孔徑為0.8、1、1.2、1.5、1.8、2.3 、2.8、3 mm。

2.1.2 擋板

擋板的基本原理在噴嘴破乳效果的基礎(chǔ)上，利用擋板產(chǎn)生回流及攪動，形成紊流，強化破乳效果。其結(jié)構(gòu)是由本體與擋板兩部分組成，擋板與本體連接，形成擋板短節(jié)，材質(zhì)為35CrMo，擋板角度45°、60°、90°。

2.1.3 波紋管

波紋管的基本原理是通過凹凸環(huán)，增強噴嘴破乳效果。其結(jié)構(gòu)是由本體與內(nèi)管兩部分組成，內(nèi)管插入本體后，形成波紋管，材質(zhì)為35CrMo，內(nèi)管長度約100 mm，每10 mm左右分布一個凸起環(huán)。

2.1.4 靜混器

根據(jù)SK型靜混器在0.8～1.2 m/s線速度范圍內(nèi)混合效果較好的經(jīng)驗，選擇SK-80型靜混器（內(nèi)通徑80 mm）。試制0.5、1 m的短節(jié)，通過不同長度的組合實驗，優(yōu)選出現(xiàn)場不同排量下的最佳靜混器長度。

2.2 ?在線調(diào)驅(qū)參數(shù)優(yōu)化

為了確定各工具的關(guān)鍵參數(shù)，確保配套工具在海上順利應用，主要在陸地進行參數(shù)優(yōu)化實驗，主要包括：不同破乳器組合的影響;擋板角度的影響;靜混器長度的影響;破乳孔直徑的影響;不同注入排量的影響;不同乳液聚合物濃度的影響。其中，在線調(diào)驅(qū)參數(shù)優(yōu)化實驗乳液聚合物凍膠配方濃度為：1.2%水包水型乳液聚合物+0.5%酚醛樹脂交聯(lián)劑。

2.2.1 ?不同破乳器組合的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同的破乳組合方式條件下乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，破乳孔直徑為1 mm，靜混器長度為1 m，擋板角度為60°，排量為5 m3/h，實驗結(jié)果見表1。由實驗數(shù)據(jù)可知，以單獨破乳孔處理后破乳黏度為標準（192 mPa·s），波紋管置于四通前，黏度偏小，破乳效果差;波紋管置于四通后，黏度大幅提高，注水壓力明顯增加，因此不推薦使用波紋管。此外，加入擋板后，樣品黏度高于單獨破乳孔。綜合考慮，破乳器結(jié)構(gòu)推薦為：破乳孔+擋板。

2.2.2 ?檔板角度的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同的檔板角度條件下乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，破乳孔直徑為1 mm，靜混器長度炎1 m，排量為5 m3/h，實驗結(jié)果見表2。由實驗數(shù)據(jù)可知，45°擋板破乳后的樣品黏度較大，破乳效果最好。這是由于檔板角度過大，乳液聚合物進入檔板腔體后，無法在腔體內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)繞流，直接進入注水管線，導致黏度變低[6]。

2.2.3 ?靜混器長度的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同的靜混器長度條件下乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，破乳孔直徑為1 mm，擋板角度為45°，排量為5 m3/h，實驗結(jié)果見表3。由實驗數(shù)據(jù)可知，靜混器具有較好的混合效果，應為必須結(jié)構(gòu)，從樣品的現(xiàn)象看，靜混器越長，混合效果越好。這是由于靜混器越長，其產(chǎn)生的擾動效果越明顯，靜混效果越好[7]。因此，推薦靜混器長度為1 m。

2.2.4 ?破乳孔直徑的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同的破乳孔直徑條件下乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，靜混器長度為1 m，擋板角度為45°，排量為5 m3/h，實驗結(jié)果見表4。由實驗數(shù)據(jù)可知，破乳孔直接影響到破乳溶解效果，孔直徑過大或過小，破乳效果均變差，黏度變小。這是由于破乳孔直徑過大，剪切作用下降，大量乳液聚合物與水直接接觸，容易形成魚眼型膠團，使溶解變差;而破乳孔直徑過小，對乳液聚合物產(chǎn)生強烈的剪切，使部分聚合物分子斷裂，分子量變小，從而導致黏度下降[5]。因此，推薦破乳孔直徑為1 mm。

2.2.5 ?不同注入排量的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同注入排量條件下乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，破乳孔直徑為1 mm，靜混器長度為1 m，擋板角度為45°，實驗結(jié)果見表5。

由實驗數(shù)據(jù)可知，在注水排量4～10 m3/h范圍內(nèi)，該套破乳工具組合能夠滿足乳液聚合物凍膠在線注入要求，破乳后黏度高，溶解后溶解均一，成膠性能好。

2.2.6 ?不同乳液聚合物濃度的影響

通過不同工具參數(shù)條件乳液聚合物破乳溶解效果評價方法，模擬不同濃度的乳液聚合物凍膠體系在線注入。其中，破乳孔直徑為1 mm，靜混器長度為1 m，擋板角度為45°，排量為5 m3/h，實驗結(jié)果見表6。由實驗數(shù)據(jù)可知，在乳液聚合物濃度1%～2%范圍內(nèi)，該套破乳工具組合能夠滿足乳液聚合物凍膠在線注入要求，破乳后黏度高，溶解后溶解均一，成膠性能好。

綜合不同破乳工具組合方式及參數(shù)的優(yōu)化實驗，可得到最佳的破乳組合方式及參數(shù)為：直徑1 mm的破乳孔+角度45°的擋板+長度1 m的靜混器，可滿足不同排量、濃度注入條件的施工要求，具有較好的破乳效果。

2.3 ?在線調(diào)驅(qū)占地面積核算

常規(guī)干粉聚合物調(diào)驅(qū)設(shè)備包括熟化罐、配液間、調(diào)剖泵等大型設(shè)備[8]，占地面積合計74.4 m2，具體參數(shù)見圖3。而乳液聚合物在線注入設(shè)備只需要乳液聚合物撬、交聯(lián)劑撬及配套破乳器、靜混器及管匯，占地面積僅11 m2，具體參數(shù)見圖4，較常規(guī)干粉聚合物凍膠調(diào)驅(qū)工藝節(jié)約85.2%，能夠?qū)⒆⑷朐O(shè)備放置于井口下甲板，滿足在線調(diào)驅(qū)注入要求。

3 ?結(jié) 論

針對海上油田常規(guī)調(diào)驅(qū)設(shè)備占地面積大、長期占用平臺甲板空間的問題，設(shè)計了一套適用于海上油田平臺使用的乳液聚合物凍膠在線調(diào)驅(qū)破乳靜混工具，并對在線調(diào)驅(qū)的工具組合方式及施工參數(shù)進行了系統(tǒng)優(yōu)化，從而提高在線調(diào)驅(qū)施工質(zhì)量。

（1）根據(jù)噴射破乳理念，共設(shè)計了5種破乳混合方式，包括破乳孔、破乳孔+擋板、破乳孔+波紋管（四通前）、破乳孔+波紋管（四通后）以及破乳孔+檔板+波紋管。

（2）通過陸地實驗，推薦最佳破乳組合及參數(shù)為：直徑1 mm的破乳孔+角度45°的擋板+長度1 m的靜混器，可滿足不同排量、濃度注入條件的施工要求。

（3）乳液聚合物在線注入設(shè)備只需要乳液聚合物撬、交聯(lián)劑撬、配套破乳器、靜混器及管匯，占地面積僅11 m2，較常規(guī)干粉聚合物凍膠調(diào)驅(qū)工藝節(jié)約85.2%。

參考文獻：

[1]白寶君，李宇鄉(xiāng)，劉翔鄂. 我國油田化學堵水調(diào)剖新進展[J]. 石油鉆采工藝，1998，20（3）：64-68.

[2]孟祥海，魏子揚，張云寶，等.海上油田在線調(diào)剖體系室內(nèi)研究[J].石油化工應用，2017，36（6）：129-131.

[3]由慶，周偉，王業(yè)飛，等.疏水締合聚合物/酚醛樹脂凍膠反應進程及影響因素[J]. 油田化學，2010，27（3）：260-264.

[4]孟科全，張艷輝，陳維余，等.耐溫耐鹽AMPS共聚物凍膠調(diào)剖體系的研制[J]. 精細石油化工，2017，34（5）：15-19.

[5]張波，戴彩麗，趙娟，等.海上油田酚醛樹脂凍膠調(diào)剖性能評價[J].油氣地質(zhì)與采收率，2010，17（5）：42-45.

[6]劉文鐵，魏俊，王曉超，等. 海上油田非均相在線驅(qū)先導實驗[J].科學技術(shù)與工程，2015，15（30）：110-114.

[7]侯洪濤，杜勇，李積祥，等. 乳液聚合物在線深部調(diào)剖技術(shù)研究與應用[J]. 石油地質(zhì)與工程，2012，26（2）：112-115.

[8]張楠，葛嵩，李彥閱，等. 調(diào)驅(qū)劑交替注入方式對調(diào)驅(qū)增油降水效果影響實驗研究[J]. 當代化工，2019，48（8）：1668-1674.