周 飛

(中國石油遼河石油勘探局有限公司石油化工技術(shù)服務(wù)分公司,遼寧盤錦 124010)

油田開發(fā)后期進(jìn)入高含水開發(fā)階段,調(diào)剖堵水技術(shù)非常重要[1-2]。在眾多堵水技術(shù)中,凍膠型堵劑仍然處于開發(fā)劑發(fā)展階段[3-5]。凍膠型堵劑對(duì)油和水有不同流動(dòng)阻力,兼具成膠時(shí)間可調(diào)、封堵深度可控的特點(diǎn),但是多數(shù)堵劑在較高溫度和礦化度下不具有穩(wěn)定性[6-7]。

針對(duì)這一現(xiàn)狀,研究了一種新型耐高溫凍膠堵劑,在120 ℃下,堵劑初凝時(shí)間為7 h,終凝時(shí)間為8 h,終凝強(qiáng)度為H～I(xiàn)。在現(xiàn)場高溫條件下長時(shí)間進(jìn)行堵水作業(yè)時(shí),具有良好的堵水效果和長期穩(wěn)定性能。

1 耐高溫凍膠堵劑配制方法

聚合物A母液的制備(以100 g為例):用天平稱取5 g主劑A粉末,將其放入燒杯中。用天平稱量95 g水放入燒杯中。在攪拌器的攪拌下將稱好的主劑粉末均勻撒入水中,攪拌至完全溶解。其他藥劑分別稱取后,在攪拌條件下加入主劑母液中至完全溶解。

母液配置好后,具體實(shí)驗(yàn)步驟如下(以配置15 g堵劑為例):①配制20%的穩(wěn)定劑溶液8 g,用天平稱量1.6 g穩(wěn)定劑、6.4 g水,混合攪拌至溶液均勻;②分別稱取主劑、交聯(lián)劑、緩凝劑、穩(wěn)定劑、除氧劑以及水;③將所制溶液充分?jǐn)嚢柚寥炕旌?分別裝進(jìn)藥瓶中,然后用壓蓋機(jī)密封;④將藥瓶放入溫度為120 ℃的烘箱中。

2 新型耐高溫凍膠堵劑性能評(píng)價(jià)

堵水劑的評(píng)價(jià)方法有很多,在實(shí)驗(yàn)室大批量篩選時(shí),多采用目測代碼法。將不同編號(hào)的樣品放入調(diào)至地層溫度的恒溫水浴中,使用Sydansk的GSC(GelStrength Codes)法[8]定性測定樣品強(qiáng)度等級(jí),通常將強(qiáng)度達(dá)到G的時(shí)間稱為成膠時(shí)間。

2.1 pH值對(duì)堵劑性能的影響

配方原pH值為9,在其他條件相同的情況下,配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的檸檬酸溶液與10 %的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)堵劑pH分別為14,11,7,5,將樣瓶密封后放入120 ℃烘箱中,每15 min觀察一次溶液成膠情況(表1)。

表1 pH值對(duì)堵劑性能的影響

pH值為14時(shí),凍膠未成膠。pH值為5至11時(shí),凍膠具有高溫穩(wěn)定性,即長時(shí)間在高溫條件下,凍膠強(qiáng)度不發(fā)生變化,且在酸或堿的地層條件下,該堵劑具有良好的成膠效果和高溫穩(wěn)定性。

2.2 堵劑巖性適應(yīng)能力

取一定量的石英砂,用水清洗后在烘箱中烘干。按照最佳配方配制4組18 g的成膠液,標(biāo)記5～8號(hào),分別加入0.1倍、0.2倍、0.5倍和1.0倍質(zhì)量的石英砂(或碳酸鈣),用玻璃棒攪拌混合均勻后裝入樣瓶,放入120 ℃烘箱中,模擬砂巖(或灰?guī)r)巖性對(duì)成膠情況的影響。每15分鐘觀察一次溶液在成膠過程中的變化。巖性適應(yīng)能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 巖性適應(yīng)能力實(shí)驗(yàn)

在高溫中存放15 d后,各實(shí)驗(yàn)的成膠強(qiáng)度都增強(qiáng)為I。效果最好的是實(shí)驗(yàn)8,凍膠和石英砂融合成凍。說明該堵劑在砂巖環(huán)境中,具有良好的高溫穩(wěn)定性。

2.3 礦化度對(duì)成膠性能的影響

地層水中的鹽度是凍膠體系強(qiáng)度與穩(wěn)定性的重要影響因素之一。地層水鹽度主要是由一價(jià)離子和二價(jià)離子構(gòu)成。本文模擬地層水由NaCl和CaCl2配制而成。按照最佳配方,配制4組18 g的成膠液,標(biāo)記9～12號(hào),分別加入一定量的NaCl粉末與CaCl2粉末,攪拌均勻后放入120 ℃烘箱中。配制好的9號(hào)至12號(hào)溶液均呈乳白色。每15分鐘觀察一次溶液在成膠過程中的變化。礦化度對(duì)成膠性能的影響見表3。

表3 礦化度對(duì)成膠性能的影響

堵劑長時(shí)間存放于高溫下一直保持凍膠強(qiáng)度為I。礦化度對(duì)其成凍效果可以說沒有影響,反而具有一定促進(jìn)作用。很好的證明了此堵劑在具有抗鹽能力的同時(shí),高溫穩(wěn)定性也很好,在現(xiàn)場作業(yè)中不會(huì)受到地下水的影響。

2.4 抗剪切能力實(shí)驗(yàn)

在現(xiàn)場施工中,成膠液往往受到地層水、風(fēng)、泵等儀器的剪切作用,造成聚合物發(fā)生降解從而影響成膠效果。用磁力攪拌器模擬泵,考察凍膠抗剪切能力。按照最佳配方配制4組18 g的成膠液,標(biāo)記13～16號(hào),分別設(shè)定轉(zhuǎn)速為10、15、20、25 r/s,攪拌時(shí)間為10 min,分別裝入密封樣瓶中,放入120 ℃烘箱中。每15 min觀察一次溶液在成膠過程中的變化。堵劑抗剪切能力見表4。

表4 堵劑抗剪切能力實(shí)驗(yàn)

在高溫下存放15 d后各組凍膠強(qiáng)度依然保持很好。在剪切速度為20 r/s下的堵劑凍膠強(qiáng)度達(dá)到I,其他各組保持強(qiáng)度為H不變。

2.5 堵劑穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

聚合物凍膠體系不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為凍膠在一定條件下脫水或黏度持續(xù)下降[9],而凍膠的穩(wěn)定性已經(jīng)成為評(píng)價(jià)堵劑應(yīng)用能力的重要指標(biāo)之一[10-12]。考察凍膠體系在120 ℃烘箱中40 d的成膠狀態(tài)。

堵劑在120 ℃存放40 d后仍然保持凍膠強(qiáng)度為H～I(xiàn)。說明該凍膠型堵劑具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

2.6 堵劑封堵性評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)用巖心采用露頭砂與天然巖心砂(經(jīng)粉碎解離) 混合,加入無機(jī)膠結(jié)劑,進(jìn)一步混拌均勻后,在一定壓力下壓制成形,烘干后切成25 mm×150 mm的圓柱狀巖心,基本參數(shù)見表5,實(shí)驗(yàn)流程圖見圖1。

圖1 巖心驅(qū)替流程

表5 巖心基本參數(shù)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試,堵水前水測滲透率為1.600 0×10-3μm2,堵水后水測滲透率為0.216 1×10-3μm2,自研堵水劑堵水率達(dá)86.5%,在高溫條件下具有較好的封堵效果[13]。

3 結(jié)論

1)通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)篩選出耐高溫堵劑的最佳配方為:1.5%聚合物A+1.20%交聯(lián)劑1.20%(C-3)+2.00%緩凝劑(H)+0.02%除氧劑(CY)+0.02%穩(wěn)定劑(YDC)。

2)通過對(duì)新型耐高溫凍膠堵劑的性能評(píng)價(jià),得出該堵劑適用于砂巖地層,兼具抗鹽性、抗剪切性和高溫穩(wěn)定性,且在酸堿條件下均具有良好的成膠效果和高溫穩(wěn)定性,pH值在7～11時(shí),效果較好,在高溫條件下封堵率達(dá)86.5%,具有較好的封堵性。