徐國瑞,鄶婧文*,代磊陽,楊航,蘇程,徐謙

[1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部,天津 300459;2.天津市海洋石油難動用儲量開采企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300459;3.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300459]

我國從20世紀(jì)50年代就開始對含水率較高的油田實(shí)施竄流封堵技術(shù)研究[1],但當(dāng)時堵水主要以近井地層為主。在之后的油田開采過程中,油田采出液含水率增加,進(jìn)一步提出了三次采油的油藏深部調(diào)驅(qū)技術(shù)。油藏深部調(diào)驅(qū)需要封堵劑緩慢交聯(lián)來封堵地層。

高含水油井的治理方法主要包括機(jī)械堵水法[2]和化學(xué)堵水法[3]。機(jī)械堵水是依靠封隔器及其配套的封隔工具來封堵高含水層,阻止水流流入井內(nèi),雖然成本較低,但存在找堵水難度大、作業(yè)成本高等問題?；瘜W(xué)堵水則是通過向目的層注入化學(xué)藥劑來封堵高滲透層,通過改變水流方向,減少不必要的能量損失,提高水的波及系數(shù),進(jìn)而提高驅(qū)替能量和水驅(qū)效率,改善油藏開發(fā)效果,具有廣泛的實(shí)用性和高封堵強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。由于深度封堵可以明顯提高原油采收率,國內(nèi)外對深度封堵劑的研究與開發(fā)越來越重視。

油田主要應(yīng)用的緩交聯(lián)封堵技術(shù)主要有:樹脂類緩交聯(lián)技術(shù)、顆粒類緩交聯(lián)技術(shù)、聚合物凍膠類緩交聯(lián)技術(shù)、弱凝膠類緩交聯(lián)技術(shù)以及聚合物微球類緩交聯(lián)技術(shù)等。

1 樹脂類緩交聯(lián)技術(shù)

樹脂封堵劑[4]是一種高分子材料,是由低分子物質(zhì)通過縮聚反應(yīng)形成的,具有獨(dú)特的體型結(jié)構(gòu),且不易溶解和熔化。在高溫條件下固化形成固體或半固態(tài)顆粒體。

張文昌等[5]以雙酚F型環(huán)氧樹脂為基體、正丁醇醚化酚醛樹脂為交聯(lián)劑和稀釋劑、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)作為促進(jìn)劑制得一種低黏度高強(qiáng)度堵水劑。BPF加量為80%時,B/BPF體系黏度為50 mPa·s,該封堵劑可長距離長時間向底層深處輸送,抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)129 MPa。

徐元德[6]針對高強(qiáng)度鉻凍膠成膠過快的問題,開展了鉻凍膠緩交聯(lián)研究,構(gòu)建了丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AM/AMPS)二元共聚物鉻凍膠體系和丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(AM/DAC)二元共聚物鉻凍膠體系。二種鉻凍膠體系的適用溫度可達(dá)100 ℃,其注入性好、成膠時間較長,可滿足現(xiàn)場作業(yè)要求,且成膠強(qiáng)度和封堵性滿足高強(qiáng)度凍膠標(biāo)準(zhǔn)。

陳世軍等[7]使用甲醛和苯酚合成了酚醛樹脂預(yù)聚體封堵劑,模擬實(shí)驗(yàn)表明該酚醛樹脂預(yù)聚體具有較好的耐鹽性和熱穩(wěn)定性。成膠時間緩慢且成膠時間可控,封堵率達(dá)99.0%以上,能夠優(yōu)先進(jìn)入高滲透區(qū)域并形成封堵,從而可改善高溫油藏深部的開發(fā)效果,提高水驅(qū)采收率。

2 顆粒類緩交聯(lián)技術(shù)

顆粒類堵水劑主要是粉煤灰、水玻璃、黏土、果殼、預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒等。顆粒類封堵劑主要通過物理堵塞來進(jìn)行調(diào)堵,其中還包括捕集和絮凝作用。

凝膠顆粒封堵劑由單體、交聯(lián)劑及其他添加劑在地面交聯(lián)形成。李宇鄉(xiāng)等[8]在我國最早開展了凝膠顆粒研究。隨后,國內(nèi)對凝膠顆粒的應(yīng)用和研究逐漸增加。岳湘安等[9]根據(jù)室內(nèi)巖心模擬實(shí)驗(yàn)得到凝膠顆粒在孔隙中的封堵特征及動態(tài)變化規(guī)律,分析了凝膠顆粒在巖心中的運(yùn)移及封堵能力。李克華[10]開發(fā)了鈣土、碳酸鈉、聚丙烯酰胺三液混合封堵劑,從而大大增強(qiáng)了對裂縫的封堵能力。鈣土是封堵大型孔洞的理想無機(jī)顆粒封堵劑。碳酸鈉能夠?qū)⑩}土轉(zhuǎn)化為鈉土,而鈉土又具有很好的膨脹性。聚丙烯酰胺也具有優(yōu)良體膨性,遇水會膨脹而且可以吸附在巖壁上。上述3種顆粒類封堵劑混合使用,有效地增強(qiáng)了對裂縫的封堵,其適用于復(fù)雜油藏的高滲油層深部堵水。

凝膠顆粒封堵技術(shù)[11]在我國各大油田均進(jìn)行了應(yīng)用,有效地調(diào)整了油層非均質(zhì)性。

3 聚合物凍膠類緩交聯(lián)技術(shù)

聚合物凍膠封堵劑[12]是聚合物分子被交聯(lián)劑交聯(lián)后整體失去流動性的封堵劑。

徐元德等[13]研制了一種緩凝聚合物鉻凍膠封堵劑。通過鋁凝膠來調(diào)控凍膠的成膠時間。在使用礦化度為1.6×104mg/L的地層水配制該凍膠時,在90 ℃的條件下可以控制凍膠的成膠時間在55 h內(nèi),凍膠強(qiáng)度為12 Pa,屬于高強(qiáng)度凍膠。

羅憲波等[14]制備了一種新型二次交聯(lián)封堵劑,該凍膠會在地面條件下發(fā)生一次弱交聯(lián)反應(yīng),到達(dá)儲層后在較高的溫度下緩慢地進(jìn)行第二次交聯(lián)反應(yīng),從而形成高強(qiáng)度的凍膠,增強(qiáng)了凍膠在裂縫中的封堵性能。

4 弱凝膠緩交聯(lián)技術(shù)

弱凝膠[15]常以聚丙烯酰胺為基礎(chǔ),并輔以適量的交聯(lián)劑配制而成。凝膠溶液交聯(lián)后可生成具有強(qiáng)度及流動性的凝膠體系,可以通過改變體系中交聯(lián)劑的量來控制成膠時間,實(shí)現(xiàn)緩交聯(lián)技術(shù),進(jìn)而具有運(yùn)移至油藏深部進(jìn)行封堵的功能。

李生林等[16]制備了一種在高溫、高礦化度條件下具有老化穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高和封堵性能好的凝膠封堵劑。采用成本低廉的工業(yè)腐植酸為增強(qiáng)劑和穩(wěn)定劑,以含有磺酸基團(tuán)的聚丙烯酰胺為主劑,以六亞甲基四胺、對苯二酚作延遲交聯(lián)劑,制備了腐植酸-有機(jī)凝膠。以成膠時間、成膠強(qiáng)度和高溫老化穩(wěn)定性為依據(jù)優(yōu)選最優(yōu)配方,以對填砂管凝膠固化后突破壓力作為封堵性能評價凝膠封堵效果。該凝膠具有較好的封堵效果和較好黏壁性。

5 聚合物微球類緩交聯(lián)技術(shù)

聚合物微球緩交聯(lián)技術(shù)[17]是在顆粒類緩交聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步形成的具備良好應(yīng)用前景的深部封堵技術(shù)。聚合物微球具有較好的運(yùn)移能力和封堵能力,這也就使得聚合物微球具有深部堵水的能力。聚合物微球的膨脹性能良好,其初始粒徑小,注入地層后緩慢膨脹,膨脹后的微球尺寸大大增加。這些溶脹的微球通過吸附、架橋來封堵地層孔喉。當(dāng)驅(qū)替壓力增大時,形成的封堵會突破,致使微球在更前端重新形成新的封堵。在壓力差的作用下封者能夠向地層深部運(yùn)移,形成逐級封堵,迫使注入水改向,改善油藏注入水剖面,波及低滲透層,從而提高剩余油的采收率。

荊波等[18]為解決常規(guī)丙烯酰胺類聚合物微球在高溫高鹽非均質(zhì)油藏中應(yīng)用效果較差的問題,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和改性環(huán)狀單體為合成原料,以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和有機(jī)鋯作為交聯(lián)劑,制備了一種具有雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物微球SAM-2。該聚合物微球的黏彈性能較好,且具有較強(qiáng)的深部運(yùn)移能力。注入長巖心后能夠在深部區(qū)域產(chǎn)生有效封堵,并能有效地改善非均質(zhì)巖心的吸水剖面。注入聚合物微球后高、低滲透巖心的剖面改善率可以達(dá)到98.7%。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,M-101井采取聚合物微球SAM-2深部調(diào)驅(qū)措施后,平均日產(chǎn)油量提升56.8%,平均含水率降低10.1%,達(dá)到了良好的降水增油效果。

6 結(jié)束語

隨著非常規(guī)油氣的勘探開發(fā),封堵劑的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟。凝膠、顆粒、泡沫作為介質(zhì)進(jìn)行封堵作業(yè)已經(jīng)在稠油油田應(yīng)用。單獨(dú)使用封堵劑已經(jīng)不能滿足目前復(fù)雜的開采條件及成本要求?；趨f(xié)同效應(yīng)的復(fù)配封堵劑應(yīng)用已經(jīng)成為未來封堵劑廣泛應(yīng)用的發(fā)展趨勢。另外對于廉價原材料以及來源廣泛的廢料的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用,也成為未來研究方向。封堵劑應(yīng)滿足強(qiáng)度高、可降解,能夠向目的地層深部運(yùn)移。進(jìn)一步研發(fā)新型封堵劑,降低成本,降低地層損傷和污染是未來封堵劑的發(fā)展趨勢。