二次交聯(lián)聚合物堵劑體系室內(nèi)研究

徐建梅

【摘 要】裂縫性油藏堵水作業(yè)時(shí)，堵水劑會(huì)沿著裂縫向地層中漏失，堵塞低滲透地層。本文針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)考察影響二次交聯(lián)聚合物凝膠性能的因素，通過(guò)組分和用量的篩選，得到二次交聯(lián)聚合物凝膠體系的基本配方。

【關(guān)鍵詞】裂縫油藏；深部堵水；二次交聯(lián)堵水劑

在裂縫性油藏中，由于裂縫相對(duì)于基質(zhì)滲透率大得多，堵水劑會(huì)沿裂縫向地層中漏失，給堵水作業(yè)帶來(lái)很大危害。由于堵水劑漏失進(jìn)入小裂縫導(dǎo)致對(duì)油層的傷害，加上堵水劑漏失降低封堵裂縫的強(qiáng)度，致使堵水有效期縮短，甚至堵不住水，對(duì)此提出一種新型堵水劑，二次交聯(lián)機(jī)理是利用HPAM的兩個(gè)基團(tuán)-COOH和-CONH2能夠分別與有機(jī)鉻交聯(lián)劑中的Cr3+和酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑中的-OH發(fā)生交聯(lián)，但由于兩種交聯(lián)的類(lèi)型不同，反應(yīng)的速度不同，據(jù)此可設(shè)計(jì)出雙基團(tuán)二次交聯(lián)凍膠堵劑體系。

在第一次交聯(lián)之前，堵劑體系的粘度較低，有利于堵劑的泵入。第一次交聯(lián)之后，堵劑體系的粘度上升，但流動(dòng)性仍然較好，這樣可避免堵劑進(jìn)入滲透率較低的油層，對(duì)油層起到保護(hù)作用；當(dāng)發(fā)生第二次交聯(lián)后，堵劑體系失去流動(dòng)性，可產(chǎn)生高強(qiáng)度的封堵段塞。由于雙基團(tuán)二次交聯(lián)聚合物凍膠堵劑體系具有成膠時(shí)間較長(zhǎng)，強(qiáng)度可控，因此可進(jìn)行水平井的深部堵水或堵劑的定點(diǎn)投放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

藥品：聚合物HPAM，相對(duì)分子質(zhì)量1500-1800萬(wàn)，水解度20%，東營(yíng)光正集團(tuán)生產(chǎn)；有機(jī)鉻交聯(lián)劑，墨綠色溶液，濃度30mg/L；水溶性酚醛樹(shù)脂，紅棕色溶液，濃度45%。

儀器：真空突破儀器，磁力攪拌器、電子天平、恒溫水浴。

2 實(shí)驗(yàn)方法

成膠強(qiáng)度測(cè)量：本實(shí)驗(yàn)采用真空突破法測(cè)量凝膠的強(qiáng)度。

成膠時(shí)間確定：凝膠成膠時(shí)間多采用目測(cè)代碼法，凝膠成膠時(shí)間分為一次交聯(lián)和二次交聯(lián)時(shí)間。一次交聯(lián)時(shí)間指體系由流動(dòng)溶液A變成流動(dòng)凝膠c所經(jīng)歷的時(shí)間，二次交聯(lián)時(shí)間指體系由流動(dòng)凝膠c變成輕微形變不流動(dòng)凝膠F所經(jīng)歷的時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)采用二次交聯(lián)時(shí)間。

3 二次交聯(lián)聚合物堵劑體系確定

正交實(shí)驗(yàn)：室內(nèi)設(shè)計(jì)了二次交聯(lián)凍膠堵劑體系組成中聚合物、有機(jī)鉻交聯(lián)劑、酚醛樹(shù)脂交聯(lián)劑與溫度四因素四水平正交實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：交聯(lián)最優(yōu)組合是A3B1C3D4，成膠強(qiáng)度為0.09MPa；對(duì)成膠強(qiáng)度影響順序：聚合物、溫度、酚醛交聯(lián)劑和有機(jī)鉻交聯(lián)劑。

影響因素研究：在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用單因素法研究溫度、pH值、礦化度、延遲劑等因素對(duì)堵劑體系的影響。

3.1 溫度的影響

在聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機(jī)鉻濃度0.01%，礦化度19000mg/L，pH為7的條件下改變溫度，考察并測(cè)量凝膠的真空突破壓力和交聯(lián)時(shí)間隨溫度的變化情況，可以看出：隨著溫度的升高，體系的真空突破壓力增大，交聯(lián)速度加快，交聯(lián)時(shí)間縮短。溫度對(duì)堵劑體系的成膠時(shí)間影響較大，80℃時(shí)交聯(lián)時(shí)間為15h，50℃時(shí)的交聯(lián)時(shí)間達(dá)到72h。由此可知該堵劑體系適用于60℃以上的地層深部堵水。

3.2 pH值的影響

在試驗(yàn)溫度80℃下，聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機(jī)鉻濃度0.01%，礦化度19000mg/L，調(diào)節(jié)pH值，考察pH值對(duì)堵劑的成膠強(qiáng)度和交聯(lián)時(shí)間的影響情況?？梢钥闯觯簆H值對(duì)堵劑的成膠時(shí)間影響較小，但對(duì)成膠強(qiáng)度影響較大。隨著pH值的升高，體系的真空突破壓力也迅速升高，當(dāng)pH為7時(shí)真空突破壓力達(dá)到最大值，pH值繼續(xù)升高，體系強(qiáng)度又開(kāi)始減小。堵劑適合中性條件下成膠。

3.3 礦化度對(duì)堵劑體系的影響

在聚合物4000mg/L，酚醛樹(shù)脂濃度0.675%，有機(jī)鉻濃度0.01%，pH值為7的條件下，改變礦化度，考察并測(cè)量凝膠的真空突破壓力和交聯(lián)時(shí)間隨礦化度的變化情況，可以看出：隨這礦化度的增加，體系的真空突破壓力降低，交聯(lián)速度加快，交聯(lián)時(shí)間縮短?？傮w來(lái)說(shuō)，礦化度對(duì)堵劑體系的成膠強(qiáng)度和交聯(lián)時(shí)間影響較小，另外說(shuō)明堵劑具有良好的耐鹽性能，堵劑體系的礦化度范圍為14000～19000mg/L。

3.4 延遲劑CL-2對(duì)堵劑體系的影響

在聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機(jī)鉻濃度0.01%，礦化度9000mg/L，pH為7的堵劑體系中加入延遲劑CL-2，考察并測(cè)量凝膠的真空突破壓力和交聯(lián)時(shí)間隨延遲交聯(lián)劑CL-2的變化情況，可以看出：加入延遲交聯(lián)劑CL-2后，體系的強(qiáng)度變化不大。體系的交聯(lián)速度隨延遲交聯(lián)劑CL-2濃度的增加而變緩，交聯(lián)時(shí)間延長(zhǎng)，延遲劑CL-2延遲交聯(lián)作用明顯。堵劑體系中延遲劑的加量為0.02%。

通過(guò)對(duì)堵劑體系影響因素的研究，得到了堵劑體系的基本組成為4000mg/L HPAM，0.675%酚醛交聯(lián)劑，0.01%有機(jī)鉻交聯(lián)劑，延遲劑CL-2為0.02%。該堵劑體系適宜溫度為60～90℃，pH值在中性范圍內(nèi)，礦化度范圍為14000～19000mg/L，成膠時(shí)間較長(zhǎng)、可調(diào)，可用于深部地層堵水。

4 堵劑體系穩(wěn)定性研究

在80℃下考察聚合物濃度4000mg/L，酚醛樹(shù)脂濃度0.6%，有機(jī)鉻濃度0.01%，CL-2 0.02%，礦化度19000mg/L，pH值為7的堵劑體系穩(wěn)定性，可以看出：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，體系的真空突破壓力逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定，且這個(gè)穩(wěn)定值較高。該體系的脫水較少，最終脫水率小于2%，強(qiáng)度保持率達(dá)到95%，堵劑體系的穩(wěn)定性很好。

5 堵劑體系的封堵性能研究

堵劑體系封堵的選擇性：首先向模型中注水至壓力恒定，測(cè)量各填砂管的滲透率；向模型中注入聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.6%，有機(jī)鉻濃度0.01%，CL-2 0.02%，礦化度19000mg/L，pH值為7的堵劑體系，記錄各管的流出液體積；將兩填砂管放入80℃水浴中加熱24h成膠，測(cè)定填砂管的堵后滲透率?？梢缘贸觯憾聞┲饕M(jìn)入高滲透巖心，低滲透巖心注入較少，堵劑體系具有較好的選擇封堵特性，對(duì)高滲巖心封堵達(dá)到了95%以上，而對(duì)低滲巖心的封堵為15.6%。從試驗(yàn)結(jié)果中可判斷，堵劑具有一定的選擇性堵水作用，在一定壓力下，堵劑主要進(jìn)入滲透率大的巖心，并能達(dá)到較強(qiáng)封堵的作用；對(duì)于低滲透的巖心，進(jìn)入的堵劑相對(duì)量很少，封堵強(qiáng)度不高，甚至無(wú)法封堵低滲透巖心。

堵劑體系封堵的有效性：首先水驅(qū)測(cè)得堵前滲透率，然后將4000mg/L HPAM、0.675%酚醛交聯(lián)劑、0.1%有機(jī)鉻交聯(lián)劑、延遲劑CL-2濃度 0.02%、pH值7、礦化度19000mg/L的堵劑體系正向注入巖心1PV，將封堵后的巖心放入80℃的水浴中放置不同時(shí)間后，測(cè)量其突破壓力和封堵率。由試驗(yàn)得出，堵劑體系對(duì)巖心的封堵率隨時(shí)間的變化不大，而突破壓力稍有所下降，但下降不大。堵劑封堵有效性很好。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)堵劑體系影響因素的研究，得到了堵劑體系的基本組成為4000mg/L HPAM、0.675%酚醛交聯(lián)劑、0.01%有機(jī)鉻交聯(lián)劑、延遲劑CL-2為0.02%。該堵劑體系適宜的溫度為60～90℃，pH值在中性范圍內(nèi)，礦化度范圍為14000～19000mg/L，成膠時(shí)間較長(zhǎng)、可調(diào)，可用于深部地層堵水。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐孝芬，等.交聯(lián)聚合物凝膠調(diào)堵劑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法[J].石油鉆采工藝， 2004，16（2）：49-53.

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[責(zé)任編輯：程龍]