緩交聯高強度封堵劑研究進展

徐國瑞,鄶婧文*,代磊陽,楊航,蘇程,徐謙

[1.中海油田服務股份有限公司油田生產事業部,天津 300459;2.天津市海洋石油難動用儲量開采企業重點實驗室,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50年代就開始對含水率較高的油田實施竄流封堵技術研究[1],但當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,進一步提出了三次采油的油藏深部調驅技術。油藏深部調驅需要封堵劑緩慢交聯來封堵地層。

高含水油井的治理方法主要包括機械堵水法[2]和化學堵水法[3]。機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,雖然成本較低,但存在找堵水難度大、作業成本高等問題?；瘜W堵水則是通過向目的層注入化學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,進而提高驅替能量和水驅效率,改善油藏開發效果,具有廣泛的實用性和高封堵強度等優點。由于深度封堵可以明顯提高原油采收率,國內外對深度封堵劑的研究與開發越來越重視。

油田主要應用的緩交聯封堵技術主要有:樹脂類緩交聯技術、顆粒類緩交聯技術、聚合物凍膠類緩交聯技術、弱凝膠類緩交聯技術以及聚合物微球類緩交聯技術等。

1 樹脂類緩交聯技術

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

張文昌等[5]以雙酚F型環氧樹脂為基體、正丁醇醚化酚醛樹脂為交聯劑和稀釋劑、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)作為促進劑制得一種低黏度高強度堵水劑。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,抗壓強度最高可達129 MPa。

徐元德[6]針對高強度鉻凍膠成膠過快的問題,開展了鉻凍膠緩交聯研究,構建了丙烯酰胺/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100 ℃,其注入性好、成膠時間較長,可滿足現場作業要求,且成膠強度和封堵性滿足高強度凍膠標準。

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

2 顆粒類緩交聯技術

顆粒類堵水劑主要是粉煤灰、水玻璃、黏土、果殼、預交聯凝膠顆粒等。顆粒類封堵劑主要通過物理堵塞來進行調堵,其中還包括捕集和絮凝作用。

凝膠顆粒封堵劑由單體、交聯劑及其他添加劑在地面交聯形成。李宇鄉等[8]在我國最早開展了凝膠顆粒研究。隨后,國內對凝膠顆粒的應用和研究逐漸增加。岳湘安等[9]根據室內巖心模擬實驗得到凝膠顆粒在孔隙中的封堵特征及動態變化規律,分析了凝膠顆粒在巖心中的運移及封堵能力。李克華[10]開發了鈣土、碳酸鈉、聚丙烯酰胺三液混合封堵劑,從而大大增強了對裂縫的封堵能力。鈣土是封堵大型孔洞的理想無機顆粒封堵劑。碳酸鈉能夠將鈣土轉化為鈉土,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,有效地增強了對裂縫的封堵,其適用于復雜油藏的高滲油層深部堵水。

凝膠顆粒封堵技術[11]在我國各大油田均進行了應用,有效地調整了油層非均質性。

3 聚合物凍膠類緩交聯技術

聚合物凍膠封堵劑[12]是聚合物分子被交聯劑交聯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,凍膠強度為12 Pa,屬于高強度凍膠。

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

4 弱凝膠緩交聯技術

弱凝膠[15]常以聚丙烯酰胺為基礎,并輔以適量的交聯劑配制而成。凝膠溶液交聯后可生成具有強度及流動性的凝膠體系,可以通過改變體系中交聯劑的量來控制成膠時間,實現緩交聯技術,進而具有運移至油藏深部進行封堵的功能。

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定性好、強度高和封堵性能好的凝膠封堵劑。采用成本低廉的工業腐植酸為增強劑和穩定劑,以含有磺酸基團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劑,制備了腐植酸-有機凝膠。以成膠時間、成膠強度和高溫老化穩定性為依據優選最優配方,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技術

聚合物微球緩交聯技術[17]是在顆粒類緩交聯技術的基礎上逐步形成的具備良好應用前景的深部封堵技術。聚合物微球具有較好的運移能力和封堵能力,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。當驅替壓力增大時,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]為解決常規丙烯酰胺類聚合物微球在高溫高鹽非均質油藏中應用效果較差的問題,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和改性環狀單體為合成原料,以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和有機鋯作為交聯劑,制備了一種具有雙重交聯結構的聚合物微球SAM-2。該聚合物微球的黏彈性能較好,且具有較強的深部運移能力。注入長巖心后能夠在深部區域產生有效封堵,并能有效地改善非均質巖心的吸水剖面。注入聚合物微球后高、低滲透巖心的剖面改善率可以達到98.7%?，F場應用結果表明,M-101井采取聚合物微球SAM-2深部調驅措施后,平均日產油量提升56.8%,平均含水率降低10.1%,達到了良好的降水增油效果。

6 結束語

隨著非常規油氣的勘探開發,封堵劑的應用已經日趨成熟。凝膠、顆粒、泡沫作為介質進行封堵作業已經在稠油油田應用。單獨使用封堵劑已經不能滿足目前復雜的開采條件及成本要求?；趨f同效應的復配封堵劑應用已經成為未來封堵劑廣泛應用的發展趨勢。另外對于廉價原材料以及來源廣泛的廢料的進一步開發應用,也成為未來研究方向。封堵劑應滿足強度高、可降解,能夠向目的地層深部運移。進一步研發新型封堵劑,降低成本,降低地層損傷和污染是未來封堵劑的發展趨勢。