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高温高盐油藏堵剂研究及堵调工艺进展.pdf
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1、第53卷第2 期2024年2 月(1.新疆大学化工学院,新疆乌鲁木齐8 30 0 49;2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆乌鲁木齐8 30 0 11;3.中国石油化工集团公司碳酸盐岩缝洞型油藏提高采收率重点实验室,新疆乌鲁木齐8 30 0 11)摘要:综述了目前油田常用的15类药剂,主要包括预交联凝胶颗粒、聚合物凝胶、体膨颗粒、泡沫、改性材料等,其中聚合物凝胶仍是目前油田应用最广的堵剂。在此基础上,也发展出复合调驱、压裂+堵水、堵调+深部调驱等工艺,后期通过对湿相改性可膨胀石墨、新型稀释无机沉淀剂、活性老化堵油剂、高强度堵漏复合材料进行论证,结合发展的新工艺,能够进一步提高油藏的
2、采收率。关键词:高温高盐;堵调堵剂;改性材料;互穿网络;堵调工艺中图分类号:TQ314.2;TE39Research on plugging agent and plugging technology ofhigh temperature and high salt reservoir应用化工Applied Chemical Industry高温高盐油藏堵剂研究及堵调工艺进展刘盈1.2 3,黄雪莉,呼天航,代真真,李婷婷2.3文献标识码:A文章编号:16 7 1-32 0 6(2 0 2 4)0 2-0 36 8-0 6Vol.53No.2Feb.2024(1.School of Chemic
3、al Engieering and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830049,China;2.SINOPECNorthwest Company of China Petroleum and Chemical Corporation,Urumqi 830011,China;3.Key Laboratoryof Enhanced Oil Recovery in Carbonate Fractured-vuggy Reservoirs,CNPC,Urumqi 830011,China)Abstract:Fifteen kinds of agents c
4、ommonly used in oilfield were reviewed,including pre-crosslinked gelparticles,polymer gel,bulk expansion particles,foam and modified materials,among which polymer gel isstll the most widely used plugging agent in oilfield.Based on this,composite regulated flooding,fracturingand water plugging,pluggi
5、ng and deep regulated flooding and other technologies are also developed.Lat-er,through the demonstration of wet phase modified expansible graphite,new diluent inorganic precipita-tor,active aging plugging agent,high strength plugging composite materials,combined with the develop-ment of the new tec
6、hnology,the oil recovery can be further improved.Key words:high temperature and high salt;plugging agent;modified material;interpenetrating network;plugging technology针对油田高含水的现状,目前常用的解决措施是堵调,即将封堵药剂注人到地层中,在优势通道形成封堵,致使底水绕流,开采次级通道剩余油,根据文献调研,目前油田常用的堵剂主要为预交联凝胶颗粒、聚合物凝胶、聚合物微球、树脂、无机盐沉淀、体(缓)膨颗粒类、泡沫、木质素、纳米堵剂、
7、含油污泥、改性材料、互穿网络、乳状液、有机无机复合、其他类型堵剂、水泥堵剂、微生物堵剂等,其中水泥堵剂在注入地层后,对油管造成“插旗杆”、对地层造成“堵死”等施工事故,微生物堵剂由于对地层苛刻油藏环境的适应性较差,注入困难,在地层中存活时间较短,对分离系统、集输系统也会造成一定的伤害,因此本文重点阐述除水泥、微生物之外的14 类堵剂。1堵水调流药剂1.1预交联凝胶颗粒预交联凝胶颗粒是在地面形成凝胶,通过干燥造粒等形成凝胶颗粒。在进行堵调施工时,避免了收稿日期:2 0 2 3-0 3-155修改稿日期:2 0 2 3-0 4-2 9基金项目:国家重大专项(2 0 16 ZX05053)作者简介:
8、刘盈(1992-),男,河南三门峡人,新疆大学在读博士,师从黄雪莉教授。电话:17 7 996 94332,E-mail:148 16 8 0 8 8 2 q q.c o m常规聚合物凝胶在经过稀释、降解、吸附、剪切等作用造成成胶困难甚至难以成胶的问题,其在水中以分散的微粒存在,具有变形虫特性因此能够运移到地层深部从而扩大波及范围,也可以通过调整粒径分布,在非目的产油层形成表面堵塞而顺利地进人水驱大孔道,从而达到堵水剂选择性进入封堵层位的目的。预交联凝胶颗粒通常比常规凝胶具有更高的膨胀倍数,且封堵强度更大。聂坤等选取丙烯酰胺(A M)、丙烯酸(AA)、六亚甲基双丙烯酰胺(HBA)为原料制备了预
9、交联凝胶颗粒AM-AA-HBA,具有更高的膨胀倍数,剪切强度保留率增加0.7%,注人压力提高0.2 MPal。Zh a n g Xi a o 等以海藻酸钠(SA)和丙烯酰胺(AM)为原料,合成了一种新型预成型颗粒凝胶,具有较好的弹性模量,可达86445Pa,具有很高的突破压力和封堵效率,不会对地层造成永久性损害2 第2 期1.2聚合物凝胶聚合物凝胶堵剂由于其具有良好的注人性、耐温耐盐性、周期降解性得到了广泛的应用。由于聚丙烯酰胺(PAM)结构单元中含有酰胺基,易形成氢键因此具有良好的水溶性和较高的化学活性,易通过接枝或交联得到支链或网状结构,因此大部分凝胶都会选择PAM作为聚合单体之一。从文献
10、调研来看,聚合物凝胶仍然是目前合成最多、应用最广的堵调化学药剂。康传宏的低密度凝胶从1.2 g/cm下降到0.8 8 g/cm,当密度调节剂含量为4%时,凝胶2 7 0 d后强度为I级,屈服应力提高了6.8 3倍。为了能够适应高温的地层,特别是进行蒸汽驱发生汽窜的地层,学者研制了能够耐温2 0 0 的堵调药剂。LiuJianbin等针对高温、注蒸汽、原位燃烧油藏对堵剂较高耐温性(150 )的需求,采用三元共聚物和复合交联剂合成凝胶,能够耐温2 0 0,耐盐 2 0 10*mg/L4。当油藏的开发深度逐渐加深,开发难度也逐渐加大,特别是西部塔里木盆地油井深度平均在50 0 0 m以上,地层温度1
11、30,矿化度达到2 2 10*mg/L,因此对堵剂耐温耐盐性提出了更高的要求。一般通过以下两种方法来提高凝胶的耐温耐盐性。一是化学改性引人新的基团,首先可以优选聚合物类型,Gu Chenglin等选用非离子聚丙烯酰胺,在加入酚醛交联剂后制备的凝胶老化时间8 h,能够耐温95,耐盐310 4mg/L5,其次可以对交联剂进行改性,何雪梅等对交联剂进行改性,大量引人一NH基团,形成凝胶耐温110 、耐盐 10 10*mg/L(6。二是加人有机无机类物质,包括腐殖酸、氯化钙、聚丙烯纤维、纳米颗粒等。李生林等在凝胶中掺人2%腐殖酸,成胶后耐温130,耐盐2 2 10*mg/L,成胶强度为16 Pa7。L
12、i Xu e j a o 等选用聚丙烯纤维为体系稳定剂,研制的凝胶能够耐温130,在盐度为2 510*mg/L条件下老化10 d,凝胶的脱水率仍小于3%8 。室内合成的耐温耐盐的凝胶,有一部分在现场施工中得到了应用,并取得了明显的增油效果。袁养平的合成强凝胶在青海油田的尕斯油田跃950 井施工后产油量增加4.7 4t/d91.3聚合物微球聚合物微球具有一定的膨胀性能,在注人地层时初始的尺寸为微米级,因此能够进入地层深部,实现深部液流转向,从而达到调剖的目的。不同类型的聚合物微球都有一定的油藏适用范围,在注人地层的过程中需要与裂缝尺度相匹配,徐太喜针对微米级聚合物微球WQ-100进行实验,得到W
13、Q-100微球适用的油藏裂缝宽度为11 m,压力梯度越大,刘盈等:高温高盐油藏堵剂研究及堵调工艺进展1.5无机类堵剂无机盐堵剂温度、矿化度的影响较小,不存在剪切成胶困难的问题,因此在油田上得到应用。无机堵剂能够适用于55的低温油藏中,那日苏等针对吐哈雁木西油田的水流优势通道研发无机类聚合物凝胶,主剂30%35%,缓凝剂2.6%3.0%,增粘剂0.0 0 9%0.0 18%,成胶时间在13h以上,封堵率达到99.7 1%,能够酸溶15O无机堵剂也能适用于蒸汽驱后发生汽窜的地层,朱学娟等研制的高温用堵水剂,细石灰石粉17.5%,棉纤维12.5%,氧化钙40%,硅基不饱和树脂11%,对滨50 9区块
14、进行现场汽窜封堵实验,含水率降低6%13%,日增油1.0 3.2 t161.6体(缓)膨颗粒体(缓)膨颗粒通常都能够在地层温度条件下发生膨胀,而在注人的过程中一直维持着较小的体积,因此能后进入到地层深部进行调堵,主要的封堵机理为“堆积”“桥接”、“附着滞留”。体(缓)膨颗粒类堵剂对油藏的适应性较强,对于低渗透油藏堵调施工,Fu Meilong等在研制的超细耐温抗盐膨胀颗粒中掺入N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA),能够耐温12 0,耐盐2 510*mg/L,在青海油田G42井施工后,日增油1.5(1。对于高渗透油藏堵调施工,李雪娇等在 XN-T369微球进人地层的深度越深10 1。除了需要和地层
15、裂缝保持匹配,聚合物微球还需要具有耐温耐盐的特点,姚谋等优选具有庞大侧基、强水化性的磺酸基AMPS,结合氮氮亚甲基双丙烯酰胺研制的聚合物微球能够耐温150,耐盐8 50 53mg/Ll1.4树脂树脂类堵剂通常具有成胶时间短、成胶强度高的特点,主要由树脂、引发剂组成,通过改变引发剂的加量,可以改变树脂类堵剂的成胶时间、成胶强度等。在油田现场施工过程中,通常选用10 20 m的树脂作为封堵段塞。树脂是由酚、醛通过有机反应合成,在形成树脂后,树脂苯环上的羟甲基活性大,可以相互交联,从而进一步提高树脂的强度。王潜龙等开发了新型水溶液固化树脂,固化前黏度只有10 mPas,在靖安油田大路沟长6 罗21-
16、35井采用三段式施工,树脂作为第二段主体段塞注人,施工后平均日增油1.2 2 t12在树脂堵剂的基础上,又开发出了树脂分散体、树脂冻胶等堵剂。郑超等选取15%石油树脂C9制备树脂分散体,添加0.2%的分散剂OB-18(两性表面活性剂)、0.2%的稳定剂P832(阳离子聚合物),在130 条件下能够使树脂稳定分散10 h以上,能够耐盐2 0 10*mg/L13,吴千慧等研制的酚醛树脂冻胶在7 0 条件下成胶48 h,老化18 0 d无破胶,突破压力梯度大于2 MPa/m14C370体膨颗粒的基础上,在其表面覆上一层聚偏二氯乙烯,能够适用于塔河130 的油藏,在2 4h后达到最大膨胀倍数5倍,封堵
17、率达到98.4%,在塔河四区A4井进行试验后,其对应受效井B65、B48 日增油 1.4,0.7 t181.7泡沫泡沫驱的适用范围较广,当泡沫的消泡半衰期、析液半衰期达到油藏所需时,泡沫驱可以适用于二氧化碳气窜、高温高盐油藏、稠油蒸汽驱等。针对二氧化碳气窜问题,王冰等通过室内实验优选SW发泡体系,半衰期达到30 10 min,残余油饱和度对封堵剂影响较小,2 0 17 年在大庆油田施工后,注入井压力上升10 MPa左右,累增油347 6(19对于高温高盐油藏来说,在进行泡沫防气窜水窜时,需要保证选取的泡沫具有耐温耐盐性。LiuPeng等优选耐高温的磺酸盐表面活性剂#6、阴离子聚丙烯酰胺作为稳定
18、剂,进行高温泡沫驱,能够在80以下使用,有效地解决了注人过程中发生的水窜2 0 1对于稠油油藏来说,蒸汽驱是一种有效的提采手段,针对稠油蒸汽吞吐中边水水侵问题,范潇研制三相泡沫封堵体系,由水泥、粘土、起泡剂组成,针对草10 9-平19水侵井注人三相泡沫30 0 0 方,含水下降19%2 1O为了提高泡沫的稳定性,达到较好的封堵效果,常常在泡沫中会添加纳米粒子,以SiO,为主,AbdulRahimRisal等研究表明改性SiO,纳米粒子提高了泡沫的稳定性,多孔介质中压差提高了3倍,减轻了油对泡沫封堵性能的不利影响,油采收率增加约15%2 2 1.8木质素木质素具有耐温耐盐的特点,在未磺化之前就是
19、碱木素,主要存在的问题包括:韧性差、易破碎、有效期短等,因此常用的措施是在木质素中添加增韧剂来增强其韧性。任兴华等基于碱木素研制了新型堵剂,主要的组成为碱木素、交联剂、增韧剂,120成胶8 h,能够耐温140、耐盐2 0 10 mg/L,封堵率达97%2 3 。木质素也能够和AA单体结合形成凝胶,崔涵等在木质素磺酸钠的基础上形成单宁酸-聚丙烯酸水凝胶,该凝胶的韧性较强,并且具有良好的机械性能,抗压强度能够达到2 7 5kPa241.9纳米堵剂纳米材料具有比表面积大的特点,能够降低油水界面张力,改变岩石润湿性,室内实验证明纳米驱能够提高采收率2%8%。目前用于纳米驱油的颗粒主要包括无机颗粒,如S
20、iO2、Ca CO 3;金属氧化物纳米颗粒,如ZrO,、T i O,和Al,O,等。纳米材料常常会掺在冻胶凝胶中,一方面提高应用化工冻胶耐温耐盐性能,MinaSeidyEsfahlan等制备的丙烯酰胺(AM)基纳米凝胶,能够耐温8 0,耐盐1810*mg/L25。另一方面也提高了封堵性能,Cheng Li合成的纳米复合粒子凝胶(NCPG)封堵率达90%,残余阻力系数为19.2 2 6 纳米材料的掺人也会降低界面张力,改变岩石的润湿性,从而提高驱油效率。Bai Yun等通过硫醇-烯“点击”开发的功能化SiO,纳米流体,将润湿性变为水湿状态,岩心驱油试验表明,改性纳米Si0,的采油系数是未改性纳米
21、Sio,的2.5倍2 。1.10 含油污泥含油污泥主要存在于在采油厂处理站,后续处理需要投人很大的人力物力,同时对油气的集输造成了很大的困难,因此有学者尝试将其用在油田的堵调方面。含油污泥堵剂通常是以污水处理站的污泥样品为基础材料,再加人膨润土、固化剂、交联剂等形成堵剂,黄战卫在含油污泥中掺人反相乳液聚合物、交联剂、调节剂,能够耐温9 0,耐盐达到12 10*mg/L,突破压力达到 9.2 2 MPa28含油污泥堵剂在现场也得到了应用,增油效果良好。陈军杰基于污水处理站沉降池底部的污泥样品,加人纳米级膨润土、丙烯酰胺、焦炭砂、棉絮,合成耐高温聚合物凝胶,在K6区块稠油蒸汽驱施工后,突破时间由6
22、 8 h增加到10 h,封堵前后压力差最大2.5MPa,实现了调驱效果2 91.11改性材料针对特定的物质进行改性,使其能够适用于特定的油藏,目前常见到的改性材料包括改性橡胶、改性蒙脱土、改性淀粉等,依据各自的特点对其进行改性。橡胶由于具有耐高温高盐,能够变形的特点,能够在地层中对出水通道进行封堵,部分学者对橡胶单体进行聚合改性,王萍使用炭黑、树脂对丁苯橡胶(SBR)进行改性,炭黑能够调节密度,形成的颗粒能够在130 140 存在,封堵压力为 16 4 kPa30蒙脱土是无机材料,改性方法主要是与聚合物形成复合插层材料,提高堵剂的耐温耐盐性。ZhaoTianhong等将改性蒙脱土与丙烯酰胺(A
23、M)共聚生成聚丙烯酰胺-蒙脱土有机-无机复合材料Poly(A M/0-M M T),在95、2 0%NaCl的溶液中有良好的封堵调剖性能31。淀粉中具有丰富的羟基,对淀粉进行接枝改性制备凝胶,一方面能够提高其封堵强度,孟祥海等通过接枝共聚生成改性淀粉GXTP,在50 条件下接枝率达到7 3%,封堵率达到95%以上,残余阻力系数达8 8 32 。另一方面也可以提高其耐温抗盐性,从而提高采收率。Rituraj Singh等将淀粉接枝到聚丙烯酰胺上,加人纳米黏土复合材料制备凝胶第53卷第2 期(PAAm-g-St/MMT),能够耐温110 ,耐 NaCl浓度为7%3 3 1.12互穿网络互穿网络聚合
24、物(IPN)是一种独特的高分子共混物,它是由交联聚合物I和交联聚合物各自交联后所得的网络连续地相互穿插而成的,能够延长堵剂的有效期、提高其封堵强度。Chen Lifeng 将聚乙烯醇纤维(PVA)与普通聚丙烯酰胺(PAM)互穿形成的水凝胶,缩水率从30%降至3%34。高梦斐采用同步法合成互穿网络体聚合物调堵体系,温度为6 0,体系的成胶时间2 1h,成胶强度0.1MPa,对水相封堵率达到96%以上351.13乳状液乳状液堵水兼具驱油和调剖的双重作用,一方面驱替微细裂缝中剩余油,一方面能够对大通道起到一定的封堵作用。Li Entian 等研究了疏水改性二氧化硅颗粒(HMSP)一一表面活性剂稳定的
25、棉籽油乳状液,HMSP与表面活性剂之间的协同作用提高了乳状液的稳定性,封堵率达到98.7%36 。董瑞强等将非离子表面活性剂Span80、十二烷基苯磺酸钠、棉籽底油、复配乳化剂等混合制备乳状液堵剂,能够耐温110、耐钙离子2 10*mg/L,对水的封堵率达到 98%37 1.14有机无机复合针对高温(130)高盐(2 110 4mg/L)的油藏,有机凝胶的成胶稳定性会受到很大的限制,因此会在其中掺杂部分无机堵剂,从而提高其耐温抗盐性。徐海民等优选有机双酚F型环氧树脂,无机改性木粉,交联剂为酚醛树脂FN2,促进剂为1-苄基-2-甲基咪唑(BMI),制备的堵剂在50 粘度为50 mPas左右,且改
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