文章编号:1000-7393(2008)01-0098-05
高温高盐油藏低化学交联疏水缔合聚合物
成胶前溶液性能研究
3
郭拥军
1,2
冯茹森1 张新民
1,2
舒 政1 董汉平3 汤发明
4
(1.西南石油大学,四川成都 610500; 2.四川光亚科技股份有限公司,四川南充 637001;
3.新疆油田公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依 834000;
4.吐哈油田公司工程院,新疆鄯善 838202)
摘要:针对高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶强度、长期稳定性和大剂量注入能力之间的矛盾,提出了采用疏水缔合聚合物为主剂,物理“交联”和化学交联相结合的技术思路。提出了高温高盐、低渗透油藏条件下凝胶成胶前溶液应具备的性能要求,并且针对新疆石南4油藏条件,对以疏水缔合聚合物AP -P4为主剂的成胶前溶液进行了性能评价,试验表明,该溶液具有耐温抗盐、抗剪切、抗地层水冲稀、注入压力低的特点。
关键词:疏水缔合聚合物;化学交联;物理交联;调剖剂;聚合物凝胶中图分类号:TE357.46 文献标识码:A
Gelli n g properti es of low chem i ca l li n ked hydrophob i ca lly a ssoc i a ti n g polym er soluti on i n h i gh -tem pera ture and h i gh -s a li n ity reservo i rs G UO Yongjun
1,2
,FENG Rusen 1
,ZHANG Xinm in 1,2
,SHU Zheng 1
,DONG Hanping 3
,T ANG Fam ing
4
(1.Southw est Petroleum U niversity,Chengdu 610500,China;2.S ichuan Guangya Sci -Tech Co .,L td .,N anchong 637001,China;
3.Exploration and D evelop m ent Research Institute of X injiang O ilfield Co m pany,Karam ay 834000,China;
4.Engineering &Technology Research Institude,Shanshan 838202,China )
Abstract :A ne w technol ogical idea,which uses hydr ophobically ass ociating poly mer and combines physical with che m ical
cr osslinking,is p r oposed t o res olve contradicti ons a mong gel intensity,l ong -ter m stability and capability of large -dosage interjecti on when gelling fluid is used in high te mperature and high salinity reservoirs with l ow per meability .Further more,required p r operties of gelling s oluti on are discussed .I n vie w of the conditi ons of four reservoirs in Shinan O ilfield in Xinjiang,p r operties of gelling s oluti on mainly p repared by hydr ophobically ass ociating poly mer AP -P4are evaluated .Experi m ental results show that the s oluti on features in te mperature resistance and salt t olerance,shearing resistance,anti -diluting of for mati on water and l ower injecti on p ressure .
Key words :hydr ophobically ass ociating poly mer;che m ical cr osslinking;physical cr osslinking;gelling fluid;poly mer gel
0 引言
高温高盐、低渗透油藏条件下,凝胶调剖体系的
成胶强度、长期稳定性和大剂量可注入性对传统HP AM 调剖体系来说,常常存在难以调和的矛盾:交联剂浓度高时,成胶强度大,但稳定性差,很快脱水、破胶;交联剂浓度低时,成胶强度又达不到要求;通过提高聚合物浓度或分子量来同时保证高温高盐下
的成胶强度与稳定性又会遇到注入性问题。在弱凝胶调剖体系中,由于聚合物、交联剂用量均很低,在高温高盐、边底水发育的油藏中应用时,又要求相对较高的胶体强度(黏度)和较大的注入段塞才能见效,这三者之间的矛盾就更不易平衡。因此,对于边底水发育的高温、高盐、中低渗透油藏来说,研制适应油藏条件的凝胶型调剖体系需要从凝胶体系的设计上进行创新,同时兼顾胶体的成胶强度、长期稳定
第30卷第1期 石油钻采工艺 Vol .30No .1 2008年2月 O I L DR I L L I N G &PRODUCTI O N TECHNOLOGY Feb .2008
3作者简介:郭拥军,1973年生。1999年毕业于西南石油大学应用化学专业,获工学博士学位,现从事油田用化学处理剂研制、开发及作用
机理研究以及提高采收率、化工生产管理工作,副教授。电话:139********,E -mail:guoyunjies wp i@https://www.doczj.com/doc/f410925540.html, 。
性和大剂量可注入性,另一方面在进行聚合物主剂筛选的时候,要在聚合物的分子量、增黏能力和耐温抗盐能力之间进行平衡。
1 技术思路的提出
HP AM调剖体系长期稳定性差的根本原因在于体系中的化学交联密度会随着胶体在高温高盐油藏环境中老化时间的延长而逐渐增加,当化学交联密度超过临界交联密度时,胶体就会出现脱水、破胶的现象,从而失去调剖的效果[1]。
为了克服HP AM凝胶调剖技术的缺陷,提出了研制低化学交联聚合物凝胶体系的技术思路,即采用部分物理交联与部分化学交联相结合的方法来解决胶体强度与长期稳定性之间的矛盾:物理交联和化学交联的叠加可以保证工艺上对凝胶强度方面的要求;由于物理交联的存在,体系中化学交联密度可相对降低,因而需要更长的时间化学交联才会超过临界交联密度,有利于保持胶体的老化稳定性。
疏水缔合聚合物在水溶液中可以通过疏水缔合作用在分子间产生具有一定强度但可逆的物理交联,形成巨大的超分子结构,甚至遍布整个溶液的三维空间网络结构[2]。这种特殊溶液结构的形成使聚合物在较低分子量和较低浓度下具有高黏度,更为重要的是,这种可逆的物理“交联”在整个凝胶体系中可以贡献相当部分的交联强度。因此,降低了化学交联剂用量,避免过度交联而不影响交联强度成为可能,这样将降低凝胶体系的脆性,提高弹性[3],提高凝胶体系的长期稳定性。
从上述原理分析可以预测,这种低化学交联疏水缔合聚合物凝胶体系将具有比传统HP AM纯化学交联体系更高的强度(黏度)、弹性和更好的长期热稳定性,使其在高温高盐、低渗透油藏条件下表现出更好的综合性能。到目前为止,疏水缔合聚合物调驱体系在中原[4]、华北、胜利[5-7]和长庆等高温高盐和(或)低渗透油藏已成功应用,并显现出突出的综合性能优势。
2 体系的性能要求
虽然调剖体系的成胶情况和胶体的稳定性直接决定了整个调剖作业的成败,但是成胶前溶液的性质对调剖作业实现治理目标的作用也是非常重要的。这是因为成胶前溶液的注入性是整个作业顺利进行的前提条件,而溶液在地层中的渗流行为决定了强胶体系的封堵效果和弱胶体系的调驱能力,而且成胶前溶液组分在注入和渗流阶段的性质是否稳定将直接影响成胶和胶体的长期有效性。所以低化学交联疏水缔合聚合物凝胶体系的研制应该包括三方面的内容,即成胶前溶液性质的研究与优化、长效强冻胶封堵体系和长效弱凝胶调驱体系的研制及性能评价。
对于高温高盐(高钙镁离子)、中低渗透、边底水活跃能量高的油藏,一方面要求凝胶具有强度(黏度)高、弹性好和长期稳定性好的特点,另一方面还要求成胶前溶液具有如下性能:注入性好;抗剪切性能好;抗冲稀能力强;均匀推进能力好;在宽组分浓度范围内成胶能力强;耐温耐盐能力强。
3 成胶前溶液性质研究
3.1 实验样品
疏水缔合聚合物AP-P4,分子量1200万,来自四川光亚科技股份有限公司;MO4000,分子量2200万,来自日本;3630s,来自法国S NF;1#石南样品,分子量2500万,新疆油田研究院提供;2#石南样品,分子量2000万,新疆油田研究院提供。
石南4区块注入水的总矿化度为9339.97mg/ L,水质分析数据见表1。
表1 石南4井区三工河组油藏注入水水质情况
名称离子含量/mg?L-1
HC O-378.70
Cl-4266.60
S O2-41650.75
Ca2+336.26
M g2+174.00
K++Na+2873.01
按照表1所示离子含量,在实验室内用蒸馏水配制了模拟石南4区块注入水。
3.2 聚合物的增黏性能
将AP-P4、MO4000、1#石南样品,2#石南样品等聚合物溶解成5000mg/L母液后,分别稀释为浓度为500mg/L、750mg/L、1000mg/L、1250mg/L、1500mg/L、1750mg/L、2000mg/L、2500mg/L、3000 mg/L、3500mg/L的目标液,在84℃下测定其黏度,结果如图1所示。由图1可以看出,虽然AP-P4的分子量低于其他3种聚合物,但是,在实验范围内(浓度500～3500mg/L),AP-P4的黏度始终高于
99
郭拥军等:高温高盐油藏低化学交联疏水缔合聚合物成胶前溶液性能研究
其他3种样品,表现出高效增黏特性
。
图1 四种不同聚合物黏—浓关系
3.3 成胶前溶液耐温性
将AP -P4、MO4000、1#石南样品、2#石南样品等4种不同类型聚合物母液分别稀释到1200mg/L 、1500mg/L 、1800mg/L 、2500mg/L 、3000mg/L 、3500mg/L 的目标液,在30～90℃的不同温度下测
定不同浓度溶液的黏度变化,结果见图2
。
图2 2500mg/L 四种不同聚合物黏—温关系
从图2中可知,从30℃到95℃,AP -P4的保留黏度都比其他3种聚合物的黏度高,表现出良好的耐温性。3.4 抗盐性
根据注入水离子含量配制出不同倍数模拟注入水,配制3000mg/L 的目标液,测定黏度,通过黏度变化考察聚合物的耐盐性,试验结果见图3
。
图3 3000mg/L 的4种不同类型聚合物
黏度—矿化度关系
由图3可知,矿化度在5000～50000mg/L 范
围内,AP -P4的黏度明显高于其他聚合物,表现出良好的抗盐性能,完全适用于高温高矿化度油藏条件下的调驱、调剖作业。3.5 抗冲稀能力
地层水对成胶前溶液的冲稀作用将会大幅度增加不能成胶的风险,为了确保在边底水的冲稀和段塞前缘稀释时仍能很好成胶,对成胶前溶液的抗稀释性能进行了详细研究。
将4种不同聚合物配制成2500mg/L 浓度的目标液(600mL ),装在特制的棉布口袋中,浸泡于盛有400mL 模拟水的1000mL 玻璃烧杯中,把烧杯置于84℃恒温水浴锅中,恒速搅拌器的搅拌叶片位于液面中部,并调整搅拌速度至(60±5)r/m in 缓缓搅动(见图4,为了便于照相,烧杯没有放入水浴中)。然后分别在1h 、2h 、4h 、8h 、12h 、24h 、48h 时段用移液管吸取烧杯中液体,用乌氏黏度计测其常温下流经的时间(每次测完后要将所取液体全部倒回烧杯中),从聚合物浓度—流经时间标准曲线上计算出相应的聚合物浓度值,并由此反算布袋中聚合物溶液的浓度保留率。试验结果如图5所示。
从图5可以看出,AP -P4在与水接触的过程中,布袋中聚合物的浓度变化很小,而其他3种聚合
01石油钻采工艺 2008年2月(第30卷)第1期
物浓度随时间的增加有明显下降的趋势,这预示着缔合聚合物AP -P4溶液较其他聚合物溶液有更强的抗冲稀能力。这是因为溶液中AP -P4分子间的疏水缔合作用使其较普通聚丙烯酰胺溶液更难被冲稀。3.6 注入性能
注入性实验的目的在于模拟近井地带注入情况,研究成胶前溶液在近井地带与注入速度的关系。3.6.1 实验方法
(1)用0.45μm 的滤膜过滤模拟注入污水作为实验用水。
(2)聚合物的准备:将母液稀释,配制成目标实验浓度的聚合物溶液,将聚合物溶液用0.101mm 不锈钢网过滤后,灌入不锈钢容器。
(3)岩心的准备:选用人造岩心,磨制成长7c m 、宽2c m 、高1c m ,两端黏上不锈钢岩心盖子,用
环氧树脂涂封;岩心称重后抽空饱和实验用水,测量
并计算出岩心的水相渗透率(1.6μm 2
)、孔隙度(3313%);将岩心装入夹持器,接入实验流程。该
实验使用同一支岩心,每次实验后用水和次氯酸钠溶液冲洗岩心重复做实验。
(4)将流程在84℃的实验温度条件下恒温1h,通过平流泵由低向高分别以不同流量向岩心注入
聚合物溶液,在实验过程中随时调节夹持器的环压,使环压大于注入压力3～4MPa,以防止岩心在高压下破裂。
(5)在每个设定流量注入过程中,记录平稳后的注入压力,用量筒接取剪切后的聚合物溶液,并测定其黏度。
3.6.2 实验结果及讨论 实验结果见图6
。
图6 2500mg/L 成胶前溶液注入压力和孔隙流速的关系
如图6所示,随着孔隙速度的增加而3种聚合物的注入压力都会增加,但在整个实验孔隙流速范围内,AP -P4溶液的注入压力较3630S 和2#石南
样品低。虽然同样浓度情况下,AP -P4溶液的黏度
远远高于其他两种聚合物,(例如2500mg/L 时,AP -P4黏度为139.4mPa ?s;2#石南样品黏度为38.6mPa ?s ),但AP -P4溶液在相同孔隙流速下注入压
力却明显低很多。这是因为AP -P4溶液中的缔合结构在高剪切作用下可拆散———缔合结构的可逆特性保证了溶液具有更好的注入性。3.7 抗剪切性能
成胶前溶液经过炮眼段的高速剪切后,溶液性质能否保持稳定将会直接影响溶液的成胶质量和胶体的稳定性。通过测定岩心流出聚合物溶液的保留黏度与孔隙流速的关系来评价聚合物的抗剪切性能。试验方法同4.6.1,试验结果见图7
。
图7 2500mg/L 成胶前溶液的黏度与孔隙流速关系
从图7中可以发现,AP -P4在所有孔隙流速下,溶液的保留黏度均高于3630S 及2#石南样品。
经计算,陆上油田聚合物溶液经过炮眼段的注入速度一般为300～400m /d;而实验结果表明当注入速度不大于600m /d 时,AP -P4溶液保留黏度基本不变,这说明高速剪切不会影响成胶前溶液的基本性能,其原因同样在于AP -P4溶液中的缔合结构在高剪切作用下可拆散,不会造成分子链的剪切降解。
4 结论
(1)以疏水缔合聚合物为主剂,物理交联和化
学交联相结合,可解决高温高盐、低渗透油藏条件的凝胶强度与长期稳定性之间的矛盾。
(2)以疏水缔合聚合物AP -P4为主剂,成胶前
溶液具有更好的增黏能力、耐温抗盐性能和抗地层水冲稀的能力。
(3)以AP -P4为主剂,成胶前溶液具有良好的剪切稀释性,有利于提高近井地带的可注性,降低注入压力;在孔隙流速不大于600m /d 时,AP -P4溶
1
01 郭拥军等:高温高盐油藏低化学交联疏水缔合聚合物成胶前溶液性能研究
液保留黏度基本不变,表现出很好的抗剪切性能,可以满足调剖工艺设计的要求,为调剖作业治理目标的实现奠定了基础。
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(收稿日期 2006-10-11)
〔编辑 付丽霞〕
(上接第97页)
3 结论
(1)基于连续介质力学考虑流体相对岩石骨架的阻尼作用,初步建立了能够描述水力振荡波在地层中传播的单相模型,得到了水力振荡波在地层中的传播规律和水力振荡波在井壁上的加载规律,对指导水力振荡波发生器参数设计具有重要意义。
(2)建立的单相介质模型考虑了孔隙中流体相对岩石骨架的影响。单相介质模型相对于两相介质模型,易于求解。所作假设会使结果与真实情况略有差距,但可以描述应力波传播的基本规律,结果具有普遍意义。
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(收稿日期 2007-06-21)
(修改稿收到日期 2007-11-19)
〔编辑 付丽霞〕
201石油钻采工艺 2008年2月(第30卷)第1期