FS－RPM相渗调节剂在控水防砂中的研究与应用

郑 铎，宋金波，许 霞杨 军，武明鸣

（中石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000）

FS－RPM相渗调节剂在控水防砂中的研究与应用

郑 铎，宋金波，许 霞杨 军，武明鸣

（中石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000）

针对油田开发中后期油井防砂后含水上升快、稳产期短的问题，制备了一种适用于高含水油井防砂用的FS－RPM相渗调节剂，该材料既可以配制成处理液改善近井地带控水能力，又可以化学锚定到石英砂表面制备成控水砂提高充填层的控水效果。性能评价结果表明，在80℃、矿化度30000mg／L的条件下，其标准流体阻力比（NFRR）大于3，具有较好的控水能力。FS－RPM相渗调节剂和负载型控水砂在QTQ9－10井的应用情况表明，措施后油井含水率下降了21%，控水有效期达到380d，累计产油758t，取得了明显的控水稳油效果。

相渗调节剂；控水；防砂；现场应用

目前在胜利油田范围内已投入开发的73个油田中有38个属于疏松砂岩油藏，年产油量占胜利油田的83．91%。随着开发的不断深入，部分疏松砂岩油藏已进入高含水期，导致油井防砂后含水急剧上升、油井稳产期短的状况日益加重。以往主要采用堵水工艺和防砂工艺分步实施的方式来解决该问题，但存在分步实施占井周期长，投入成本高的不足。因此，采用具有控水效果的FS－RPM相渗调节剂用于砾石充填防砂施工，对于建立控水防砂一体化技术，改善疏松砂岩油藏高含水期油井防砂开采效果具有积极意义。

1 相渗调节剂控水机理

相渗调节剂是由高分子量水溶性聚合物或其弱交联体系组成［1］。由于相渗调节剂分子链具有在水相中分子结构舒展、在油相中分子结构弯曲的特性（如图1），因此相渗调节剂在宏观上表现出遇水膨胀的特点。当水通过相渗调节剂时，由于水分子与相渗调节剂分子具有极性吸引作用，水分子以渗流形式通过，通过速率较慢；当油相通过相渗调节剂时，油相对吸水后的相渗调节剂表面产生挤压作用，形成油相通道，通过速率较快。因此将相渗调节剂控水原理称之为“膨胀渗流－挤压通过”模型。正是因为相渗调节剂的上述特性，它区别于常规堵水材料，不会对高含水油层造成物理堵塞，是一种对地层伤害低、控水稳油性能优良的材料。

图1 相渗调节剂控水原理图

2 控水防砂材料的制备与性能评价

聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺是用作相渗调节剂的常规聚合物，若这2类聚合物直接用于控水防砂材料存在2方面局限性：①由于该类聚合物的耐温、耐盐性能差，应用中对油藏条件要求比较苛刻；②该类聚合物在地层砂和充填砂的表面吸附能力不强［2］，经流体长时间冲刷后控水带易失效。为了解决上述问题，通过选用丙烯磺酸盐单体（代表符号B）与丙烯酰胺单体进行聚合提升相渗调节剂的耐温、耐盐性能；同时对代表符号D、SH1、SH2的吸附型聚合单体进行了筛选，优选出D聚合单体用来提高相渗调节剂在固相表面的吸附能力。

2．1 FS－RPM相渗调节剂的制备

将单体丙烯酰胺、B和D以及去离子水按照15∶5∶2∶78的质量比加入反应釜中，搅拌均匀；加热至90℃恒温后，通氮气搅拌30min除去氧气；加入质量比0．8%的固体引发剂（质量比为1∶2的亚硫酸氢钠和过硫酸铵混合物），常压下引发进行聚合反应；反应8h后，将聚合物溶液用无水乙醇析出干燥，制得FS－RPM相渗调节剂固相粉末。

2．2 相渗调节剂负载型控水砂的制备

对石英砂用95%的工业乙醇浸泡并搅拌后，置于室温下晾干；将石英砂放入搅拌釜，加入含偶联剂C－439体积分数2%的水溶液，搅拌并缓慢升温至70℃，使偶联剂在石英砂表面发生水解反应30min；将水解反应后的石英砂与丙烯酰胺、B和D单体混合物（混合物质量比15∶5∶2）以及去离子水按照52∶6∶42的质量比加入反应釜；加热至80℃恒温后，通氮气去氧；加入质量比0．4%的固体引发剂（质量比为1∶1的亚硫酸氢钠和过硫酸铵混合物）；常压下引发反应，反应过程中不断搅拌；反应8h后，滤去液体90℃下烘干1h，制成相渗调节剂负载型控水砂。

2．3．1 评价方法

1）评价依据 标准流体阻力比［2］NFRR＝（其中，RRFw、RRFo分别为水相残留阻力系数和油相残留阻力系数；Kw1、Kw2分别是控水处理前、后的水相渗透率；Ko1、Ko2分别为控水处理前、后的油相渗透率）。当NFRR＞1时，表明材料对水相渗流能力的抑制作用大于对油相的抑制作用，其值越大，则控水选择性越好。NFRR值兼顾了材料对水相、油相渗流能力的改变情况，能够对控水效果及选择性进行综合评价。

2）试验试剂 氯化钙、氯化钠（分析纯）；中性煤油（工业级）；地层砂（D50＝0．08～0．12mm）；负载型控水砂（D50＝0．4～0．8mm）、FS－RPM相渗调节剂（研制）。

3）试验仪器 SY1C01岩心流动试验仪，马弗炉，真空泵（真空度0．09MPa），天平（精确度0．1mg）等。

4）相渗调节剂评价方法 用岩心流动仪进行驱替试验，测定由地层砂制成的模拟岩心经FS－RPM相渗调节剂处理前后水相、油相渗透率，计算NFRR值。

5）负载型控水砂评价方法 用岩心流动仪测定由控水砂制成的模拟充填层的水相、油相渗透率Kw2、Ko2；用马弗炉对控水砂焙烧（800℃、3h），使其表面负载的相渗调节剂分子完全分解后制成模拟充填层，测定其水相、油相渗透率Kw1、Ko1，计算NFRR值。

2．3．2 评价结果与分析

综合上述已有的研究，发现国外学者主要从绿色金融的理论、绿色金融与经济发展及环境保护之间的关系、绿色融资等问题进行研究；国内学者主要是从绿色金融的概念、政策，国外经验借鉴等方面进行研究，还有部分学者通过实证分析研究影响绿色金融发展和实施的因素，但其理论尚无法解决我国当前绿色产业发展融资难、绿色激励机制缺失等瓶颈问题。鉴于此，本文在现有文献研究基础上，构建金融机构、政府监管机构、企业三方博弈模型，探讨绿色金融政策下技术创新投入对企业走绿色生产模式的影响和内在机理，进而为我国发展绿色金融的机制和路径优化提出对策建议。

1）耐温、耐盐性能 经浓度为4%的FS－RPM相渗调节剂溶液处理后，模拟岩心在不同矿化度条件下控水效果见图2。结果表明，随着矿化度的增加，FS－RPM相渗调节剂的控水效果和选择性减弱。在温度80℃、矿化度30000mg／L条件下，其NFRR值为3．18；相同条件下，负载型控水砂的NFRR值为4．32，均可以满足胜利油田大多数高含水防砂井的施工要求。

图2 相渗调节剂NFRR值与矿化度关系

图3 控水砂NFRR值与驱替孔隙体积倍数关系

2）吸附稳定性 负载型控水砂表面相渗调节剂分子吸附稳定性评价结果见图3。在200PV时，控水砂的NFRR值仍大于4．5，这表明相渗调节剂分子在石英砂表面吸附稳定，在盐水反复冲刷后，仍保持较好的控水能力。证明筛选出的吸附性聚合单体D，有效提高了相渗调节剂分子在SiO2表面上的吸附强度。

3 现场应用

3．1 油井概况

QTQ9－10井是曲堤油田X9区块馆3层的一口油井，其完井深度1280m，油层有效厚度4．6m，射孔井段1200．2～1204．8m，储集层以细砂岩为主，孔隙度23．7%，地层砂粒度中值0．09～0．27mm，胶结疏松易出砂，油层平均渗透率0．89μm2，地层水矿化度23470mg／L，油层温度57．2℃。该井于1995年投产后，日产液9．3m3，日产油9．0m3，含水2．8%；自2008年6月含水快速上升，至2009年9月，日产液10．1m3，日产油1．6m3，含水84．5%，2009年9月4日，因出砂卡泵停井。

3．2 工艺选择与参数设计

针对该井含水上升过快、地层出砂严重的情况，决定进行控水防砂施工：即在常规防砂工艺的基础上，使用FS－RPM相渗调节剂作为前置液笼统注入地层形成控水带，并采用负载型控水砂作为充填材料进行挤压充填施工，在提高近井地带导流能力的同时，实现充填层的有效控水。

3．2．1 施工用料设计

控水防砂施工前置液包括清洗液和相渗调节剂处理液2部分。使用清洗液的目的是对控水区域进行冲洗，消除孔隙表面沉积的胶质、沥青质，保证相渗调节剂在固相表面的有效附着。配方为2%KCl＋3%非离子表面化学剂QX－A。模拟油层条件对地层砂进行相渗调剂控水性能评价，优选相渗调节剂使用浓度为2%、NFRR值为3．0；携砂液配方为0．5%胍胶＋2%相渗调节剂溶液。根据地层砂粒度中值选用0．4～0．8mm粒径的控水砂用于施工，并在室内测定模拟地层条件下控水砂NFRR值为5．2。

3．2．2 处理半径确定

相渗调节剂与负载型控水砂相比，前者易注入能够形成较大的控水区域，后者耐冲刷能够保持较长的控水周期；两者协同作用既能扩大控水半径，又能延长控水有效期。为了获得较好的应用效果，控水砂充填半径为1m左右，相渗调节剂处理半径为3m左右。根据处理半径计算出施工材料用量：清洗液6m3、相渗调节剂处理液25m3、控水砂15m3及携砂液90m3。

3．2．3 施工压力确定

为了避免压开地层，使相渗调节剂处理液在充填层中分布均匀，设定地层破裂压力的90%为施工最高压力。胜利油区疏松砂岩地层平均破裂压力梯度0．018MPa／m，根据井深计算得最大施工压力为19MPa。

3．3 施工过程

2009年9月30日按照设计要求进行施工：试压合格后，用该区污水循环，排量1．5m3／min，压力4MPa；出口正常返液后，注入清洗液6m3替出油管内污水后关闭套管阀门，将相渗调节剂处理液25m3挤入地层，压力13MPa；之后按照挤压充填泵注程序施工，压力由13MPa上升至19MPa后，停止加砂，挤入顶替液6m3后停泵，待压力扩散后进行环空充填，压力上升至15MPa后停泵；反洗井后丢手，起出管柱完成控水防砂作业。

3．4 实施效果

QTQ9－10井成功地实施了控水砂充填防砂工艺，施工中最高砂比25%，充填控水砂13m3，防砂后下入57mm杆式泵生产。该井综合含水较施工前降低了21%，日产油从2．1t升至2．3t，控水有效期达到380d以上，累积产油758t，生产效果较措施前有显著改善。

4 结论

1）制备的FS－RPM相渗调节剂具有良好的耐温、耐盐特性，能够满足胜利油区内多数高含水防砂井的施工要求。

2）利用筛选出的吸附性聚合单体D，有效提高了相渗调节剂分子在SiO2表面上的吸附强度，使制备的相渗调节剂负载型控水砂具备较好的耐冲刷性能。

3）从QTQ9－10井应用情况来看，FS－RPM相渗调节剂和负载型控水砂用于高含水油井充填防砂施工后，能够有效降低油井综合含水，控水有效期达到1年以上，大大延长了油井稳产期。

［1］魏发林，刘玉章，唐孝芬，等．新型选择性堵水剂的研究与应用进展［J］．油田化学，2007，24（1）：93～96．

［2］齐自远，王业飞，刘承杰，等．一种相对渗透率调节剂的静态吸附研究［J］．石油钻探技术，2011，39（3）：96～99．

［3］Stavland A，Nilsson S．Segregated flow is the governing mechanism of disproportionate permeability reduction in water and gas shutoff［J］．SPE71510，2001．

［编辑］ 萧 雨

TE358．1

A

1000－9752（2012）05－0139－04

2011－11－03

郑铎（1984－），男，2006年大学毕业，硕士，助理工程师，现从事油气田防砂研究工作。