一种阳离子乳化沥青堵剂实验研究

黄 波，陈维余，史 斌，易 飞，彭齐国

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457）

一种阳离子乳化沥青堵剂实验研究

黄 波，陈维余，史 斌，易 飞，彭齐国

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457）

探索了用一种特殊的阳离子乳化沥青替代稠油研发的新型油田堵水剂，在中高温、无稠油资源的条件下应用于油井堵水作业的可能。实验研究结果表明，在阳离子乳化沥青浓度 20%～40%、90 ℃条件下，岩心封堵率大于98%，封堵强度大于2 MPa/m，同时能够优先进入高含水层，满足油藏选择性堵水的技术需求。

阳离子乳化沥青；选择性堵剂；流动性；封堵性

水分散乳化稠油堵剂适合具备稠油资源（稠油粘度为300～3 000 mPa·s）、中等温度的油藏，对于其他不具备稠油资源或稀油油田（原油粘度低于300 mPa·s）、高温油藏，乳化稠油堵剂不适应，主要体现在以下几点：

①高温问题，乳化稠油堵剂是通过乳化剂把原油乳化形成粘度更高的W/O乳状液，而对出水层位进行封堵。但体系是以稠油为主体，其体系热敏性强，高温下体系粘度大幅下降，尤其油藏温度超过90 ℃，体系强度很难满足堵水的要求[1～3]。

②油源选择问题，在稠油性质不合格或不具备稠油资源的情况下，乳化稠油堵剂就难以应用。因此如何得到可替代稠油的资源是关键，本文探索一种阳历子乳化沥青，在针对中高温、无稠油资源的条件下作为一种堵剂的可能。

1 阳离子乳化沥青堵剂的制备

阳离子乳化沥青堵剂就是将改性石油沥青、水、特种阳离子乳化剂、乳液稳定剂等按一定的比例，在适宜的温度、一定机械搅拌等作用下，使改性沥青以细小的微粒（0.1～10.0μm）均匀地分散成相对稳定的悬浮液。

2 阳离子乳化沥青堵剂堵水机理

阳离子乳化沥青中的改性石油沥青被阳离子乳化剂吸附包裹分散于水相中，表现出较低的表观粘度，能够选择性进入含水饱和度高的地层；在地层条件下，体系中受温度和阳离子乳化剂物理化学吸附的影响，加入破乳剂或受地层负电荷影响，分散体系稳定性破坏，沥青质颗粒析出相互聚并形成高粘体系，从而封堵高含水地层，达到堵水目的。

其增稠示意图见图1、图2所示。

图1 阳离子乳化沥青破乳前Fig.1 Cation emulsified asphalt before the demulsification

图2 阳离子乳化沥青破乳后Fig.2 Cation emulsified asphal after demulsification

3 实验材料及仪器

3.1 实验材料

CH-66型乳化沥青体系：软化点80 ℃。

十八烷基三甲基溴化铵（OTAB）：成都科龙试剂厂。

十二烷基二甲基氧化胺（OA-12）：山东长链化学有限公司。

实验用水：SZ36-1油田模拟水。

石英砂：40～70目。

3.2 实验仪器

HY-1型岩心流动实验装置：扬州华宝石油设备仪器厂，温度测定范围 20～150 ℃，压力测定范围0～50 MPa，仪器流程见图3。

图3 HY-1型岩心驱替实验流动装置流程图Fig.3 The flow chart of displacement experiments

4 实验结果与讨论

4.1 配方研究

阳离子沥青乳液堵剂是一种多相分散体系，液珠与介质之间存在着很大的相界面，体系的界面能很大，属于热力学不稳定体系[4]，而堵剂体系的稳定是注入、封堵等后继堵水作业的前提。

实验通过不同沥青含量、不同阳离子乳化剂浓度与乳液破乳时间研究，优化出不同沥青含量乳状液配方。实验结果见表1。

表1实验结果表明，不同沥青含量的乳状液体系，表活剂浓度不同，通过改变表活剂浓度，可以有效控制乳状液破乳时间，满足不同注入工艺要求。

表1 不同沥青含量CH-66沥青乳液稳定性能Table 1 The stability of CH-66 with different asphalt concentration

4.2 注入性研究

阳离子乳化沥青带正电，而地层岩石表面带负电荷，注入过程中，由于受地层电负性影响，阳离子乳化沥青破乳释放高粘沥青，如果破乳速度太快，容易导致后续注入困难，影响措施效果[5]。实验利用HY-1型岩心流动实验装置，通过填砂模型未处理、加阳离子预处理两种方式，评价不同方式下体系的流动性。

实验结果见图4、图5。

图4 90 ℃下不同浓度CH-66沥青体系的注入性Fig.4 The injection performance of CH-66 (90 ℃)

图5 石英砂预吸附后90 ℃下CH-66沥青体系的注入性Fig.5 The injection performance of CH-66 after quartz sand adsorption (90 ℃)

实验发现注入一段时间后，未处理填砂模型中，CH-66沥青在注入管线和填砂管的入口处堆积、破乳，后续无法注入，后续经阳历乳化剂预吸附后，10%～40%沥青含量的堵剂体系能够顺利注入，且注入压力保持较低水平，50%含量沥青体系压力上升较高，推荐现场采用阳历乳化剂预吸附、10%～40%沥青含量体系。

4.3 选择性研究

并联不同含油饱和度的填砂管，注入阳离子乳化沥青堵剂，记录各管产出液量，考察堵剂注入选择性，实验结果见表2。

表2 阳离子乳化沥青注入选择性评价表Table 2 The injection performance of cation emulsified asphalt

表2实验结果表明，随着含油饱和度的降低，进入填砂管的乳化稠油堵剂的流量增加，对于3#填砂管，含油饱和度为 10.7%，该管堵剂分流量为83.6%，表明阳离子乳化沥青的注入具有选择性，优先进入含水饱和度高的层位。

4.4 增粘性研究

CH-66型乳化沥青体系破乳后的高温粘温曲线见图6。

图6 CH-66型乳化沥青体系破乳后粘温曲线Fig.6 The viscosity-temperature curve of CH-66 after demulsification

试验结果表明，阳离子改性乳化沥青破乳后粘温性能良好，增粘性强。

4.5 封堵性研究

利用岩心驱替物摸实验，评价沥青含量10%～40%乳液体系封堵率、封堵强度，实验用填砂管模型参数见表3。

实验结果见图7。

图7实验结果表明，在沥青浓度20%～40%时，在 90 ℃条件，堵剂体系能够建立有效封堵，岩心封堵率＞98%，封堵强度＞2 MPa·m-1，满足堵水堵剂要求。

表3 实验岩心参数Table 3 The parameters of core

图7 90 ℃条件下CH-66不同浓度体系封堵率与封堵强度Fig.7 The plugging performance of CH-66 (90 ℃)

5 结 论

（1）新型阳离子乳化沥青堵剂，在沥青浓度20%～40%时，90 ℃条件下，岩心封堵率＞98%，封堵强度＞2 MPa·m-1，堵剂能够优先进入高含水层，解决高温、无稠油油藏选择性堵水技术需求；

（2）通过改变乳化剂浓度，乳状液破乳时间可控，在堵剂注入工艺上，通过对岩心预处理，可有效解决堵剂在管线、岩心端面破乳问题，保障堵剂的顺利注入；

（3）阳离子乳化沥青堵剂研究为高温、无稠油油藏选择性堵水提供一种新的治理思路。

［1］高玉军,白宝君. 高选择性乳化稠油堵水技术[J]. 油田化学,1997,14(3):224-229.

［2］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.

［3］孟江,张燕,龙学渊,等. 乳化稠油中多重乳滴的形成及对乳状液性质的影响[J]. 油田化学,2009,26(4):441-445.

［4］施来顺,曹晓新等. 影响阳离子乳化沥青破乳时间因素的探讨[J].山东大学学报（工学）,2003, 33 (1): 41-43+46.

［5］杨玉良,李跃明,等. 沥青在石油钻井中的研究与应用[J]. 新疆石油天然气, 2010,6(1):59-62.

Experimental Study of Cation Emulsified Asphalt Plugging Agent

HUANG Bo，CHEN Wei-yu，SHI Bin，YI Fei，PENG Qi-guo
（CNOOC Energy Technology & Services-Engineering Technology Company, Tianjin 300457, China）

The probability to use a new kind of cation emulsified asphalt plugging agent to carry out oil well water shutoff in the condition of medium-high temperature and lack of heavy oil was discussed. The results indicate that the plugging rate is more than 98% and the plugging strength is 2 MPa/m or higher in the condition of 90 ℃ and the cation emulsified asphalt concentration between 20% and 40%. The plugging agent can enter into the layers with high water-cut and reach the technical demand of selective water plugging.

Cation emulsified asphalt; Selective plugging agent; Flow ability; Plugging capacity

TE 357

A

1671-0460（2014）11-2219-03

中海油技术发展项目“海上油田乳化稠油堵剂体系研究与应用”，项目号：C/KJF JDCJF 007□2010。

2014-05-09

黄波（1974-），男，湖北麻城人，高级工程师，1997年毕业于原江汉石油学院采油工程专业，主要从事三次采油及增产措施技术的研究应用和管理工作。E-mail：huangbo@cnooc.com.cn。

孟科全（1983-），男，工程师，硕士，主要从事调剖堵水及井间示踪监测技术研究及应用工作。E-mail：mengkq@cnooc.com.cn。