预交联凝胶颗粒调剖剂的制备及性能研究

2014-03-18曹荣荣朱家杰杨海恩低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中石油长庆油田分公司油气工艺技术研究院陕西西安710018

石油天然气学报 2014年12期

曹荣荣，朱家杰，杨海恩（低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中石油长庆油田分公司油气工艺技术研究院，陕西西安710018）

寇卫伟（中石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆城745100）

低孔低渗油藏由于其较强的非均质性，使注入水沿高渗透层突进，而长期的强注强采使得已形成的高渗透带和大孔道向油层深部进一步延伸扩展。因此，仅在近井地带简单的调整吸水剖面已无法满足要求，必须改变深部液流方向从而扩大平面波及体积。目前，预交联凝胶颗粒在深部调剖领域应用十分广泛，预交联凝胶颗粒是一种含有强亲水基团，且韧性良好的交联共聚物。其亲水特性使其可以吸收相当于自身重量几十倍的水［1］，而其三维立体结构使其具有一定的强度且在外力作用下能发生变形可在地层孔隙中运移，从而达到深部调剖的目的［2］。

1 试验部分

1.1 试剂及仪器

试验试剂丙烯酰胺，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，过硫酸铵，氯化钠，分析纯；膨润土，信阳大业膨润土公司提供。

试验仪器 DF-101S集热式恒温磁力加热搅拌器；CS501型超级恒温水浴；JA2103N精密电子天平（精度0．1mg）等。

1.2 试验方法

1．2．1 预交联凝胶颗粒的制备

将丙烯酰胺和膨润土按一定质量比加入到500mL的烧杯中，加适量的水在低速搅拌下至充分溶解，再依次加入一定质量的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和添加剂，搅拌均匀，恒温反应6h后取出，冷却至室温，造粒，干燥，粉碎，筛分，形成具有一定弹性和韧性的凝胶颗粒。

1．2．2 膨胀倍数的测定

称取一定质量的颗粒样品置于页岩膨胀仪试样筒中，振荡后测得试样表面高度H0，将试样筒浸泡于试验介质中，待所需的膨胀时间后，记录试样表面高度Hi，两次高度的差值与样品的质量之比即为体积膨胀倍数［3］。

1．2．3 堵水率的测定

采用岩心流动试验，首先用质量分数为2%的盐水饱和岩心，浸泡12h后，用盐水测岩心的水相渗透率K1，然后注入质量分数为0．3%的预交联颗粒，将岩心在质量分数为2%的盐水中浸泡12h，用盐水测岩心的水相渗透率K2。根据渗透率K1和K2的变化来评价其堵水率。

1．2．4 堵油率的测定

采用岩心流动试验，首先用质量分数为2%的盐水饱和岩心，浸泡12h后，用原油测岩心的油相渗透率Ko1，然后注入质量分数为0．3%的预交联颗粒，将岩心在质量分数为2%的盐水中浸泡12h，用原油测岩心的油相渗透率Ko2。根据其渗透率Ko1和Ko2的变化来评价其堵油率。

1．2．5 凝胶颗粒驱油效果的测定

采用平行填砂管装置，首先用水驱替已饱和原油的岩心，当采出液含水率达到98%左右时，注入质量分数为0．1%的凝胶颗粒溶液0．3PV，然后再进行水驱，水驱至采出液的含水率达98%左右时，计算采收率和填砂管分流量的变化［4］。

2 结果与讨论

2.1 温度和矿化度对预交联凝胶颗粒吸水性能的影响

凝胶颗粒主要是利用其吸水膨胀性能达到堵水目的，可通过调节颗粒粒径以适合不同地层孔隙喉道的要求。试验选取质量分数为1%凝胶颗粒，膨胀时间设为2h，试验温度分别为30、40、50、60、90℃，凝胶颗粒溶液在不同水型中的膨胀试验结果如表1所示。

表1 不同温度和不同矿化度下凝胶颗粒膨胀结果

结果表明，凝胶颗粒膨胀倍数受矿化度影响比较明显。30℃条件下，矿化度从0增加到2000mg／L时，凝胶颗粒的膨胀倍数由84急剧降低到27，说明膨胀性对矿化度非常敏感。当矿化度增至2×104mg／L时，其膨胀倍数降低到17倍，随后随着矿化度的增加其膨胀性变化缓慢。另外，凝胶颗粒的膨胀性能随温度的增加而增强，最大膨胀倍数在14～100倍之间。

2.2 预交联凝胶颗粒的选择性堵水能力

凝胶颗粒含有大量亲水基团且不溶于水和有机溶剂，其吸水和保水能力比较强，现通过测定4块岩心堵水率和堵油率的变化来考察凝胶颗粒的选择性堵水能力，图1、2为岩心封堵前后水相渗透率和油相渗透率的比较。可以看出，4块岩心封堵后其水相渗透率明显降低，而其油相渗透率变化不大，通过计算得该预交联凝胶颗粒对不同的4块岩心的堵水率均大于90%，而堵油率均低于7%，表明该凝胶颗粒具有较好的选择性堵水性能。

2.3 预交联凝胶颗粒调剖能力

调剖的最终目的是为了提高采收率，通过对2组岩心调剖前后采收率和分流量的变化来考察凝胶颗粒的调剖能力，其结果如表2所示。预交联凝胶颗粒在纵向上具有较好的调剖效果［4］，调剖后高渗岩心的分流量分别降低了71%和11%，低渗岩心的分流量分别相应增加了71%和11%，且低渗岩心的采收率有较大的提高。由此可见，该预交联凝胶颗粒能显著地扩大注入水的平面波及体积，提高注入水的波及效率。