阳离子乳化沥青选择性堵水室内研究

苏俊霖，任茂，马中亮

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，四川 成都 610500;2.中石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000)

现有的选择性堵水剂主要有聚合物类、油溶性树脂类、油基水泥类和活化稠油类。水溶性聚合物及其交联冻胶优先进入不含油的孔道，但即使少量进入含油通道，也很难自行解堵;油基水泥主要堵塞高含水孔道，但在仅含少量水的含油孔道中也会凝固，选择性不理想;油溶性树脂具有选择性，但存在使用不方便、费用高等不足;活化稠油也有高的选择性，但耐冲刷性差［1-4］。针对当前堵水剂的使用缺陷，本文应用阳离子乳化沥青SW-1 对某海上目标油田(矿化度10 000 mg/L，地层温度65 ℃)进行了室内堵水实验，结果表明，阳离子乳化沥青具有高选择性、堵水能力强和地层伤害小的特点。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

改性沥青(软化点90 ℃)，工业级;十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)，化学纯;长链烷基脒基碳酸氢盐(HFF)，自制［5］;实验用水为现场模拟水，矿化度10 000 mg/L。

SG500 型实验室乳化机;XS-6A 型岩心流动实验设备。

1.2 乳化沥青的制备［6］

将0.3% ～0.5%的乳化剂OTAB 和HFF 溶于热水中，形成50 ～70 ℃的乳化剂水溶液。将改性沥青和乳化剂水溶液同时通过乳化机乳化一定时间，即形成阳离子乳化沥青堵剂SW-1。

1.3 岩心驱替实验

1.3.1 单岩心驱替实验 在填砂管中充填不同粒径的石英砂，得到与模拟地层渗透率相近的模拟岩心，并建立残余油饱和度，升温至地层温度65 ℃，注入一定量的乳化沥青堵剂，关井等候破乳，再转水驱，稳定后测定填砂管的渗透率，评价乳化沥青堵剂的封堵性。

1.3.2 双并联岩心驱替实验 将2 支规格相同的填砂管并联，在填砂管内分别建立残余油和残余水饱和度，分别模拟水流和油流通道，实验评价乳化沥青堵剂选择性。

2 结果与讨论

2.1 注入选择性

将1#、2#岩心管并联，分别模拟地层的油层和水层(见表1)，然后用配制的阳离子乳化沥青堵剂进行驱替，分别计量1#、2#的流出量，结果见表2。

表1 选择性注入实验岩心参数Table 1 Core parameters of selective injection experiments

表2 地层出水随驱替体积的变化Table 2 Formation water change with displacement volume

由表2 可知，阳离子乳化沥青堵剂体系可优先进入模拟水层，只有当驱替压力增大到一定程度时，乳化沥青才少量进入模拟油层。这是因为根据油水相对渗透率曲线，亲水性堵剂优先进入含水饱和度高的地层，即使进入油层，也沿高含水饱和度的注入水突进通道进入，破乳吸附堆积形成低渗透层，抑制注入水突进。

2.2 选择性封堵能力

用3#岩心模拟油层，4#岩心模拟水层(见表3)，用单岩心驱替实验考察阳离子乳化沥青的选择性封堵能力，结果见表4、表5。

表3 选择性封堵实验岩心参数Table 3 Core parameters of selective sealing experiments

表4 乳化沥青SW-1 对水层的封堵能力Table 4 Sealing capability of emulsified asphalt SW-1 on the water-layer

表5 乳化沥青SW-1 对油层的封堵能力Table 5 Sealing capability of emulsified asphalt SW-1 on the oil-layer

由表4 ～表5 可知，阳离子乳化沥青堵剂SW-1堵水率为97.8%，封堵强度达2.8 MPa/m;而油相渗透率仅下降7.8%，对油层伤害较小，具有较高的选择性封堵能力。这是因为:注入地层中的乳化沥青，一方面带正电的乳化剂OTAB 被带负电的岩石吸附;另一方面，乳化剂HFF 在地层温度下分解，导致乳化体系破乳，沥青析出。在低于沥青软化点的温度条件下，沥青以粘弹性固体存在，较硬的部分可作为架桥粒子在地层孔喉处架桥，较软的部分不仅与多孔介质表面发生吸附，且在压力作用下变形变软、相互聚集堆积成团，填充在架桥粒子之间的空隙、架桥粒子与地层之间的空隙，形成致密封堵层，故突破压力和封堵强度较大。而沥青可大部分溶解于油中，不能封堵油层。

2.3 耐冲刷能力

将进行了选择性封堵实验后的3#岩心，用单岩心反向驱替实验评价阳离子乳化沥青堵剂SW-1 耐冲刷能力，结果见图1。

图1 阳离子乳化沥青SW-1 耐冲刷性测定Fig.1 Determination of cationic emulsified asphalt SW-1 resistance to washing

由图1 可知，乳化沥青堵水后反向水驱过程变化基本分为两个阶段:第一个阶段时，压力迅速升高，达到突破压力后，压力又迅速下降，表明水驱初期沥青填充于岩石空隙中，当达到一定压力后突破沥青，有水流通道形成;第二阶段中，压力下降到一定程度后基本趋于稳定，稳定时间较长，且不再下降，说明流道基本稳定，沥青与岩石间的相互作用较强，SW-1 堵剂具有较强的耐冲刷性。

3 结论

(1)阳离子乳化沥青堵剂SW-1 具有良好的选择性，基本能实现“堵水而不堵油”。

(2)阳离子乳化沥青堵剂SW-1 具有良好的选择性封堵能力和耐冲刷能力，堵水率达97.8%，封堵强度达2.8 MPa/m，而对油层渗透率降低率仅为8.9%，伤害较小。

［1］ 李宜坤，覃和，蔡磊.国内堵水调剖的现状及发展趋势［J］.钻采工艺，2006，29(5):105-106.

［2］ 白宝君，李宇乡，刘翔鹗.国内外化学堵水调剖技术综述［J］.断块油气田，1998，5(1):1-4.

［3］ 刘一江，王香增.化学调剖堵水技术［M］.北京:石油工业出版社，1999.

［4］ Duan Ming，Du Jie，Jiang Xiaohui. Synthesis of a novel double-tailed catonic switchable surfactant［J］. Advanced Engineering Research，2010，3:47-52.

［5］ 周鸿顺，汤发有.阳离子沥青乳化剂与乳化沥青［J］.石油化工，1994，23(10):693-696.