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改性乳液调剖体系在渤海J油田的研究与应用

2018-06-22孟祥海韩玉贵苑玉静

石油地质与工程 2018年3期
关键词:成胶二价交联剂

赵 鹏,孟祥海,韩玉贵,宋 鑫,苑玉静

(中海石油有限公司天津分公司/海洋石油高效开发国家重点实验室,天津塘沽 300452)

渤海J油田位于渤海辽东湾北部海域,主要开发东二下段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油组,油层温度60 ℃左右[1-2]。该油田地层层内非均质性较强,W平台42口井中 41口井渗透率变异系数为 0.72~1.96,小层变异系数均大于0.7;油田渗透率变异系数高达0.79。该油田自2007年开展大规模聚合物驱试验,截止2013年,W平台8口注聚井年注入量约130×104m3,年聚驱增油量约12×104m3,增油效果显著[3-5]。

但随着聚驱规模扩大,很大一部分注聚井发生聚窜,油井产出液含聚浓度增幅 4%~53%,目前作业过程中存在如下问题:①多轮次调剖后常规调剖体系封堵效率低,严重影响聚驱及平台流程处理效果,调剖药剂性能有待提高;②单井调剖效果有限,需整体调剖,作业井次多,工作量大;③平台作业空间有限,交叉作业的实施难度大。受海上平台空间及资源制约,常规调剖技术已难以满足海上油田调剖需求[6-8]。调剖技术是改善注聚井聚窜问题以及降水增油效果的重要方式,但调剖过程中急需解决的难题是平台空间受限制。本文结合现有平台注聚设备,通过室内物理模拟方法,研究优选出了改性后的在线调剖体系并改良了配套工艺,有效地解决了渤海J油田聚窜的问题。

1 在线调剖体系室内研究

1.1 实验材料及仪器

试剂:渤海 J油田现场用改性乳液聚合物(聚丙烯酰胺类,分子量1 200×104,固含量33%)、交联剂、助交联剂、氯化钠、氯化钾、无水氯化钙、氯化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠等。

仪器:HH-2恒温数显水浴锅,数显电子天平,博勒飞DV-II黏度仪添加物模实验设备。

1.2 调剖体系配方优选

将浓度1 500 mg/L改性乳液聚合物与一定比例的交联剂和助交联剂配制成均匀溶液,分装于磨口广口瓶中,置于60 ℃的恒温干燥箱中,每隔一段时间取出观察成胶情况,记录成胶时间,测定在剪切速率6 r/min下凝胶黏度(图1)。

图1 成胶时间随助交联剂质量分数的变化

由图1可知,随着交联剂质量分数升高,成胶时间缩短,且当质量分数高于0.10%时,成胶时间低于72 h;随着助交联剂含量增加,成胶时间大幅缩短,且助交联剂质量分数高于0.12%时,成胶时间缩短幅度较小。结合室内实验结果同时综合现场作业要求及经济性,优选出在线调驱体系配方为:1 500 mg/L乳液聚合物+0.10%交联剂+0.12%助交联剂体系,成胶时间为51 h,满足现场作业要求。

1.3 在线调剖体系性能研究

调剖体系性能是调剖作业成功实施的关键,温度、剪切速率、地层水矿化度、二价阳离子等对凝胶体系的稳定性有较大影响[9-12]。聚合物凝胶强度是评价调剖能力的重要指标,性能良好的调剖剂必须在目标油藏环境下保持良好的成胶能力,因此,有必要深入研究温度、地层水矿化度、二价阳离子等因素对聚合物调剖体系成胶性能的影响。

1.3.1 温度对成胶性能的影响。

根据优选的交联剂质量分数,在剪切速率为 6 r/min条件下,分别测定不同温度下凝胶强度随时间变化关系,实验结果如图2所示。在固定时间条件下,温度越高则凝胶强度越大;当时间高于60 h后,凝胶强度随时间延长,增长速率变大。

图2 温度对凝胶强度的变化

1.3.2 矿化度对成胶性能的影响。

耐盐性是评价凝胶体系性能的一项重要指标。在矿化度为5 000 ~50 000 mg/L条件下,考察凝胶强度的变化情况可看出,随着矿化度升高,凝胶强度降低,矿化度在5 000 mg/L至15 000 mg/L时,凝胶强度降低幅度较大;在15 000 mg/L后凝胶强度基本不变。在高矿化度条件下,凝胶黏度仍维持在52 000 mPa·s以上,表明该凝胶体系耐盐性好(图3)。

图3 矿化度对凝胶强度的变化

1.3.3 二价阳离子对成胶性能的影响。

金属离子使聚合物形成絮凝物,二价阳离子特别是钙镁离子对凝胶强度有较大影响。实验考察二价阳离子浓度对聚合物凝胶性质的影响,实验结果如图4所示。可以看出,随着钙、镁离子浓度增加,凝胶强度逐渐降低,但当钙、镁离子浓度高于1 500 mg/L时,凝胶强度趋于稳定,说明该凝胶体系强度受二价阳离子的影响较小。

图4 二价阳离子对凝胶强度影响

1.3.4 调剖体系的封堵性能

针对优选的调剖体系,设计不同组合方案,利用填砂管模型进行地层堵水性能测定,实验用填砂管基本参数见表1,实验结果见表2和图5。用模拟地层水测定填砂管模型水相渗透率后,注入2 PV聚合物调剖剂,关闭岩心两端阀门,在温度60 ℃下候凝72 h,记录压力、流量数据。根据达西公式计算封堵前后的水相渗透率,求得调剖体系的封堵率。由实验数据可知,调剖剂注入后渗透率大幅度降低,封堵率高达 97.2%~98.1%,实验结果表明优选的调剖体系地层封堵性能较好。

表1 填砂管基本数据

表2 调剖体系封堵性能实验结果

1.3.5 调剖体系的注入性能

由实验结果可以看出(表3),优选出的在线调剖聚合物体系注入能力较好,调剖体系的残余阻力系数分别为1.52和1.49,表明该调剖剂具有封堵能力强、耐冲刷效果好,能满足现场调剖技术要求。

2 在线调剖工艺

图5 岩心模拟试验

表3 阻力系数与残余阻力系数数据

针对目前海上油田常规调剖存在作业时间长、设备多、平台占用空间大、无法与其他作业交叉进行等问题,对渤海J油田西区原注聚流程进行改造,在不改变原有聚合物熟化流程、混配与注入系统的前提下,增加2个1 m3配料罐和1个高压柱塞计量泵作为交联剂注入流程,与原有注聚流程连接,实行单泵对单井施工工艺,具体流程如图6所示。

图6 矿场在线调剖流程

与常规调剖设备相比,应用在线调剖工艺技术后,外加设备占地面积由57 m2降至6 m2,注入速度由12 m3/d升至28 m3/d,注入流程外加设备少,注入速度提升,调剖流程简单。此外,在线调剖工艺技术解决了常规调剖不可与其他作业交叉进行的问题,有效地提高了作业效率。

3 矿场实验

J油田自2013年8月实施在线调剖实验以来,已累计实施6个井组。目前全油田递减率由作业前的10%~15%降至5%,稳油控水效果显著。生产井见聚浓度均大幅降低,6个井组产出液平均聚合物浓度由450 mg/L降为360 mg/L,现场监测的生产井调剖前后聚合物浓度变化如图7所示。

图7 调剖前后生产井聚合物浓度对比

通过矿场实验的监测与分析, 6口水井实施在线调剖实验以来,周围油井含水率增长缓慢,部分油井甚至呈下降趋势,目前仍持续有效。以J4井为例,聚合物浓度由542 mg/L降至280 mg/L,含水率由50%降至42%,两年来持续有效。现场实验表明,该技术可有效封堵高渗层,抑制聚驱窜流,提高聚驱中后期的驱油效果。

4 结论

(1)通过室内实验评价优选出了改性调剖体系配方,其中交联剂和助交联剂质量分数分别为0.10%和 0.12%,成胶时间为 51 h,封堵率高达 97.2%以上,满足J油田在线调剖作业要求。

(2)温度及矿化度对调剖体系凝胶强度有较大影响,钙、镁二价阳离子的影响较小。

(3)相对传统调剖工艺,在线调剖工艺充分利用平台现有注聚设备,外加设备少,注入速度有所提升。在线调剖工艺解决了常规调剖不可与其他作业交叉进行的问题,作业效率高。

(4)现场应用效果表明,J油田实施在线调剖后,生产井产出液中聚合物浓度与油田递减率均大幅度降低,不仅有效地解决了聚窜的问题,同时含水上升趋势得到有效抑制,稳油控水效果显著。

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