缓交联高强度封堵剂研究进展

徐国瑞,郐婧文*,代磊阳,杨航,苏程,徐谦

[1.中海油田服务股份有限公司油田生产事业部,天津 300459;2.天津市海洋石油难动用储量开采企业重点实验室,天津 300459;3.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459]

我国从20世纪50年代就开始对含水率较高的油田实施窜流封堵技术研究[1],但当时堵水主要以近井地层为主。在之后的油田开采过程中,油田采出液含水率增加,进一步提出了三次采油的油藏深部调驱技术。油藏深部调驱需要封堵剂缓慢交联来封堵地层。

高含水油井的治理方法主要包括机械堵水法[2]和化学堵水法[3]。机械堵水是依靠封隔器及其配套的封隔工具来封堵高含水层,阻止水流流入井内,虽然成本较低,但存在找堵水难度大、作业成本高等问题。化学堵水则是通过向目的层注入化学药剂来封堵高渗透层,通过改变水流方向,减少不必要的能量损失,提高水的波及系数,进而提高驱替能量和水驱效率,改善油藏开发效果,具有广泛的实用性和高封堵强度等优点。由于深度封堵可以明显提高原油采收率,国内外对深度封堵剂的研究与开发越来越重视。

油田主要应用的缓交联封堵技术主要有:树脂类缓交联技术、颗粒类缓交联技术、聚合物冻胶类缓交联技术、弱凝胶类缓交联技术以及聚合物微球类缓交联技术等。

1 树脂类缓交联技术

树脂封堵剂[4]是一种高分子材料,是由低分子物质通过缩聚反应形成的,具有独特的体型结构,且不易溶解和熔化。在高温条件下固化形成固体或半固态颗粒体。

张文昌等[5]以双酚F型环氧树脂为基体、正丁醇醚化酚醛树脂为交联剂和稀释剂、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)作为促进剂制得一种低黏度高强度堵水剂。BPF加量为80%时,B/BPF体系黏度为50 mPa·s,该封堵剂可长距离长时间向底层深处输送,抗压强度最高可达129 MPa。

徐元德[6]针对高强度铬冻胶成胶过快的问题,开展了铬冻胶缓交联研究,构建了丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AM/AMPS)二元共聚物铬冻胶体系和丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(AM/DAC)二元共聚物铬冻胶体系。二种铬冻胶体系的适用温度可达100 ℃,其注入性好、成胶时间较长,可满足现场作业要求,且成胶强度和封堵性满足高强度冻胶标准。

陈世军等[7]使用甲醛和苯酚合成了酚醛树脂预聚体封堵剂,模拟实验表明该酚醛树脂预聚体具有较好的耐盐性和热稳定性。成胶时间缓慢且成胶时间可控,封堵率达99.0%以上,能够优先进入高渗透区域并形成封堵,从而可改善高温油藏深部的开发效果,提高水驱采收率。

2 颗粒类缓交联技术

颗粒类堵水剂主要是粉煤灰、水玻璃、黏土、果壳、预交联凝胶颗粒等。颗粒类封堵剂主要通过物理堵塞来进行调堵,其中还包括捕集和絮凝作用。

凝胶颗粒封堵剂由单体、交联剂及其他添加剂在地面交联形成。李宇乡等[8]在我国最早开展了凝胶颗粒研究。随后,国内对凝胶颗粒的应用和研究逐渐增加。岳湘安等[9]根据室内岩心模拟实验得到凝胶颗粒在孔隙中的封堵特征及动态变化规律,分析了凝胶颗粒在岩心中的运移及封堵能力。李克华[10]开发了钙土、碳酸钠、聚丙烯酰胺三液混合封堵剂,从而大大增强了对裂缝的封堵能力。钙土是封堵大型孔洞的理想无机颗粒封堵剂。碳酸钠能够将钙土转化为钠土,而钠土又具有很好的膨胀性。聚丙烯酰胺也具有优良体膨性,遇水会膨胀而且可以吸附在岩壁上。上述3种颗粒类封堵剂混合使用,有效地增强了对裂缝的封堵,其适用于复杂油藏的高渗油层深部堵水。

凝胶颗粒封堵技术[11]在我国各大油田均进行了应用,有效地调整了油层非均质性。

3 聚合物冻胶类缓交联技术

聚合物冻胶封堵剂[12]是聚合物分子被交联剂交联后整体失去流动性的封堵剂。

徐元德等[13]研制了一种缓凝聚合物铬冻胶封堵剂。通过铝凝胶来调控冻胶的成胶时间。在使用矿化度为1.6×104mg/L的地层水配制该冻胶时,在90 ℃的条件下可以控制冻胶的成胶时间在55 h内,冻胶强度为12 Pa,属于高强度冻胶。

罗宪波等[14]制备了一种新型二次交联封堵剂,该冻胶会在地面条件下发生一次弱交联反应,到达储层后在较高的温度下缓慢地进行第二次交联反应,从而形成高强度的冻胶,增强了冻胶在裂缝中的封堵性能。

4 弱凝胶缓交联技术

弱凝胶[15]常以聚丙烯酰胺为基础,并辅以适量的交联剂配制而成。凝胶溶液交联后可生成具有强度及流动性的凝胶体系,可以通过改变体系中交联剂的量来控制成胶时间,实现缓交联技术,进而具有运移至油藏深部进行封堵的功能。

李生林等[16]制备了一种在高温、高矿化度条件下具有老化稳定性好、强度高和封堵性能好的凝胶封堵剂。采用成本低廉的工业腐植酸为增强剂和稳定剂,以含有磺酸基团的聚丙烯酰胺为主剂,以六亚甲基四胺、对苯二酚作延迟交联剂,制备了腐植酸-有机凝胶。以成胶时间、成胶强度和高温老化稳定性为依据优选最优配方,以对填砂管凝胶固化后突破压力作为封堵性能评价凝胶封堵效果。该凝胶具有较好的封堵效果和较好黏壁性。

5 聚合物微球类缓交联技术

聚合物微球缓交联技术[17]是在颗粒类缓交联技术的基础上逐步形成的具备良好应用前景的深部封堵技术。聚合物微球具有较好的运移能力和封堵能力,这也就使得聚合物微球具有深部堵水的能力。聚合物微球的膨胀性能良好,其初始粒径小,注入地层后缓慢膨胀,膨胀后的微球尺寸大大增加。这些溶胀的微球通过吸附、架桥来封堵地层孔喉。当驱替压力增大时,形成的封堵会突破,致使微球在更前端重新形成新的封堵。在压力差的作用下封者能够向地层深部运移,形成逐级封堵,迫使注入水改向,改善油藏注入水剖面,波及低渗透层,从而提高剩余油的采收率。

荆波等[18]为解决常规丙烯酰胺类聚合物微球在高温高盐非均质油藏中应用效果较差的问题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和改性环状单体为合成原料,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺和有机锆作为交联剂,制备了一种具有双重交联结构的聚合物微球SAM-2。该聚合物微球的黏弹性能较好,且具有较强的深部运移能力。注入长岩心后能够在深部区域产生有效封堵,并能有效地改善非均质岩心的吸水剖面。注入聚合物微球后高、低渗透岩心的剖面改善率可以达到98.7%。现场应用结果表明,M-101井采取聚合物微球SAM-2深部调驱措施后,平均日产油量提升56.8%,平均含水率降低10.1%,达到了良好的降水增油效果。

6 结束语

随着非常规油气的勘探开发,封堵剂的应用已经日趋成熟。凝胶、颗粒、泡沫作为介质进行封堵作业已经在稠油油田应用。单独使用封堵剂已经不能满足目前复杂的开采条件及成本要求。基于协同效应的复配封堵剂应用已经成为未来封堵剂广泛应用的发展趋势。另外对于廉价原材料以及来源广泛的废料的进一步开发应用,也成为未来研究方向。封堵剂应满足强度高、可降解,能够向目的地层深部运移。进一步研发新型封堵剂,降低成本,降低地层损伤和污染是未来封堵剂的发展趋势。