新型低成本緩膨型凝膠顆粒的研究與應(yīng)用

王勇,姚斌,陸小兵,申曉莉 (中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710018)

為了確保注水井在升壓空間較小的前提下順利進(jìn)行調(diào)剖施工,并降低調(diào)剖施工生產(chǎn)成本,延長措施有效期,研發(fā)了一種新型低成本緩膨型凝膠顆粒。室內(nèi)試驗(yàn)表明,該凝膠顆粒的吸水膨脹倍數(shù)明顯大于常規(guī)凝膠顆粒,其膨脹倍數(shù)為常規(guī)凝膠顆粒的近3～5倍,在高礦化度條件下更加明顯;能滿足不同礦化度下的膨脹、抗老化和強(qiáng)度要求;在得到相同數(shù)量的膨脹凝膠前提下,材料成本約為常規(guī)凝膠顆粒的50%。對9口井進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),對應(yīng)油井見效率達(dá)到62%,日增原油24.45t,累計(jì)增油2238t,累計(jì)降水3213m3,取得了較好的增油降水效果,能滿足升壓空間較小的注水井調(diào)剖施工要求。

緩膨型凝膠顆粒;高強(qiáng)度;升壓空間;深部調(diào)剖

油田在進(jìn)行注水開發(fā)時(shí),由于儲層的非均質(zhì)性,其滲透率差異較大,注入水主要進(jìn)入連通的孔道、裂縫和高滲透性層帶,使注入水驅(qū)油的波及系數(shù)降低,采出液含水不斷提高,降低了采油效率和最終的采收率,造成油井水淹,以致于喪失生產(chǎn)能力。為發(fā)揮中、低滲透層的作用,提高注水波及系數(shù),需對注水井的注入剖面不均質(zhì)性進(jìn)行調(diào)整。油田常用方法為化學(xué)調(diào)剖,其中凝膠顆粒是調(diào)剖中常用的堵劑。長慶油田在進(jìn)行調(diào)剖施工時(shí),由于地層物性較差,低孔、低滲,且地層較深,水井的注水壓力較高,調(diào)剖的升壓空間有限,從而導(dǎo)致施工困難。主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：①如泵入壓力過高,則易導(dǎo)致注水井調(diào)剖后注不進(jìn);②如泵入壓力較低,則可能使堵劑無法注入地層,或者注入后堵劑無法進(jìn)入地層深部,從而使得調(diào)剖有效期較短;③由于油水井間裂縫、微裂縫比較發(fā)育,在生產(chǎn)中油井水淹方向性較強(qiáng),水線推進(jìn)速度很快,進(jìn)行調(diào)剖時(shí)堵劑停不住,堵不牢,也使得油井很難見效或有效期較短。為解決以上問題,研發(fā)了一種具有延緩膨脹特征的凝膠顆粒,該顆粒能進(jìn)入到地層深部再完全膨脹,具有較強(qiáng)的吸水性能,能很好地封堵裂縫和大孔道,達(dá)到深部調(diào)剖的目的。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒主要是在常規(guī)凝膠顆粒的網(wǎng)絡(luò)中引入高分子網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)絡(luò)之間的互穿來對其吸水速率起到一定的限制作用,同時(shí)在生產(chǎn)體系中引入起泡劑來增加網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間的間隙,從而達(dá)到強(qiáng)吸水的功能[1]。研究所用的凝膠顆粒以丙烯酰胺單體為主,引入丙烯酸和抗鹽性交聯(lián)單體2-丙烯酰胺和2-甲基丙磺酸兩種高分子,進(jìn)而形成高分子網(wǎng)絡(luò);另外還包括交聯(lián)劑甲叉基雙丙烯酰胺,引發(fā)劑過硫酸銨,p H值調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉,增強(qiáng)劑鈉基膨潤土,吸水增強(qiáng)劑等。其中丙烯酰胺、丙烯酸以及抗鹽性交聯(lián)劑中都具有雙鍵,在引發(fā)劑的參與下能夠發(fā)生聚合反應(yīng),反應(yīng)合成一種高密度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠顆粒。為進(jìn)一步驗(yàn)證該顆粒的性能,從5個(gè)方面對其性能進(jìn)行了室內(nèi)評價(jià)。

1.1 吸水膨脹性能評價(jià)

凝膠顆粒的膨脹性能包括其吸水膨脹倍數(shù)和膨脹時(shí)間等[2]。實(shí)驗(yàn)中將常規(guī)凝膠顆粒和緩膨型強(qiáng)吸水凝膠顆粒在清水和地層水中的吸水膨脹性能進(jìn)行了測試,其結(jié)果如圖1所示,緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒的吸水膨脹倍數(shù)明顯大于常規(guī)凝膠顆粒,其膨脹倍數(shù)為常規(guī)凝膠顆粒的3倍,緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒的吸水時(shí)間明顯變長,特別在高礦化度條件下地層水中,其優(yōu)勢更加明顯。

1.2 抗溫抗鹽性能評價(jià)

取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的0.1～0.3mm的干緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒,膨脹時(shí)間12h,考慮到長慶油田的油層實(shí)際地層溫度,試驗(yàn)時(shí)溫度設(shè)為50、60℃。其在不同礦化度下的膨脹性能如表1所示,隨著鹽度的增加,吸水膨脹倍數(shù)下降,其主要原因是凝膠顆粒在吸水膨脹后聚合物分子鏈段上存在大量可離解基團(tuán),生成高分子負(fù)離子和大量陽離子,形成穩(wěn)定的電場;當(dāng)引入陽離子時(shí),由于陽離子對負(fù)電荷的屏蔽作用,導(dǎo)致高聚合物分子之間的作用力減弱,體系的彈性自由能降低,故吸水能力降低。但在50、60℃的溫度范圍,溫度對其影響相對較小,因此對于不同深度的地層,凝膠顆粒都能滿足要求。

圖1 凝膠顆粒的吸水膨脹性能

表1 不同礦化度下凝膠顆粒的膨脹倍數(shù)

1.3 強(qiáng)度性能評價(jià)

采用流變儀測試常規(guī)凝膠顆粒和緩膨型凝膠顆粒吸水前后的彈性模量大小,從而判斷凝膠強(qiáng)度[3]。常規(guī)凝膠顆粒和緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒在吸水前后的測試結(jié)果如表2所示,緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒的彈性模量無論是在吸水前還是吸水后都比常規(guī)凝膠顆粒的要小,但是相差不大,且從強(qiáng)度上來看具有較高的強(qiáng)度。

表2 凝膠顆粒彈性模量測試

1.4 老化性能評價(jià)

為了測試凝膠的老化性能,將凝膠顆粒分別放在清水和地層水中進(jìn)行吸水,并將配制好的溶液放入老化罐,在60℃烘箱中進(jìn)行老化試驗(yàn)[4]。測試結(jié)果如圖2所示,凝膠顆粒首先吸水膨脹,吸水倍數(shù)逐漸增加,而后緩慢下降,但其吸水膨脹倍數(shù)下降幅度較小;且經(jīng)過100d后仍能有效,故滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求。

圖2 凝膠顆粒老化試驗(yàn)結(jié)果

1.5 保水性能評價(jià)

凝膠顆粒充分吸水后形成凝膠,其保水性能主要是指形成的凝膠保持不脫水的能力。凝膠脫水主要有2種方式：一種是受力脫水,如受到壓力或離心力;另一種是加熱蒸發(fā)脫水[5]。

試驗(yàn)采用加熱蒸發(fā)脫水方式。分別稱取常規(guī)凝膠顆粒和緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒各100g,放入封閉的燒杯清水中,充分膨脹,置于60℃電熱恒溫箱中,依次按不同的時(shí)間取出,稱取凝膠的質(zhì)量,結(jié)果如表3所示,兩種凝膠顆粒的保水率都大于90%,保水性能較好;常規(guī)凝膠顆粒的保水性能要略好于緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒,其主要原因是緩膨強(qiáng)吸水凝膠吸水量比較大,初始時(shí)含水較多。

表3 凝膠顆粒保水性能評價(jià)結(jié)果

2 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

以每噸完全吸水凝膠顆粒的總成本來比較常規(guī)凝膠顆粒和緩膨型凝膠顆粒的成本。以1t水生產(chǎn)兩種產(chǎn)品的成本情況如表4所示?？紤]常規(guī)凝膠產(chǎn)品的吸水膨脹倍數(shù)為6,緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒的吸水膨脹倍數(shù)為16。其膨脹之后的顆?？偭考俺杀救绫?所示,得到相同數(shù)量的膨脹后凝膠,緩膨強(qiáng)吸水凝膠體系的材料成本要遠(yuǎn)低于常規(guī)凝膠體系。

表4 凝膠顆粒材料成本分析

表5 凝膠成本分析表

3 現(xiàn)場試驗(yàn)效果

為驗(yàn)證新型緩膨型凝膠顆粒的具體效果,對其進(jìn)行了9口井的現(xiàn)場調(diào)剖試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)將常規(guī)調(diào)剖體系 “凝膠顆粒+無機(jī)凝膠+弱凝膠”調(diào)整為 “緩膨強(qiáng)吸水凝膠顆粒+無機(jī)凝膠+弱凝膠”調(diào)剖體系,在施工中凝膠顆粒和無機(jī)凝膠采用兩輪次注入方式。

3.1 吸水能力變化

吸水能力和啟動(dòng)壓力是評價(jià)注水井注水情況的基本參數(shù)。通過對9口井的吸水指數(shù)和啟動(dòng)壓力進(jìn)行對比(表6)可知,視吸水指數(shù)由調(diào)剖前的182.64m3/(d·MPa)下降到115.37m3/(d·MPa),啟動(dòng)壓力由13.58MPa上升到15.97MPa,說明堵劑有效地封堵了高滲透層,降低了高滲透層的吸水能力,注水井的吸水狀況得到改善。

表6 試驗(yàn)井調(diào)剖前后視吸水指數(shù)和啟動(dòng)壓力情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 增油降水效果

9口試驗(yàn)井周圍對應(yīng)油井58口,其中36口見到了效果,如表7所示,油井見效率達(dá)到62%,日產(chǎn)液由238.54m3下降到213.45m3,日產(chǎn)油由41.74t增加到61.86t,日增原油20.12t,累計(jì)增油達(dá)到2679.9t,累計(jì)降水4978m3,取得了很好的增油降水的效果,證明了所研發(fā)的新型堵劑體系對低滲透油藏是適應(yīng)的。

表7 試驗(yàn)井增油效果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論和認(rèn)識

1)新型低成本緩膨型凝膠顆粒的吸水膨脹倍數(shù)明顯大于常規(guī)凝膠顆粒,其膨脹倍數(shù)為常規(guī)凝膠顆粒的3～5倍,在高礦化度條件下更加明顯;能滿足不同礦化度下的膨脹、抗老化和強(qiáng)度要求。

2)新型低成本緩膨型凝膠顆粒在得到相同數(shù)量的膨脹凝膠前提下,材料成本約為常規(guī)凝膠顆粒的50%。

3)現(xiàn)場試驗(yàn)表明緩膨型凝膠顆粒在滿足升壓空間較小的注水井調(diào)剖施工要求的同時(shí),能取得較好的增油降水的效果。

4)該凝膠顆粒堵劑的成功研發(fā)較好地解決了升壓空間小注水井調(diào)剖困難的問題,降低了生產(chǎn)成本,延長了措施有效期,具有重要的實(shí)踐意義。

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[編輯] 帥群

TE357.46

A

1000-9752(2014)11-0204-04

2014-09-28

王勇(1984-),男,2007年長江大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)主要從事注水工藝方面的研究和管理工作。