堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价

聚合物凝胶在油气井钻井过程中具有独特的排水堵漏作用。选择聚丙烯酰胺作为成胶剂，采用三价铬和酚醛作为交联剂，利用常规方法研究了聚合物凝胶的组成和性能，实验研究了聚丙烯酰胺分子量及浓度、交联剂类型和浓度对聚合物凝胶性能的影响，得出聚丙烯酰胺交联凝胶成胶最佳配比关系为：聚丙烯酰胺浓度为0．8％、铬交联剂加量为120mg／L、交联温度为60℃。在此基础上对影响凝胶成胶性能的主要因素进行了探索实验，结果表明：水质对聚合物凝胶影响较小；pH值对凝胶的影响显著，在pH值为8时形成的凝胶粘度、稳定性较好，随着pH值升高，交联速度变快，成胶时问缩短；当盐浓度过高时，体系成胶性能变差，尤其是钙离子浓度高时，易形成果冻型块状沉淀。实验表明，聚合物凝胶时间的延长粘度损失小，具有稳定性好，流动性好等特点。通过高温高压失水仪砂床堵漏实验进一步证明，聚合物凝胶与其它堵漏材料配合，能够起到封堵漏层的良好作用。     

一种低温铬冻胶堵剂的研制

针对温度低于50℃的砂岩油藏的调剖堵水,在室内研制了一种聚合物/有机铬冻胶堵剂.该堵剂以超高分子量(2.4×107)部分水解聚丙烯酰胺为主剂,以三氯化铬/醋酸钠体系为交联剂,在30-50℃温度下能形成高强度的冻胶.室内配方研究结果如下HPAM用量800-2500mg/L,三氯化铬、醋酸钠摩尔比4-2,有机铬催化剂用量300-500mg/L,配制水矿化度(NaCl含量)≤20000mg/L;pH值5-9;成胶时间5h-7d,可调;形成的冻胶粘度＞50000mPa*s;稳定性大于180d.     

复合交联聚合物调堵剂的研制

介绍了复合交联剂的交联机理，考察了聚合物水解聚丙烯酰胺（HPAM）浓度、单交联剂有机铬、复合交联剂有机铬与酚醛、温度等因素对凝胶体系的影响。结果表明，在聚合物HPAM浓度1500mg／L，采用复合交联剂，其中有机铬浓度50mg／L，酚醛浓度150mg／L，多羟基酚和除氧剂浓度均为100mg／L，温度45℃条件下，可配制出粘弹性好、强度高、粘度保持率达95％以上的复合交联聚合物调堵剂。该调堵剂可用于温度低于50℃的中低温油藏条件。     

耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究

以丙烯酰胺（AM）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2～甲基丙磺酸（AMPS）和3-烯丙基氧基-2羟基丙磺酸（AHPS）为原料,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了新型油井水泥降失水剂,并通过元素分析、红外光谱和核磁共振氢谱对聚合物进行了表征。讨论了DMAM、引发剂和交联剂的加量对聚合物性能的影响。当DMAM加量为2％、引发剂加量为1．4％、交联剂加量为0．02％时,合成的聚合物降失水剂具有优良的耐温降失水性能。该产品适应温度范围宽,耐盐性能好,在160℃、饱和盐水情况下,可将常规密度水泥浆失水量控制在100mL以下。     

用于胜利高温高盐油藏的聚合物弱凝胶

为满足胜利油田高温高盐及多含高渗透条带油藏提高采收率的需要，研制了可流动的铬凝胶。用矿化度19334mg／L的模拟地层水稀释5000mg／L的聚合物母液，与交联剂以20：1质量比混合，得到成胶溶液，各项测试温度为80℃。铝交联剂Tiorco677N与胜利油田现用6种高分子量聚合物均不能形成好凝胶；铬交联剂Water-Cut684与其中2种能形成好凝胶。聚合物MO-4000在溶液浓度≥600mg／L时可与Water-Cut684形成转变压力〉34．5KPa的凝胶。1200mg／LMO-4000的铬凝胶在K=1．5μm^2填砂管中RF为273，RRF为200。在5μm^2和1．5um^2填砂管组成的并联模型上，水驱采收率为43．4％，聚合物驱（恒聚聚合物，1500mg／L，0．3PV）＋后续水驱提高采收率9．9％。而凝胶（1200mg／LMO-4000，聚交比20：1，0．3PV）＋后续水驱则提高采收率17．6％。高、低渗单岩心的采收率曲线和含水曲线表明，凝胶优先进入水驱后的高渗岩心而使后续注入液转向进入低渗岩心。该凝胶已用于胜二区沙二1～2单元6注13采先导试驱区，注凝肢作业目前已经开始。图6表2参6。     

有机铬交联剂部分水解聚丙烯酰胺凝胶深部调剖试验

介绍了有机铬交联聚丙烯酰胺凝胶(Cr-HPAM)深部调剖剂的配方及现场应用情况,通过对部分水解聚丙烯酰胺有机铬交联剂体系粘度-时间关系的研究,讨论了部分水解聚丙烯酰胺和有机铬交联体系的成胶性能,即延缓交联性、抗盐敏性和热稳定性,得到了适用于温度75℃、矿化度40000～50000mg/L油藏的最佳配方.     

有机醛/酚/聚丙烯酰胺弱凝胶体系的室内研究

以聚丙烯酰胺 (HPAM)为聚合物 ,乌洛托品 (FA)和间苯二酚 (FB)为主交联剂 ,醛类SA、酚类SB为辅助交联剂 ,形成了有机醛 /酚 /HPAM弱凝胶体系。考察了主交联剂加量、辅助交联剂加量、体系pH值、HPAM加量及矿化度对其成胶性能的影响。确定了有机醛 /酚 /HPAM弱凝胶体系的最佳形成条件 :FA主交联剂加量 0 0 6% ,间苯二酚主交联剂加量 0 0 3 % ,体系pH值为 6～7,HPAM加量 0 0 5 %～ 0 1 0 % ,醛类辅助交联剂SA和酚类辅助交联剂SB加量均为 0 0 6%～0 0 8% ,有机醛 /酚 /HPAM弱凝胶体系可实现成胶时间可控 ,凝胶强度可调。     

铬凝胶体系提高稠油驱油效率实验研究

针对辽河油田锦99块普通稠油区块地层流体特点,采用铬凝胶体系调驱技术。考察了HPAM、有机铬交联剂用量,体系pH,不同水型,剪切强度和剪切时间对铬凝胶体系成胶性能的影响。结果表明,在HPAM用量0．1％,有机铬交联剂用量0．05％,体系pH5—8,剪切强度5000—8000min^-1,剪切时间30s以内,采用模拟水、地层水、回流水配制的凝胶体系均能成胶。应用铬凝胶体系进行单管、双管岩芯封堵驱油实验,结果表明,注入铬凝胶体系后,封堵效率在85％以上,含水率下降幅度较大,驱油效率明显提高。     

复合高强度凝胶体系的室内研究及性能评价

通过实验室静态试验,研究了以部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和无机铬交联剂为主体与固体颗粒形成的复合凝胶体系。在60℃下,筛选得到了堵剂配方：0．5％HPAM;0．3％～0．35％,交联剂;0．6％-0．8％固相颗粒Y -1;热稳定剂≥10．7％。通过岩心封堵率实验,体系的封堵率〉98％,突破压力梯度〉30MPa／m。     

锦90块弱凝胶深部调驱配方体系的筛选

通过实验筛选适合锦90块的弱凝胶深部调驱剂配方,对调驱体系中聚合物的增黏性、热稳定性和抗剪切性,以及不同交联剂体系的成胶性能进行了考察,确定最佳配方为：0．2％阴离子型聚丙烯酰胺CY＋1．0％酚醛类交联剂FQ1。该弱凝胶体系稳定性好,凝胶以整体形态存在,在单管岩心实验中可提高驱油效率6．21％。     

弱凝胶深部调剖剂的研制及性能评价

弱凝胶深部调驱技术可以充分发挥交联聚合物的优势。制备了以聚丙烯酰胺为主剂,柠檬酸铝为有机交联剂的弱凝胶。通过实验确定了具有较高黏度和合适成胶时间的弱凝胶配方:有机交联剂中交联体氯化铝与配位体柠檬酸三钠的物质的量比为1∶1,有机交联剂质量分数为8%~12%,聚丙烯酰胺质量分数为0.08%~0.17%。     

大庆油区三元复合驱耐碱性调剖剂的研制与段塞组合优化

针对大庆油区三元复合驱区块中后期含水上升快,不同渗透率油层动用差异大,注入液无效循环的问题,开展了三元复合驱耐碱性调剖剂的研制。通过对交联剂种类及质量分数、聚合物质量浓度及相对分子质量和聚合物溶液熟化时间等的筛选,并结合正交试验,研制出了适用于三元复合驱深部调剖的调剖剂配方,该配方由相对分子质量为2 500×104且质量浓度为2 000 mg/L的聚合物、质量分数为0.15%的离子型交联剂YH-1、质量分数分别为0.1%和0.08%的有机交联剂THM-1和THM-2以及质量分数为0.2%的稳定剂、质量分数为0.1%的除氧剂组成,形成的调剖剂成胶时间为102 h,成胶粘度为3 510 m Pa·s,稳定时间大于60 d,抗盐性好,对三元复合体系界面张力影响不大。该调剖剂应用于三元复合驱调剖时,能够更好地发挥注入液驱替中、低渗透层的作用,比不应用调剖剂的三元复合驱提高采收率4%左右。数值模拟结果表明,在注入调剖剂前,加入0.01倍孔隙体积的前置聚合物段塞,能够使调剖剂保持更好的成胶性能,效果更好。     

延缓交联弱凝胶调驱剂的研制与性能评价

现有交联聚合物凝胶体系成胶时间短,调驱剂不能深入油藏实现深部放置,导致了水驱开发效果较差。考察了在一定温度、热稳定剂作用下,延缓有机复合交联剂NQJ与聚合物的交联反应,形成了适用于大庆萨尔图北部油田油藏的延缓交联弱凝胶体系。该体系地面黏度较低,便于现场注入,且具有较好的延缓交联效果,可实现大剂量深部调驱。研究结果表明:抗盐聚合物、交联剂与热稳定剂的质量分数分别为0.15%~0.25%、0.15%~0.2%与0.015%~0.025%时,形成的凝胶黏度大于5 000 mPa·s,成胶时间3~6 d可调,能够满足现场深部调驱要求。     

环保型堵水凝胶的实验研究

针对中温油藏,在模拟油藏温度75℃,以相对分子质量400万、800万、1200万、浓度为0.5%～2%自制阴离子型低水解度(<5%)聚丙烯酰胺(PHPAM)配与0.2%～0.8%环保交联剂聚乙烯亚胺(PEI)交联形成环保堵水凝胶。通过对聚合物浓度,交联剂浓度等影响因素的研究,得出聚合物和交联剂加量不宜过多,否则会出现自聚和过度交联的现象。通过对配制水矿化度的影响研究,发现矿化度变大,堵剂成胶时间延长,成胶时间可控。热稳定性实验结果表明,该堵剂具有良好的稳定性,能稳定4个月以上,是一种性能良好的长期堵水剂。     

聚丙烯酰胺相对分子质量的影响因素及控制研究

以过硫酸钾／亚硫酸氢钠为引发剂，丙烯酰胺为单体，合成了聚丙烯酰胺。考察了引发剂用量、丙烯酰胺单体用量、聚合温度、反应时间，体系pH值对其相对分子质量的影响。确定了本反应最佳条件：丙烯酰胺单体用量为25％；引发体系为过硫酸钾／亚硫酸氢钠，摩尔比为1：2，用量为0．2％；聚合温度为40℃，反应时间为4h；体系pH值为7。并优选了可较好控制产物相对分子质量的链转移剂甲酸钠，通过改变其用量，PAM相对分子质量可在（0．80～13．50）×10^6范围调节。     

临界温度下不同凝胶体系适应性研究及配方优化

为了满足现场深部调驱的需求,研究适用于临界温度(65~75 ℃)条件下的凝胶调驱体系配方。采用室内实验评价方法对聚丙烯酰胺(HPAM)-有机铬和聚丙烯酰胺(HPAM)-酚醛树脂共2种常用凝胶体系在70 ℃条件下的适应性进行了分析与评价。研究结果表明,酚醛树脂凝胶比有机铬凝胶的成胶黏度高,黏弹性模量大,说明附着力和抗剪切能力强;成胶的浓度下限低,可大大降低调驱成本。然而,酚醛树脂凝胶存在交联速度慢、交联时间过长(120~140 h)等问题,因此引入金属离子增加交联反应类型,将交联时间缩短至48 h;得到了适用于临界温度下的可动凝胶体系配方:聚合物浓度为1 200 mg/L,交联剂浓度为1 300 mg/L,促胶剂浓度为50 mg/L。对应凝胶体系的交联时间为48 h,成胶黏度为2 100 mPa · s,70 ℃条件下,恒温考察90 d,黏度保持率达到70%以上,并且仍保持较好的黏弹性,未出现破胶、析水现象,说明体系长期稳定性良好。     

复合交联聚合物调剖剂的室内实验研究

研制了一种聚丙烯酰胺为主要成分的复合交联聚合物型调剖剂体系,考查了聚丙烯酰胺、稳定剂、温度等因素对调剖剂性能的影响。实验结果表明,配方体系可在120℃条件下成胶,可配置出黏弹性高、强度高、黏度保持率高的复合交联聚合物调剖剂。通过室内实验研究,确定该调剖剂可用于120℃以下高温油藏的调剖作业。     

高温凝胶调剖剂的研制及在辽河油田的应用

高温凝胶调剖剂是以间苯二酚、甲醛为交联剂,添加热稳定剂,复合以部分聚丙烯酰胺水溶液形成的高温凝胶调剖剂。研究确定了调剖剂的最佳配方,考察了聚丙烯酰胺、交联剂用量对凝胶强度及凝胶时间的影响,热稳定剂加入凝胶体系后提高了凝胶的耐温性,并进行了岩心封堵试验。高温凝胶调剖剂已在辽河油田98口蒸汽吞吐井进行了现场试验,取得了较好的增油效果。     

适用于高温高矿化度条件的聚乙烯亚胺冻胶堵水剂

针对高温高矿化度地层堵水需求,研制了一种耐高温高矿化度的以阴离子聚丙烯酰胺为主剂的冻胶型堵剂,交联剂采用水溶性聚合物聚乙烯亚胺(PEI),并加入保护剂减缓高温下主剂的水解。实验考察了主剂质量分数、主剂分子量、PEI质量分数、PEI分子量、矿化度和p H值等因素对PEI冻胶成胶性能的影响。实验结果表明:随着主剂和PEI相对分子质量增加,主剂和PEI质量分数的增加,成胶时间缩短,但交联剂质量分数过高易发生过交联现象,造成冻胶过早脱水;成胶时间随着p H值的增加而缩短,随矿化度的增加而变长。在110℃条件下,对于Na Cl含量为50 000 mg/L的地层水,该冻胶强度高,耐温性好,封堵效果好且至少120 d不脱水。堵剂体系最佳配方为:0.6%~0.8%阴离子聚丙烯酰胺+0.3%~0.7%PEI+0.8%~1%高温保护剂。     

青海尕斯油田复合调驱技术室内研究

针对青海尕斯油藏条件，通过室内实验研究，筛选了适合油藏条件的交联聚合物凝胶＋凝胶颗粒复合调驱体系，并对配方体系的驱油效果进行了评价。实验结果表明，交联聚合物凝胶体系的最优配方为：1500mg／L水解聚丙烯酰胺（HPAN）＋400mg／L有机酚醛＋100mg／L稳定剂＋100mg／L除氧剂；交联聚合物凝胶0．3PV＋0．2PV预交联颗粒＋0．1PV水驱流向剂颗粒组成的复合调驱体系可有效封堵大孔道，改善注入水剖面，并有很好的驱油作用，封堵效率可达到90％以上，采收率可提高17．8％左右。