淀粉接枝共聚物在多孔介质内成胶效果实验——以渤海油田SZ36-1油藏条件为例

淀粉接枝共聚物凝胶由于其成胶强度大、成本低、成胶时间可控等优点已经在我国部分油田应用。然而现今针对淀粉接枝共聚物凝胶的研究多集中在合成方法、性能表征和常规方法的成胶强度研究上，结合现场实际情况，尤其是海上油田现场实际情况的成胶效果研究较少。以渤海油田SZ36-1油藏条件为例，研究了淀粉接枝共聚物凝胶在接近油藏实际条件的多孔介质中的成胶效果。结果表明，在玻璃容器内具有良好耐稀释性、抗剪切性、耐油性、耐黏土性和时间稳定性的淀粉接枝共聚物体系，在岩心孔隙内却难以发生交联反应。由此可见，化学反应空间环境对淀粉接枝共聚物成胶效果存在较大影响，空间尺寸越大，成胶效果越好。为增加淀粉接枝共聚物各组成在孔隙内发生碰撞概率即提高成胶效果，需要适当提高常规优化配方中各组分浓度。     

淀粉接枝共聚物凝胶的稳油控水效果及工艺参数优化*

绝大多数的陆上油田经过长时间注水及注聚合物开发,储层大孔道或高渗透条带发育,注入水无效低效循 环日益严重。针对常规调剖堵水剂封堵效果较差的技术难题,以西部B油田储层及流体特征为研究对象,研究 了淀粉接枝共聚物凝胶的基本性能、注入性、封堵性能,评价了不同影响因素下淀粉接枝共聚物凝胶的稳油控水 效果。研究表明,淀粉接枝共聚物凝胶的初始黏度较低,注入性较好,但其受成胶空间环境影响较严重,成胶空 间越大,成胶强度越高,对高渗透岩心的封堵能力强于对低渗透岩心的,对中低渗透储层中伤害较小,一定程度 上具有选择性封堵的效果。此外,淀粉接枝共聚物凝胶的注入量为0.1 PV时采收率增幅最高,继续增大凝胶的 注入量,对中低渗透岩心的伤害随之增大,反而不利于液流转向的发生。随着顶替段塞注入体积的增加,采收率 逐渐增大,“产出/投入”比逐渐降低。淀粉接枝共聚物凝胶的注入时机对增油降水效果同样存在影响,注入时机 越早,非均质性程度越弱,封堵效果越好,最终采收率增幅越高。     

Cr~(3+)与聚合物在岩心内静态成胶效果评价

近年来,在SZ36-1和LD10-1油田开展了聚合物驱和聚合物凝胶调驱矿场试验,取得了明显增油降水效果,为海上油田提高采收率找到了一条有效途径,但油藏中的各种复杂环境和条件可能会对其交联反应存在影响。通过理论分析和物理模拟实验,开展了交联剂Cr~(3+)与聚合物在岩心内静态成胶效果评价实验研究。结果表明,在静态条件下,交联剂Cr~(3+)与聚合物分子间可以在岩心孔隙内发生交联反应,其成胶效果受到岩心渗透率及其类型(是否含胶结物)、岩心含油饱和度、黏土矿物类型和含量等因素的影响,其中渗透率影响程度较大;随岩心渗透率增大即孔隙尺寸增大,岩心内成胶效果变好;随含油饱和度降低,岩心成胶效果变好;随黏土含量增加,岩心内成胶效果变差,而且在三种岩心黏土类型中,伊利石的影响最大,其次为高岭石,再其次为蒙脱石;岩石颗粒胶结愈疏松,成胶效果愈好。这些研究成果对于国内外油田利用弱凝胶进行深部调剖技术进一步提高开发效果具有指导作用。     

交联聚合物溶液在岩心内成胶效果及机理

采用黏度计、动/静态激光光散射仪、扫描电镜和岩心流动实验装置,对两性离子聚合物溶液和两性离子交联聚合物溶液黏度、分子线团尺寸、分子聚集态和多孔介质内静态成胶效果及其影响因素进行实验研究,分析交联聚合物溶液在岩心内成胶机理。结果表明,随溶剂水矿化度增加,交联反应速度加快;放置时间越长,岩心内交联反应增强并趋于稳定;剪切时间延长,聚合物分子定向排列趋势加剧,岩心孔隙内成胶效果变差;渗透率较低条件下,岩心孔隙内交联反应以"分子内"交联为主;随岩心渗透率增加即孔隙尺寸增大,岩心内成胶效果变好,发生"分子间"交联概率增大。实验数据和理论分析表明,在两性离子交联聚合物溶液中,交联反应首先发生在同一分子的不同支链间,即"分子内"交联,形成局部性网状聚集态,然后扩展到不同聚合物的分子链间,即"分子间"交联,形成区域性网状聚集态。     

锆可控聚丙烯酰胺胶凝地层堵水

介绍了一种聚合物溶液和交联剂在剪切作用下交联过程的理论和实验研究。理论分析导出的模型 ,可预测胶凝体系在多孔介质中的穿透特性 ,即其粘度和微粒凝胶尺寸。提出的理论将剪切作用下的交联过程描述为四个连续的阶段 ,并推导出了一个简单的方程 ,用其可求得相对于聚合物初始特性的凝胶最终粘度和凝胶尺寸及适用的剪切速率。提出了一个对比所采用不同交联剂的简单方法 ,得到低毒性的弱水解磺化聚丙烯酰胺与乳酸锆交联体系。该模型的所有预测都与实验数据相吻合。另外 ,也得到了有关丙烯酸盐乳酸盐锆交联体系新的物理化学特性。即不改变交联能量只增加pH值或添加乳酸钠可实现延迟交联和弱交联。同时在人造岩心的注入能力实验中发现 ,当聚合物和交联剂在多孔介质入口端混合后 ,在给定时间注入岩心后就产生严重的堵塞。相反 ,可将预先制备的微凝胶溶液无任何堵塞地注入岩心。     

配注过程对交联聚合物粘度的影响

在地面注入较低浓度的交联聚合物,该聚合物在油藏运移过程中生成高强度的可动凝胶,成胶强度决定其调驱效果.而交联聚合物的成胶性能与多种因素有关.本文详细介绍了交联聚合物调驱过程中影响其粘度的主要因素.     

渤海油藏优势通道多级封堵与调驱技术

为了解决海上油田大尺寸优势通道引起的注入液窜流技术难题,以渤海油藏储层和流体为研究对象,开展3种封堵剂基本性能评价、封堵率和多级封堵及调驱增油降水效果实验研究和作用机理分析。结果表明:封堵剂BH-1固化前为粘稠性流体,注入性较好;固化后为灰黑色致密固体,固化时间可在24~120 h内调整,固化后具有极高的抗压和耐冲刷能力,适用于近井地带大尺寸优势通道封堵。半互穿网络结构凝胶成胶前为粘性流体,注入性良好;在岩心孔隙内静置候凝24 h后,开始出现明显交联反应,120 h时形成网状分子聚集体,具有较高的抗压和耐冲刷能力,适用于油藏深部大尺寸优势通道封堵。当高渗透岩心内孔眼全部被封堵后,Cr3+聚合物凝胶调驱可以极大地改善低渗透岩心和高渗透岩心基质部分波及效果,采收率增幅高达29.4%,但封堵距离为总封堵长度的50%时,采收率增幅仅为13.1%。因此,渤海稠油油藏大尺寸优势通道封堵距离应大于注采井距的50%。从技术、经济效果角度考虑,封堵剂应由多级组合段塞组成,各个段塞注入顺序为:先注入约占总注入量50%的Cr3+聚合物凝胶,再注入约35%的半互穿网络结构凝胶,最后注入约15%的封堵剂BH-1。     

SPA淀粉接枝共聚物堵水调剖剂性能研究

针对中原油田含盐量高的地层特点，开发出了以淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物SPA、有机复合交联剂MC和促凝剂L为主要成分的堵水调剖剂。研究了该堵水调剖剂各组分浓度对成胶时间与凝胶粘度的影响，考察了pH值、温度、水质及剪切作用对堵水调剖剂性能的影响，采用岩心模拟试验方法评价了该堵水调剖剂的作用效果。结果表明，SPA-WC-L堵水调剖剂强度高、耐冲刷，具有良好的选择性堵水作用，可满足中原油田堵水调剖作业的需要。     

地层环境对PFS弱凝胶性能影响室内研究

弱凝胶调剖在各个油田都有着广泛的应用,但是堵剂进入地层后性能变化、成胶效果却无法评价。通过室内实验,利用石油大学30m超长岩心,注入HPAM、苯酚、乌托品和盐酸复配成的PFS弱凝胶体系,考察了弱凝胶注入长岩心后的性能变化。实验结果表明,PFS弱凝胶调剖体系经过稀释、吸附和剪切后虽然其粘度、相对分子质量有一定程度下降,但仍然具有较好的成胶封堵效果。     

AM/AMPS二元共聚物/有机铬胶态分散凝胶的制备

用ＡＭ／ＡＭＰＳ二元共聚物、有机铬交联剂及各种添加剂在高矿化度（９．４＊１０＾５ｍｇ／Ｌ）油田注入水中配制成功耐温性好的胶态分散凝胶,供中原油田高高盐油藏调驱用。通过一系列室内筛选实验,确定了成胶溶液的配方;共聚物５００;交联剂９０;缓交联剂２００;两种稳定剂各２００ＰＨ值８。此配方成胶溶液在９０℃下成胶时间为４８小时,形成的胶态分散凝胶在９０℃长期高温老化过程中,９０天内粘度基本不变,９０天后粘     

凝胶调剖剂在地层深部动态成胶性能评价

凝胶调剖剂在地层深部"是否动态成胶"决定了深部调剖技术的可行性,关系到凝胶调剖技术是否真正有效和规模应用。为了解凝胶调剖剂地层深部封堵性能,建立了长岩心模型,形成了凝胶调剖剂长岩心动态成胶模拟评价方法,对凝胶调剖剂地层深部动态成胶特性进行了综合评价。凝胶取样评价实验表明,随着凝胶的连续注入,岩心沿程各点取样黏度逐步降低,模型注入前端黏度降低比例大,后端趋于平缓,成胶黏度随注入量的增加不断增强,多测点压力监测表明其压力变化趋势与静态黏度观察数据一致,岩心电镜扫描微观成胶形态评价实验表明凝胶在岩心孔隙中呈致密的宽网膜状分布,其动态成胶特征与取样黏度和压力观察结果一致。综合评价结果确定铬凝胶调剖体系可实现地层深部的有效封堵。     

淀粉接枝共聚物在非均质模型中的调剖性能

对一种新型的淀粉接枝共聚物调剖堵水剂进行了平行并联填砂管和非均质长岩心储层模型的调剖实验,实验结果表明,用地层水配制,在60℃时成胶时间为14小时,通过加入0.02%～0.2%缓凝剂可延缓成胶时间为17～84小时,此堵剂具有良好选择注入性和耐冲刷性,封堵强度高,能够优先封堵高渗层,提高低渗层的波及面积和洗油效率,从而提高低渗透区域的采收率。     

改性淀粉凝胶体系控制CO2窜逸技术研究

针对CO₂驱油过程中发生的窜逸问题,进行改性淀粉凝胶体系控制气窜技术研究。通过非正交实验,对改性淀粉凝胶体系进行了优化：4.00%淀粉+4.00%丙烯酰胺单体+0.05%交联剂+0.18%成胶控制剂。考察在一定注入条件下,该体系在闭合裂缝和填砂裂缝中的注入性以及在渗透率级差组合岩心中的选择封堵性能。研究表明：改性淀粉凝胶进入闭合裂缝和填砂裂缝岩心的平均深度为岩心长度的52%和55%,一次气驱基础上平均提高采出程度为12.3和14.5个百分点。在渗透率级差为100和大于1000的并联岩心中注入堵剂后,综合采出程度分别提高了21.5和19.0个百分点。气窜被控制后,可有效启动裂缝以外或岩心低渗部分基质中的剩余油。改性淀粉凝胶体系成交时间可控,注入性能良好,封堵强度合适,具备矿场实施的可行性。     

凝胶发泡体系室内实验研究

针对纯发泡剂半衰期较短、对已形成注入水窜流通道的高渗透储层封堵效果较差的实际问题．开展了凝胶泡沫体系的研究。该泡沫体系成胶时间在3～10d之间,发泡体积在500mL以上,半衰期在20h以上。该堵剂具有交联时间可控、成胶后强度高、不易破胶及对人造岩心封堵率大的特点,用于注水井调剖时,能达到扩大注入水的波及体积和提高水驱采收率的目的。     

多孔介质对交联聚合物成胶效果影响及作用机理

研究了3种交联聚合物体系在多孔介质中的成胶性能,实验温度45℃。在实验容器中,Al3 交联体系配制后60天内黏度变化较小,是一种CDG;Cr3 交联体系15天达到最高黏度2.3 Pa.s,是缓慢交联的弱凝胶;无机有机复合交联体系15天黏度1.8 Pa.s,45天达到最高黏度80 Pa.s,是延迟交联的强凝胶。人造非均质岩心模拟大庆主力油层,平均渗透率0.8μm2,长30 cm。以聚合物溶液为对照,按水—凝胶—水—凝胶—候凝20天—水的顺序驱替,由驱替过程中入口和中间点压力与注入量关系判断,Al3 体系进入岩心并通过分子内交联成胶,Cr3 体系在进入岩心前已发生交联并在端面造成堵塞;进入岩心的复合交联体系基本上不成胶。引证了文献发表的大庆油田铬凝胶调驱的有关数据。讨论了储层孔隙结构、渗透率-孔隙半径中值关系曲线及聚合物分子线团半径。认为在孔隙介质中由于孔隙壁造成的“笼”效应,聚合物的分子间交联受到一定程度的阻碍。图7表3参8。     

高矿化度下影响弱凝胶调驱剂性能因素的研究

分别用AM/AMPS三元共聚物PAMS、两种HPAM和有机铬、酚醛交联剂,在矿化度1.1×105mg/L、含Ca2+、Mg2+各1.5×103mg/L的高矿化度水中配制成胶液,在75℃测定成胶时间和粘度在75℃下的变化,考察弱凝胶在高盐环境中的稳定性。酚醛弱凝胶的粘度高于有机铬弱凝胶;共聚物PAMS弱凝胶的粘度高于两种HPAM弱凝胶;PAMS/酚醛弱凝胶的粘度高而稳定性好。当PAMS浓度为1200mg/L、硫脲浓度为200mg/L时,随交联剂浓度增大,成胶时间缩短,弱凝胶粘度(20天测定值)增大,但在浓度超过一定值(Cr3+浓度30mg/L,酚醛有效浓度1000mg/L)后弱凝胶发生脱水。制备交联剂时配位体与Cr3+、醛与酚质量比增大时,成胶时间延长,弱凝胶粘度下降。在PAMS弱凝胶中,硫脲作为除氧剂的效能好于亚硫酸氢钠。图3表1参9。     

聚合物凝胶溶液在岩心内动态运移及成胶形态的实验研究

为探索更多聚合物凝胶在岩心中运移和封堵的信息,设计不同工艺参数的物模实验,并采用核磁成像技术对实验过程进行扫描跟踪,获得了凝胶溶液进入岩心、在岩心中运移、成胶后注水等阶段模拟图像。结果表明:聚合物凝胶溶液进入高低渗岩心时不存在明显的先后顺序,其选择性主要表现为高低渗岩心进入剂量的差别;在岩心中运移推进时,凝胶溶液前端会出现一定程度的"指进现象",指进发生位置受岩心非均质性和重力双重影响,合理的注入速度和凝胶溶液黏度可以有效减轻指进程度;凝胶溶液注入剂量越大,聚集性越好,抗稀释能力越强;凝胶在高渗部位成胶促使注入水转向低渗,其放置的深度和成胶后的强度决定了低渗岩心启动的程度。     

无机地质聚合物凝胶堵剂的性能评价

针对胶结疏松易形成大孔道的高温高矿化度油田,以渤海油藏储层和流体为研究对象,用增黏剂蒙脱土、交联剂氢氧化钠、缓凝剂柠檬酸和主剂粉煤灰等制得无机地质聚合物凝胶堵剂,研究了堵剂的成胶速度及影响因素、耐温耐盐性能、封堵效果、液流转向效果以及封堵后的调驱效果。结果表明,随着主剂与交联剂浓度和温度的增加,无机地质聚合物凝胶成胶速度增大。配液水矿化度对无机地质聚合物凝胶成胶效果基本无影响,配液水中较高浓度的碳酸根和碳酸氢根会延长聚合物胶液的交联时间。当岩心水测渗透率大于18800×10~(-3)μm~2时,无机地质聚合物凝胶对岩心的封堵率随渗透率的增加而增大,且封堵率均大于90%。无机地质聚合物凝胶的耐冲刷能力和液流转向效果较好,可对高渗透层大孔道有效封堵,提高低渗岩心分流率。对于大孔道或特高渗透条带,封堵长度越大,增油降水效果越好。无机地质聚合物凝胶的封堵效果好于常规的聚合物凝胶和淀粉胶,可用于高温高矿化度油田大孔道的封堵。图5表5参19     

致密砂岩裂缝性油藏CO2驱高强度凝胶封窜适用界限

致密砂岩油藏基质渗透率低,存在天然和人工裂缝,CO_2驱窜逸现象严重。通过测定成胶前的黏度和成胶后的强度评价了改性淀粉凝胶的注入性能和封堵能力,利用自制致密砂岩裂缝岩心,通过3种不同裂缝开度下的封堵、驱替实验评价了CO_2气窜后改性淀粉凝胶对不同开度的裂缝封堵性能及提高采收率程度,并进一步探讨高强度淀粉凝胶改善致密砂岩裂缝性油藏CO_2驱油效果的适用界限。研究结果表明,改性淀粉凝胶成胶前黏度低,有利于体系的顺利注入,成胶后强度高,可用于裂缝的强封堵,且在0.42 mm裂缝开度条件下可实现99%以上的封堵率,突破压力高达24.9 MPa,有效启动了低渗基质中的剩余油,提高原油采收率程度达到28%,具有良好的封堵适应性;在0.65 mm裂缝开度条件下,封堵效果有所下降,封堵率为92%,突破压力降至15.9 MPa,提高采收程度18%;在裂缝开度0.08 mm条件下,注入性明显变差,从而影响其封堵性能,封堵率为90%,突破压力为3.6 MPa,提高采收率9.8%。该淀粉凝胶对开度0.42 mm左右裂缝的致密砂岩裂缝性岩心的适应性最好。图15表3参16     

接枝淀粉聚合物调剖体系的封堵性能评价

开展室内岩心实验考察接枝淀粉聚合物调剖体系在孔隙介质中的封堵性能,结果表明：①接枝淀粉聚合物调剖体系成胶前具有一定的流度控制能力;成胶后残余阻力系数较大,具有降低大孔道渗透率的能力;②体系的残余阻力系数随注入速度的增加而减小;③体系对岩心具有很高的封堵率,当注入0．45PV时封堵率就可达到90％以上,注入量越大,封堵率越高;④体系具有较高的堵塞强度。注入后的突破压力梯度随流速的增加而增大;⑤体系的耐冲刷性好,经70PV注水冲刷后其封堵率仍保持在80％以上。油相驱替封堵率明显较低,最高只有39％,经70PV冲刷后已降至10％。接枝淀粉聚合物调剖体系具有堵水不堵油的特性。