渤海油田在线调剖乳液聚合物凝胶体系的研究与应用

在线调剖技术已在渤海油田推广应用。针对在线调剖设备及注入工艺的特点,开发在线调剖凝胶体系。通过室内实验,确定体系由乳液聚合物和酚醛树脂交联剂组成,溶液黏度极低,成胶时间2~5 d,成胶强度为(2~10)×104m Pa·s,凝胶具有较好的耐温抗盐性能,岩心模型封堵率可达98.7%。该体系在Q油田P9井应用,明显改善吸水剖面,效果明显。     

回注水适配耐温抗盐弱凝胶调剖体系

常规弱凝胶体系的耐温抗盐效果较差,采用高矿化度回注水配制存在成胶强度低、稳定性差的问题。基于耐温抗盐聚合物(TSRP)与酚醛树脂交联剂制得适配于高矿化度回注水的耐温抗盐弱凝胶体系,通过红外光谱、扫描电镜、动态光散射仪分析了弱凝胶体系的耐温机理。结果表明,弱凝胶体系成胶性能受聚合物加量、聚交比和热稳定剂硫脲加量的影响较大。弱凝胶优化后的配方为2 g/L聚合物、聚交比1∶1、400 mg/L硫脲。采用矿化度约为38 g/L的回注水配制弱凝胶,成胶时间为63 h,弱凝胶在90 ℃、7.34 s^-1下的黏度为1760 mPa·s。该凝胶在90 ℃高温老化 90 d 后仍保持稳定。聚合物凝胶的高温稳定性与两方面有关。一方面,TSRP 分子链上 N-乙烯基吡络烷酮的环状基团可提高聚合物分子链的刚性,有效抑制聚合物链的热降解作用;另一方面,TSRP交联后形成刚性网络结构,部分抑制了聚合物链在高矿化度下的卷曲作用,凝胶不易发生脱水收缩。     

聚丙烯酰胺的分子结构对微凝胶体系性能的影响

和聚合物驱技术相比,微凝胶驱技术能够大幅度降低部分水解聚丙稀酰胺(HPAM)的用量,提高HPAM溶液的耐温抗盐能力,解决污水配制HPAM溶液的问题,具有明显的经济效益和社会效益.低水解度、高相对分子质量的HPAM能够提高微凝胶体系的成胶能力,其相对分子质量越高,成胶时间越短,成胶黏度越大,临界成胶浓度越低.HPAM的相对分子质量从5×106提高到20×106时,成胶时间从38d缩短到4d,成胶黏度从23.7mPa·s增加到168mPa·     

复合型耐温抗盐延缓交联聚合物堵剂的室内研究

针对单一的聚丙稀酰胺凝胶堵剂容易受温度和矿化度影响而破胶的特点，研制了一种新型高强度耐温抗盐复合聚合物凝胶堵剂——聚丙烯酰胺与聚丙烯腈复合堵剂。通过调节主剂、交联剂及添加剂配比，在一定温度和矿化度条件下可以得到不同强度、成胶时间可调的聚合物凝胶堵剂，并分别考察了聚合物浓度、交联剂浓度、温度、矿化度等因素对凝胶体系成胶时间和成胶强度的影响。该体系适合于对矿化度2000—160000mg／L、温度60—140℃的砂岩油藏进行堵水调剖。     

用于海外河油田调驱的有机铬交联聚合物弱凝胶体系及性能评价

为降低海外河油田油井含水率,改善水驱开发效果,针对油藏条件用部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和有机铬交联剂配制了有机铬交联聚合物弱凝胶,研究了弱凝胶的耐温、耐盐、抗剪切性、注入性、封堵性及吸水剖面改善能力。研究结果表明,在油藏温度70℃下,配方为2000 mg/L HPAM+100 mg/L 有机铬交联剂弱凝胶调驱体系的成胶时间为3 d,成胶强度为C级。弱凝胶具有较好的耐温性、抗盐性及抗剪切性,耐温可达90℃,抗盐可达3621.2 mg/L。岩心流动实验结果表明,弱凝胶体系的注入性和封堵性良好,可提高采收率10.4%～12.7%;吸水剖面改善能力较好,对非均质性岩心的吸水剖面改善率大于90%。图2 表8 参15     

高压注水井带压作业凝胶封堵体系性能评价

为满足高压注水井带压作业对凝胶封堵体系的强度、成胶时间以及可破胶的性能要求,采用丙烯酰胺 （AM）/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为二元聚合物体系、三羟甲基化合物（Smel30）为交联剂制备了一种 耐温抗盐凝胶封堵体系。研究了温度、无机盐、模拟油含量、剪切时间对凝胶体系成胶时间和凝胶强度的影响, 同时研究了破胶剂过硫酸钠用量对凝胶体系破胶效果的影响。结果表明,温度由40 ℃升至100 ℃时,凝胶体系 的成胶时间由23.5 h 缩短至2.0 h、凝胶强度由39.4 Pa 增至88.6 Pa。无机盐可使聚合物链间距离减小,成胶时间 缩短,凝胶强度略有增加;3 种无机盐对凝胶体系成胶时间和凝胶强度的影响从小到大依次为NaCl＜MgCl₂＜ CaCl₂。凝胶体系抗油污和抗剪切能力较强。加入1%～10%的模拟油可使凝胶体系的成胶时间由8 h 增至15 h, 凝胶强度的变化较小;在60 ℃、500 r/min 的条件下剪切60 min 后,成胶时间从7 h 增至17 h,但凝胶强度仍能保 持81%。凝胶体系的热稳定性较好,在60 ℃老化15 d 未出现明显脱水,且凝胶强度为67 Pa。过硫酸钠可以高效 低成本破胶,按体积分数为30%的量在凝胶体系中加入质量分数为30%的过硫酸钠,60 ℃下的破胶时间为20 h, 残液表观黏度为64.4 mPa·s,可以通过气体或清水将破胶残液顶替至地面,易于返排,满足现场施工要求。     

胜坨油田高温油藏深部调剖体系研究及矿场应用

实验评价了酚醛树脂交联剂与聚合物在地层温度下形成的冻胶的各项性能。结果表明,在100℃静态条件下,酚醛树脂冻胶作为深部调剖体系,成胶时间长,耐温抗盐能力强;调剖体系中适宜的聚合物质量浓度为1 500～3 000 mg/L,交联剂质量浓度为800～1 800 mg/L,体系适应的pH值在6～9之间。在动态条件下,酚醛树脂冻胶封堵率在90%以上,水驱10 PV后,封堵率保持在83%以上。矿场应用结果表明,使用酚醛树脂冻胶对胜坨油田坨143断块高温油藏实施深部调剖后,注水井启动压力得到有效改善,增油效果明显。     

低温高矿化度油藏弱凝胶调驱体系的研制及性能评价

针对GY油田裂缝性低渗低温高矿化度的油藏特征,以三氯化铬、氢氧化钠、乙酸、胡萝卜酸为原料合成交联剂JL-1。以成胶时间和成胶强度为评价指标,通过筛选聚合物（HPAM）相对分子质量以及HPAM、JL-1浓度,得到低温高矿化度油藏弱凝胶调驱体系KY-1,并测定KY-1体系的抗盐性和耐剪切性,对KY-1体系封堵驱油效果进行评价。结果表明,适用于GY油田KY-1弱凝胶调驱体系的最佳配方为:T114油区地层水+3000 mg/L HPAM（M=1400×10⁴）+500mg/LJL-1。地层水矿化度为40g/L时,弱凝胶体系在60h内迅速成胶,成胶黏度达30Pa·s,耐盐性较好。在剪切速度200 s^-1、27℃条件下剪切120 min后,体系成胶黏度为25600 mPa·s,成胶黏度损失率为18.99%,抗剪切性较好。对裂缝性岩心的平均封堵率为88.7%,采收率增幅平均值为12.1%。     

高温高盐碳酸盐油藏弱凝胶调驱体系实验研究

针对印尼K油田碳酸盐高温高盐油藏条件,优选出具有良好耐温抗盐性能的弱凝胶调驱体系,并考察了聚合物的剪切作用以及岩心粉的吸附作用对弱凝胶体系成胶性能的影响。研究结果表明,聚合物受剪切作用后其成胶时间延长,且成胶强度有所下降,岩心粉的吸附作用也会使弱凝胶的成胶强度略有降低,但对成胶时间影响不明显。通过优选,适合K油田的弱凝胶体系最佳配方为:P1(1 500 mg/L)+JLJ(750 mg/L)+WDJ(100 mg/L),物理模拟驱油实验表明,该体系具有良好的驱油效率,在水驱基础上可以提高8.17个百分数。弱凝胶体系的SEM照片显示,在溶液中存在致密的三维交联网络结构,从而使得体系具有良好的耐温抗盐性能。     

改性酚醛树脂凝胶调剖体系在中温地层的应用

基于中温油藏开展了以改性酚醛树脂为交联剂的中温凝胶调剖剂的研究,通过室内实验,确定了中温调剖剂的基本配方,考察了聚合物、交联剂、促交剂、添加剂用量对凝胶黏度的影响。通过合理控制聚交比等参数,制得可适用于70 ℃地层温度的凝胶调剖体系,该体系具有成胶黏度可控、热稳定性好等特点。现场实践证明,该调剖体系可有效封堵地层中的高渗透水流通道,提高水驱波及体积,改善油田开发效果。     

高温凝胶深部调剖剂的研究及在华北油田西柳10断块的应用

华北油田西柳10断块是高温中孔低渗油藏,基于油藏物性开展了以改性酚醛树脂为交联剂的高温凝胶深部调剖剂的研究。通过室内试验确定了高温深部调剖剂的基本配方,考察了聚合物、交联剂、促交剂、除氧剂用量对凝胶黏度、成胶时间的影响。结果表明,配方体系适应120 ℃的地层温度,热稳定性好,初始黏度小于100 mPa·s,成胶黏度大于14 Pa·s。该调剖剂已在西柳10断块整体调剖中得到应用,取得了良好的控水稳油效果。     

耐温抗盐凝胶堵水调剖体系的研究与应用

为了适应高温高盐裂缝型油藏的复杂地层情况,研究了一种AM/AMPS（丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）耐温抗盐凝胶堵水调剖体系。确定了最优配方为1.0%AM/AMPS+0.1%乌洛托品+0.1%对苯二酚+0.3%硫脲+0.5%PA纤维,考察了该凝胶体系的成胶时间、成胶强度和脱水率,并探讨了该体系的热稳定性和抗盐性。实验结果表明：该凝胶体系具有很好的耐温抗盐性能,在140℃、模拟油田地层水环境中成胶时间大于15h,凝胶强度保持在G级（目测代码法）,120d脱水率小于2%。岩心封堵实验结果表明,该凝胶体系堵水率达到99.70%以上,堵油率小于6.00%,具有优良的选择性。现场应用中取得了良好的堵水调剖效果。该凝胶体系为高温高盐裂缝型油藏的高效开发提供了技术支持,值得推广应用。     

一种用于压裂液中非金属交联剂的研制

针对常规压裂液体系有机金属离子交联剂毒性较大且在碱性条件下不可避免的会对地层产生二次污染以及非金属离子交联剂形成的压裂液成胶速度慢且不抗剪切的问题,本文制备了由一种非金属离子交联体系形成的低毒性压裂液,通过对影响凝胶性能的主要因素进行分析得到了压裂液的最佳配方,并考察了压裂液的耐温抗剪切性能和破乳性能。实验结果表明:当稠化剂含量为0.075%、p H值调节剂0.015%、乙醇1%、促凝剂0.020%~0.025%、交联剂0.25%、氯化钾0~2%时,可制备出成胶时间短、耐温抗剪切性能和破胶性能优良的压裂液。该压裂液体系的成胶时间约为150 s左右,成胶后压裂液初始黏度为1529.0 m Pa·s,在100℃、170 s-1下剪切60、90、120 min后的黏度分别为259.9、197.4和166.8 m Pa·s;90℃下向压裂液中加入0.03%过硫酸钾破胶剂,3 h后完全破胶,破胶液清澈透明,黏度为1.07 m Pa·s。所研制的交联剂不含任何高价金属离子,减小了压裂液对地层的伤害。     

耐温抗盐型聚合物微球凝胶体系的制备及性能评价

为满足带压作业对凝胶强度、成胶时间可控、热稳定性、耐盐性、承压能力的性能要求,拟将聚合物微球引入到凝胶体系中:先制备丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、共聚物微球,以玉米淀粉做骨架与共聚物微球接枝共聚,调节pH值为8～9,加入自制交联剂MES、高温引发剂G20制备一种耐温抗盐型聚合物凝胶。获得了制备共聚物微球的最佳配比,考察了交联剂MES、pH值对凝胶体系成胶性能的影响,采用SEM扫描电镜测试分析了凝胶微观结构,并对凝胶热稳定性、抗盐性、高温稠化性能和承压性能进行性能评价。研究结果表明,配方为2.5%淀粉+15%聚合物微球+6%交联剂MES+0.005%引发剂G20的凝胶在90℃高温稠化条件下的成胶时间可控在1.5 h左右,且稠化过渡时间较短,可有效降低凝胶溶液在井筒内成胶过程中液窜/气窜的可能;在90～130℃范围内,凝胶强度可达28 N,在10 d长期高温养护下,凝胶强度变化较小,呈现出较好的热稳定性;使用盐加量为9～18 g/L的高矿化度水溶液制备的凝胶体系成胶性能优良,体现出较好的耐盐性,可有效克服井下矿化度影响;凝胶在内径为121 mm套管内承压强度达70 kPa/m,满足高压条件下带压作业需求。图5表2参1     

裂缝型凝析气藏调剖剂成胶性能的影响因素

针对裂缝型凝析气藏调剖剂封堵强度不够、调剖深度有限的难点,通过试验找出了一种新型、性能更加稳定的弱凝胶调剖剂,该调剖体系形成的弱凝胶稳定性好。在对其成胶性能的研究后认为聚合物浓度、交联剂浓度、温度、pH值和矿化度是影响该调剖体系成胶性能的主要因素：聚合物浓度增加,体系成胶时间缩短,强度增强;交联剂浓度增加,成胶时间缩短,强度增加;随着温度升高,成胶时间缩短,强度增加,当温度高到一定值时,弱凝胶强度变弱;该调剖剂在中性至弱碱性环境下利于成胶;聚合物分子具有盐敏性,但矿化度较低时,矿化度对交联体系成胶时间和强度的影响并不大。     

性能可控油藏深部调驱剂制备的研究

实验室通过对自制复合交联剂FP配方优化调整,实现了聚合物凝胶体系成胶速度的有效控制,通过对聚合物及交联剂质量分数的调整实现体系成胶强度的有效控制,同时考察影响聚合物凝胶体系成胶的因素。结果表明,温度对体系成胶速度影响明显,聚合物相对分子质量对体系成胶速度及成胶强度影响不明显;体系在岩心连续剪切条件下可顺利成胶。非均质模型驱油试验表明,该体系对非均质岩心吸水能力具有优良调整能力,可大幅提高低渗模型中原油动用率,采出液含水率由95%降至20%以下,较水驱提高采收率近30%。     

海上油田耐温耐钙镁盐调驱体系研制

常规冻胶体系在钙镁离子含量较高的海上油田的稳定性较差。为了提高冻胶的耐钙镁盐能力, 制备了一种由耐温非离子聚合物 KF、 有机醛类交联剂 REL和有机酚类交联剂 MNE和稳定剂 WZ组成的耐温耐盐有机交联聚合物体系。利用成冻强度代码法和突破真空度法考察了聚合物质量分数、 交联剂质量分数、 稳定剂质量分数、 温度、 矿化度等因素对体系性能的影响。在此基础上优化出了 130℃条件下适于某油田的冻胶体系配方：0.3%～0.6%耐温聚合物 KF+0.3%～0.9%交联剂 REL+交联剂 0.3%～0.9%MNE+2%稳定剂 WZ, 该体系成胶时间4～50 h 可调, 成冻强度在 0.040～0.089 MPa 可调。配方为 0.6%聚合物 KF+0.6%交联剂 REL+0.6%交联剂MNE+2%稳定剂 WZ的成胶体系在高温 （130℃）、 高矿化度 （一价盐 2.0×105 mg/L或二价盐 8.0×103 mg/L） 条件下老化 30 d体积保留率大于 90%; 经不同程度的岩心剪切后放置在 130℃条件下老化 30 d未发生脱水现象, 且水驱10 PV封堵率仍保持 90%以上, 显示出较好的耐温抗盐性能和持续封堵能力。图6表5参10     

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。     

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。     

耐温抗盐交联聚合物驱油体系性能评价

研究了部分水解聚丙烯酰胺(聚合物)与耐温抗盐交联剂所形成的流动凝胶体系的性能,并进行了物理模拟试验。结果表明,体系对聚合物本身的性能要求宽松,水解度为4％-30％、相对分子质量大于900×104的聚合物干粉成胶性能均较好;体系对温度敏感,温度较低时。体系不发生反应,所以有足够的时间配制溶液,且耐高温(90℃),可用于地层水矿化度为50000mg／L的地层。该体系由有机试剂组成,与岩石接触后不产生离子交换、沉淀反应;吸附小,与聚合物以共价键结合,形成的凝胶性能稳定,具有较高的粘弹性,可大幅度提高采收率。