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2 000~ 160 000 mg/ L、 温度60~ 140 的砂岩油藏进行堵水调剖。
我国油田地质结构复杂, 油藏种类繁多, 油层非均质性严重, 特别是油田开发进入中后期后,油井出水问题日益严重, 油井堵水、 注水井调剖、 深部调剖乃至调驱作业频繁,对堵剂不断提出新的要求。用聚丙烯酰胺作为堵水剂, 国内外报道较多,应用比较普遍,但只能在105 度 以下使用,在高温高矿化度下容易破胶化水。而对于高温高矿化度油藏,常规堵剂的应用受到限制,调剖堵水工作难度较大。因此, 开发新型的耐温抗盐化学堵剂、 丰富堵剂种类、 扩大其应用范围成为油田化学工作者的紧迫任务。笔者以聚丙烯酰胺和聚丙烯腈为主剂, 分别加入交联剂体系、 化学添加剂,得到复合型耐温抗盐延缓交联凝胶堵剂,其成胶时间可调,成胶强度大,耐温60~ 140 。
1 主剂浓度对堵剂性能的影响
聚丙烯酰胺和聚丙烯腈是堵剂的主要成分,浓度高低对堵剂性能均会产生直接影响。分别改变两者含量(固定交联剂 SCN- 1 含量为03%,SCY- 1 为 01%, 盐酸为 01% , 氯化铵 02%) ,配制系列堵剂, 将其倒入钢筒中密封后置于
110 烘箱中, 定时观察并测定堵剂的成胶时间和成胶强度,结果见图1和图2。由图1 和图2可知, 当HPAM 含量为01%~03% , PAN 含量大于2%时, 110 下堵剂的胶凝时间及成胶强度能满足现场要求, 堵剂强度大。考虑成本, HPAM 含量选在01% ~ 02% , PAN 含量选在2%~ 5%。
2 交联剂加量对堵剂性能的影响
交联剂种类与用量直接影响堵剂的性能。通过大量实验研究, 优选出SCN- 1 和SCY- 1 两种复合交联剂,在组成为02%HPAM+ 4%PAN 的体系中,交联剂加量对成胶性能的影响见表1和表2。
随着交联剂用量的增加, 起初成胶时间缩短,凝胶粘度增大; 但当两种交联剂分别达到一定量后,凝胶的成胶时间太短且其热稳定性变差, 有的堵剂在一周左右即化渣化水。故在堵剂中SCN-1 的最佳含量为02% ~ 04%, SCY- 1 的最佳含
量为01%~ 015%。
3 稳定剂含量对成胶性能的影响
地层水中溶解的O2 及其他氧化剂能使聚合物降解并影响交联剂的成胶性能, 特别在较高温度下能使交联体系的粘度迅速下降。因此在交联体系中加入适量的硫脲,利用其还原性可以达到保护凝胶之目的。固定聚合物 HPAM 含量02%、 PAN 含量为 4%、 交联剂 SCN- 1 含量为03%、 SCY- 1含量为012%、 盐酸为01%、 氯化铵02% ,硫脲含量对体系成胶性能的影响如图 3所示( 110 、 30 d后测定结果)。从图3 可知, 凝胶强度随稳定剂含量的增加先增大, 达到最大值后迅速降低,硫脲的使用有一个最佳的含量范围。在选定的实验条件下, 硫脲的最佳使用量为
0015%, 在此浓度下,体系较稳定。
4 矿化度对凝胶性能的影响
固定聚合物HPAM 含量为 02%、 PAN 含量为4%、 交联剂SCN- 1 含量为03%、 SCY- 1 含量为 012%、 盐酸 01%、 氯化铵 02%、 稳定剂0015%, 分别考察系列浓度的模拟地层水在110 度下对体系成胶性能的影响, 如图4 所示。
经系列实验证实, 该体系耐盐可达到160 000 mg/ L,超过此矿化度后, 成胶性能变差或不能成胶。
5 凝胶的热稳定性
根据上述实验结果配制堵剂溶液,考察了凝胶在110 的热稳定性, 如图5 所示。
将体系在110 度 下长时间恒温放置, 间隔一定时间测定体系粘度。在观察的时间内( 100 d) ,体系粘度略有下降, 但经100 d老化后, 凝胶强度仍能达到8 Pas,粘度保留率达到80%左右,说明生成的凝胶具有较强的热稳定性。
6 岩心模拟实验
选取4 块空气渗透率不同的标准人造岩心,尺寸为60 30 mm,在105 下烘干称重, 饱和地层水后, 装入岩心夹持器中, 升温至110 , 以恒定流速向岩心注入地层水,岩心出口流速恒定后,记录压力、 流量,测其堵前水相渗透率Ka,然后挤注入堵剂,在110 恒温24 h后,测其突破压力和堵后渗透率K b,试验数据见表3。
挤注堵剂后, 岩心堵塞率均大于 93% , 说明堵剂具有良好的封堵能力。
3 结论
( 1)堵剂对交联条件要求不高,聚合物含量范围宽,成胶时间可调,封堵强度高,具有较强的油藏适应性。
(2) 与单一的HPAM 或 PAN 堵剂相比, 该堵剂具有强度高、 耐温抗盐性好的优点。