（石油与天然气工程专业论文）碱土复合深度调剖剂的研究与应用.pdf

大庆石油学院工程硕士专业学位论文 碱土复合深度调剖剂的研究与应用 摘要 随着油田的开发，油层水淹越用越严重，为了控制油层出水，对高含水油层进行深 度调剖是一条可行的途径。针对这种情况，研制了碱土复合深度调剖剂。通过实验研究 发现，碱土和普通土中的矿物组成不同引起了体系的性能不同，碱土中粘土含量为6 ， 在淡水中完全膨胀时间3 0 m i n 左右，在聚合物溶液中完全膨胀时间大约l o o m i n 。激光 法分析表明，碱土砂粒直径范围为4 2 0 p m o 2 4 i r a ，小于7 4 岬的含量为6 7 7 。不同 土含量的悬浮液在相同时间下，土含量大的沉降率大。土在清水中沉降速度比在聚合物 溶液中快。相同条件下普通土比碱土沉降率大。 通过对碱土性质的研究，确定了碱土复合深度调剖剂的基本配方，根据大庆的地质 条件，可制备出延缓交联凝胶。在p h 值7 9 ，温度5 0 时，凝胶粘度大于3 1 0 4 n l p a s ， 且热稳定性好。 利用人造岩心评价碱土调剖剂对岩心的封堵效率，碱土体系段塞大小对岩芯的封堵 效率有很大的影响，岩芯的最大封堵效率与段塞大小之间的关系为：s = 4 3 5 3 1xi n ( k ) + 1 4 7 2 9 。从封堵效果看，随碱土体系的浓度增加，封堵效率增加，同时体系的耐冲刷 效果延长。根据最低封堵效率8 0 要求，段塞浓度至少达到1 0 ，实际使用中取1 5 合适。随碱土体系的颗粒目数的增加，封堵的效率增加，耐冲刷性能提高，碱土体系目 数以小于8 0 目为合适，段塞浓度1 5 效果最好。同样的碱土体系随岩芯的渗透率的增 加封堵效率降低。根据拟合，得到0 2 5 p v 下的封堵效率与岩芯的渗透率关系为：s = 1 2 0 2 e _ 0 删埽。随岩芯渗透率的增加，碱土体系的注入量增加。根据拟合，需要的碱土 体系的注入量与岩芯渗透率关系为：o = 0 2 7 9 6 x l n ( k ) 一1 4 8 4 3 。 选择葡北区块l 口注水井进行深度调剖，从吸水剖面来看，调剖井点油层纵向上动 用差异大。葡1 6 和葡1 8 1 是主要的吸水层位。根据室内实验结果和该井的具体情况，采 用段塞式注入方式，根据数值模拟结果，调剖后注水井连通的4 口油井预计累计增油 2 1 2 2 t 。若原油价格按7 5 0 元吨计算，调剖后多增加收入为1 5 9 1 5 万元，调剖总的投 入成本为3 2 5 5 7 万元，投入产出比为1 ：4 8 9 ，具有较好的经济效益。 主题词：碱土，调剖剂，颗粒粒径，堵塞效率，凝胶粘度，吸水剖面，注水井 盔壅互垫兰堕三堡堡主童些兰竺丝奎 t h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no f t h ea l k a l i c l a yc o m p l e xd e p t h p r o f i l em o d i f i c a t i o n a bs t r a c t w i t ht h ee x p l o i t a t i o no f t h eo i l f i e l d ，t h ew a t e rf l o o do f o i lf o r m a t i o nw a sm o r ea n dm o r e w o r s e i no r d e rt oc o n t r o lt h ew a t e ro fo i lf o r m a t i o n ，t h ed e p t hp r o f i l em o d i f i c a t i o no fh i 曲 w a t e ro i lf o r m a t i o ni sav i a b l em e t h o d a i ma tt h i si n s t a n c e ，t h ea l k a l ic l a yc o m p l e xd e p t h p r o f i l em o d i f i c a t i o nw a sd e v e l o p e d i tw a ss h o w nt h o u g h tt h ee x p e r i m e n tt h a t 也ed i f f e r e n to f m i n e r a lc o m p o s eo ft h ea l k a l ic l a ya n dc o m m o nc l a yc a u s e st h ep e r f o r m a n c ed i f f e r e n t t h e c l a yc o n t e n to fa l k a l ic l a yi s6 t h ec o m p l e t e n e s ss w e l l i n gt i m ei nt h e 呜s hw a t e ri sa b o u t 3 0 r a i n 孤ec o m p l e t e n e s ss w e l l i n gt i m ei nt h ep o l y m e rs o l u t i o ni sa b o u tl o o m i n i tw a s s h o w nt h o u g h tt h el a s e ra n a l y s i st h a tt h ed i a m e t e ro fa l k a l ic l a yg r a i n i sa b o u t 4 2 0 1 m a - 0 2 4 1 m aa n dt h ec o n t e n tt h a tt h ed i a m e t e ri ss m a l l e rt h a n7 4 p r oi sa b o u t6 7 7 f o r t h es u s p e n d e ds o l u t i o no fd i f f e r e n tc l a yc o n t e n t ，t h em o r eo fc l a yc o n t e n tt h eb i g g e ro f s e d i m e n t a t i o nr a t ea tt h es a m et i m e t h ec l a ys e d i m e n t a t i o nv e l o c i t yi nt h ef r e s hw a t e ri s f a s t e r t h a nt h a ti nt h ep o l y m e rs o l u t i o n a tt h es a r n ec o n d i t i o n , t h es e d i m e n t a t i o nr a t eo f c o m m o nc l a yi sb i g g e rt h a nt h a to f a l k a l ic l a y w i t ht h er e s e a r c ho fa l k a l i c l a yc h a r a c t e r , t h eb a s i cp r e s e r i p t i o no ft h ea l k a l ic l a y c o m p l e xd e p t hp r o f i l em o d i f i c a t i o nw a sd e t e r m i n e d a c c o r d i n gt ot h eg e o l o g yc o n d i t i o no f d a q i n g0 i m e l d t h ew a i t i n ge r o s s l i n k i n gg e lw a sp r e p a r e d a tt h ec o n d i t i o nt h a tt h ep hv a l u e i s7 9a n dt h et e m p e r a t u r ei s5 0 c ，m eg e lv i s c o s i t yi sb i g g e rt h a n3 1 0 4 m p a sa n di th a s b e t t e rh e a ts t a b i l i t y u s i n gt h em a nm a d ec o r n , t h et o mb l o c k 叩e f f i c i e n c yo ft h ea l k a l ic l a yc o m p l e xd e p t h p r o f i l em o d i f i c a t i o nw a sd e t e r m i n e d t h es e c t i o no f t h ea l k a l ic l a yh a sg r e a t e ri n f l u e n c et ot h e c o mb l o c k - u pe f f i c i e n c y w i t ht h er e s e a r c ho fa l k a l ic l a yc h a r a c t e r , t h eb a s i cp r e s c r i p t i o no f t h ea l k a l ic l a yc o m p l e xd e p t hp r o f i l em o d i f i c a t i o nw a sd e t e r m i n e d a c c o r d i n gt ot h eg e o l o g y c o n d i t i o no f d a q i n go i l f i e l d ，t h ew a i t i n gc r o s s l i n k i n gg e lw a sp r e p a r e d a tt h ec o n d i t i o nt h a t t h ep hv a l u ei s7 9a n dt h et e m p e r a t u r ei s5 0 。c t h eg e l v i s c o s i t yi sb i g g e rt h a n3 1 0 4 m p a - sa n di th a sb e t t e rh e a ts t a b i l i t y u s i n gt h em a nm a d ec o r n ，t h ec o r nb l o c k - u pe f f i c i e n c yo f t h ea l k a l ic l a yc o m p l e xd e p t h p r o f i l em o d i f i c a t i o nw a sd e t e r m i n e d t h es e c t i o no f t h ea l k a l ic l a yh a sg r e a t e ri n f l u e n c et ot h e c o r nb l o c k - u pe f f i c i e n c y t h er e l a t i o n s h i po fm a xc o r nb l o c k - u pe f f i c i e n c ya n ds e c t i o ni ss = u 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 4 3 5 3 1 i n ( k ) + 1 4 7 2 9 f r o mt h ec o l d _ b l o c k - u pp u r p o s e t h ec 0 1 t ib l o c k - u pe f f i c i e n c ya n d t h ea n t i e r o d ea b i l i t yi n c r e a s e dw i t ht h ec o n c e n t r a t i o ni m p r o v e m e n to fa l k a l ic l a y a c c o r d i n g t h a tt h el o w e s tc o r nb l o c k - u pe f f i c i e n c yi s8 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs e c t i o ni s10 a tl a s t i n p r a c t i c e ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs e c t i o ni s15 t h et o mb l o c k - u pe f f i c i e n c ya n dt h ea n t i - e r o d e a b i l i t yi n c r e a s e dw i t l lt h ed i a m e t e ri m p r o v e m e n to fa l k a l ic l a yg r a i n t h eb l o c k - u pe f f i c i e n c y i sb e t t e rw h e nt h ed i a m e t e ro fa l k a l ic l a yg r a i ni ss m a l l e rt h a n8 0m ua n dt h ec o n c e n t r a t i o no f s e c t i o ni s15 t h eb l o c k - u pe f f i c i e n c yd e c r e a s ew h e nt h et o mp e r m e a b i l i t yi n c r e a s e su s i n g t h es a r f l ea l k a l ic l a y f r o mt h ei m i t a t i o n ，t h er e l a t i o n s h i po ft h eb l o c k - u pe f f i c i e n c ya t0 2 5 p v a n dt h ec o r np e r m e a b i l i t yi ss = 1 2 0 2 e o0 0 1 8 k 晰t i lt 1 1 ei m p r o v e m e n to f t h ec o r np e r m e a b i l i t y , t h ei n j e c t i o no fa l k a l ic l a yi n c r e a s e s f r o mt h ei m i t a t i o n ，t h er e l a t i o n s h i po ft h em j e c t i o na n d t h ec o r np e r m e a b i l i t yi sq = 0 2 7 9 6 x l n ( k ) - - 1 4 8 4 3 o n ei n j e c t i o nw e l lw a sc h o s et op u tu pd e p t hp r o f i l em o d i f i c a t i o n f r o mt h ew a t e r f o r m a t i o n ，t h ep o r t r a i tu s i n gd i f f e r e n c eo f t h ep r o f i l em o d i f i c a t i o nw e l li sb i g g e r t h ep u1 6 a n dp u1 8 a r em a i na b s o r bf o r m a t i o n a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n tr e s u l ta n dt h ew e l l p o s s e s sc o n d i t i o n ，t h es e c t i o ni n j e c t i o nm e t h o dw a sc h o s e f r o mt h er e s u l t so fd a t ai m i t a t i o n ， t h et o t a lo i lo f4o i lw e l l sw h i c hc o n n e c tt ot h ei n j e c t i o nw e l li n c r e a s e2 1 2 2 ta f t e rt h ep r o f i l e m o d i f i c a t i o n w h e nt h eo i lp r i c ei s7 5 0y u a n t t h ei n c r e a s e di n c o m ei s1 5 9 1 5 0 0y u a n t h e d e v o t i o nc o s to ft h ep r o f i l em o d i f i c a t i o ni s3 2 5 5 7 0y u a n t h er a t i oo fd e v o t i o nc o s ta n d i n c r e a s e di n c o m ei s1 ：4 ：8 9a n dh a sb e t t e re c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s ：a l k a l ic l a y ；t h ep r o f i l em o d i f i c a t i o n ；g r a i nd i a m e t e r ；b l o c k - u pe f f i c i e n c y ；g e l v i s c o s i t y ；w a t e rf o r m a t i o n ；i n j e c t i o nw e l l i i i 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章绪论 1 1 注水井化学调剖剂的发展现状 由于油层的非均质，注入油层的水，通常有8 0 一9 0 的量为厚度不大的高渗透层 所吸收，致使注入剖面很不均匀。为了发挥中低渗透层的作用，提高注入水的波及系数， 就必须向注水井中注入调剖剂，按调剖剂的作用原理、使用条件和注入方式的不同，可 将其分为三类【1 3 】： 1 1 1 固体颗粒调剖剂 在水驱油过程中，地层受注入水冲刷所产生的孔道属于次生孔道。在这些孔道中， 孔径超过3 0 | lm 的孔道称为大孔道。在油田开发的中后期，地层会产生这些大孔道， 使注入水主要沿其窜流，降低了注入水的利用率。利用固体颗粒封堵大孔道具有原料来 源丰富易得、价廉、耐温、耐盐、抗剪切、强度大、稳定性好和易施工等特点。 1 、单液法【4 】 单液法调剖常用的固体颗粒有两类： ( 1 ) 非膨体型 常用的有石英粉、粉煤灰、氧化镁、氧化钙、碳酸钙、硅酸镁、硅酸钙、水测5 1 、 膨润土等，可将其分散在水中或悬浮在水玻璃、泡沫或聚合物中，直接注入地层的大孔 道内，封堵大孔道和高渗透层。如将2 的水玻璃和1 5 的石灰粉配制的悬浮液体注入 地层，通过石灰粉在孔隙内的沉积和吼道处的桥塞作用对地层造成物理堵塞，从而降低 大孔道或高渗透层的渗透率，迫使注入水进入原低渗透层，扩大注入水的波及系数，提 高驱油的效果。 ( 2 ) 水膨体型 这是一种适当交联、遇水膨胀但不溶解的聚合物颗粒。使用时将它分散在油、醇或 饱和的食盐水中携带至地层孔隙中，几乎所有适当交联的水溶性聚合物都可制成水膨体 型颗粒，如聚丙烯酰胺水膨体、聚乙烯醇水膨体、聚氨酯水膨体、丙烯酰胺一淀粉水膨 第1 章绪论 体、丙烯酸一淀粉水膨体等。如水膨体型聚丙烯酰胺遇水后体积逐渐增大，最终可达原 来体积的1 7 , - - 5 0 倍，并有良好的稳定和保水性，吸水后相对密度接近于1 ，容易被水携 带进入地层，注入地层通过体积膨胀，能有效的封堵地层裂缝和大孔道。 2 、双液法 该法是向注水井地层依次注入含量为1 0 的膨润土悬浮液( 第一反应液) 、隔离液 ( 水) 和第二反应液。然后由注入水将两种工作液推至地层深处相遇，产生絮凝，堵塞 大孔道，达到调剖的目的。目前，常用的第二反应液有：( 1 ) 浓度为4 0 0 m g l 的水解 聚丙烯酰胺( h p a m ，相对分子量大于4 0 0 万，水解度大于2 0 ) ；( 2 ) 木质素磺酸钙 复合堵剂( 配方为：木质素磺酸钙3 * 0 - - 6 ，聚丙烯酰胺0 7 - - 1 1 ，氯化钙o 7 扣1 1 ， 重铬酸钠1 0 - - 1 1 ) ；( 3 ) 铬冻胶堵剂( 配方为：h p a m 0 4 加8 ，重铬酸钠 0 0 5 加0 9 ，硫代硫酸钠0 0 4 5 加1 3 5 ) 。 ( 1 ) 钠土悬浮体水解聚丙烯酰胺( h p a m ) 溶液的调剖机理【q 钠土悬浮体 玎) a m 溶液主要是通过两种机理起到调剖作用： 积累膜机理：积累膜是指交替用两种工作液处理表面后所产生的多层膜。可用精密 的扭力天平证实积累膜的形成。若恒温下交替用4 0 0 m g l 的h p a m 溶液和5 的膨润土 交替处理玻璃片，就可以看到玻璃片的重量的递增现象，见图1 1 中的曲线l 。 - 处理魂效 图卜1 玻璃片上粘土积累膜的形成 f i g l 一1 t h ef o mo fc l a ya c c u m u l a t i o nf i l mo l lt h eg l a s sp a t c h 由图中可见，随着处理次数的增多，积累膜的质量越来越大，说明有积累膜形成。 如果用水代替4 0 0 m g l 的h p a m 溶液，重复此实验，就没有这种现象( 见图1 - 1 中的 曲线2 ) 。在图中的处理次数中，单数是指用4 0 0 m g l 的h p a m 溶液或水处理，双数是 指用5 的膨润土处理。 若用多单元的粘土双液法处理地层，两种工作液在地层的大孔道表面交替接触，就 可形成粘土的积累膜，从而降低大孔道地层的渗透性【7 1 。 絮凝机理：当钠土颗粒与h p a m 溶液相遇时，h p a m 的亲水基团与钠土颗粒表面 的羟基通过氢键产生桥接，形成粘土絮凝体，见图1 2 。 一量盛嚣暑叠峰蒜 j 暑n9 夕：十吖一寸 牯士hpam 微颦鼍俸 图卜2 h p a i v l 对粘土的絮凝作用 f i g l 一2 t h ef l o c c u l a t i o na c t i o no fp a i dt o e l a y ( 2 ) 钠土悬浮体一木钙复合堵剂或铬冻胶的调剖机理 由于该体系中有未被交联的物质，所以除存在上述两种调剖机理外，还有下面两个 调剖机理： 偶合机理 由于冻胶一木钙复合堵剂和铬冻胶是由铬的多核羟桥络离子交联而成，所以在交联 点上冻胶带正电，它可与表面带负电的粘土颗粒通过静电作用偶合起来，提高了堵剂的 图1 3 冻胶的交联点与粘土颗粒的，| 禺合 f i g1 3 t h e c r 。s s l i n k i n gp o i n t 。fg e la n dc 。i n c i d e n c e 。fc l a yp a t i c a l s 毛管阻力机理 、。冻胶与水之间存在界面，当水通过吼道时产生毛管阻力，其大小可由l 印l a c e 公式 计算： 。一一 肌仃峙+ 专 式中：p 毛管阻力： o 界面张力： r l 、r 2 通过大孔道的冻胶界面的主曲率半径。 + 曲佃由主兰圭竺兰竺雾：篓地层大孔道的孔径减小，所以r l 、r 2 随着减小，毛管阻力 增加，提高了堵剂的封堵能力。 。 1 1 2 单液法调剖剂 第l 章绪论 1 、硅酸溶胶例 硅酸溶胶是一种典型的单液法堵剂，在处理时将调剖剂注入地层，经过一定的时间， 硅酸溶胶变成硅酸凝胶，将高渗透层堵住1 9 】。 硅酸溶胶是由水玻璃和活化剂反应而成。水玻璃又名硅酸钠，分子式为 n a 2 0 m s i 0 2 ，式中m 为模数( 即水玻璃中s i 0 2 摩尔数与n a 2 0 摩尔数之比) 。模数一 般在l 4 的范围，水玻璃的性质随着模数而改变。模数越小，水玻璃碱性越强，越容易 溶解。活化剂是指那些可使水玻璃先变成溶胶而随后变成凝胶的物质，活化剂分为两类： ( 1 ) 无机活化剂：如盐酸、硝酸、硫酸、氨基磺酸、碳酸铵、氯化铵、硫酸铵、 磷酸二氢钠等。 ( 2 ) 有机活化剂：如甲酸、乙酸、乙酸铵、甲酸乙酯、乙酸乙酯、氯乙酸、三氯 乙酸、草酸、柠檬酸、甲醛、苯酚、苯二酚等。 单液法用的硅酸溶胶通常用盐酸做活化剂，其反应如下： n a 2 0 m s i 0 2 + 2 h c l 1 i l s i 0 2 + h 2 0 + 2 n a c i 由于制备方法不同，可以得到两种硅酸溶液，即酸性硅酸溶液和碱性硅酸溶液。前 者是将水玻璃加到盐酸中制得，因反应在h + 过剩的情况下发生，它应形成如下图的( i ) 所示的结构，胶粒表面带正电荷。后者是将盐酸加到水玻璃中制得，因为反应是在硅酸 根过剩的情况下发生，它应形成如下图的( i i ) 所示的结构，胶粒表面带负电荷。 图卜4 硅酸溶胶结构图 f i g1 4t h es t r u c t u r ef i go fs i l i c i ea c i dg e l 硅酸凝胶主要的缺点是胶凝时间短( 一般小于2 4 小时) ，而且地层温度越高，它的 胶凝时间越短。为了延长胶凝时间，可用潜在酸活化。此外，硅酸凝胶缺乏韧性，也限 制了它在油田上的应用。 2 、聚合物类 ( 1 ) 聚合物地下交联调剖1 e l 该方法是将一定浓度的聚合物溶液与交联剂混合后注入地层，在地层温度下进行交 联反应生成冻胶封堵高渗透层。 部分水解聚丙烯酰胺( h p a m ) 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 h p a m 对油和水有明显的选择性，它降低油的渗透性最高不超过1 0 ，而降低水的渗 透性可超过9 0 。由于出水层的含水饱和度较高，所以h p a m 较易进入出水层。在出水 层中，h p a m 中的酰胺基一c o n h 。和羧基一c o o h 可通过氢键吸附在砂岩的羟基表面，而不吸 附部分则留在空间堵塞出水层。进入油层的h p a m ，由于砂岩表面为油所覆盖，所以在 油层不发生吸附，因此不堵塞油层。 一般认为h p a m 的堵水机理为粘度、粘弹效应和残余阻力“”。h p a m 溶液的粘度在流 速增加及孔隙度变化的情况下都下降，有利于h p a m 溶液进入地层深度。h p a m 溶液达到 相当高的流速时，就会表现出粘弹效应。残余阻力是堵水作用中最主要的作用，基中包 括吸附、捕集和物理堵塞“4 。 吸附作用：h p a m 以亲水膜的形式吸附在地层岩石表面上，当遇到水时便因吸水而膨 胀，从而降低饱和水地带的相对渗透率。当遇到石油时，则不会膨胀。 捕集作用：由于h p a m 是高分子线性聚合物，它的分子结构柔软( 尤其在高温时) ， 当高速流动时，它变得细长，而且与流向保持一致，因此能够容易地注入地层，但当径 向注入地层后流速减慢时，它便卷曲或呈螺旋状，由此阻止了水相的流动，但这各堵塞 是可以恢复的，只要流速超过i 临界值，这种捕集作用便消失了。 物理堵塞：h p a m 分子链上的活性基团能与地层水中的多价阳离子反应生成凝胶，由 此可限制流体通过多孔介质。 为了防止h p a m 的氧化降解，延长其堵水有效期，可以向h p a m 溶液中加入除氧剂硫 代硫酸钠，其典型配方( 质量) 为：h p a m0 5 1 o ，硫代硫酸钠0 0 3 0 0 5 。 该配方可用于砂岩或碳酸盐岩油井堵水，堵剂配制粘度为3 0 5 0 m p a s ，堵水效率为 7 0 8 0 ，适用井温度为4 0 8 0 。 部分水解聚丙烯腈( h p a n ) “ 部分水解聚丙烯腈( h p 月t n ) 结构中的羧基能与地层中的多价阳离子钙、镁、铁生成丙 烯酸盐沉淀，堵塞地层孔道，控制了水的流动。而油层中不含有多价金离子，故不能生 成多价金属盐沉淀，在油井生产时随油流带回地面，因而具有选择性封堵作用 h p a n 用于高矿化度的地层堵水时，在注入h p a n 溶液的前沿液和后置液中交替补注 一些多价金属盐溶液，例如氯化钙、氯化亚铁、硝酸铅等溶液，以增加沉淀量，提高时 堵效果。反应生成物为稳定的絮状物，可有效地堵塞出水层，其基本配方( 质量) 为： 甲液为浓度6 5 8 5 的h p a n 溶液，乙液为浓度2 0 3 0 c a c i ：水溶液，丙液是隔离 液，为轻质原油或柴油，配比( 体积) 为：甲液：乙液：丙液= 2 ：1 ：1 。适用于砂岩同层堵水， 处理层温度为4 0 9 0 。 在h p a n 溶液中添加磷酸氢二钾( k ：h p o 。) 或磷酸二氢钾( k 2 h p o , ) 可进行单液法堵 水，由于k d - i p o t 或k h z p o o 可与地层水中的多价金属阳离子作用，生成酸式磷酸盐固体沉 淀，并与h p a n 的多价金属盐沉淀混合在一起，其封堵效果显著。常用的配方( 质量) 为：k ：h p o 。5 2 0 ，h p a m5 1 0 。 第l 章绪论 p a m 一六次甲基四胺一间苯二酚冻胶 该调剖剂的反应机理是：六次甲基四胺在酸性介质这加热产生甲醛： r c h 2 ) o n 4 + 6 h 2 0 + 4 n h 3 + 6 h c h o 由聚丙烯酰胺删、六次甲基四胺( c h ：) 6 4 、苯酚c 6 h ，o h 三种原料制备调剖剂 是以聚丙烯酰胺一酚醛树脂为主要成分的复合凝胶体，此外，还有部分酚醛树脂、甲撑 基聚丙烯酰胺凝胶等o “。 甲醛是六次甲基四胺受热缓慢释放出来的，因而延长了体系中的交联时间，有利于 大剂量处理，而且，凝胶中的网状导入了芳香环，提高了热稳定性。该调剖剂适合于砂 岩非均质油藏层内调剖，井温6 0 8 0 。 黄原胶冻胶l ”j 黄原胶是由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、乙酰基、丙酮酸等组成“五糖重复单元” 聚合而成的生物聚合物。黄原胶分子中的羧基与多价金属离子c 一、a 1 3 + 等结合而形成 黄原胶冻胶。 这种结合是一种弱结合方式，其冻胶在受到剪切作用时可变稀，当剪切消除后仍 可恢复其交联的强度。这一个显著的特点使其在调剖应用中具有良好的耐剪切性和解堵 性。 ( 2 ) 单体地下聚合调剖【l 刨 由于聚合物溶液的粘度较大，在向地层注入过程中易产生剪切降解，影响其使用性 能。聚合物固体产物的水溶性较慢，在配制时需专门的设备，但其活泼单体的水溶液的 粘度较低，易于泵入地层的深远部位，并进行聚合反应生成冻胶，有效的调整地层吸水 剖面。 a m 一甲撑基双丙烯酰胺冻胶【1 7 1 a m 单体分子中有共扼体系结构，由于羰基吸电子能力强，使c = c 键上的电子云 密度基地，因此很容易在c = c 键上进行自由基型和离子型的连锁加聚反应。在交联剂 存在时，聚合和交联反应同时进行，形成网状结构的高粘聚合物， 该调剖剂的典型配方( 质量) 为：a m3 5 o - 5 、引发剂过硫酸盐0 0 0 8 - 4 ) 0 2 、 交联剂甲撑基双丙烯酰胺o 0 1 5 , - - 0 0 3 、阻聚剂铁氰化钾0 0 0 5 ，适宜于3 0 c 9 0 的油层注水井调剖。 a m 一过硫酸铵调剖荆1 8 1 a m 单体在引发剂过硫酸铵作用下，生成p a m 聚合物，而交联剂重铬酸钠在酸性 水溶液中先与水络合、水解、羟桥作用产生多核羟桥络离子，多核羟桥络离子与p a m 进行交联反应生成冻胶，该调剖剂的典型配方( 质量) 为：a m4 - 5 、引发剂过硫 酸盐0 2 - 4 ) a 、交联剂重铬酸钠0 0 5 4 ) 1 ，适宜于5 0 c “8 0 c 的砂岩地层注水井 调剖1 1 9 1 。 6 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 1 2 注水井调剖工艺条件和效果评定 1 2 1 选井 砂岩油层注水井调剖和封堵大孔道选井条件如下： ( 1 ) 位于综合含水高，采出程度较低、剩余饱和度较高的开发区块的注水井； ( 2 ) 与井组内油井连通状况好的注水井； ( 3 ) 吸水与注水状况良好的注水井： ( 4 ) 吸水剖面纵向差异大的注水井： ( 5 ) 注水井固井质量好、无串槽和层间串漏现象。 1 2 2 调剖剂用量计算 处理半径由下列公式求得： f l n r , c f q 一1 ) 】+ 1 n r 。( r r f 一) 】 7 ：x p 面f 丁一 式中：r a _ 一处理半径，m ； r e - 注水并注水影响半径或采油井泄油半径，m r r f 一剩余阻力躲描 f 卜处理前后注水能力( 或产率) 之比； 式中：q 日注入量或日产液量。m a d ； k 、p 。处理前后的开采( 注水) 压差，p a 九流体的流动度( k | 1 ) ，1 tm 2 m p a s ： a v g 一流体的平均流动度： k 不处理带的水的有效渗透率，um 2 ； u 水的粘度，m p a s ； 土 上生毒 第l 章绪论 l n ( ) 2 写再 五 。 旯 、。 式中：n 】v 一井眼半径，m ； 用下面公式计算调剖剂的处理体积： k = 群 矿 式中：v _ 一处理体积，m 3 ；r a _ 处理半径，m ； h 一处理层厚度，1 1 1 ： 由处理层孔隙度，。 1 2 j3 砂岩油层注水井调剖效果评定 1 、砂岩油层注水井调整吸水剖面是否有效的确定 2 0 2 3 】 注水井经过调剖措施以后，本井变化情况符合下列三项条件之一者为有效： ( 1 ) 处理层吸水指数较调剖前下降5 0 以上； ( 2 ) 吸水剖面发生明显合理的变化，高吸水层降低吸水量，低吸水层增加吸水量 在1 0 以上： ( 3 ) 压降曲线明显变缓。 2 、砂岩油层注水井调整吸水剖面的成功率和有效率 ( 1 ) 注水井调剖现场施工技术符合调剖井设计技术要求的井次与调剖总井次数之 比为注水井调剖的成功率。经调剖措施施工的注水井中，有效井次与总调剖井次数之比 为注水井调剖有效率。 ( 2 ) 调剖施工注水井相对应的油井中，有效井数与总对应油井数之比为对应油井 见效率。 1 3 大庆油田面临的问题及本课题研究的主要内容 1 3 1 大庆油田面临的问题 8 大庆油田是我国的主要生产原油基地，按照“高水平、高效益、可持续发展”的油 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 田开发方针，坚持以经济效益为中心，以“三个攻关”为重点、以“三个控制”为目标， 大力发展实用工艺技术，使采油工程技术工作适应了油田可持续发展的需要。 化学调剖作为机械注水工艺的有力补充和完善，为进一步细分挖潜提供了一种新的 技术手段，根据研究结果，注水井细分注水划分层段的最低界限为：层段内油层渗透率 级差小于4 ，层段内小层数少于8 个，油层厚度小于4 m 。机械细分工艺受其自身应用 条件、隔层的条件、井况条件、固井条件等因素的限制，难以达到细分注水最低界限的 要求，将机械细分工艺和化学调剖有机的结合起来，能够较好的解决进一步细分注水的 问题。 通过应用实践证明，化学调剖技术在分层注水中能起到以下作用 2 4 。5 j ： 一是通过化学调剖，可以较好的解决笼统注水井由于隔层小、井况差而无法分层注 水所造成层间矛盾突出的问题，通过降低高渗透层的吸水量，来进一步改善差油层的动 用状况。如南2 3 水1 3 3 井，全井射开1 5 个小层，射开砂岩厚度1 5 6 m ，有效厚度5 8 m , 由于各小层分布密集，层间隔层厚度小而笼统注水。根据吸水剖面显示，全井主要吸水 层萨i i l 扣萨i i l 2 的吸水百分数高达7 6 6 ，由此干扰了其它层几乎不能吸水动用。对 该井实施化学调剖后，有效的改善了吸水剖面，使主要吸水层的吸水百分数下降了5 9 6 1 个百分点，低渗透层吸水百分数上升了2 6 9 5 个百分点，新增吸水层4 个，增加砂岩吸 水厚度2 0 m ，有效厚度1 0 m 。 二是通过化学调剖，可以较好的解决分注水井中层段内的层间矛盾，通过注水层段 内的吸水剖面调整，来进一步发挥差油层的作用。如高1 7 1 5 3 3 井，该井分4 个层段注 水，其中的高i i l 5 1 5 层段共有1 0 个分布密集的小层，调剖前只有两个层吸水，主要吸 水层高 j i l l 1 2 层的层段相对吸水量达9 0 9 ，受其干扰，层段内其它层几乎不吸水； 调剖后，高i t i l l - 1 2 层的层段相对吸水量下降到3 6 4 ，其它层段吸水量由9 1 上升到 6 3 6 ，新增吸水层5 个，增加砂岩吸水厚度7 9 m ，有效厚度1 3 m 。 三是通过化学调剖，可以较好的解决厚层内部的层间矛盾，通过降低高吸水部位的 吸水量，实现层内吸水剖面的进一步调整。1 9 9 9 年，萨南开发区针对厚油层受沉积韵 律控制，层内各部位吸水状况存在较大差异的问题，有针对性的对7 口井的葡1 2 厚油 层进行了层内调剖，调剖后，层内吸水剖面得到了明显的调整，相对低吸水部位的葡1 2 1 单元的吸水砂岩厚度比例提高了1 4 6 个百分点，葡1 2 2 单元提高了5 6 个百分点，相对 高吸水部位的葡1 2 3 单元下降了2 3 2 个百分点。 1 3 2 本课题研究的主要内容 化学调剖作为机械注水工艺的有力补充和完善，在大庆油田得到了广泛的应用，但 9 第1 章绪论 作一种较好的调剖剂必须具备良好的性能和较好的投入产出比。通过大量的实验研究， 本论文提出了一种适合于大庆油田使用的碱土调剖剂。碱土调剖剂也称为粘土胶调剖 剂，是由碱土和少量助剂与水混合生成的溶胶悬浮体系( 属于多级颗粒分散体系) 。粘 土胶可用于中高渗透层的堵水、调剖和驱油，并且在油田现场应用中已取得明显技术经 济效果，但用于油层深度调剖仍在研究阶段。碱土调剖剂具有增粘，热稳定好，耐盐， 抗剪切，材料易得，费用低，配制、泵入工艺简单，易于大剂量施工和见效快等特点1 2 6 2 趴。碱土复合段塞深度调剖体系在技术上是对单一段塞粘土胶调剖剂的发展，是对深度 调剖的探索。本论文研究的主要内容就是通过对碱土、普通土和膨润土的分析研究，提 出了价格相对低廉、性能良好的碱土调剖剂，对其性能在室内进行评价，对其作用机理 进行了详细的分析，并且在大庆油田进行推广应用，通过数值模拟，表明碱土调剖剂具 有良好的性能。 0 第2 章碱土复合深度调剖剂性能测试 2 1 普通土、碱土复合调剖剂的物化特性测试 2 1 1 测试方法 1 、主要原料 普通土a ，碱土b ，膨润士，大庆膨润土粉厂提供。 配制用水：淡水为普通淡水，p h = 7 ；污水为大庆油田水，p h = 8 2 。 化工原料：聚合物，交联剂，助剂，大庆庆田油化助剂中试厂提供a 2 、测试方法 ( 1 ) 膨胀率测试：在刻度量筒中进行，方法是先将规定量土加入容器内墩实，再 将膨胀液沿内壁均匀快速浸入，记录不同时间土的体积变化，计算出膨胀率。 ( 2 ) 沉降率测试：在刻度量筒中进行，方法是先将量筒内加入定量组分沉降液， 再将需要量的土加入，摇匀后静止观测土不同时间下沉体积，计算出沉降率。 ( 3 ) 比重测试：采用天平比重计测定，在配液3 h 以内测试。 ( 4 ) 粘度测试：采用m o d e l d v - i i 布氏粘度计测定，在配液3 h 以内测试。 ( 5 ) 粒径测试：筛分法、激光粒度法。 ( 6 ) 碱土成分测定：x 射线衍射分析。 2 1 2 普通土、碱土膨胀率测试 l 、不同水质中土的膨胀率 选择普通土a ，碱土b ，分别加入淡水和1 0 0 0 m g l 的n a 2 c o s 溶液，测定不同土 含量下的膨胀率，实验结果如表2 1 所示。 表2 - 1 不同水质中土体积 t a b l e2 - 1t h ec l a yv o l u m ei nd i f f e r e n tw a t e r 不同土含量( ) 下的体积( m l ) 水质土类型 345681 0 b 2 83 64 25 5 6 8 9 淡水 a2 63 24 15 - 36 68 9 n a 2 c 0 3 溶液 b2 63 54 05 46 78 8 1 0 0 0 m g l a2 53 33 95 16 58 6 第2 章碱土复合深度调剖剂性能测试 测试结果表明：在淡水中或碳酸钠溶液中，无论土含量大小，都无明显膨胀现象。 在淡水中，b 土体积略高于a 土，相同量土在碳酸钠溶液中的体积略低于淡水中。 2 、土在聚合物溶液中膨胀率 选择普通土a ，碱土b ，将土加入到油田水配制的聚合物溶液中，由于聚合物的吸 附产生絮团，沉降土体积增大，有膨胀现象，随聚合物含量增大，膨胀率增大，如图 2 1 ，图2 2 所示。 土含量( ) 图2 - 1a 土在油田水配制的聚合物溶液中的膨胀率 f i g2 - 1 t h es w e l1i n gr a t eo fac l a yi np a ms o l u t l o n 零 得 餐 壁 土含量( ) 图2 - 2 b 土在油田水配制的聚合物溶液中的膨胀率 f i g2 - 1 t h es w 0 1 l i n gr a t eo f bc l a yi np a ms o l u t i o n 3 、膨胀率与时间关系 选择6 的a 、b 土，分别在2 0 0 0 m g l 聚合物溶液和淡水中测定膨胀率与时间关 系，实验结