有机铬_活性酚醛树脂交联聚合物弱凝胶及其在濮城油田调驱中的应用_蒲万芬.pdf

第 21 卷第 3 期油 田 化 学Vol 21 No 3 2004 年 9 月 25日Oilfield Chemistry25 Sept 2004 文章编号 1000 4092 2004 03 0260 04 有机铬 活性酚醛树脂交联聚合物弱凝胶 及其在濮城油田调驱中的应用 蒲万芬1 周 明2 赵金洲2 罗宪波2 杨 燕2 王加印3 1 西南石油学院石油工程学院 四川 成都 610500 2 西南石油学院研究生院 四川 成都 610500 3 中国石化中原油田分司采油二厂 河南 濮阳 457532 摘要 实验研究了用污水配制 可在 58 120 使用 室温粘度 2 5 5 0 Pa s 的聚合物弱凝胶调驱剂的配方 所用 聚合物HPAM 的分子量 1 8 107 水解度 25 交联剂为有机铬与活性酚醛树脂复合物 与 HPAM 在水溶液中形 成的弱凝胶具有互穿聚合物网络结构 配液用水为中原濮二联污水 矿化度 153 g L 含 Ca2 3 2 g L 含 Mg2 0 25 g L 弱凝胶中 HPAM 浓度用作主段塞时为 1 2 g L 用作保护段塞时为 1 0 g L 1 2 g L HPAM 0 5 g L 有机 铬 0 8 g L 酚醛树脂 稳定剂溶液 90 成胶时间 134 h 90 老化时间 凝胶保持完整 不脱水 90 d 90 老化 90 d 后粘度保持率 90 在岩心上测得阻力系数和残余阻力系数分别为 15 4 和 56 9 剪切后粘度下降到 45 3 mPa s 放置 1 d 后恢复到 186 7 mPa s 考察了 HPAM Cr3 酚醛树脂浓度的影响 简述了 pH 值 HPAM 分子量 和水解度 成胶温度的影响 介绍了用该弱凝胶在濮城油田 2口注水井调驱 对应 6 口油井的增产情况 图 3 表 4 参 7 关键词 弱凝胶 HPAM Cr3 酚醛树脂成胶体系 配方研究 高矿化度污水 耐热性 热稳定性 调驱 中图分类号 TE357 46 TE39 O648 17 文献标识码 A 注水井调剖在借鉴了聚合物驱油技术之后 已 从小剂量的近井地带剖面调整发展到较大剂量的弱 凝胶调驱 调剖并驱替 1 3 弱凝胶是低浓度聚 合物与交联剂在溶液中形成的可流动的凝胶体系 本文报道用矿化度高达 1 53 105mg L 的油田污 水配制的有机铬 活性酚醛树脂交联的聚合物弱凝 胶及其在中原濮城油田中高温油藏的调驱结果 1 实验材料和方法 聚合物 法国 SNF 公司生产的 HPAM 3630s 分子量 1 8 107 水解度 25 交联剂 铬交联剂和活性酚醛树脂交联剂均为 室内自制品 配液 驱替用水 中原油田采油二厂濮二联合站 污水 CaCl2型 矿化组成见表 1 凝胶粘度测定 使 用美国 Brookfield 公司生的 DV Rheometer 流 变仪 CPE 40 转子 在室温下测定 表 1 濮二联污水矿化组成 矿化度 mg L 1153 064Cl mg L 172 913 Na K mg L 168 312SO2 4 mg L 12 189 Ca2 mg L 13 212HCO 3 mg L 1 6 227 Mg2 mg L 1 247CO2 3 mg L 164 成胶时间 聚合物 交联剂 污水体系在实验温 度下粘度升到大体稳定的值所需的时间 老化时间 凝胶在实验温度下保持完整均匀 不 发生失水收缩的时间长度 2 配方优选 2 1 交联剂 聚合物弱凝胶的交联剂主要有 以 Cr3 为代表 的无机和有机体系 醛类或酚醛树脂 柠檬酸铝 4 用濮二联污水配制浓度 1200 mg L 的 HPAM 溶液 加入适量稳定剂 分别加入 4 种交联剂 测定 收稿日期 2002 08 17 修改日期 2003 06 13 2004 05 20 作者简介 蒲万芬 1962 女 副教授 1983 年毕业于西南石油学院油田化学专业 主要从事提高采收率及油田化学添加剂的研究工 作 通讯地址 610500 四川省成都市新都区西南石油学院石油工程学院 90 下成胶时间 弱凝胶粘度和 90 老化时间 结 果列于表 2 从表 2 数据可以看出 在形成的弱凝 胶具有适宜流动性 粘度 2 5 5 0 Pa s 范围 的交 联剂加量下 无机铬交联剂和醛交联体系的成胶时 间短 形成的弱凝胶易老化 而活性酚醛树脂和有机 铬 活性酚醛树脂交联的体系成胶时间较长 符合调 驱要求 在 90 下老化时间均大于 90 d 考虑材料 费用 选用有机铬 活性酚醛树脂复合交联剂 表 2 交联剂筛选实验结果 交联剂体系 交联剂浓度 mg L 1 成胶时间 h 老化时间 d 无机 Cr3 150 23 7 活性酚醛树脂1 600168 90 醛1 6004925 有机 Cr3 活性酚醛树脂 50 800134 90 聚合物浓度 1200 mg L 成胶和老化温度 90 弱凝胶室温粘 度在2 5 5 0 Pa s 范围 有机铬 活性酚醛树脂交联的聚合物水基弱凝 胶 可能具有互穿聚合物网络 IPN 结构 由 Cr3 交 联聚合物网络与酚醛树脂交联聚合物网络相互穿插 而成 图 1 是均匀混合的二维平面 IPN 模型示意 真实的 IPN 多具有微相分离结构 图 1 b 所示为不 均匀混合的二维平面 IPN 模型示意 图 1 均匀混合 图 a 和不均匀混合 图 b 二维平面互 穿聚合物网络 IPN 模型 水溶液中的 HPAM 分子线团与 Cr3 先发生交 联 形成聚合物网络 反应速率较低的活性酚醛树脂 分布于已形成的网络中 与未交联的 HPAM 分子线 团 以及已与 Cr3 交联的 HPAM 分子上的活性基 因 反应或自身发生缩合乃至交联 最终形成互相贯 穿的共混交联聚合物弱凝胶 共混和网络互穿抑制 了不同组成聚合物间的热力学相分离作用 大大提 高了交聚合物凝胶的热稳定性 5 2 2 聚合物浓度 不同浓度HPAM 污水溶液与有机铬 活性酚醛 树脂 50 800 mg L 体系在 90 下反应过程中室温 粘度随时间的变化见图 2 从注入性 形成的弱凝 胶粘度及材料费用等多方面考虑 弱凝胶调驱剂主 段塞的聚合物浓度选择 1200 mg L 保护段寒的聚 合物浓度选择 1000 mg L 3 性能评价及影响因素 3 1 性能评价 1 热稳定性 HPAM 有机铬 活性酚醛树脂 污水弱凝胶在 90 下的老化曲线见图 3 该弱凝胶 在 90 下形成之后的老化过程中 粘度 室温 仅略 有降低 老化至 90 d 时粘度保留率仍在 90 以上 弱凝胶保持均匀 完整 无失水收缩现象 表明热稳 定性良好 2 成胶时间 聚合物浓度 有机铬 活性酚醛 树脂复合交联剂浓度不同 则体系成胶时间不同 这里取实验温度下体系粘度上升到大体稳定的值所 需要的时间为成胶时间 表 3 列出 90 下的一组 实验结果 由表 3 可知 成胶时间在相同聚合物浓 度下随交联剂浓度增大而缩短 在相同交联剂浓度 261 第 21 卷第 3 期蒲万芬 周明 赵金洲等 有机铬 活性酚醛树脂交联聚合物弱凝胶及其在濮城油田调驱中的应用 下随聚合物浓度增大而缩短 通过改变组份浓度 一般可在大约 3 15 d 范围内调节体系的成胶时 间 表 3 聚合物和交联剂浓度对成胶时间的影响 90 交联剂 mg L 1不同 HPAM 浓度 mg L 下的成胶时间 d 有机铬酚醛8001 0001 2001 5001 800 30 600 15 5 10 0 8 0 6 0 4 0 50 8008 06 05 04 03 0 801 0005 54 53 02 01 5 3 阻力系数和残余阻力系数 在岩心上进行 的流动实验结果表明 当聚合物浓度相同时 1200 mg L 聚合物溶液的阻力系数和残余阻力系数分 别为 7 5和 2 5 而有机铬 活性酚醛树脂交联聚合 物弱凝胶的则分别为 15 4 和 56 9 弱凝胶的阻力 系数仅为聚合物溶液的 2 1 倍 而弱凝胶的残余阻 力系数则为聚合物溶液的 23 7 倍 因此 与聚合物 溶液相比 有机铬 活性酚醛树脂弱凝胶具有较高的 流度控制能力特别是液流改向能力 产生这一现象 的原因如下 在形成弱凝胶前 污水溶液中的聚合物 分子线团呈卷曲状 溶液粘度低 在岩心中渗流阻力 相对较低 而形成的弱凝胶中微凝胶团的尺寸要大 得多 在岩心中的机械滞留量和水动力学滞留量均 大大增加 6 4 流变性和剪切恢复特性 聚合物溶液和弱 凝胶都显示假塑性流体的流变特性 有机铬 活性 酚醛树脂交联聚合物弱凝胶的粘度随剪切速率增加 而降低的幅度较聚合物溶液大 主段塞微凝胶在 1000 r min 转速下剪切 10 min 后 粘度降到 45 3 mPa s 放置 1 天后粘度恢复到 186 7 mP s 5 与污水的配伍性 用 NaHCO3型和 CaCl2 型污水配制的 HPAM 有机铬 活性酚醛树脂溶液 都能形成稳定的弱凝胶 配液用水的矿化度可高达 1 5 105mg L 3 2 影响因素 实验研究结果表明 稳定的 HPAM 有机铬 活 性酚醛树脂弱凝胶形成的条件如下 1 考虑到高温 高矿化度应用环境 使用高分 子量 水解度相对不太高的HPAM 如分子量 1 8 107 水解度 20 25 2 溶液 pH 值为 4 10 pH 值越高 则成胶速 度越快 3 成胶温度 58 120 成胶温度越高 则成 胶速度越快 4 聚合物浓度一定时 复合交联剂浓度越大 则成胶速度越快 形成的弱凝胶孔隙阻力因子 7 越 大 5 复合交联剂浓度一定时 聚合物浓度越大 则成胶速度越快 形成的弱凝胶孔隙阻力因子 7 越 大 4 施工工艺技术及结果 4 1 选井原则 调驱注入井的选择依据以下原则 注采井连 通性较好 注水井对应的油井多 油层厚且有一定 的纵向及平面非均质性 油井产液量高 剩余油相 对富足 油藏温度 58 120 油层渗透率大于 50 10 3 m2 4 2 方案设计 根据弱凝胶调驱技术特征 水井吸水剖面以及 对应油井含水率 在施工过程中采用主段塞和后置 段塞 2 个段塞 主段塞发挥封堵高渗透条带 提高 纵向吸水厚度的调驱作用 同时提高平面波及效率 后置段塞的目的是保护主段寨 1 调驱剂用量 室内物理模拟和国内外现场 经验表明 弱凝胶调驱的成功率不仅取决于弱凝胶 本身的性能 而且与注入水质和弱凝胶用量有很大 关系 设计注入量 Q r 2h 式中 r 处理半径 m h 调剖井有效厚度 m 孔隙度 校正系 数 根据该井的地质和动态资料确定 根据上式设计的 2 口注水井弱凝胶调驱剂注入 量如下 2 273 井 主段塞 3700 m3 后置段塞 300 m3 合计 4000 m3 2 281 井 主段塞 4300 m3 后置 段塞 300 m3 合计 4600 m3 2 施工排量及压力 弱凝胶调驱剂挤入排量 不大于 10 m3 h 注入压力不大于 22 MPa 4 2 施工步骤 1 准备 带搅拌器的 10 15 m3池子 2 个 不带搅拌器的 15 20 m 3 池子 1 个 调剖泵及管 汇一套 最好有备用 2 将聚合物和交联剂及所需设备运至井场 拆 井口 接管线 彻底清洗配液池及管线 用注水干线 水配制弱凝胶调驱剂 连接井口配液和挤液管线 按 设计量依次注入主段塞和后置段塞 262 油 田 化 学2004 年 表 4 注水井实施弱凝胶调驱后对应油井增产效果 注水井施工期 年月日油井 产液量 t d 1产油量 t d 1 含水率 10 见效前见效后见效前见效后见效前见效后 增产油量 t 2 2812001 07 11 08 07 3 529 121 3 120 4 3 6 5 7 97 0 95 3256 2 16125 823 84 96 881 277 5112 2 279120 9103 55 410 397 090 0565 2 2732001 07 14 08 062 51537 322 50 63 298 590 3176 2 87123 0122 02 54 398 096 0234 2 134147 1130 31 55 299 096 0389 统计截止日期 2001 10 15 3 注完后置段塞后 从油管正顶替清水 50 m3 4 施工完毕 侯凝 5 天 恢复正常注水 4 4 工艺要求 严格按配方和工艺程序配液 取全取准各项资 料 每隔 1 小时记录挤注压力和排量 1 次 整个注 入过程平稳连续 中途不停泵 排量控制在 10 m3 h 以内 调驱剂注入压力不超过 22 MPa 超过时转注 水 待注水压力下降时再继续注调驱剂 顶替液量不 得少于设计量 4 5 实施效果 在注水井 2 281 和 2 273 注入弱凝胶调驱剂 后 对应的 6 口油井均见到增产效果 详见表 4 从 2001 年 7 月到 10 月 6 口油井产油量上升 单井日 增产油量从 1 8 t 到 4 9 t 不等 含水率则下降 下 降幅度在 1 7 8 2 范围 截止 2001 年 10 月 15 日 6 口井共增产油 1722 t 各井均处于有效增产 期 其中 2 279 2 515 2 134 等 3 口井增产显著 参考文献 1 陈铁龙 蒲万芬 油田稳油控水技术论文集 M 北京 石油工业 出版社 2000 206 215 2 刘翔鹗 油田堵水技术论文集 M 北京 石油工业出版社 1997 112 115 3 Mack J C Smith J E In depth colloidal dispersion gels improve oil recovery efficiency A SPE DOE 9th Symp on IOR C Tulsa USA 1994 SPE 27 780 4 Lockart TP et al A newgelation technology for in depth placement of Cr3 polymer gels for high temperature reservoirs A SPE DOE English Symp on EOR C Tulsa USA Apr 22 24 1992 SPE DOE 24 194 1992 5 王国全 聚合物改性 M 北京 轻工业出版社 2000 98 122 6 陈铁龙 张丽虹 周建民 胶态分散凝胶及其流变和渗流特性研 究 J 油田化学 1998 15 3 265 268 7 陈铁龙 吴小玲 肖磊 等 孔隙阻力因子法评价胶态分散凝胶 J 油田化学 1998 15 2 164 167 Cr3 Phenolic Resin Crosslinked Weak Gel and Its Use as Permeability Adjusting oil Displacing Agent in Pucheng Oil Field PU Wan Fen1 ZHOU M ing2 ZHAO Jin Zhou2 LUO Xian Bo2 YANG Yan2 WANG Jia Ying3 1 College of Petroleum Engineering Southwest Petroleum Institute Chengdu 610500 P R of China 2 School of Graduates Southwest Petroleum Institute Chengdu Sichuan610500 P R of China 3 The 2nd Oil Production Factory Zhongyuan Oilf ield Branch Sinopec Puyang H enan 457532 P R of China Abstract The formulation and performance properties of a weak gel prepared in brine having viscosity at ambient temperatures 2 5 5 0 Pa s and for use at 58 120 are studied experimentally T he polymer used is an HPAM of M 1 8 107and HD 25 The crosslinker chosen is an organic Cr compound and a reactive phenolic resin in combination with which the polymer solution forms gel of structure IPN interpenetrating polymer network The gelling solution is prepared with the recycled produced water of TSD 153 g L Ca2 content 3 2 g L and Mg2 content 0 25 g L taken from the 2nd Pucheng oil galhering water treating plant in Zhongyuan The polymer concentration in the gelling solution as main slug is of 1 2 g L and that as protection slag 1 0 g L 1 2 g L HPAM 0 05 g L Cr compound 0 8 g L phenolic resin stabilizer solution gelates at 90 in 134 hrs and maintains intact without syneresis andmore than 90 of the highest viscosity reached in ageing treatment at 90 in more than 90 days the resistance and residual resistance factors of the gel dete