塔河碎屑岩油藏耐温抗盐有机冻胶堵水剂的发展

栾新星 胡建平

（中石化西北油田分公司采油一厂，新疆 巴州 841600）

1 有机冻胶耐温抗盐性能优化研究

1.1 有机冻胶堵水机理

（1）有机冻胶堵水机理

有机冻胶为少量水溶性聚合物和交联剂（<10%）束缚大量自由水形成的胶体结构（>90%）。所用聚合物主要为聚丙烯酰胺及其衍生物，所用交联剂主要为有机金属（有机钛、有机锆等）、酚醛类（酚醛单体或预聚树脂）、多元胺等。其不成比例的降低油、水渗透率，实现堵水疏油，主要堵水机理有以下三点：

①位阻效应

聚丙烯酰胺分子链上的极性基团通过氢键与岩石表明相吸附，在岩石表面形成薄膜，减小了孔缝通道，同时羧基强亲水，分子链在水中伸展，增大了水流阻力，实现地层水渗透性减小。而在油相内压缩聚合物分子，油相渗透率降低有限。

②润滑效应

岩心隙壁表面的聚合物吸附层或冻胶层可减小隙壁表面的粗糙度，对水和油的流动阻力都有所降低。由于聚合物强亲水，对水流动时不产生塞流，而对油流动时可产生塞流（滑脱效应），即隙壁表面对水和油的流动有不同的润滑效应。

表1 单体有机冻胶耐温抗盐性能考察（130 ℃）

表2 无机硅酸盐对常规冻胶体系性能影响（130 ℃）

图1 130 ℃单体冻胶遇地层水后3d胶水界面未明显收缩

图2 无机-有机复合冻胶体系抗盐性能考察（130 ℃）

图3 常规冻胶与10 %微球冻胶强度对比（120 ℃）

③润湿反转提高油相渗透率效应

岩心隙壁表面的聚合物吸附层或冻胶层可使隙壁表面由亲油变成亲水，或使亲水表面变得更亲水，渗透率曲线整体向右移，束缚水饱和度增加，剩余油饱和度减小，相同含水情况下油相渗透率增大。

（2）有机冻胶侵蚀机理

聚丙烯酰胺羧基强亲水，水解后分子链上带负点，盐所带的正电荷能降低聚合物链同性斥力，表现为聚合物以及交联在油相或者高盐环境形成的网络形态趋于收缩，短时间内胶体脱水率高，多价盐在相同浓度下离子强度较一价盐大3-8倍，脱水更严重。

1.2 优化技术思路

结合冻胶成冻机理，从以下三方面进行优化：

（1）加入疏水单体，增强冻胶分子内耐温抗盐性

利用两种聚合物单体丙烯酰胺和疏水单体丙烯酸，加入引发剂和交联剂，边聚合边交联形成冻胶，疏水支链遮蔽聚合物主链，具有更好的耐温抗盐性。

（2）加入无机硅酸盐类，增强冻胶分子间耐温抗盐性

将无机硅酸盐凝胶引入配方体系，与有机弱冻胶形成互穿网络，无机硅酸盐凝胶能有效遮蔽地层水，保护聚合物分子链。

（3）加入油相或者沉淀类，增强冻胶分子外耐温抗盐性

常规冻胶相之外增加相渗类或者沉淀类堵剂（段塞式或者混合式组合）利用多孔介质相渗或者沉淀卡堵，逐级抵抗盐水侵蚀，提高体系稳定性。

1.3 室内试验

根据以上三种技术对策，分别进行室内实验，考察其是否可行。

（1）增强冻胶分子内耐温抗盐性

以AM单体为主剂、引入疏水单体丙烯酸为增强剂的单体复合凝胶体系。该体系原液黏度与水相近，置于130℃恒温烘箱中，成胶时间在12h-48h可调，成胶强度H-I级。将地层水置于冻胶中重新封闭，130℃下3d胶-水界面只有少量的侵蚀破坏，未明显收缩，具有较强的耐高温高盐性。

※单体丙烯酸浓度1%、引发剂浓度150mg/L、增溶剂浓度1%。

（左为成冻后加入地层水封口；右为样品高温老化体积收缩情况）

（2）增强冻胶分子间耐温抗盐性

将无机硅酸盐凝胶引入常规配方体系，与有机弱冻胶形成互物理互穿体系，堵剂综合了无机硅酸盐类堵剂耐高温、抗高盐的特性和有机高分子冻胶类堵剂选择性强、韧性佳的特点。

室内实验显示，在130℃下，无机盐类使冻胶强度增加，同时成冻时间延长。但当浓度大于5%时冻胶强度降低，且90d内不脱水。因此，无机增稳剂的适用浓度范围为1%-4%。

将其放入130℃塔河地层水中，4d后体积小量收缩，目测收缩为初始体积的70%-80%，但仍然能够保持完整性，继续放置收缩速率减慢。

（3）增强冻胶分子间耐温抗盐性

将常规冻胶加入相渗类微球堵剂，注入安培瓶中密封，放入120℃恒温箱中，观察其强度和热稳定性。结果显示，加入10%微球溶液的冻胶强度明显增大，并且几乎不脱水，具有较好的耐温性能。

利用岩心驱替实验考察其抗盐侵蚀性能，常规冻胶加入相渗类堵剂后，耐盐性能大大增强，驱替12PV地层水时封堵率为98.6%、突破压力为7.94MPa，而纯冻胶封堵率降为96.5%、突破压力2.81MPa。

1.4 综合对比

分子内改性优点是单体聚合交联，基液黏度低，特别适合深部注入，缺点是堵剂成本高；分子间改性优点是成本低廉，缺点是无机增稳剂与地层水反应沉淀封堵孔喉，多次堵水产生储层伤害；分子外改性优点是利用相渗作用，阻隔地层水破坏，不改变孔渗结构，适合多次堵水，且工艺简单，是今后研究应用的重点。

2 TK937H井新型冻胶堵水试验情况

TK937H井位于塔河9区构造腰部，于2008年12月投产，2009年3月含水开始抬升，2011年8月含水至87%时堵水措施，累计注入无机-有机复合新型冻胶堵剂190.4m3，堵后日产液29↑49t，日产油4↑19.7t，含水86↓60 %；有效期205d，累计增油813.6t，取得较好增油控水效果。

结语

（1）通过在常规冻胶内加入疏水单体、无机硅酸盐类、相渗类堵剂从分子内、分子间、分子外三方面进行耐温抗盐性能优化，室内实验表明均能够有效遮蔽聚合物主链，抵抗盐水侵蚀，最终形成塔河有机冻胶耐温抗盐体系。

（2）综合对比认为，分子外冻胶改性工艺简单、易于操作，适合多轮次堵水，最为满足现场要求，是今后研究改进的重点。

（3）TK937H新型耐温抗盐冻胶堵水先导试验取得了较好效果，为塔河碎屑岩区块稳油控水开发提供了一条有效的工艺途径。

[1]陈曦，康雪.高温高矿化度堵剂的研究和发展[J].杭州化工，2012，42（01）：13-16.

[2]周洪涛，黄安华，张贵才，吴文明，付立欣.85 ℃高矿化度地层化学堵水剂研究[J].石油钻采工艺，2009，31（01）：85-89.

[3]李良雄，王平美，韩明，常泽亮，吴兴国.应用于高温高盐油田的凝胶堵水剂[J].油气采收率技术，1998，5（02）：75-79.