新型正电调堵剂的制备与性能评价

吴松艳，吴景春，夏鹏辉，李玉波，王 辉

（1.东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.中石油 长城钻探测试公司，北京 100020）

新型正电调堵剂的制备与性能评价

吴松艳1，吴景春1，夏鹏辉1，李玉波1，王 辉2

（1.东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.中石油 长城钻探测试公司，北京 100020）

本文主要介绍以一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷为原料聚合得212-型正电调堵剂，然后加入分子链调节剂十二烷基硫醇控制聚合度而得212-型正电调堵剂。该调堵剂富余正电，能够改变强水洗岩石的电负性，从而充分截留地层中残余聚合物，避免聚合物无效循环并降低后续油水处理的难度和成本；具有较好的选择性能，通过改变水相渗透率来实现选择性封堵。

聚合；正电；调堵；选择性封堵

油田开发到后期,往往由于强注强采和油田的高速度开采而导致含水迅速上升,高含水问题已成为困扰着油田持续发展的一个重要问题[1]。解决该问题的关键在于有效降低采出油含水率，提高注采效果，充分改善层间层内矛盾。首先，通过堵水调剖作业可以充分降低含水量,从而起到缓解层间矛盾和层内矛盾的作用；第二，注入井调剖生产井堵水可以实现控水稳油的目的；因此，堵水调剖将成为一项非常重要的工作[2，3]。

目前，大庆油田主要使用的调剖剂体系有聚丙烯酰胺凝胶类调剖剂，主要有铬凝胶交联体系、铝凝胶交联体系、有机酚醛交联体系；复合离子类调剖剂，主要有颗粒类调剖剂、体膨颗粒、缓膨颗粒[3-5]。其中，聚丙烯酰胺凝胶类调剖剂的技术成熟，交联剂的选择范围广；成胶时间和强度可调，可用污水配置；凝胶可以以分散形式存在，具有流体转向和驱油的双重作用。但其适应性差，评价困难，成胶性质受剪切、吸附的影响较大[5，6]。聚丙烯酰胺凝胶类调剖剂调堵的主要机理是：凝胶以液体形式注入地层中，到达目的层后在地层孔隙介质中间形成凝胶状物理堵塞，通过改变水流通过速度或改变水流流动方向来达到封堵的目的。聚合物凝胶主要以物理堵塞的方式对地层中的水进行封堵，还有一定的吸附和动力捕集作用[7]。颗粒类调剖剂具有很好的韧性和强度，吸水后仍然具有很好的柔顺性和韧性，有效的改善油田水井的吸水剖面。由于颗粒调剖对地层孔喉的堵塞作用，致使颗粒类调剖剂仅仅适用于特高渗透率或有大孔道的油层条件,并不适用于油层渗透率较低的油层。在颗粒类调剖剂调堵过程中，半径小于孔喉半径的颗粒在注入水的驱动下可以顺利通过孔喉；半径大于孔喉半径的颗粒通过孔喉时，由于其颗粒可发生形变，具有较好的粘弹性，抗挤压性较强，有较强的伸缩性，通过孔喉后即可恢复原状；那些与孔喉相匹配的颗粒,就可以通过吸附、聚集、堵塞等共同作用后逼迫水流转向，实际上在颗粒通过孔喉时,常常是几种机理的综合表现,并非单独一种机理起作用[8]。正电调堵剂的作用主要有两方面：（1）正电调堵剂与岩石孔隙中残留聚合物形成空间网状结构，由于网络聚合物在水相中分子链充分舒展后可起到良好的堵塞油层孔隙的作用;（2）正电调堵剂中的氨基带正电，与岩石表面接触时能够改变岩石的电负性，从而使得油层中残留的阴离子型聚合物更多地吸附在岩石表面，减小岩石孔隙半径，提高聚合物波及系数，提高采收率[9]。

1 实验部分

1.1 设备及药品

600mL密理博过滤系统（No.XX1100000）（上海希言科学仪器有限公司）；毛细管粘度计（天津市布鲁克科技有限公司）；HH-1数显恒温水浴锅（金坛市良友仪器有限公司）；RV30旋转粘度计（德国哈克公司）；热风循环烘箱（吴江韵达设备有限公司）；立式搅拌器（北京亚欧德鹏科技有限公司）。

一甲胺（AR南通九五化学品有限公司）；氯代十六烷（工业品，贝斯特试剂）；1,3-二氯丙烷（AR兰州石化有限公司）；十二烷基硫醇（AR上海华谊）；NaOH（AR麦克林试剂）。

1.2 实验过程

配置一定浓度的一甲胺、氯代十六烷、1,3-二氯丙烷水溶液，在常温下进行反应，调节反应体系pH值为 3 左右，使用 H2O2为氧化剂，（NH4）2SO3为还原剂，十二烷基硫醇作为链转移剂。反映结束后静止熟化。

1.3 实验结果

实验所得正电调堵剂是分子链上带有正电性的聚合物反应产物。产物为透明胶状物，经粉碎烘干造粒后可得到相对白色或灰白色片状结构颗粒，其分子质量较低，且有效物含量在90%以上，颗粒对水具有较好的溶解性能，体系粘度较低。

2 产物性能评价

2.1 岩心驱替实验

在常温条件下，用自来水配置浓度为1200mg·L-1的聚合物溶液和1%的正电调堵剂，溶解完全。在45℃条件下将岩心饱和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV浓度为1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV浓度为1%的正电调堵剂；后续水驱至压力稳定为止。实验结果见图

图1 岩心驱替过程中压力变化曲线Fig.1 Pressure change curve during core displacement

从图1可以看出，注入正电调堵剂后水驱压力急剧上升，表明正电调堵剂能够有效地注入到岩心深处，充分起到调节注水剖面和封堵高渗地层的作用。由此说明，正电调堵剂的确能够在地层深处形成有效封堵。

2.2 正电调堵剂浓度对堵塞率的影响

在常温条件下，用自来水配置浓度为1200mg·L-1的聚合物溶液和浓度为分别为0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正电调堵剂，溶解完全。在45℃条件下将岩心饱和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV浓度为1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV浓度为分别为0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的正电调堵剂；后续水驱至压力稳定为止。实验结果见图2。

图2 正电调堵剂浓度与堵塞率的关系曲线Fig.2 Relationship between the concentration of positive regulators and plugging rate

图2 中可以看出，当正电调堵剂浓度小于1%时，堵塞率较低，浓度大于1%后，堵塞率增加缓慢，注入量大于1.5%后，堵塞率基本保持不变，因此正电调堵剂的最佳注入量为1%～1.5%。

2.3 正电胶注入量对封堵性能的影响

在常温条件下，用自来水配置浓度为1200mg·L-1的聚合物溶液和浓度为1.5%的正电调堵剂，溶解完全。在45℃条件下将岩心饱和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV浓度为1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速分别注入0.03PV、0.06PV、0.1PV、0.15PV、0.2PV、0.25PV浓度为1.5%的正电调堵剂；后续水驱至压力稳定为止。实验结果见图3。

图3 正电调堵剂注入量与堵塞率的关系曲线Fig.3 Relationship between the rate of plugging and plugging rate

图3 可以看出，当正电调堵剂注入量小于

0.1 PV时，堵塞率较低，注入量大于0.1PV后，堵塞

率增加缓慢，注入量大于0.15PV后，堵塞率基本保

持不变，因此，正电调堵剂的最佳注入量为0.1～0.15PV。

2.4 正电胶调剖剂分流性能的研究

本实验中采用高、中、低3个渗透率不同的岩心并联，在45℃条件下将岩心饱和水后，正向以0.3mL·min-1的流速注入0.6PV浓度为1200mg·L-1的聚合物；反向以0.3mL·min-1的流速注入0.1PV浓度为1.5%的正电调堵剂；后续水驱至压力稳定为止，分别测定不同岩心的分流率。实验结果见表1。

表1 岩心分流结果Tab.1 Core shunt results

通过上述实验结果可知,当高渗透管渗透率959.28mD时，正电调堵剂调剖前驱前分流率90.5%，调堵剂调堵作业后分流率为46.70%；当中渗透管渗透率为634.15mD时，正电调堵剂调剖前驱前分流率35.2%，调堵剂调堵作业后分流率为29.1%；当低渗透管渗透率为296.74mD时，正电调堵剂调剖前驱前分流率12.1%，调堵剂调堵作业后分流率为23.6%。

2.5 正电调堵剂在岩石表面的结构

在高含水层进行注聚操作时，注聚前期驱油效果较好，但中后期由于主流线的舌进现象使聚合物溶液在高渗层进行无效循环，以至于在注聚操作结束时高渗地层充满了聚合物溶液[10，11]。根据正电调堵剂的调剖机理可知，在注聚结束后注入适量正电调堵剂溶液，注入的正电调堵剂与孔隙中残留的聚合物发生物理化学反应，形成三维空间网状结构[12]。由于正电调堵剂溶液无黏性，所以注调堵剂仍会沿续注聚时的优势，渗流通道注入。正电调堵剂与优势渗流通道中存留的采用激光共聚焦技术可以看出聚丙烯酰胺与正电调堵剂形成三维空间立体网状结构吸附到岩石表面。

图4 正电调堵剂在岩石表面的结构Fig.4 Structure of positively charged plugging agent on the rock surface

3 结论

（1）该正电调堵剂富余正电，能改变强水洗岩石的电负性，从而充分截留地层中残余聚合物，避免聚合物无效循环并降低后续油水处理的难度和成本；具有较好的选择性能，通过改变水相渗透率来实现选择性封堵。

（2）应用正电调堵剂调剖的最佳时机是注聚结束时。如果聚驱后进行了后续水驱，则油层中存留的聚合物会大幅减少，从而影响调剖效果。

（3）调剖剂带正电的氨基能够改变岩石的电负性（负电变正电），使来自注入段和地层中存留的阴离子型聚合物更多的吸附在岩石表面，形成三维空间立体网状的凝胶体系。

（4）油水同层时易造成无效封堵；注入量不易控制。

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Preparation and performance evaluation of a new type of positive plugging agent

WU Song-yan1,WU Jing-chun1,XIA Peng-hui1,LI Yu-bo1，WANG Hui2
（1.Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China；2.Greatwall Drilling Company,CNPC，Beijing 100020，China）

In this paper,we mainly introduce the 212-positive type plugging agent which is prepared by using methylamine,chloro sixteen alkyl,1,3-,and two propane as raw materials.And the 212-positive charge adjusting agent was obtained by adding the molecular chain regulator to control the polymerization degree.The agent can change the surplus is positive and the strong electro negativity of washing the rock.So as to fully retain the residual polymer in formation of polymer and avoid invalid circulation and reduce the difficulty and cost of subsequent water treatment.It has good performance by changing the permeability to achieve selective plugging.

polymerization;positive charge;plugging,selective plugging

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170969

2017-03-23

吴松艳（1989-），女，黑龙江绥化人，在读硕士研究生，就读于东北石油大学油气田开发工程专业，研究方向：提高采收率原理与技术。

吴景春（1968-），男，教授，博士生导师，博士，主要从事油气田开发、提高采收率等方面的理论与技术研究工作。