防膨剂BHFP-02性能评价及现场应用

曹 新，王林杰，于兆坤，田初明

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452

油田长期大规模注水后，注水井压力上升，无法达到油藏设计的注入量，通常采用酸化解堵措施达到降压增注的目的。酸化解堵后敏感地层部分矿物表面裸露，注水易发生水化膨胀，需要进行防膨处理，防止地层黏土膨胀堵塞地层孔隙。通过室内试验优选防膨剂并对防膨剂性能评价，结合现场施工得出防膨剂BHFP-02与注入水混合后无沉淀产生，作业后可有效抑制黏土矿物水化膨胀，对黏土起长期保护作用。

1 室内实验

1.1 仪器和原料

离心机(转速0～2 000 r/min)、离心管、天平(感量0.01 g)、固体粉碎机(JW-1或同类型产品)。

待检测防膨剂(BHFP-02、BHFP-01、NFP-01)，膨润土，煤油(经无水氯化钙处理)，蒸馏水。

1.2 防膨剂的防膨率测试

防膨率评价：参考SY/T 5971—2016《油气田压裂酸化及注水用黏土稳定剂性能评价方法》和QH/S 2044—2008《海上油田注水井防技术实施规范》，通过测定膨润土在煤油中的体积为参照，以防膨剂溶液和积膨胀增量评价防膨率。选取0.5 g膨润土粉末分别与10 mL蒸馏水、10 mL质量分数为3%，4%，5%的各防膨剂溶液及10 mL经无水氯化钙处理处理的煤油进行反应。防膨率计算公式如下[1]：

BL=(V2-V1)/(V2-V0)×100%

式中：BL—防膨率，%；V0—膨润土在煤油中的体积，mL；V1—膨润土在防膨剂中的体积，mL；V2—膨润土在水中的体积，mL。

2 结果和讨论

2.1 防膨剂及其用量

测试NFP-01、BHFP-01、 BHFP-02防膨剂在不同浓度下防膨率，结果见图1。

图1 防膨剂不同用量对膨润土的防膨率

由图1可以看出, BHFP-02防膨率最好,防膨效果最佳。另从BHFP-02防膨剂用量与防膨率曲线可以看出, 当防膨剂用量为3.0%时，已达到药剂的有效平衡浓度，即黏土表面与防膨剂的多点吸附已经完全，黏土对防膨剂的吸附已经完全，增加用量，多余的防膨剂不会与黏土发生作用，保留在水溶液中。从室内实验结果及经济因素等考虑 ，建议现场使 用 BHFP-02防膨剂的质量分数为3%。

2.2 BHFP-02防膨剂的耐冲刷性能评价

试验取1.25 g钠基膨润土放入25 mL的具塞刻度管内，加入质量分数为3%的BHFP-02溶液，摇匀，静置48 h，测定其防膨率。然后将刻度管内的液体吸至黏土5 mL以上，加蒸馏水至刻度线25 mL处，充分振荡摇匀，静置48 h，水洗1次，重复水洗3次后考察防膨剂的耐水洗能力。BHFP-02防膨剂的耐冲刷测试数据见表1。

表1 BHFP-02防膨剂耐冲刷试验结果

由表1可以看出，多次水洗冲刷后防膨率仍在89.2%，可见防膨剂BHFP-02的耐冲刷能力很强。

3 BHFP-02防膨剂作用机理

BHFP-02防膨剂是阳离子季铵盐聚合物,具有防止黏土矿物膨胀和防止颗粒运移的双重功能。阳离子基团可通过吸附中和黏土表面的负电荷，使它们之间的静电排斥力减小，晶层收缩，抑制黏土膨胀。有机阳离子聚合物吸附多个黏土，黏土微粒桥接在地层表面，把多个黏土颗粒连接或桥联在一起，从而起到抑制黏土分散和微粒运移的作用[2]，作用机理见图2。

图2 防膨剂阳离子季铵盐聚合物稳定蒙脱石的动力学过程模拟

4 现场应用

4.1 防膨段塞浓度设计

4.1.1防膨液量设计

参考QH/S 2044—2008《海上油田注水井防技术实施规范》，防膨液用量计算公式如下：

Q=απ(R2-r2)hφ

式中:Q—防膨液用量， m3；R—防膨处理半径，m；r—井筒半径， m；h—有效吸水剖面厚度， m；φ—地层孔隙度；α—保障系数，无因次，一般选择1.10～1.30。

4.1.2防膨段塞设计

参考陆地油田防膨作业，采用梯度递减加药方式[3]。在前期采用浓度较高的防膨剂进行前期防膨，使防膨分子稳定吸附在黏土颗粒表面，然后逐步减少防膨剂用量。陆地油田因注水量较低，后期低浓度连续长期注入，对于海上单井注水量大、施工空间及作业环境受限不适用。

目前海上防膨作业采用5%+3%+2%的浓度递减设计，考虑近井地带推进速度快，防膨剂在注入过程中，与岩石黏土的吸附作用是动态的过程，第一段塞注入高浓度5.0%，确保防膨剂与近井地带岩石黏土充分吸附，控制近井地带黏土不发生水敏性膨胀。第二段塞注入3.0%，第一段塞和第二段塞混合后药剂浓度大于3.0%，在第三段塞2.0%推入过程中，段塞前段浓度保持在3.0%左右，可在处理半径范围内保障药剂有效浓度，减少单井施工费用。

4.2 现场应用效果

现场采用评价主要指标为视吸水指数在施工前后的变化，即：视吸水指数=井口日注水量与井口注入压力的比值，井口注入压力为辅助指标。通过对渤海锦州油田现场实施的防膨井进行统计分析，主要从视吸水指数、井口注入压力、井口注入量进行分类统计，发现防膨受效明显44井次，见表2，受效不明显19井次见表3。

表2 注水井防膨受效明显井分类

表3 注水井防膨效果明显井分类

分析锦州油田现场数据，防膨受效井评价时应考虑注水水质、油藏对配注量的调整、控制注水压力等相关因素，仅由视吸水指数在防膨前后的变化来评价防膨效果过于片面。

5 结论及建议

1)BHFP-02防膨剂防膨性能优异，耐冲刷。3%BHFP-02为防膨剂最佳作业用量。

2)现场采用5%+3%+2%的浓度递减防膨剂注入程序，既保证了防膨处理有效半径内能达到3%左右的药剂浓度，使药剂的防膨性能达到最佳，又可降低了单井施工成本，减少了单井的作业费用。

3)防膨措施应选在油井转注、水井投注、酸化、压裂等涉及储层动用、改造的措施后及时进行防膨作业。另宜考虑注水水质、注水井工作制度的变化对注水井进行周期性防膨，可保证注水井正常注入。