高滲透地層選擇性堵水劑JTD的研制與應用

　　在油氣田開發(fā)過程中,地層原始天然裂縫和溶洞,開發(fā)過程中產(chǎn)生的人為誘導裂縫,強采強注引起地層出砂､膠結物大量流失､膠結結構遭到破壞,均導致地層出現(xiàn)高滲透層,使生產(chǎn)油井含水急劇上升,產(chǎn)量迅速下降,水處理工作量加大,油藏采出程度低甚至出現(xiàn)水淹井,生產(chǎn)成本顯著提高,經(jīng)濟效益明顯下滑｡封堵高滲透地層技術一直是一個普遍的需要解決的問題｡

目前油田常用的封堵劑歸納起來有4種類型｡

(1)無機鹽類:兩種以上的無機物溶液與隔離液依次注入地層,無機物在隔離液中擴散,隔離液在地層中推進厚度變薄并最終失消失,這兩種液體接觸發(fā)生反應,生成難溶性或不溶性沉淀物而產(chǎn)生封堵作用｡具有代表性的是雙液法水玻璃氯化鈣堵劑｡其缺點是沉淀物顆粒小,易運移,在水中微溶,效果難以持久,有效期短｡(2)聚合物凝膠類:高分子聚合物溶液通過交聯(lián)形成凝膠而產(chǎn)生封堵作用｡具有代表性的是TP910､HPAM/Cr(Ⅲ)凝膠,其缺點是對高滲透地層的封堵效果和耐沖刷性均差｡(3)顆粒類:產(chǎn)生單純物理封堵作用(1/3—2/3架橋理論)｡代表性堵劑有果殼､青石粉､石灰乳､膨潤土､輕度交聯(lián)的PAM｡其缺點為容易堵塞低滲透油層,造成油層污染,粒間隙脫水固化后體積收縮,耐水沖刷性差[1]｡(4)樹脂類:各組分經(jīng)化學反應形成樹脂類物質(zhì),呈永久性封堵｡該類堵劑代表有酚醛樹脂､脲醛樹脂及其他氨基樹脂等,缺點是選擇性差,誤堵后難解堵,材料費用高,風險大｡

基于上述分析,我們將目前油田常用的封堵材料結合起來,開發(fā)出了適應高滲透性地層的有機-無機復合堵水劑JTD｡

1JTD封堵原理

應用了1/3—2/3孔徑架橋規(guī)則,使酸溶性和油溶性纖維物在高滲層中形成濾網(wǎng);將剛性顆粒和柔性顆粒充填于預先形成橋堵的濾網(wǎng)上,在溫度的作用下柔性顆粒軟化而與剛性顆粒結合并將纖維網(wǎng)致密牢固膠結,形成高強度長有效期的封堵;水溶性高分子聚合物及交聯(lián)劑填充于封堵物中細小的孔隙或喉道中并發(fā)生交聯(lián)反應,減少粒間間隙和封堵物體積收縮,進一步延長有效期｡油溶性聚合物和酸溶性纖維等的利用使該堵水劑具有選擇性[2]｡

2 堵水劑JTD的研制

將熱塑性油溶性聚合物加熱至一定溫度進行老化處理,之后倒入塘瓷反應器中與芳香烴類樹脂混合并加熱至熔融,再加入彈性橡膠粉､無機填料等反應,徹底攪拌并反應充分后停止加熱,將塘瓷反應器放入冰箱中,冷卻后用粉碎機加工成不同粒徑的中間產(chǎn)物｡用剪切機和振篩機加工并選出長短不同的油溶性和酸溶性纖維｡將中間產(chǎn)物､油溶性､酸溶性纖維､水溶性高分子､交聯(lián)劑及表面活性劑等放入攪拌機內(nèi),攪拌均勻,就得到有機 無機復合堵水劑JTD｡主要組成份為:油溶性聚合物20%—40%;油溶性芳烴樹脂10%—20%;長度≤10mm的混合型油溶性纖維0%—20%;彈性橡膠粉0%—20%;碳酸鈣粉､電廠的粉煤灰等無機填料10%—30%;長度≤10mm的混合型酸溶性纖維0%—20%;水溶性聚合物1%—5%;交聯(lián)劑1%—3%;表面活性劑1%—2%｡該堵劑為固體,用于油田封堵施工時配制成5%—20%的膠液(懸浮液)｡膠液為灰黑色粘性液體,密度為1.050—1.206g/cm³,用青島照相機廠產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)粘度計測得表觀粘度為12.5—36.0mPa·s｡

用于不同地區(qū)不同類型地層的JTD堵劑的組份可適當調(diào)節(jié),加工的細度也可調(diào)節(jié),以適應不同井溫和不同的地層滲透率｡

3堵水劑JTD的基本性能

3.1 油溶性

稱取1.5132g固體JTD堵劑樣,放入盛有200mL脫色煤油的燒杯中,在70—80℃的恒溫水浴上放置8—12小時,不時加以充分攪拌,經(jīng)濾紙過濾,烘干,稱量,殘余量為0.5429g,油溶率為64.12%｡這表明JTD堵劑具有較好的油溶性｡就一般情況而言,該堵劑在油相中會逐步分散并大部分溶解,因而對油層的封堵很輕,具有選擇性堵水的效果｡

3.2 酸溶性

稱取1.2024g固體JTD堵劑樣,置于300mL10%鹽酸中,在70—80℃下攪拌4—6小時,經(jīng)濾紙過濾,烘干,稱量,殘余量為0.8893g,酸溶率為26.04%｡酸溶性使該堵劑在必要時可通過酸化措施解堵｡

3.3 成膠性能

5%—20%的JTD堵劑懸浮液在不同溫度下形成凝膠的時間列于表1｡

JTD堵劑懸浮液在所有考察溫度下都能形成凝膠,只是成膠時間不同,溫度高時成膠時間短,溫度低時成膠時間延長｡在常溫下,JTD堵劑懸浮液放置近一個星期不成膠｡因此,在現(xiàn)場施工時,JTD懸浮液可現(xiàn)配現(xiàn)用,也可提前一段時間配制｡

4堵水劑JTD的室內(nèi)封堵實驗模擬

4.1 不同滲透率填砂管封堵效果

用不同粒徑分布的石英砂填制長度為30cm,直徑為2.5cm的砂管巖心,用15%NaCl溶液模擬地層水測砂管巖心的水相滲透率Kw｡將JTD固體堵劑在不斷攪拌下(攪拌時間大于1小時)配制成均勻的10%的堵劑膠液,在巖心流動試驗儀上將其擠入砂管巖心,擠入量為3倍孔隙體積,擠入壓力為0.5—1.0MPa,取出砂管巖心,兩端封緊,在90℃水浴中恒溫反應24小時后取出,用模擬地層水測堵后突破壓力Pb及水相滲透率K′w,計算突破壓力梯度GP及堵效η｡實驗結果見表2｡

由表2可知,JTD對于不同滲透率的砂管巖心均有較好的封堵效果,砂管巖心的滲透率越大,則突破壓力及突破壓力梯度越大,堵效也越高｡這是由于JTD堵劑為一種顆粒型堵劑,滲透率越大則孔隙喉道半徑越大,堵劑越容易進入,侵入深度越深｡因此,JTD堵劑有利于封堵高滲透地層｡

4.2 堵劑濃度對封堵效果的影響

將JTD堵劑分別配成5%､7%､10%､15%的均勻膠液,填制幾根滲透率相近的人造砂管巖心,依照4.1節(jié)方法測定封堵效果,結果見表3｡

由表3可知,JTD堵劑濃度對封堵效果有一定的影響,堵劑濃度越大,則突破性壓力梯度越高,堵效越大｡堵劑膠液濃度較大時,交聯(lián)密度和封堵物的強度較大｡一般地,JTD堵劑膠液的現(xiàn)場使用濃度取10%—20%較為適宜｡

4.3 堵劑擠入量對封堵效果的影響

將JTD堵劑配制成10%的均勻膠液,填制4根滲透率相近的砂管巖心,依照4.1節(jié)方法擠入不同體積的堵劑膠液,實驗結果見表4｡

由表4可知,JTD堵劑膠液擠入量越大,突破壓力越高,封堵效果越好｡

4.4 堵油､堵水選擇性

考察了JTD堵劑膠液對油､水介質(zhì)封堵的選擇性能｡填制2根滲透率相近的人造砂管巖心,先用NaCl模擬地層水測水相滲透率K_w,再用脫色煤油測其油相滲透率K_o,然后擠入3PV的10%JTD堵劑膠液,經(jīng)90℃恒溫養(yǎng)護24小時,先測水相滲透率K′_w,再測油相滲透率K′_o,計算堵水劑η_w及堵油率η_o,實驗結果見表5｡

由表5可知,JTD堵劑對油､水介質(zhì)具有較好的選擇性,堵水率在99%以上,堵油率小于15%｡JTD適合用作油井堵劑,堵水而不堵油｡

4.5 固化堵劑耐水沖刷性

考察了JTD堵劑膠液在地層中的吸附能力及固化后封堵強度,以定性評價有效期長短｡先填制滲透率較大(約6μm²)的砂管巖心,測水相滲透率K_w,再擠入3PV10%的JTD堵劑膠液,在90℃下恒溫養(yǎng)護24小時,取出測堵后水相滲透率K′_w,再在一定壓力下進行驅(qū)替,每驅(qū)替一定體積倍數(shù)的液體后測水相滲透率K′_w,并計算堵劑水率η_w,以考察堵劑的耐沖刷性能｡實驗結果見表6｡

由表6可知,JTD堵劑在室內(nèi)經(jīng)500倍孔隙體積的水沖刷后,堵效仍然大于98%,說明耐水沖刷性良好｡

5 堵水劑JTD的現(xiàn)場應用

自1997年9月到1999年12月,先后在中原油田采油二廠､采油三廠､采油五廠以及新疆克拉瑪依油田､塔里木油田等地推廣應用選擇性堵水劑JTD,共實施油井堵水58井次,施工成功率100%,有效率達90%以上｡以下舉一口井的堵水施工情況作為實例｡

在克拉瑪依油田采油二廠有一口油井,井號為85063,于1992年5月20日投產(chǎn),人工井底下至3193.62m,油層中部3107.5m,油層套管139.7mm,壁厚7.72mm,深度3202.45m,固井質(zhì)量不合格｡控制地質(zhì)儲量22.9×10⁴t,孔隙9.7%,有效厚度97.9m,射孔層/井段/厚度為P1-42/3094m—3121m/11.5m｡到1997年5月累計采油30333噸,采出程度13.2%,日產(chǎn)液44.4t,日產(chǎn)油0.9t,含水98%｡經(jīng)測試,主要出水層/產(chǎn)液量/厚度為P1-42/35.9m³/d/3m｡1997年5月12日對該井采用JTD堵劑進行化學堵水施工,封堵層段為3108—3111m｡施工中使用10%的堵劑

膠液100m³,折合JTD固體堵劑10t｡堵水施工后,該井日產(chǎn)液28.4t,日產(chǎn)油7.8t,含水降為72.5%,有效期達192天,累計增油達1242t,降水達4606m³,增油降水效果非常明顯｡

參考文獻:

[1]佘躍惠,張小平,王正良,等.油水井深部封堵的有機 無機復合堵劑[J].江漢石油學院學報,1996,18(增刊):48—53.

[2]羅躍,王志龍,張小平,等.多功能油層保護劑JD的研制與應用[J].鉆井液與完井液,1999,16(2):18—21.