國標(biāo)-》辛50耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)研究與試驗(yàn)

辛50耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物驅(qū)油技術(shù)研究與試驗(yàn)田玉芹1汪廬山1呂西輝1趙明宸21中國石化勝利油田有限公司采油院；2中國石化勝利油田有限公司東辛采油廠摘要本文介紹了一種由SCL有機(jī)金屬交聯(lián)劑形成的耐溫抗鹽交聯(lián)體系。體系耐溫85、耐鹽80000蟬，L在CA2MF3000ML熱穩(wěn)定性良好，半年粘度保留率大于，ON研究了交聯(lián)體系的化學(xué)變聯(lián)機(jī)理，提出了分子球結(jié)構(gòu)模型。研究了體系在高溫高鹽條件下的動(dòng)態(tài)交聯(lián)規(guī)律，得出在流動(dòng)過程中，體系可以發(fā)生交聯(lián)，高剪切速率下交聯(lián)時(shí)間延長。后續(xù)水驅(qū)條件下殘留交聯(lián)凝膠保持了良好的穩(wěn)定性。該技術(shù)在勝利油田東辛辛50濕度85。C、礦化度5100嘶叫LCA2MF2伽R吲L的試驗(yàn)區(qū)開展了先導(dǎo)試驗(yàn)，初步見到試驗(yàn)效果。一、概況根據(jù)三次采油提高采收率潛力評(píng)價(jià)勝利油田適臺(tái)化學(xué)驅(qū)單元143個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量LO76X108T。一類單元18個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量272LOST；二類單元24個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量268L擴(kuò)T一、二類儲(chǔ)量已開展聚合物驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)或工業(yè)化推廣；三類單元85個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量4571艫T。二、三類單元油藏溫度高、礦化度商、油稠，開展通常的聚合物驅(qū)提高采收率風(fēng)險(xiǎn)較大，因此研究耐溫抗鹽驅(qū)油體系追在眉睫。在高溫高礦化度油藏實(shí)行化學(xué)驅(qū)首先要解決的問題是驅(qū)油體系的耐溫抗鹽性。解決這一問題的主要途徑有兩種一種是通過引入耐溫抗鹽基團(tuán)研制耐溫抗鹽聚合物；另一種是通過利用現(xiàn)有的聚合物加入優(yōu)選的交聯(lián)劑形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善體系的耐溫耐鹽能力。交聯(lián)聚合物體系在適當(dāng)條件下，利用聚合物驅(qū)在用聚合物與交聯(lián)劑通過化學(xué)活性基團(tuán)間的相互作用可形成由眾多聚合物和交聯(lián)劑組成的具有不同于原聚合物物理化學(xué)性能的集合體，使體系的粘度提高、強(qiáng)度增大。通過控制聚合物與交聯(lián)荊濃度和交聯(lián)點(diǎn)密度，可獲得不同強(qiáng)度或流動(dòng)性的弱凝膠體，以滿足不同的應(yīng)用要求。交聯(lián)聚合物體系由于形成了三維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，致使流體力學(xué)體積變大，增粘效果明顯，其對(duì)氧、細(xì)菌及礦化度的耐受性大大增加；交聯(lián)聚合物的抗鹽性、耐溫性、抗剪切等性能均明顯優(yōu)于單純聚合物，熱穩(wěn)定性也有大幅度提高，這將是解決驅(qū)油體系耐溫抗鹽問題最有效和最現(xiàn)實(shí)的途徑之一。二、耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物室內(nèi)研究驅(qū)油體系性能通過研究室內(nèi)合成了SC一1有機(jī)金屬交聯(lián)劑耐溫抗鹽交聯(lián)劑。該交聯(lián)劑具有增粘效果好、緩交聯(lián)等特點(diǎn)，形成的交聯(lián)驅(qū)油體系耐溫85，耐鹽80000MGL。246室內(nèi)對(duì)AX74聚合物形成的交聯(lián)體系在85。C、80000MGL條件下的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)配方為HPAMI500MGLSCL交聯(lián)劑700MGL，結(jié)果見圖1、圖2。4020OO80定龜60目魁40世撂20舞O5010015020050100150200恢復(fù)時(shí)間H時(shí)間，D圖1體系剪切恢復(fù)性曲線圖2交聯(lián)體系熱穩(wěn)定性曲線性能評(píng)價(jià)表明利用現(xiàn)有的聚合物千粉與該交聯(lián)劑在高溫高鹽條件下形成的交聯(lián)體系具有良好的增粘性、剪切恢復(fù)性、熱穩(wěn)定性，研制的耐溫抗鹽有機(jī)金屬交聯(lián)體系耐鹽達(dá)80000MLCA2MF為3000MGL，耐溫85。二耐溫抗鹽體系化學(xué)交聯(lián)機(jī)理研究及再認(rèn)識(shí)1有機(jī)金屬體系交聯(lián)基團(tuán)的確定利用可見光譜法和粘度法研究了HPAMCR3體系的交聯(lián)基團(tuán)。使用的儀器分別為7211分光光度計(jì)上海第二分析儀器廠產(chǎn)品和NDJ1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上海天平儀器廠產(chǎn)品。圖3反映了不同水解度的HPAM與C，體系透光度隨交聯(lián)時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)條件為波長570NM，蒸餾水作參比。HPAM濃度5000MGL；C，濃度100MGL。由圖3可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下，水解度為24的樣品基本沒有發(fā)生交聯(lián)，水解度為18，261的樣品產(chǎn)生了良好的交聯(lián)。HPAM中的酰胺基在堿性條件下水解為羧基和羧鈉基，水解度越大，HPAM的羧基越多，HPAMCP體系透光率越低，交聯(lián)程度越高。說明交聯(lián)與羧基含量有關(guān)，因而HPAM的交聯(lián)基團(tuán)是羧基。單純HPAM溶液透光率變化不大。圖4是不同水解度的HPAM與C，組成的交聯(lián)體系粘度隨交聯(lián)時(shí)問的變化曲線。實(shí)驗(yàn)條件為HPAM濃度為5000MGL；CP濃度為100MGL；礦化度為5727MGL；溫度為70。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水解度越大，交聯(lián)粘度增加，粘度增高，證明交聯(lián)程度增強(qiáng)。再次證明了HPAM的交聯(lián)基團(tuán)是羧基。圖3HPAMJ口體系透光率與時(shí)間曲線圖4HPAMCP體系粘度與時(shí)間曲線2472HPAMCR3體系交聯(lián)過程及分子球結(jié)構(gòu)模型將HPAM相對(duì)分子質(zhì)量3C0萬，水解度分別為24，91，180和261配成濃度為10000MGL的溶液，其中含有100唰L的NACI。交聯(lián)劑C，溶液由CRCB6H20制備。粒度采用ZETASIAER3000英國MALVEM公司產(chǎn)品測定，入射光角度為90。，入射光波長為633NM。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IIPAM溶液無粒度響應(yīng)，在室溫放置30D后，也無粒度響應(yīng)，證明高分子無規(guī)線團(tuán)沒有顆粒特性。水解度為24的樣品一直沒有粒度響應(yīng)，證明沒有發(fā)生交聯(lián)；而水解度為91，18O和261的樣品體系在交聯(lián)約6H以后，可測到顆粒的存在，說明其在C，交聯(lián)作用下形成了具有一定固體特性的顆粒。研究認(rèn)為，交聯(lián)體系的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是由單分子HPAM的部分羧基與酰胺基間的氫鍵作用、分子內(nèi)部分羧基與C，的化學(xué)鍵作用形成的單分子球及少量的單分子球簇，靠分子間的部分羧基與C，的化學(xué)鍵作用交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，交聯(lián)體系具有一定粘彈特征，它可以束縛大量水。分了球結(jié)構(gòu)模型見圖5。有機(jī)鉻交聯(lián)劑為C，有機(jī)螯合型絡(luò)合物，HPAM有機(jī)鉻的交聯(lián)，其實(shí)質(zhì)也是HPAM與有機(jī)鉻交聯(lián)劑中的C，發(fā)生交聯(lián)，因圖5分子球咕構(gòu)模型此，HPAMCR，體系的交聯(lián)機(jī)理適用于W，有機(jī)鉻交聯(lián)劑體系。利用機(jī)理研究提出的分子球結(jié)構(gòu)模型進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了耐溫抗鹽交聯(lián)體系的性能。由于有機(jī)鉻交聯(lián)劑能緩慢釋放出C，部分次活性的交聯(lián)點(diǎn)又參與分子間交聯(lián)，形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，交聯(lián)聚合物具有良好的耐溫、抗鹽、剪切恢復(fù)等特性。三在多孔介質(zhì)中動(dòng)態(tài)交聯(lián)規(guī)律研究在模擬東辛地層條件下，在56M的長巖心管內(nèi)研究交聯(lián)聚合物段塞的動(dòng)態(tài)交聯(lián)規(guī)律。該物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置在模型設(shè)計(jì)、模型與原型之間的對(duì)應(yīng)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)的匹配、數(shù)據(jù)處理等方面均是在相似理論的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的。巖心管直徑038M，沿流程布置了12個(gè)精度為01級(jí)的壓差傳感器，其測量值對(duì)應(yīng)為P，P佗。如圖6所示。N廣卜一JL且A_LR，_了了7_歹羅_幽6模型管流動(dòng)壓差測量不意圖圖7是剪切速率為86S“時(shí)，交聯(lián)聚合物在多孔介質(zhì)中流動(dòng)過程中，動(dòng)態(tài)交聯(lián)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理結(jié)果。在交聯(lián)劑和聚合物混合的時(shí)刻起，交聯(lián)反應(yīng)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)生，凍膠的粘度不斷上升。由于即使在條件相同的情況下，每次配制的聚合物溶液初始粘度也有一定差別，因此，為了表征交聯(lián)造成的聚合物溶液粘度上升的程度，定義了等效無量綱粘度，它是交聯(lián)聚合物流動(dòng)過程中通過達(dá)西公式計(jì)算得到的終時(shí)平均粘度與聚合物溶液的初始粘度的比值。廠T1H廠一一，廠7R。F一一05M越爵刪喊籟辨膏，L卜46M3幺一，J20406080100120時(shí)間，H圖7交聯(lián)聚合物在多孔介質(zhì)中流動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)交聯(lián)實(shí)驗(yàn)結(jié)果86S一圖中結(jié)果顯示1從交聯(lián)劑和聚臺(tái)物混合的時(shí)刻起，交聯(lián)反應(yīng)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)生，凍膠的粘度不斷上升。2交聯(lián)聚合物在巖心管中流動(dòng)時(shí)能形成良好的交聯(lián)凍膠，多孔介質(zhì)中流動(dòng)交聯(lián)聚合物的初始交聯(lián)時(shí)間為6。7H，終時(shí)交聯(lián)時(shí)間大于80H。3多孔介質(zhì)中流動(dòng)著的交聯(lián)聚合物可以通過交聯(lián)，使得聚合物的交聯(lián)粘度達(dá)到接近靜態(tài)交聯(lián)的終時(shí)交聯(lián)粘度。4入口段一直是新配制的交聯(lián)聚合物溶液流動(dòng)，理論上在模型管的人口段交聯(lián)現(xiàn)象應(yīng)不明顯，應(yīng)表現(xiàn)為流動(dòng)壓差P比較小。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，在實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，入口段單位長度上的壓差隨著時(shí)間也在增大，這表明入口段存在吸附交聯(lián)的現(xiàn)象。5聚合物、交聯(lián)劑的吸附作用而對(duì)體系產(chǎn)生的不利影響是短暫的，不會(huì)對(duì)整個(gè)交聯(lián)體系產(chǎn)生大的影響。四交聯(lián)聚合物段塞的穩(wěn)定性用03PV交聯(lián)聚合物段塞驅(qū)替過程中，沿整個(gè)模型管的等效粘度測量結(jié)果見圖8。由圖可以看出，交聯(lián)聚合物注入巖心后，隨著時(shí)間的推移，逐漸開始交聯(lián)，后續(xù)水注入后，交聯(lián)聚合物由于交聯(lián)后形成大分子鏈，在后續(xù)水的稀釋下暫時(shí)表現(xiàn)為單位長度壓力降變小，使得測量的等效粘度降低。但是，交聯(lián)聚合物的延遲交聯(lián)特性使得交聯(lián)聚合物在一定時(shí)間后交聯(lián)強(qiáng)度變大，形成凍膠，宏觀表現(xiàn)為等效粘度不斷升高。隨著交聯(lián)聚合物凍膠的形成和交聯(lián)強(qiáng)度的不斷提高，巖心中單位長度的壓力降不斷增大。交聯(lián)劑與聚合物溶液在多孔介質(zhì)中一旦發(fā)生交聯(lián)，形成交聯(lián)聚合物凍膠，會(huì)造成較大量的滯留，使得多孔介質(zhì)的流動(dòng)阻力系數(shù)提高，表現(xiàn)為單位長度壓差增高。圖9、圖10是利用環(huán)境掃描電鏡得到放大200倍的注聚合物合物段塞、交聯(lián)聚合物段塞，再利用后續(xù)水驅(qū)過后巖心的微觀照片。可以清楚地看出，交聯(lián)聚合物段塞流過后，巖心中的殘留比較多，隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，相對(duì)于巖心砂粒間的喉道來講，鏈狀的大分子團(tuán)形成，它們?cè)诙嗫捉橘|(zhì)中24口的運(yùn)動(dòng)受阻，導(dǎo)致較大數(shù)量的殘留。而聚合物段塞經(jīng)后續(xù)水驅(qū)后被驅(qū)掃的比較干凈。蜊鏨翳刪性01020304050607080時(shí)IH|，H圖8O3PV交聯(lián)聚合物段塞動(dòng)態(tài)交聯(lián)過程中的等效無量綱粘度測量在后續(xù)水驅(qū)的條件下，殘留凍膠保持了較好的穩(wěn)定性，這一特性進(jìn)一步說明交聯(lián)聚合物應(yīng)用于非均質(zhì)地層可以起到調(diào)剖的作用。圖LO交聯(lián)聚合物段寒后續(xù)水驅(qū)圖9聚合物段塞后續(xù)水驅(qū)后后放大200倍微觀照片放大200倍微觀照片三、辛50耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)一辛50塊概況沙二8砂組含油面積066KII，地質(zhì)儲(chǔ)量161LOT，目前井網(wǎng)下標(biāo)定可采儲(chǔ)量935104T，其中沙二83“單層厚度達(dá)1020M，而812則是以2M左右的薄層砂巖為主，油層埋深在22502350M。沙二8為三角洲前緣河口沙壩沉積，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，平均空氣滲透率101610。,TTM2，有效滲透率32310。衄F(xiàn)，非均質(zhì)變異系數(shù)O607。以中高滲透層為主。目前油層溫度85，地下原油粘度72NLPAS，地層水為CACI型，礦化度較高，總礦化度達(dá)到509966MGL，其中CA2MF濃度為24325MGL。試驗(yàn)區(qū)注入井3LI，油井5EL。二方案設(shè)計(jì)情況1配產(chǎn)配注結(jié)果各單井配注根據(jù)井組砂體孔隙體積系數(shù)及各井組的注采比進(jìn)行初配，然后結(jié)合井組實(shí)際250的注入情況、生產(chǎn)狀況、歷史最大注入能力和注聚合物經(jīng)驗(yàn)做綜合調(diào)整，確定了初期的配注量，設(shè)計(jì)單井初期試配160200M3D，平均175矗，D，單元注入速度700M3D。2推薦礦場注入方案設(shè)計(jì)推薦辛50單元注交聯(lián)聚合物驅(qū)現(xiàn)場實(shí)施方案為注入速度0082PVA，注入總量025PV，分兩段塞注入，第一段塞注入005PV，聚合物濃度為1800MG1。，交聯(lián)劑濃度為700MGL；第二段塞注入02PV，聚合物濃度為1600MGL，交聯(lián)劑濃度為700MGL。設(shè)計(jì)方案見表1。表1交聯(lián)聚合物驅(qū)設(shè)計(jì)方案段塞尺寸注入液量聚臺(tái)物溶液濃度聚合物用量交聯(lián)劑濃度交聯(lián)劑用壁連續(xù)洼時(shí)間段塞10矗RAGCLI耐L005156183191700109222302624160011345徹436889L合計(jì)02578016401453670054611143礦場實(shí)施增油效果預(yù)測預(yù)測該方案現(xiàn)場提高采收率75，增產(chǎn)原油1201104T，IT當(dāng)量聚合物增產(chǎn)原油715T，注入第2年見效，有效期14年，第36年為見效高峰期。三試驗(yàn)進(jìn)展及效果1試驗(yàn)進(jìn)展辛50耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物驅(qū)項(xiàng)目于8月6日開始陸續(xù)注入1800MGI，聚合物溶液，9月10日開始陸續(xù)添加SGL型交聯(lián)劑700MGL。截止到2005年8月底累注聚合物合物干粉3432T，累積注交聯(lián)劑65T，注入聚合物溶液2685104M3。2試驗(yàn)效果1注入壓力上升，吸水能力下降。辛50沙二8注聚合物井組從2003年8月注聚合物以來，2EL正常注聚合物井注入壓力X50一81和X5024從注聚合物前的88MPA上升到目前的12MPA，上升32MPA；注聚臺(tái)物后試驗(yàn)區(qū)吸水能力下降，往水強(qiáng)度由11矗DMMPA下降到06M3DMMPA。2霍爾曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。注聚合物時(shí)霍爾曲線直線段與注水時(shí)之比為阻力系數(shù)。計(jì)算注聚合物前霍爾曲線斜率為000101246，注聚合物后霍爾曲線斜率為000409572，殘余阻力系數(shù)為404，說明注聚合物見到了一定效果圖11?；魻柷€阻力系數(shù)增加反映了段塞逐漸形成。隸鞋桀柳累計(jì)注體積，104M3圖11霍爾曲線2513生產(chǎn)井動(dòng)態(tài)變化。50一77井、X50X27井均見到了一定的試驗(yàn)效果。50一77井日產(chǎn)油由32T上升至7IT，含水由92T1輊90。X50X27井含水由94T降至918。四、結(jié)論1研制形成了耐溫抗鹽系列交聯(lián)聚合物驅(qū)油體系MG。30THNGL，體系半年粘度保留率大于70。2采用多種手段對(duì)交聯(lián)