低分子阳离子聚合物对高浓度聚驱解堵作用的评价

张荣明,王 越,李 伟,马冬晖,赵 民

(1.东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318; 2.渤海钻探工程技术研究院,天津300280;3.中国石油长城钻探国际钻修公司,辽宁盘锦124010; 4.大庆钻探集团钻井一公司,黑龙江大庆163318)

低分子阳离子聚合物对高浓度聚驱解堵作用的评价

张荣明1,王 越1,李 伟2,马冬晖3,赵 民4

(1.东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室,黑龙江大庆163318; 2.渤海钻探工程技术研究院,天津300280;3.中国石油长城钻探国际钻修公司,辽宁盘锦124010; 4.大庆钻探集团钻井一公司,黑龙江大庆163318)

针对大庆油田的现状,研制出了一种低分子阳离子聚合物,能够有效改善地层堵塞状况,解堵率达到90%以上。

高浓度聚驱;解堵;低分子阳离子聚合物

为进一步开采油田水驱后的剩余油、提高采收率,大庆油田率先采用聚合物驱油技术提高原油采收率[1],效果明显。但随之一系列对油井有害的问题也显现出来,主要为注入压力高、达不到配注等,最严重的是造成油井堵塞,使后续注入条件变得更为苛刻,对注入工艺的要求更加严格。随着聚合物累计注入量的增加,大庆油田总体注入状况逐年恶化,部分井(占总井数的20%以上)的注入压力已经接近或达到油层的破裂压力[2],采收率下降。目前国内外采用的注聚井化学解堵技术是利用聚合物的氧化降解性质,以常规酸液或各种缓速酸液和强氧化剂型解堵剂进行协同作用。这些方法对地层造成了一定程度的破坏,并且易产生严重的安全隐患。

为此,作者合成了一种低分子阳离子聚合物,其分子链上的正离子能在岩石表面形成稳定的吸附层,改变岩石的表面性质,形成疏水环境,减少或防止注聚井中由于聚合物的吸附、滞留等原因形成的堵塞[3,4],从而延长注聚井的有效期。其合成反应式为:

作者在此就合成的低分子阳离子聚合物对高浓度聚驱的解堵作用进行了研究。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

井底堵塞物,大庆油田提供。

环氧氯丙烷、二甲胺均为分析纯,天津大茂化学试剂厂。

DS-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器,巩义予华仪器有限责任公司;DZF-6030A型真空干燥箱,上海一恒科技有限公司;LVDV-Ⅱ+PRO型布氏粘度计。

1.2 低分子阳离子聚合物降粘效果的测试

制备低分子阳离子聚合物并配制成不同浓度的溶液。在45℃恒温条件(参考大庆油田地层环境)下,取一定体积溶液分别加入到相同体积的井底堵塞物中,充分混合摇匀后静置,每隔1 h用粘度计测试混合液的粘度。按下式计算降粘率:

1.3 岩心模拟实验方法

采用人造填砂岩心进行模拟实验(控制实验装置恒温45℃),填砂管使用的岩心砂粒组成参照大庆砂中天然岩心砂岩粒度组成,填砂管及介质参数见表1。

表1 填砂管及介质参数Tab.1 Parameters of sand packed tube and medium

利用平流泵将岩心饱和水,待系统压力平衡后,首先打开平流泵并开始注入井底堵塞物,待系统压力稳定后,再次打开平流泵注入低分子阳离子聚合物溶液,直至系统压力稳定为止[5]。

1.4 解堵效果测试

选用质量分数为0.35%的低分子阳离子聚合物溶液,通过岩心模拟实验观察其对井底堵塞物的解堵效果,利用达西定律计算渗透率,再根据渗透率按下式分别计算岩心的伤害率、解堵率和防堵率:

式中:K1、K2、K3分别为岩心的原始水测渗透率、聚合物堵塞后的渗透率、解堵后的渗透率,μm2。

2 结果与讨论

2.1 低分子阳离子聚合物对井底堵塞物的降粘效果(表2)

表2 不同浓度低分子阳离子聚合物在不同时间内对井底堵塞物的降粘率/%Tab.2 The effect of removing blockage by different concentrations of the low molecular weight cationic polymer at different times/%

由表2可知,低分子阳离子聚合物对井底堵塞物有较强的降粘能力,能在短时间内达到有效的降粘效果,其浓度为3500 mg·L-1时,降粘效果最好。

2.2 岩心模拟实验结果

系统注入压力随井底堵塞物注入PV数和低分子阳离子聚合物(质量分数为0.35%)溶液注入PV数的变化曲线见图1。

图1 系统注入压力随井底堵塞物注入PV数(a)、低分子阳离子聚合物溶液注入PV数(b)的变化曲线Fig.1 Injection pressure change with the PV number of the stemming of wells injected(a), the PV number of the low molecular weight cationic polymer solution injected(b)

由图1可知,系统注入压力随着井底堵塞物注入PV数的增加而增大,在井底堵塞物注入14 PV后,系统注入压力趋于平稳。压力升高的主要原因是由于井底堵塞物在岩心中吸附滞留量的增加而导致岩心孔隙堵塞。

由图1还可知,系统注入压力随着低分子阳离子聚合物溶液注入PV数的增加而逐渐减小,在低分子阳离子聚合物溶液注入2.25 PV后,系统的注入压力趋于稳定,说明该低分子阳离子聚合物能够有效地恢复注入压力。

在45℃恒温条件下,随着低分子阳离子聚合物溶液的注入,系统压力平衡后,再次打开平流泵并开始注入井底堵塞物,系统注入压力随再次注入井底堵塞物PV数的变化曲线见图2。

由图2可知,在井底堵塞物再次注入6 PV后,系统压力趋于平稳,压力上升幅度比第一次注入井底堵塞物时小,说明低分子阳离子聚合物溶液可以起到降压增注的作用,从而延长注聚井的有效期。

2.3 解堵效果(表3)

由表3可知,在45℃恒温条件下,岩心A和B在注入井底堵塞物后,注入压力由1.2 MPa和1.1 MPa分别上升至11.7 MPa和11.3 MPa,渗透率分别由63.8×103μm2和69.7×103μm2下降至2.87×103μm2和2.94×103μm2;通过质量分数为0.35%的低分子阳离子聚合物溶液驱替2.5 PV后,注入压力分别下降至1.8 MPa和1.5 MPa,岩心渗透率分别恢复至59.6×103μm2和67.5×103μm2;向系统继续注入井底堵塞物后,岩心A和B注入压力分别上升至8.7 MPa和8.5 MPa,渗透率分别下降至15.4×103μm2和16.8×103μm2。表明该低分子阳离子聚合物对于大庆油田井底堵塞物具有良好的解堵效果(解堵率达到90%以上),能够使地层注入压力和渗透率得到很大程度的恢复,并且可以减少或防止后续注聚井中由于聚合物的吸附、滞留等形成的堵塞,起到降压增注的作用,延长注聚井的有效期。

表3 低分子阳离子聚合物的解堵效果Tab.3 The removing blockage efficiency of the low molecular weight cationic polymer

图2 系统注入压力随再次注入井底堵塞物PV数的变化曲线Fig.2 Injection pressure change with the PV number of the stemming of wells injected again

3 结论

针对大庆油田的现状,研制出了一种低分子阳离子聚合物,能够有效改善大庆油田的地层堵塞状况,解堵率达到90%以上。

[1] 杨艳霞,胡三清,王松.聚合物驱的解堵与解吸室内研究[J].湖北化工,2003,20(1):19-20.

[2] 谢朝阳,李国,王鑫,等.大庆油田注聚井解堵增注技术[J].大庆油田地质与开发,2003,22(6):57-59.

[3] Fletcher A J P.Formation damage from polymer solutions:Factors governing injectivity[J].Reservoir Engineering,1992,7(2): 237-246.

[4] 牛桂玲,田乃林.注聚合物井井底堵塞物解除方法的室内研究[J].钻采工艺,2002,6(9):46-54.

[5] 宁丽华.稠油拟启动压力梯度测定实验方法及应用[J].石油化工高等学校学报,2011,24(1):59-63.

Evaluation of the Removing Blockage Effeciency for High Concentration of Polymer Flooding by Low Molecular Weight Cationic Polymer

ZHANG Rong-ming1,WANG Yue1,LI Wei2,MA Dong-hui3,ZHAO Min4
(1.Provincial Key Laboratory of Oil&Gas Chemical Technology,College of Chemistry and Chemical Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China; 2.Bohai Drilling Engineering and Technology Research Institute,Tianjin 300280,China; 3.Greatwall Drilling Company,CNPC,Panjin 124010,China; 4.Daqing Drilling and Exploration Group No.1 Drilling Company,Daqing 163318,China)

In this paper,based on the present situation of Daqing Oilfield,a kind of low molecular weight cationic polymer was synthesized,which could decrease the formation of plugging effectively,and the removing rate of blockage was more than 90%.

high concentration of polymer flooding;removing blockage;low molecular weight cationic polymer

TE 357.46

A

1672-5425(2013)03-0082-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.03.022

中国石油天然气集团公司资助项目(DQYT-0506003-2011-GS-1235)

2012-12-13

张荣明(1966-),男,辽宁盘锦人,副教授,研究方向:油田化学,E-mail:zrm3000zrm@163.com。