张锁兵 赵梦云 苏长明 张大年
(中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083)
摘 要 稠油热采防窜一直是油田开发的难点之一,常用封窜剂难以解决热采井深部的封窜问题。本文研究了自制热敏凝胶体系的封堵性能,考察了其黏温性能、黏浓性质及浓度对凝胶性质的影响。实验结果明:热敏体系在特定温度下,从溶液转变为高强度冻胶,降温后体系自动恢复流动性,整个过程是可逆的;热敏凝胶体系具有注入性、耐温性、稳定性好和封堵率高等优点,特别适合于稠油热采井封窜的深部处理。
关键词 稠油 热采 热敏凝胶 深部封窜
Performance Experiment on Thermal Sensitive Gel for
Plugging in Thermal Production Wells of Heavy Oil
ZHANG Suobing,ZHAO Mengyun,SU Changming,ZHANG Danian
(Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,
Beijing 100083,China)
Abstract Heavy oil anti-channeling has been one of the difficulties of the oilfield application of anti-channeling agents could not effectively solve the problem of deep channeling in thermal production wells of heavy performance of thermal sensitive gel which produced by the authors was its viscosity-temperature performance,sticky concentrated nature and concentration of the gelling properties were results show that the system can change from solution into high strength gel system at thermal sensitive temperature,and resume mobility after whole process is reversible and can be repeated form any system has good behaviors of adjustable thermal sensitive temperature and gel strength,good injection performance,temperature tolerance,stability and high plugging efficiency,which is particularly suitable for deep channeling p lugging in steam huff and puff wells.
Key words heavy oil;thermal production;thermal sensitive gel;deep channeling plugging
国家对石油资源的巨大需求而国内产量难以供给的矛盾,使得以前不动用的难开采、非常规资源成为今后的主攻方向。其中,我国稠油资源储量丰富,约×1010t,占总油气资源的28%[1~3]。开采稠油资源的最好方式是热力采油(包括蒸汽吞吐和蒸汽驱),但由于流度差异以及重力超覆等原因,实际生产中,蒸汽容易在高渗层中发生指进和汽窜,从而降低了蒸汽波及系数,严重降低了热采开发效果[4,5],汽窜已成为稠油开发中最为棘手的问题之一,也是稠油开采中亟待解决的困难之一。
采用化学剂对稠油热采油井进行高温封窜,已被我国石油工作者广泛采用[6~8]。然温水浴锅;安瓿瓶等。
药品:KDM-12型热敏凝胶(自制);模拟矿化水Ⅰ(自制,总矿化度5727mg/L,Ca2+、Ma2+总量为108mg/L);模拟矿化水Ⅱ(自制,总矿化度19334mg/L,Ca2+、Ma2+总量为1028mg/L)。
实验方法
凝胶温度确定
将配制好一定浓度的热敏凝胶体系加入到安瓿瓶中,氮气吹扫后用铝盖密封,然后置于恒定温度的水浴中,放置一定时间观察,若液体不流动,则为凝胶温度;若仍为液体,则继续升高水浴温度,待恒温后放入样品,重复步骤直到确定凝胶温度为止。
凝胶强度测定
采用真空度法表征热敏凝胶体系成胶后的强度,测定步骤:把玻璃管的一端插入形成凝胶的热敏凝胶体系,另一端用真空泵抽吸,用空气突破冻胶时压力表上的读数来表征凝胶的强度[11]。
耐温性能评价
将凝胶体系封存于安瓿瓶中,然后放在高温烘箱中,观察在高温下经历不同时间后样品的脱水情况,以确定凝胶体系的耐温性能。
封堵性能评价
采用单管模型评价热敏凝胶的封堵性能。具体试验流程如下:(1)用模拟矿化水饱和填砂管,一定温度下测定填砂管的堵前水测渗透率kw0;(2)用平流泵以1mL/min流量将(孔隙体积)的预凝胶液注入填砂管,升温至胶凝温度以上(90℃)下恒温3h后,测定填砂管的堵后水测渗透率kw1;(3)计算封堵率E。试验流程图如图2所示。
图2 单管模型流程图
油气成藏理论与勘探开发技术(五)
式中:E为堵水率,%;kw0为堵前渗透率,μm2;kw1为堵后渗透率,μm2。
3 结果与讨论
注入性能
在30℃恒温条件下,利用流变仪测定不同质量分数KDM-12溶液的黏度,结果如图3所示。
图3 不同质量分数的KDM-12溶液对应的黏度
由图3可知,随着KDM-12溶液质量分数的增加,溶液的黏度增加,为了保证溶液易于注入地层,合适的KDM-12溶液质量分数不应高于3%。
凝胶温度的确定及黏温关系
测定质量分数为2%凝胶体系溶液的黏度,并利用试管倒置法确定了对应的凝胶温度,如表1所示。
表1 质量分数为2%的凝胶体系的黏度及胶凝温度
测定质量分数为2%的KDM-12溶液的黏度随温度变化的关系,试验结果如图4所示。
由图4可知,随着温度的升高,溶液的黏度先降低后升高。当温度低于胶凝温度时,溶液黏度随温度的升高而呈线性关系降低;而后随着温度的升高,黏度急剧升高,最终形成凝胶。当温度低于胶凝温度时,由于氢键作用,水分子在疏水基团周围形成有序的“笼形结构”,使体系溶于水;当温度升高时,分子运动加剧,结构产生紊乱和破坏,疏水基团甲氧基相互缠绕,形成三维空间网络结构。
抗剪切性能
配制质量分数为2%的KDM-12溶液,加入到waring混调器,在1档位置将其剪切不同时间后测定体系的黏度及凝胶强度。如表2所示。
图4 不同温度下KDM-12溶液对应的黏度
表2 剪切对热敏凝胶体系的影响
由表2可知,随着剪切时间的延长,KDM-12溶液黏度降低,具有剪切稀释性。由于剪切导致分子链段断裂,导致溶液黏度降低,但是亲水链节上仍存在疏水基团。当温度升高时,疏水基团发生缔合形成连续的网状结构,形成凝胶,但是由于分子链断裂对水的控制能力降低,导致凝胶强度降低。
耐矿化度能力
利用模拟矿化水配制不同质量分数为%的KDM-12溶液,分别取一定体积的溶液盛入安瓿瓶中,氮气吹扫后密封,考察其凝胶温度和凝胶强度,后将形成凝胶的安瓿瓶放置在100℃烘箱中考察其3d后的脱水量,见表3。
表3 KDM-12对不同矿化度模拟水的耐受性
由表3可知,不同浓度的矿化水对KDM-12型热敏凝胶体系的性能影响较小,其表现出较好的耐受性。
热稳定性能
将质量分数为2%的KDM-12溶液封存在安瓿瓶中,放置在不同温度(100℃及120℃)的烘箱中进行老化,考察其凝胶脱水量随时间的变化关系,结果如表4所示。
表4 不同温度条件下凝胶脱水量与老化时间的关系
由表4可知,相同老化时间下,随着温度的升高,凝胶的脱水量增加,但增加量并不多,说明KDM-12体系具有较好的耐温性能。
封堵性能
参照封堵性能评价方法,利用单填砂管模型(直径,长50cm)评价了质量分数为%、2%的KDM-12溶液的封堵性能,试验结果如表5所示。
表5 110℃下不同质量分数的KDM-12溶液的封堵性能
由表5可知,随着KDM-12溶液的质量分数增加,封堵率增加且均高于97%,表明热敏凝胶体系具有好的封堵性能。
4 结论
1)静态评价结果表明,自制的热敏凝胶冻胶液初始黏度低,入泵性能好;凝胶强度大;抗剪切性能好;对高矿化度水有较好的耐受性,在总矿化度19334mg/L,Ca2+、Ma2+总量为1028mg/L时仍具有较高的凝胶强度;热稳定性好,在120℃的高温环境中,30d后只有少量脱水。
2)动态评价结果表明,热敏凝胶具有较高的封堵率。
参考文献
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