塔河油田碳酸盐岩储层中聚合物凝胶堵漏技术

塔河油田地质条件复杂,缝洞性碳酸盐岩储层孔缝洞发育,在此储层钻进过程中常出现放空、发生井漏,并引发井喷、井塌、卡钻等复杂事故,常规桥堵技术难以有效封堵。针对塔河油田老井修完井过程中的漏失难题,研制了一种抗高温聚合物凝胶堵漏剂,对其进行性能评价可知,聚合物凝胶成胶前基液黏度在13~14.5 mPa·s范围内,150℃下成胶时间在30~150 min内可控,成胶后失去流动性,形成高强度凝胶塞,具有较高承压强度,使用3 mm裂缝钢铁岩心(长5 cm)模拟储层进行封堵能力评价,封堵压力可达2.1 MPa/42 cm;凝胶具有较好的抗污染性能,稳定性良好;凝胶破胶性能显著,加入碱液改变环境pH值后,可实现48 h破胶成为低黏流体,破胶后的凝胶可满足岩心渗透率恢复值≥85%。该耐温聚合物凝胶既能实现高效封堵,也能有效解堵,在修井作业、恶性漏失等方面具有较好的应用前景。

聚合物凝胶堵漏剂配方及其在高原铁路超深水平孔中的应用进展

高原铁路横穿藏东南缘,区域岩性复杂多变,岩体强度以及完整程度差异极大,致使线路勘察异常艰难。在开展的超深水平定向孔钻探勘察中,孔内漏失、掉块严重,严重影响钻探进度。分析认为,漏失通道大,水泥浆、PAM+SZ803高分子堵漏剂等传统堵漏材料径向渗透力弱、凝结性差和提下钻时的抽汲作用等多因素,共同导致掉块卡钻、坍塌埋钻、漏失、钻孔弯曲等井下复杂现象发生。为解决水平孔超深部裂缝性漏失问题,利用聚合物凝胶自由交联作用机理,合成一种新型聚合物凝胶堵漏剂。通过实验测试配方中交联剂、延缓剂(GH-8)、羧甲基纤维素的含量以及温度对成胶黏度、成胶时间影响,当聚乙烯醇3%、硼砂2%,羧甲基纤维素0.3%、GH-80.6%,交联温度30~45℃时,成胶时间74~91 min,成胶黏度247400~254400 mPa·s,符合生产需求。承压封堵模拟实验研究表明,加入3%木屑后承压能力还可提高47%,漏失量减少30%以上。生产试验表明,本凝胶堵漏剂配方可有效解决裂缝性漏失问题,护壁效果明显,具有很好的推广应用前景。

一种聚合物凝胶暂堵剂的研制及其应用

老君4井为普光边缘的一口高含硫气井,经酸压后,地层压力系数低,液面亏空达1200 m,需进行高强度暂堵后才可进行投产作业,且该井安装两个间隔1 m且内径小(45 mm)循环阀,常规暂堵剂无法顺利通过循环阀内径。针对以上难题,以AMPS、AM为单体,复合一定粒径的无机材料,协同盐和除氧剂等材料,开发出了聚合物凝胶暂堵剂并在老君4井进行了成功应用,室内和现场实验表明:聚合物凝胶暂堵体系130℃下高黏度维持时间长达15 d以上,封堵承压达27 MPa,可阻滞高含硫气从井筒逸出,解堵率高,投产后产量约1.20×10^(6)m^(3)/d,应用效果良好。

纳米二氧化硅强化聚合物凝胶对高温地层水的控制能力

聚合物凝胶堵水是适用于非均质油藏堵水的常用方法。在恶劣的储层条件下聚合物凝胶系统的凝胶网络结构和交联时间容易受到影响。向其中添加纳米二氧化硅是一种有效的强化措施。介绍了纳米二氧化硅增强聚合物凝胶的黏度、胶凝时间、胶凝强度以及在岩心中的堵水性能。结果显示,添加0.5%的纳米二氧化硅能够帮助凝胶弥补因高温和高矿化度而导致黏度损失,有效延长了聚合物凝胶的胶凝时间,提高了凝胶网络结构的热稳定性。在高温条件下,相比于单一聚合物凝胶的堵水性能,复合聚合物凝胶拥有更高的承压能力。

聚合物凝胶堵漏材料在石油工程中的应用研究进展

石油勘探和开采过程中出现的井漏问题是影响井下安全和施工周期的主要因素之一。聚合物凝胶堵漏材料较常规堵漏材料相比具有相对突出的优势,阐释了聚合物凝胶堵漏材料的作用机理;综述了近年来聚合物凝胶堵漏材料的研究进展;总结了预交联型、延迟交联型、刺激响应聚合物凝胶堵漏材料的应用和研究现状。最后对聚合物凝胶堵漏材料的未来研究方向进行了展望。

水溶性酚醛树脂作为水基聚合物凝胶交联剂的研究

用由苯酚和甲醛合成的水溶性酚醛树脂作两性离子聚丙烯酰胺的交联剂 ,得到了性能良好的水基凝胶并成功地应用于沈阳油田的深部调剖。本文报道了水溶性酚醛树脂的两步催化合成工艺 ,确定了原料配比、反应温度、反应时间等合成条件 ,考察了水溶性酚醛树脂的稳定性 ,简要介绍了形成的凝胶物性以及调剖效果。

聚合物凝胶颗粒调剖特性评价

基于对聚合物凝胶颗粒封堵窜流通道的机理分析,提出以弹性封堵强度和破碎封堵强度作为吸水膨胀的凝胶颗粒在油藏孔隙中封堵特性的表征参数和评价指标。根据多测点岩心模拟实验得到的封堵系数分布及其动态规律,分析了凝胶颗粒段塞在岩心中的运移特性及其对窜流通道的封堵能力。综合利用上述指标参数和动态特征,可以评价聚合物凝胶颗粒的调剖特性。

两次成胶的聚合物凝胶堵剂的研制及应用

采用2种不同的交联剂,研制了在地面温度下形成流动凝胶,注入地层后形成强凝胶的聚合物水基凝胶堵剂,通过组份用量优选得到了最佳配方:聚合物HPAM(M=1.9×107,HD=25%)8.0g/L+有机铬交联剂(以Cr3+计)0.5g/L+20%有机树脂溶液5.0g/L+增强剂(无机盐)1.0g/L,以淡水配液。该优化配方堵剂液在20℃下2h内第一次成胶,粘度升至5～6Pa·s,在72℃下4～12h第二次成胶,强度达到G级。将优化配方堵剂液1.0PV注入含1.7～2.0mm宽裂缝的人造砂岩岩心,在72℃候凝72h后突破压力梯度为32～61MPa/m。介绍了在克拉玛依油田八区下乌尔禾组裂缝性油藏一个一注六采井组,用该堵剂实施注水井调剖和采油井(2口)堵水的良好结果。图2表5参6。

无机地质聚合物凝胶堵剂的性能评价

针对胶结疏松易形成大孔道的高温高矿化度油田,以渤海油藏储层和流体为研究对象,用增黏剂蒙脱土、交联剂氢氧化钠、缓凝剂柠檬酸和主剂粉煤灰等制得无机地质聚合物凝胶堵剂,研究了堵剂的成胶速度及影响因素、耐温耐盐性能、封堵效果、液流转向效果以及封堵后的调驱效果。结果表明,随着主剂与交联剂浓度和温度的增加,无机地质聚合物凝胶成胶速度增大。配液水矿化度对无机地质聚合物凝胶成胶效果基本无影响,配液水中较高浓度的碳酸根和碳酸氢根会延长聚合物胶液的交联时间。当岩心水测渗透率大于18800×10^-3μm^2时,无机地质聚合物凝胶对岩心的封堵率随渗透率的增加而增大,且封堵率均大于90%。无机地质聚合物凝胶的耐冲刷能力和液流转向效果较好,可对高渗透层大孔道有效封堵,提高低渗岩心分流率。对于大孔道或特高渗透条带,封堵长度越大,增油降水效果越好。无机地质聚合物凝胶的封堵效果好于常规的聚合物凝胶和淀粉胶,可用于高温高矿化度油田大孔道的封堵。

Cr^(3+)聚合物凝胶成胶效果及其影响因素

高质量浓度聚合物具有较强的黏弹性,但应用中有时会出现聚合物分子聚集体尺寸与油藏岩石孔隙配伍性较差的问题。针对大庆油田储层地质特征和流体性质,通过岩心流动性实验和驱油实验,以渗流特性为评价指标,利用正交试验优选出分子内交联聚合物凝胶体系后,研究凝胶体系黏弹性和驱油效率。结果表明:调节聚合物质量浓度、配制水矿化度、w(聚/Cr3+)可获得分子聚集体尺寸较小且阻力系数和残余阻力系数较高的分子内交联聚合物凝胶体系。聚合物溶液发生分子内交联后,一方面聚合物分子线团传输运移能力增强,且刚性增强,通过岩心孔隙时形变能力减弱,滞留能力增强,可有效提升注入压力,扩大波及体积;另一方面体系黏弹性和第一法向应力差均增大,洗油效率提高,二者综合作用表现出较高的驱油效率。

岩石孔隙对两性离子聚合物凝胶成胶效果影响

利用黏度计、动态光散射仪以及岩心流动实验研究交联聚合物体系在磨口瓶和多孔介质中的成胶效果及体系与岩心的配伍性能。结果表明:在磨口瓶中体系黏度大幅上升,分子线团尺寸明显增加,具有良好的成胶效果,且体系先发生分子内交联,然后发生分子间交联,当体系发生大范围分子间交联前分子线团尺寸较小,与岩心配伍性良好,而交联后分子线团尺寸大幅增加,难以注入岩心;静态条件下,体系能够在岩心内成胶,但成胶强度明显低于在磨口瓶内的强度,且体系的残余阻力系数随着时间的增加先增大后降低,随岩心渗透率增加而增大;动态条件下,体系的阻力系数与同浓度聚合物溶液的几乎相等,说明该体系在多孔介质内动态条件下难以发生交联反应,原因是流动会干扰交联聚合物溶液体系中交联基团的运移、取向和定位,降低交联体系在适当位置形成交联的概率。

预交联聚合物凝胶颗粒分散体系的流变性能

采用HAAKERS600型流变仪、膜过滤实验及激光粒度仪和光学显微镜，研究了预交联聚合物凝胶颗粒分散体系的流变性能、封堵性能和颗粒的形态、大小。结果表明，预交联聚合物凝胶颗粒分散体系的表观黏度和弹性随溶胀时间的增加而上升；当溶胀时间为10～15d时，体系的表观黏度达到最大值；随剪切速率增加，体系的表观黏度降低，表现出明显的假塑性体系的性质，而且为非依时性体系。预交联聚合物凝胶颗粒的固体特性较明显，能够对1．2um的纤维素膜形成一定的封堵，且随溶胀时间增加，其封堵能力先增加后降低。预交联聚合物凝胶颗粒的粒径随溶胀时间的增加而增大，10d之内溶胀较快，10d之后粒径基本保持不变。溶胀后的预交联聚合物凝胶颗粒大小是溶胀前的几倍至十几倍。

油田用聚合物凝胶相对强度表征方法研究

实验研究了动力粘度 η、动态储能模量G′、转变压力Pt(TGU值 )测量 3种方法用于表征油田用特别是提高采收率用聚合物凝胶 (弱凝胶和较强凝胶 )相对强度的适宜性和准确性。在 η和G′测定了使用了 3种代表性凝胶 :( 1 )聚合物浓度不同的HPAM/Cr3+凝胶 ,即柔性链聚合物弱凝胶 ;( 2 )组成固定的PAM /木素磺酸钠 /Cr3+凝胶 ,为较强凝胶 ;( 3 )组成固定的黄胞胶 /Cr3+凝胶 ,即刚性链聚合物脆性凝胶。在Pt 测定中使用聚合物浓度不同的另一种HPAM/Cr3+凝胶。得到的结论如下。对于柔性链聚合物弱凝胶 ( 1 ) ,当G <0 .1Pa时 ,η值是相对强度的良好表征值 ,G′越小 ,则 η测定的重现性越好 ,G′测定的重现性越差。对于较强凝胶 [( 2 ) ,G′ >0 .1Pa]和刚性链聚合物形成的脆性凝胶 ( 3 ) ,η测定的偏差很大 ,凝胶越强 ,则G′测定的重现性越好。对于结构易破坏的脆性凝胶 ,振荡法测量 (G′、G″、η )是表征相对强度的适当方法。Pt(TGU值 )测定的重现性很差且有不少困难问题 ,因此不能用作凝胶性能的基础数据。

聚合物凝胶堵漏技术研究进展

介绍了近年来国内外聚合物堵漏材料的研究应用及发展状况,聚合物凝胶堵漏的施工工艺以及聚合物凝胶为主的堵漏材料的各种实验评价手段。经分析对比发现:采用不同装置评价得到的聚合物凝胶堵漏性能差异很大,聚合物堵漏材料堵漏技术的施工工艺严重影响聚合物凝胶堵漏的成败,施工前要分析井漏发生的原因,确定漏层位置、类型及漏失严重程度,建立科学的施工设计,精心施工,堵漏浆液的配制必须按要求保质保量,确保聚合物堵漏剂能够进入漏层,发挥功效。虽然聚合物凝胶堵漏技术处理井漏已获得一些成功,但仍然没有根本解决裂缝性、溶洞性地层严重井漏问题,其堵漏机理的研究还处于初步阶段,还没有形成统一的标准,聚合物堵漏技术的机理研究还需进行大量的工作。

溶剂水pH对Cr^(3+)聚合物凝胶分子内交联成胶效果影响

为进一步探究不同pH条件下Cr3+聚合物凝胶"分子内"交联成胶机理,针对大庆喇嘛甸油田储层地质特征和流体性质,以聚合物质量浓度、矿化度调节剂浓度和聚铬比为影响因素,在通过正交试验优选出成胶效果良好的聚合物凝胶配方组成基础上,研究了pH对Cr3+聚合物凝胶成胶效果影响。结果表明,酸性条件能够促进醋酸铬的电离,增大多核羟桥配离子与聚合物分子链上羧基之间发生配位反应的概率,有利于Cr3+聚合物凝胶形成"分子内"交联结构体系;随溶剂水pH增加,溶液中OH-数量增加,参与交联反应的Cr3+数量减少,聚合物凝胶分子内"交联成胶效果变差;适当降低溶剂水pH可进一步改善聚合物凝胶"分子内"交联成胶效果。

预交联聚合物凝胶颗粒对乳状液稳定性影响

用界面张力仪、表面粘弹性仪和Zeta电位仪测定了胜利孤东原油模拟油与含预交联聚合物凝胶颗粒溶液间的界面特性,并研究了预交联聚合物凝胶颗粒浓度对这些界面特性及乳状液稳定性的影响。结果表明,去离子水中加入预交联聚合物凝胶颗粒后,去离子水及模拟水与原油模拟油间的界面张力和界面剪切粘度及油滴表面的Zeta电位绝对值均增大,原油与预交联聚合物凝胶颗粒溶液间所形成的W/O型和O/W型乳状液稳定性均随聚合物凝胶颗粒浓度增加而增强。

无机地质聚合物凝胶封堵效果和储层适应性研究

渤海主要油藏具有储层非均质性严重、单井注入量大和岩石胶结强度低等特点,长期注水和注聚已形成水流优势通道和由此引起的注入水低效和无效循环问题。通过静态成胶和岩心驱替实验,评价了新型无机地质聚合物凝胶封堵剂固化时间、封堵效果和储层适应性。结果表明,无机地质聚合物凝胶固化时间易于调节,固化时间在20~480 h可调。在填砂管上开展封堵实验,封堵率可达99%以上。采用填砂管与人造均质岩心的双管并联模型进行封堵实验,封堵后高渗透层封堵率达到98%以上,低渗透层渗透率几乎未发生变化。由此可见,无机地质聚合物凝胶具有"堵大不堵小"特性,适宜于储层内特高渗透条带或大孔道封堵。

地聚合物凝胶结构建模及分子动力学模拟

地聚合物胶凝材料是一类以多种非晶质至半晶质相的三维铝硅酸盐空间网络结构为主的新型无机非金属材料。本工作使用溶胶-凝胶法制备了不同CaO含量的地聚合物凝胶,通过X射线衍射表征了地聚合物凝胶的结构;基于蒙特卡罗方法,使用Materials Studio软件构建地聚合物N-A-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶和不同Ca含量的地聚合物凝胶的结构模型,在Universal力场下对凝胶结构进行优化和分子动力学模拟,计算了各结构模型的径向分布函数、结构参数,模拟了弹性模量和凝胶结构的X射线衍射谱。研究结果表明:根据Ca含量的不同地聚合物凝胶可以分为无钙体系、低钙体系、中钙体系和高钙体系,无钙体系主要是N-A-S-H凝胶,低、中钙体系以N-A-S-H和C-A-S-H混合凝胶为主,高钙体系只含有C-A-S-H凝胶相和Ca(OH)2相,低钙体系CaO含量小于16.7%,高钙体系CaO含量大于30%;在Universal力场下,N-A-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶的弹性模量分别为22.04 GPa和62.37 GPa,含钙体系地聚合物凝胶的弹性模量随Ca含量的增加而增大;地聚合物凝胶结构模型的径向分布函数表明,其分子结构为典型的无定型结构,且主要化学键的平均键长与实验值吻合较好,含钙体系地聚合物凝胶结构模型中Si-O键、Al-O键和O-O键径向分布函数出现了峰的分裂现象,Ca的加入使Si-O键、Al-O键和O-O键类型变得复杂。

聚合物凝胶调剖体系的段塞组合优化及矿场应用

为了改善常规调剖堵水的不足,进行了室内逐级深部调剖研究。注入不同浓度、不同段塞比例的聚合物凝胶、表面活性剂复合段塞调驱体系,考察各组试验提高采收率和封堵的情况。结果表明:强凝胶+表面活性剂+中强凝胶+弱凝胶+表面活性剂+强凝胶封口的段塞组合提高采收率幅度最大。调驱后效果明显,调驱井组的日产油由39.2t上升到58.9t,含水由72.5%降至67.3%。截止到2011年底,已累计增油1965.4t。

插层聚合物凝胶深部液流转向剂的研制与性能评价

为了开发出一种新型低成本、高性能的深部液流转向与调驱剂，利用现代插层复合技术，对目前调剖调驱中常用的聚丙烯酰胺进行聚合物合成改性，采用原位聚合合成方法，研制了一种新型插层聚合物凝胶转向剂，其插层聚合物、交联剂和助剂的浓度分别为0．15％～0．35％、0．15％～0．22％、0．005％～0．220％，其成胶时间为6～100h可调。实验研究表明，该插层聚合物凝胶转向剂具有较好的抗剪切性、与油田水的配伍性、热稳定性及封堵性能，可满足油田条件下的深部调驱和改善水驱开发效果的需要。其与现有的常规聚合物体系相比成本可降低10％～15％，表明该体系具有良好的应用前景。