新型聚丙烯酰胺胶乳应用

 

    油田生产中，由于地层的非均质性，不可避免地要产生出水问题。特别是为了保持地层压力，采用早期注水开发的油田，出水现象尤为严重。目前我国部分油田已进入中后期注水开发，采出液中含油20%-30%，含水70%-80%。油田进入高含水采油，成本不断增加，因此把油井的高含水及水淹的主产液层进行封堵，解放低含水层，提高油井产能，以及油井封堵大孔道和注水井调剖，是当前我国采油工艺中面临的重大课题。

 

    一、油田化学堵水、调剖概况

 

    60年代，国内外已经开始了油井堵水和注水井调剖的开发工作。目前我国化学堵水、调剖剂品种繁多。无机类化学堵水、调剖剂，因为使用有效期短或产生后效应，如污染地层等副作用，施工工艺复杂，作业时间长，适应面窄而受到限制。有机类发展较快，选择性化学堵剂处理地层后，使地层只降水而不降油或主要降水而不太降低油产量，非选择性堵剂本身在油水层作用相同，对地层孔隙均有堵塞或防止液体产出的作用。尤其是选择性堵水剂，由于其施工工艺简单，作业时间短，适应性强，已受到高度的重视。

 

    选择性堵水材料中，聚丙烯酰胺(PAM)及其水解体(HPAM)对油和水有明显的选择性，降低油的渗透率不超过10%，而降低水的渗透率可超过90%。试验证明，在多孔介质中，HPAM可使油的渗透率降低8%-16%，而对水的渗透率能降低60%-90%。因此，HPAM是一种优良的选择性堵水剂(或作调剖剂)，国内外均已取得较好的效果。目前我国各油田所使用的PAM及HPAM水凝胶浓度只有8%-10%，含水量很大，包装运输极不经济，由于生产方法的问题，使产品中凝胶含量较高，溶解性很差，溶解过程中强力搅拌，导致分子量降低，使用中很不方便，严重影响了使用效果。固体粉剂产品，分子量分布宽，残余单体含量高(100-500ppm)，溶解时间较长，溶解不完全，有不溶小团粒，注入地层后，常出现降低地层渗透率的现象，并受到施工气温限制，给现场使用带来困难。此外，我国长期采用以上两种剂型配制的堵水、调剖剂，处理解决一般裂缝出水问题，封堵强度和耐热稳定性也不够理想，对于大缝、大洞严重漏失井还不能适应，因而未能大面积推广。

 

    二、胶乳型聚丙烯酞胺特点

 

    为了解决国内油田化学堵水、调剖中存在的问题，天津大学开发了W/O型聚丙烯酰胺高浓度胶乳。该产品是水溶性单体丙烯酰胺(AM)及其衍生物，采用HLB值3一6的非离子型低分子或高分子乳化剂，在W/0型乳液体系中进行反相乳液聚合制成。产品是被水溶胀着的聚合物粒子(粒径在80-1000nm)在油相中的胶体分散体，对水和油有很高的选择性。它还具有分子量分布窄，分子量高(100-1000万)，残余单体含量少(<3Ppm)，易控制水解度，溶解速度快(<3min)，放置稳定性好，机械稳定性好和冻融稳定性好等特点。而且该产品堵水、调剖效率高，耐热稳定性好(<150℃)，堵后有效期长，药剂无毒，无刺激性，货源广，成本较低，现场施工安全、可靠，操作简便，可随用随配，减少了原材料的浪费。因此，它是一种值得推广的油田化学堵水、调剖剂。

 

    三、胶乳堵水(或调剖)剂的制备及特性

 

    以PAM(或HPAM)为主体配制的堵水、调剖剂，都可以用胶乳代替，效果都比较明显。天津大学还开发了以新型聚丙烯酰胺胶乳为主体制得的互穿聚合物网络型(IPN)堵水剂，它是胶乳与另一水溶性高聚物(或两种以上)经过两组份分别和同时全交联，形成互穿聚合物网络结构进行堵水，其性能有以下特点:

 

    (1)适应于封堵裂缝型孔隙、缝洞发育段较多、油藏的剩余厚度较大的油井，在碳酸盐岩地层中，阴离子PAM胶乳比非离子PAM胶乳更有效。经封堵后的油井有效期半年以上，不污染地层，无副作用。

 

    (2)堵剂挤入油井中能将裂缝或高吸水部位部分或全部堵死，堵后强度大，在10MPa下不反吐。

 

    (3)对从小缝小洞到大缝大洞，通过调整胶乳品种和堵剂其它组份，可以获得性能不同的强度高、韧性好的互穿聚合物网络型结构堵水剂。

 

    (4)堵剂遇油体积收缩，遇水体积呈几十倍膨胀，对油和水有很好的选择性。

 

    (5)堵剂在室温下放置半年以上不会交联，130℃以下交联时间在4小时以上，还可以延缓交联时间。

 

    (6)堵剂耐热稳定性好，可耐高温，在150℃以下

 

    (7)堵剂无毒性、无刺激性，使用中十分安全、可靠。

 

    (8)配制和施工工艺简单，不受季节气温和水质的影响，便于自动化操作。

 

    (9)通过调整堵剂结构，控制体系粘度和交联时间，采取分段注入，可使堵剂渗透半径加大，延长有效期。

 

    (10)可堵、可解，不损害地层。

 

    总之，实际应用中可根据情况，选用不同品种的聚合物和交联剂、填料和其他助剂，调整互穿聚合物网络的交联密度，调节性能，以适应不同地质结构的需要。

 

    四、胶乳型堵水剂性能

 

    两种或两种以上聚合物从线型链到稠密交联的网络，受许多因素影响。为适应不同地质结构，需调节堵剂性能，掌握影响堵剂结构性能非常重要。

 

    1.W/O型胶乳分子量

 

    实验证明，随着胶乳分子量的增加，堵剂的凝胶粘度增大。对于堵水(或调剖)，胶乳分子量多大为好，要根据地质条件而定。对于灰岩，以600万左右为好;对致密的岩层，分子量约400万，对较疏松岩层，分子量700万左右为好。胶乳的质量直接影响堵剂的结构性能，必须加以重视。

 

    2.W/O型胶乳浓度

 

    堵剂中如果增加胶乳的浓度，凝胶粘度也会增大，当胶乳浓度大于1%以上时，凝胶粘度增加很大，不易输送，也不经济，所以浓度应控制在1%以下。

 

    3.W/0型胶乳水解度

 

    随着胶乳水解度的增大，交联时间延长，而凝胶粘度下降。因为胶乳中可进行交联反应的主要是酰胺基，水解度越高，反应的酰胺基团越少，反应的键合程度降低，反应速度减慢。实验证明，水解度应控制在20%以下。

 

    4.交联剂

 

    交联剂的种类和用量对堵剂性能有一定的影响，可以根据地层渗透率的大小，以及对封堵深度和渗透半径的要求，合理选用交联剂品种和用量。

 

     5.填料

 

    为调整地层渗透率和增加封堵强度，可以添加不同种类的填料(填充物)，如石棉粉、碳酸钙粉、皂土、膨润土、水泥、高岭土、木质素废渣、漂珠、废塑料球等。

 

    6.W/O型胶乳的配位性

 

    胶乳与很多水溶性高聚物有很好的配位性，可以制得不同性能的互穿聚合物网络，这样就扩大了它的应用范围。胶乳对地层水没有严格的要求，一般说来，多价离子如钙、镁能使阴离子型聚合物交联，如离子浓度低于750ppm时，对阴离子影响较小。非离子型胶乳和这些离子一般都能配位。

 

    五、W/0型胶乳堵水剂的应用

 

    胶乳型堵水剂在华北油田裂缝性碳酸盐岩底水油藏施工，使用成功率为100%。例如，一个井深3226.62米，生产井段3109.75一3216.68米，日产水143米3，产油28吨，含水率83.4%，堵水后，日产水34-38米3，产油80-90吨，含水率30%，10天后含水率继续降至25%。该井堵水后已累积增油3000多吨，累积减水36万米3，仍处于有效期。

 

    堵水后的油井，一般10-30天即可收回成本。由此可见，用W/O型胶乳堵水剂堵水后，对降水、增油、稳产效果显著，有效期长，强度大，应用效果很好，应该进一步推广应用。