CN102060966A - Hy2008jl高温交联剂的合成及化调应用 - Google Patents

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Abstract

HY2008JL多羟基酚类高温预聚体有机交联剂是鄯善华油技术服务有限公司针对高温油藏(70～125℃)研制开发的，主要用于深部调剖和流体深部转向技术。在高温条件下，该交联剂与聚丙烯酰胺反应活性高，使用浓度低，无毒无味，对环境和工作人员无伤害，易于操作。该交联剂使用在深部调剖调驱施工中，在吐哈油田、吉林油田得到广泛应用，投入产出比达到了1∶3.6。通过继续在加深油藏认识、优化施工工序、泵注程序、控制注入半径方面的研究，该交联剂将在高温油藏方面得到广泛的应用。关键词：高温油藏、高温预聚体、交联剂。

Description

HY2008JL高温交联剂的合成及化调应用 
一、立题依据 
近年来，应用于中低温油藏(70℃以下)的深部调驱技术发展得很快，并在油田得到了广泛应用。但应用于高温油藏(70℃以上)的深调技术发展相对较慢，这主要是由于高温聚合物和高温交联剂产品发展较慢，因此制约了高温油藏(70℃以上)的深部调驱技术的发展。目前，许多油田仍使用50年代毒性较大的酚醛交联剂和一些毒性较低的替代物。尽管酚醛体系能用于高温油藏环境，但由于化学剂挥发性严重，对环境和操作人员都有严重影响，并且，反应能力低，使用剂量大，国家环保部门已明确禁止在注入水中使用酚醛物质，因此，需要一种廉价无毒的替代产品，可以与共聚物形成热稳定性良好、粘弹性符合一定要求的凝胶体来满足高温油藏调剖调驱的要求。 
我国大部分油田采用注水开发模式，随着油田开发开采进入中高含水期，改善注入能力，提高开发效果是这些油田面临的迫切任务之一。由于化学调剖调驱技术适应性广，操作灵活，成本低廉，是目前油田增产挖潜的首选方法。油藏深部调剖调驱技术是在常规调剖和大规模聚合物驱基础上发展起来的有效改善水驱技术之一，它能够有效调整油藏吸水剖面和平面波及效率，成功率高，是近年来改善水驱技术的发展方向。油藏深部调驱技术对化学剂的要求不同于聚合物驱和调剖技术，要求使用的交联体系既要有一定的成胶能力，也要有一定的流动能力，并且在不同温度及矿化度条件下有较好的适应性。针对吐哈油田大部分油藏温度处于70-90℃的温度状况，必须要有适应该油藏体系的凝胶体达到深调、增产目的的交联剂。 
二、HY2008JL高温交联剂合成机理 
工业品多羟基酚交联剂的制备以苯酚、六亚甲基四胺、催化剂、固化剂等组成。在反应釜中加热到一定温度，在催化剂的作用下形成一羟基、二羟基酚等中间复合产物，即多羟基酚交联剂，该产品与聚丙烯酰胺作用，在一定温度下，形成聚丙烯酰胺-酚醛树脂为主要成分的复合凝胶体，同时产生部分的酚醛树脂、甲撑基聚丙烯酰胺凝胶。 
制备完成的多羟基酚交联剂刺激性气味、毒性等大大降低，可安全的用于 调剖施工现成，与聚丙烯酰胺一起混合施工。交联剂合成机理如下： 
1.酚醛树脂凝胶 
酚与醛的缩合反应受PH值、温度、固化剂和配比的影响，使反应及生成物及其复杂。甲醛水溶液与苯酚混合物的反应十分缓慢，只有当体系中加入酸性催化剂(PH＜3)或碱性催化剂(PH＞7)时，反应才能迅速进行。在中性及弱酸性介质(PH＝4-7)中，需要加热才能进行反应。 
2.羟甲基苯酚 
苯酚与甲醛按照下式进行缩合反应生成羟甲基苯酚 
Figure BSA00000324518300021
由于反应体系中酚、醛、羟甲酚三者共存，进而发生加成缩合反应。 
Figure BSA00000324518300022
反应混合物邻位或对位上的各种异构体混合物，仍可继续发生反应，得到高分子量的酚醛树脂 
Figure BSA00000324518300023
4.甲撑基聚丙烯酰胺 
HT2002这种中高温凝胶体就是上述几种凝胶的混合物，强度很高。 
Figure BSA00000324518300031
凝胶的网状结构中导入了芳香环，提高了热稳定性，甲醛是由六亚甲基四胺受热后缓慢释放出来的，因为延长了体系中缩合交联反应时间，有利于进行大剂量深部处理。形成的酚醛树脂凝胶如下： 
Figure BSA00000324518300032
三、室内试验研究及配方体系的确定 
HY2008JL高温可动凝胶配方体系的筛选主要进行聚合物浓度、交联剂用量也就是聚交比对成胶体系成胶性能的影响研究，筛选出适合的聚合物浓度范围，聚交比范围以确定出基本配方。 
合成后，交联剂的有效浓度为40％(用BOOKFIELD粘度计，64号转子测试成胶粘度)。 
1.聚/交比对成胶性能的影响 
首先用清水配制1000mg/L的DQ3500聚合物溶液，在固定聚合物浓度不变的条件下，加入不同量交联剂，搅拌均匀后，测定体系粘度，然后将其放入 75℃烘箱中，不同时间取样测定其粘度值，以考察聚/交比变化即交联剂浓度的变化对体系成胶性能的影响。 
实验结果见表1。实验数据表明，聚合物和交联剂的配比为4/1～1/1均能形成良好的凝胶体系。聚/交比太大即1/1时，30天后会出现部分脱水现象，但聚/交比太小即6/1时，凝胶强度有所减弱，因此，聚/交比为4/1～2/1范围较为合适。由于现场配制各方面条件可能达不到实验室的水平，可以考虑交联剂用量适当大一些，因此，在实际应用过程中可以控制在2/1会更好一些。 
表1聚/交比变化对成胶性能的影响 
Figure BSA00000324518300041
*表示凝胶出现部分脱水现象 
2.聚合物浓度对成胶性能的影响 
选用DQ3500聚合物，采用清水配制聚合物体系，在聚合物与交联剂的配比为2/1不变的条件下，考察了不同聚合物浓度对凝胶成胶性能的影响，结果见表2。结果表明，DQ3500聚合物浓度在400～1500mg/L范围内都可以形成良好的可动凝胶体系，聚合物浓度越高，可动凝胶的成胶强度也越大。尽管在75℃条件下，聚合物的最低成胶浓度为400mg/L，但是对于高温油藏，为了保证现场实施效果，配制凝胶体系的聚合物的基本浓度应控制得相对高一些以确保地下效果，因此，聚合物的最低浓度应控制到600mg/L。现场应用时，可以根据注入情况通过聚合物的浓度和聚交比来调节可动凝胶的强度，从而达到凝胶的强弱可控。 
表2  聚合物浓度变化对成胶性能的影响 
Figure BSA00000324518300042
Figure BSA00000324518300051
3.确定配方体系 
确定HT2002型高温预聚体交联体系的配方如下： 
√聚合物分子量：＞1700万 
√聚合物浓度：400～2000mg/L 
√交联剂浓度：200～1000mg/L 
√不需调节pH 
√地面粘度：＜200mPa.s； 
√成胶时间：2～5天可调； 
√成胶后粘度：＞10000mPa.s。 
HY2008型高温预聚体调驱体系应用条件如下： 
√油藏温度：70℃～125℃； 
√油藏渗透率：20～3000×10-3um2， 
√水源：油田清水或污水 
4.高温可动凝胶体系物模研究 
采用双管非均质模型进行不同强度的可动凝胶物理模拟实验，以考察在静态条件下成胶效果较好的可动凝胶体系在物理模型中的驱油效。双管物模实验程序：单管分别水测渗透率-单管分别饱和原油-双管并联水驱-双管并联聚合物驱-双管并联转水驱。 
实验结果见表3，采用聚合物浓度为1000mg/L和1200mg/L，聚交比为2/1的可动凝胶体系可以分别提高采收率15％和18％。因此，实验表明，可动凝胶对非均质油层的低渗层的残余油的启动能力较聚合物强。而且，可动凝胶驱后高低渗层的流量有较明显的变化，低渗层流量有较大幅度的提高。 
表3  双管并联模型可动凝胶驱效果(实验温度75℃) 
Figure BSA00000324518300052
Figure BSA00000324518300061
四、现场应用 
HY2008高温凝胶调剖技术主要应用于高温油藏中注水井化学调剖(驱)，降低高吸水层段吸水量，提高注水压力，使中低渗透层吸水，改善注水井吸水剖面或平面上堵塞高渗流通道，提高注入水波及体积，改善水驱状况，进而提高单井或井组产量，降低含水。 
1、选井(层)条件 
(1)井组综合含水高，采出程度低，剩余油明确，含油饱和度高； 
(2)井组连通状况好； 
(3)注入井吸水及注水状况良好，表现为吸水压力低，施工过程中可以产生一定得压力上升幅度； 
(4)吸水剖面差异较大； 
(5)固井质量良好，无窜槽或层间窜漏现场。 
2、施工设计 
(1)明确化调目的 
根据示踪剂、井组含水、见水方向等因素明确降水增油目的 
(2)确定化调剂用量 
根据水驱前缘、水洗带范围、井距、剖面动用程度等因素确定化调半径，同时参考有效吸水厚度、堵剂性质确定化调剂用量。 
根据不同油田，深调半径为井距的1/2-1/4，有效吸水厚度占全井厚度的30％-40％，化调剂注入量按此有效吸水厚度计算。 
(3)设计施工排量及压力 
任何化调剂的注入都应在地层破裂压力以下，同时考虑层间启动压力差异确定目的层的注入压力梯度，进而推算出注入压力。 
注入压力梯度、静液柱压力、目的层启动压力及吸水指数计算设定排量下的施工压力。 
(4)施工管柱 
一般为通过光油管单注目的层 
(5)注入段塞设计 
a)前缘段塞：隔离段塞，较低基液粘度的聚丙烯酰胺溶液，主要作用是推开地层水，保护主体段塞的有效性。2-4m注入半径； 
b)主体段塞：中高强度冻胶体复合颗粒堵剂。深部封堵见水方向，同时调整平面矛盾。设计半径的2/3； 
c)后缘段塞：封口段塞，保护封堵段塞不被后续注入液体冲开，保护主体封堵段的完整性及耐冲刷能力。2-4m注入半径；； 
d)顶替段塞：调剖时必须用过顶替液过顶替至离井眼3m以外的地带，过顶替液的粘度必须大于或等于被顶替液的粘度。使用高基液粘度的聚丙烯酰胺溶液。 
段塞设计如下 
Figure BSA00000324518300071
3、工艺技术总结 
2009-2010年度以鲁克沁油田化调施工为例说明HY2008高温可动凝胶技术的应用。 
根据井组的储层状况，选用了适当的化调配方体系，单井注入强度74-160m3/m，平均单井注入强度122m3/m，注入速度控制在单井配注的注入速度附近，注入压力控制在注水系统压力以下。 
采用多羟基酚类冻胶+预交联凝胶颗粒(颗粒堵剂)配方，适合玉东区块调剖。采用复合段塞的化调方式效果较好。 
调剖剂用量3000-6000m3，基本满足调剖井深调的需要；低施工压力、根据配注强度设计注入排量，避免调剖剂注入过程中的单向指进。 
井组效果：油水井端有效率为100％。 
(1)HY2008高温凝胶体的应用 
采用较低分子量的聚丙烯酰胺，配制高浓度基液，配合HY2008高温交联剂形成粘度在1万mPa.s到10万mPa.s以上的凝胶体。 
(2)预交联凝胶颗粒 
在地面成胶后再粉碎成不同粒径的颗粒，与冻胶堵剂一起注入地下后，具有耐盐、耐温及长期不分散，挤压变形的特点，具有水驱流向改变特征。 
(3)BHTD调堵助剂 
以物理堵塞为主，1mm左右的粒径，可以保证堵塞大孔道或裂缝的有效性，同时不进入基质孔隙。 
4、效果分析 
2009-2010年化调井组注入端施工概况总表 
Figure BSA00000324518300081
化调井注入端施工概况 
见效油井效果汇总表 
Figure BSA00000324518300083
经济效益分析 
施工4口井，化调剂费用及施工费，投入费用378万元；增油2830t，降液2800m3，产出费用1358万元，投入产出比1∶3.6。 

Claims (4)

1.选择适当的催化剂和固化剂在70℃下安全合成工业品多羟基酚高温凝胶交联剂(HY2008)，该产品低毒、无刺激性气味，施工现场可以安全使用；
2.通过不同的聚丙烯酰胺与HY2008JL交联成凝胶体的交叉实验得到合理的聚交比，不同强度的凝胶体通过双管并联模型，结果显示封堵驱替效果良好；
3.根据凝胶特性选择适当的井层实施化调，合理设计化调剂用量、施工排量及压力、不同段塞组合等。施工过程中对施工参数及时调整。施工完成后的效果分析表明注入端与油井端均达到了设计要求，说明HY2008JL高温凝胶交联剂适用于70-90℃油藏化调，且投入产出比为1∶3.6，经济效益显著；
4.由于采用改进的多羟基酚体系(非苯酚甲醛物质)，有利于安全施工及环境保护，在中高温油藏化调方面应大力推广。
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