防膨抑砂劑的研制

防膨抑砂劑的研制

新疆油田埋深970144.9m，油層為砂巖層。在沙砂組底部，主要由礫石細(xì)砂巖和細(xì)砂巖夾灰綠色粘土沉積，屬于粘土結(jié)合，粘土含量為7.4%。砂巖支撐法是粒徑法，接觸法主要是圓點法和粘土法，層壓結(jié)是放松的。根據(jù)砂層的測定，細(xì)粘土砂含量高，粒度中值僅為0.17mm。針對該油田細(xì)粉砂油藏防砂問題,常規(guī)物理充填防砂效果并不理想。油田有嘗試用化學(xué)防砂應(yīng)對其粉細(xì)出砂問題。但因樹脂黏度高,需加入有機溶劑,至生產(chǎn)成本高且污染嚴(yán)重;且大多數(shù)樹脂固結(jié)后滲透率下降嚴(yán)重,只能保持原始滲透率的40%~60%,導(dǎo)致減產(chǎn),甚至堵死油井,造成油水井事故1實驗1.1地質(zhì)儀器、儀器3PB00C型平流泵,北京衛(wèi)星制造廠;UC-2102可見分光光度計,匯博儀器有限公司;填砂管驅(qū)替裝置,鄭州市長城科工貿(mào)有限公司;NDJ-1B黏度計,上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司;ARC120型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。KCL、NaCL,工業(yè)級,廣東泰瑞新材料有限公司;碘化鎘、可溶性淀粉,分析純,天津博迪化工股份有限公司;甲酸鈉、溴水,分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。1.2實驗方法1.2.1吸附量的測定在一定濃度范圍內(nèi),吸光度與聚合物質(zhì)量濃度之間存在線性關(guān)系,并且吸附量與聚合物質(zhì)量濃度之間也存在計算公式,可先采用淀粉-碘化鎘法測量出待測抑砂劑溶液在被砂粒吸附前后的吸光度1)淀粉-碘化鎘根據(jù)文獻(xiàn)2)靜態(tài)吸附量測定采用浸泡法測量抑砂劑在多孔介質(zhì)中的靜態(tài)吸附量。稱取5g的100~120目細(xì)砂于比色管中,再加入30mL抑砂劑,用玻璃棒充分?jǐn)嚢韬?靜置12h。然后測量被吸附前后抑砂劑的吸光度,通過吸光度與質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線得被吸附前后的質(zhì)量濃度,根據(jù)公式1計算靜態(tài)吸附量;式中:q—靜態(tài)吸附量,mg/g;V—抑砂劑溶液的體積,L;c1.2.2動態(tài)砂鎮(zhèn)壓在L=50cm,截面積S=4.9cm式中:K為滲透率,μm2結(jié)果與討論2.1抗彎沙子壓力系統(tǒng)的確定2.1.1自制有機防膨劑的篩選按照SY/T5971—1994《注水用黏土穩(wěn)定劑性能評價方法》中的離心法對比不同類型的防膨劑,優(yōu)選出實驗室自制有機防膨劑為BSA-101,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。將其加入到3種復(fù)合抑砂劑SW-91、GX-1和0.3%有機陽離子聚合物(相對分子質(zhì)量為800萬,離子度為50%)中,進(jìn)行黏土防膨效果試驗,以篩選出至少2種防膨效果較好的抑砂體系做動態(tài)沖砂試驗,其中防膨率對比結(jié)果見表1。2.1.2體系的穩(wěn)定性測定1)防膨抑砂劑靜態(tài)穩(wěn)砂效果配制出BY-53、BS-95防膨抑砂體系,與油田現(xiàn)有復(fù)配防膨抑砂體系SW-91、GX-1和0.3%有機陽離子聚合物抑砂劑做靜態(tài)抑砂效果對比實驗。將相同濃度BY-53、BS-95、SW-91、GX-1、0.3%有機陽離子聚合物5種抑砂劑置于100mL比色管中,加入100~120目細(xì)砂,在靜置24h,反復(fù)翻轉(zhuǎn)10次倒置于試管架上觀察細(xì)砂沉降情況。BY-53抑砂體系和BS-95抑砂的沉降砂子較少,穩(wěn)砂效果好;但單從宏觀方面觀察2種防膨抑砂體系穩(wěn)砂效果,不足以充分證明體系的穩(wěn)砂性能。2)防膨抑砂劑體系靜態(tài)吸附量的測定為了進(jìn)一步證明體系的穩(wěn)砂性能,從微觀方面設(shè)計了體系靜態(tài)吸附量的測定實驗;聚合物質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。由圖1可以看出,聚合物抑砂劑的質(zhì)量濃度與吸光度的關(guān)系曲線為y=0.006x+0.023(其中y為吸光度,x為聚合物的質(zhì)量濃度),根據(jù)此式可以由吸光度求出聚合物抑砂劑的濃度。其中,用淀粉-碘化鎘法測定BY-53、BS-95、SW-91、GX-1、0.3%有機陽離子聚合物5抑砂劑靜態(tài)吸附前后的吸光度,其結(jié)果及5種抑砂劑靜態(tài)吸附量見表2。由表2可知,吸附量最大的BY-53可達(dá)0.264mg/g,BS-95的吸附量達(dá)0.170mg/g,均呈現(xiàn)出較好的靜態(tài)吸附效果。這是因為防膨劑BSA-101含有陽離子成分,能夠和抑砂劑良好互溶,形成具有較高陽離子度和較長的高分子鏈,能在松散砂粒、黏土顆粒表面形成一層吸附保護膜,防止砂粒和黏土顆粒分散運移2.1.3bs-65抑砂體系的抑砂效果常溫下,選擇40-60目的砂粒做填砂管,進(jìn)行沖砂實驗。BS-95和BY-53與清水對比沖砂實驗結(jié)果見表3。由表3可知,當(dāng)清水沖砂排量3000mL/h時,發(fā)生坍塌性出砂,出砂量為41.13g,出口端砂體虧空;在注入BS-95抑砂劑后,當(dāng)排量達(dá)到3600mL/h時,填砂管端部大量出砂,抑砂率為67.62%,測得其滲透率保留率為84.4%。此外,由于BS-95抑砂劑對砂粒間的吸附力較差,在沖砂過程中形成了流動通道,抑砂效果不太理想。而注入BY-53抑砂體系后,在排量為4800mL/h情況下,該體系才出現(xiàn)少量出砂,其抑砂率達(dá)85.42%,滲透率保留率達(dá)到86.2%。因此,通過動態(tài)沖砂實驗最終篩選出抑砂效果最好的防膨抑砂體系BY-53。2.253個襯底系統(tǒng)的適應(yīng)性分析防膨抑砂體系必須滿足該油田地層地下情況。對BY-53進(jìn)行了溫度、礦化度和不同目數(shù)砂粒適應(yīng)性分析。2.2.1水浴參數(shù)對砂粒抑砂效果的影響經(jīng)測得該油田地層屬于低溫油層,其溫度范圍在46~73℃。設(shè)定填砂管水浴溫度為70℃和80℃條件下,選擇40~60目的砂粒進(jìn)行沖砂試驗。由表4可知,在水浴70℃條件下,當(dāng)排量大于4200mL/h時,出砂開始增多,測得抑砂率大于75%;在水浴80℃條件下,排量1200mL/h時,開始出砂并且出砂量逐漸增大,BY-53的吸附隨溫度的升高而減少。這主要因為在巖石上的吸附是放熱的,且吸附與其反方向解吸存在競爭,當(dāng)溫度升高時,解吸過程加劇2.2.2礦化度適應(yīng)性該油田地層平均礦化度為2.3×10由表5可見,礦化度2×102.2.3不同目數(shù)砂滲透率保留率不同目數(shù)的砂粒沖砂試驗,以表征BY-53防膨抑砂體系對該油田地層粉細(xì)砂粒粒徑的適應(yīng)性。沖砂試驗結(jié)果見表6。由表6可以看出,隨著砂粒粒徑的減小,出砂量會逐漸增大,其對應(yīng)臨界出砂量逐漸減小,當(dāng)砂粒目數(shù)為60~80目和80~100目時,對應(yīng)臨界流速為3000mL/h;當(dāng)砂粒目數(shù)為100~120時,對應(yīng)臨界流速僅為600mL/h,而且出砂量呈線性逐漸遞減,分析認(rèn)為這可能是由于填砂管端口出砂導(dǎo)致的,說明僅用相同目數(shù)粉細(xì)砂制成的填砂管進(jìn)行沖砂試驗不足以證明BY-53對粉細(xì)砂的適應(yīng)性,因此有必要模擬油田粉細(xì)砂條件進(jìn)行含黏土的混砂沖砂實驗。不同目數(shù)填砂管滲透率保留率見表7。BY-53對目數(shù)粒不同的砂滲透率保留率也大不相同;隨著砂粒粒徑的減小,滲透率保留率逐漸減小。這是因為聚合物分子具有長鏈結(jié)構(gòu),吸附在砂粒表面,且長鏈結(jié)構(gòu)相互纏繞形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使小沙粒變成大沙團,從而不易出砂;同時由于砂粒粒徑越小,體表面積越大,被更多的長鏈聚合物充填,所以滲透率變小。2.3砂粒沖砂試驗單一粒徑粉細(xì)砂填砂管沖砂試驗不足以證明BY-53防膨抑砂效果,因此,加入黏土后的清水與BY-53的沖砂進(jìn)行對比試驗;為了混砂試驗?zāi)芨鼫?zhǔn)確的模擬該油田地層砂,對200g油田出砂樣進(jìn)行篩濾,分析結(jié)果見表8。由表8可知,油田出砂砂樣中40~60目和80~100目砂粒占比為69.2%,即粒徑在0.15~0.18mm左右的砂粒量最多。在室內(nèi)進(jìn)行混砂沖砂試驗,40~60目與80~100目混砂質(zhì)量比為1∶1,黏土含量為8%。試驗數(shù)據(jù)見表9。由表9可以看出,在黏土混砂試驗粉細(xì)砂目數(shù)為80~100目砂粒中,加入黏土的BY-53填砂管出砂量大量減少,當(dāng)流量達(dá)到了4800mL/h,仍然未出砂。分析認(rèn)為防膨抑砂劑吸附在黏土和砂粒表面,一方面抑制黏土膨脹減少出砂;另一方面將黏土和細(xì)粉砂粒黏附在一起,成較大的個體,砂粒流動困難,起到抑砂作用。聚合物對砂粒與黏土的黏附作用,使?jié)B透率發(fā)生了改變,滲透率保留率降為78.9%。為進(jìn)一步驗證BY-53對粉細(xì)砂抑砂效果,混砂40~60目與100~120目的質(zhì)量比為1∶1,黏土含量為8%,進(jìn)行混砂沖砂試驗。試驗數(shù)據(jù)見表10。通過表10可見,BY-53對100~120目細(xì)粉砂巖混砂的抑砂效果較好,當(dāng)排量達(dá)4800mL/h時,仍未出砂,但滲透率保留率減小到了70.8%,該油田抑砂劑滲透率保留率必須大于75%,所以BY-53未能滿足該油田目數(shù)為100~120目,即粒徑為0.125mm防砂的需求,在未來工作中有待進(jìn)一步提高和研究。3體系適應(yīng)性分析1)研制優(yōu)選出了復(fù)配型防膨抑砂體系BY-53(0.5%BSA-101+0.3%有機陽離子聚合物),黏土防膨率可達(dá)83.82%,靜態(tài)吸附量為0.264mg/g;在40~60目動態(tài)沖砂實驗中,當(dāng)排量為4800mL/h時,動態(tài)抑砂率可達(dá)85.42%。2)通過BY-53抑砂體系適應(yīng)性分析,體系可適用在溫度低于70℃、礦化度小于3×103)在80~100目(0.17mm~0.15mm)黏土混砂沖砂實驗中,在排量為4800mL/h條件下,