溶液型选择性堵水剂的研究现状

综述专论　化工科技，２０１０，１８（４）：６３￣６６ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　ＩＮ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　溶液型选择性堵水剂的研究现状＊　宋昭峥　，张建存　。，李宜坤。　［１．中国石油大学（北京）重质油国家重点实验室，北京１０２２４９；２．中国石油勘探开发研究院，北京］０００８３３　

摘要：溶液型选择性堵水剂（ＲＰＭ）能够选择性的降低油井中水相的渗透率，对油相影响很小，目　前国内外对其研究比较活跃，作者介绍了ＲＰＭ的堵水机理，列举了国内外的研究状况，阐述了ＲＰＭ的　选择性堵水能力的评价方法，指出了ＲＰＭ的发展趋势。　关键词：溶液型选择性堵水剂；堵水机理；选择性评价　中图分类号：ＴＥ　３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０５１１（２０１０）０４—００６３一Ｏ４　

油井出水是油田开发过程中不可避免的问　题口］。地层是非均质的，注水井的吸水剖面是不　均匀的，油井的产出剖面也是不均匀的。有的区　块含水量很高，而有的区块则注水效果不明显，甚　至有的区块注入水很快沿高渗透层突破，水对高　渗透层的冲刷提高了它的渗透率，使地层的非均　质性进一步扩大，致使油井大量出水，产能降低。　油井采出液所含的水来自注入的驱替水、储油区　的边水、储油圈闭中油层以下的底水。　油井出水会造成很多危害：消耗地层能量，减　少油层最终采收率；降低抽油井的泵率；使管线和　设备的腐蚀与结垢严重；增加脱水站的负荷；若不　将脱出的水回注，还会增加环境污染。因而降低　采出液的出水率具有其重要的意义。　为了使注入水均匀推进，减少油井出水，可以　从注入井封堵高渗透层，调整注入地层的吸水剖　面，即所谓注入井调剖；如果油井大量产水使得产　油量很低，则需要封堵出水层，降低油井出水量，　称为油井堵水。堵水处理从工艺和经济上就可能　很有效ｌ＿２］。无论是调剖还是堵水，目前有效的方　法都是使用化学试剂ｌ＿３］。　化学堵水剂［４］有：非选择性堵水剂和选择性　堵水剂。非选择性堵水剂对水和油都没有选择　收稿日期：２０１０—０５—２８　作者简介：宋昭峥（１９７２一），男，山东曲阜人，现在中国石　油大学（北京）重质油国家重点实验室副教授，主要研究　方向为油田化学、油品精制及化工技术经济。　＊中国石油天然气集团公司科技项目（０６—０２１３－０２—０３—０４）。　性，在地层中形成堵塞物，它既可封堵水层也可封　堵油层。所以非选择性堵水剂只适用于单一水层　或高含水层。而选择性堵水剂利用油和水，出油　层和出水层之间的性质差异进行选择性堵水的。　选择性堵水适用于不易用封隔器将油层与待封堵　水层分开的施工作业。　研究表明，溶液型选择性堵水剂＿＿５］（ＲＰＭ）也　称为相渗透率改性剂，选择性的进入水层，通过拖　拽作用对水产生封堵效果。ＲＰＭ主要是由长的　柔软的链状高分子构成，能够吸附在岩石表面。　当水通过时聚合物伸展，能够有效降低地层水的　渗透率；而当油或气通过时，聚合物收缩不影响油　气的渗透率。ＲＰＭ能够有效堵水而不伤害油层，　是今后选择性堵水剂的一个重要发展方向。　

１　ＲＰＭ的堵水机理　理想的ＲＰＭ，应该是液体（在水中溶解），堵　剂对水的拖拽力应该是对油的２￣１００倍，能够选　择性降低水的渗透率，不影响油气的渗透率，且不　需要特殊的注入设备。它通常由长的柔软的链状　分子构成，能够吸附在孔道的有效表面上，不用机　械共聚或区域分离就能注入，只需笼统注入。　ＲＰＭ堵水机理Ｅ　］是，聚合物的选择性收缩和膨　胀。当聚合物分子链在水相中时伸展，在油相中　收缩，形成对水相的“拖曳”作用，降低水相渗透　率。该体系不会造成孔隙体积的物理封堵，因此　具有良好的选择性堵水作用，见图１。　・６４・　第ｌ８卷　ａ水相中聚合物分子伸展　ｂ油相中聚合物分子收缩　图１　ＲＰＭ选择性堵水机理　

２国外ＲＰＭ的研究进展　ＲＰＭ能够有效堵水而不伤害油层，是堵水剂　研究的一个重要领域。国外对ＲＰＭ的研究非常　活跃，主要有以下几种。　２．１　Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ疏水改性聚甲基丙烯酸二甲胺　基乙酯　对于疏水改性水溶性聚合物，当聚合物链上　接上疏水基后，聚合物的流变性和粘度都发生变　化，能够起到选择性堵水的作用。甲基丙烯酸二　甲胺乙ｆｌ￣（ＤＭＡＥＭＡ）的聚合物结构中具有亲水　基团［（ＣＨ。）。一Ｎ—ＣＨ　ＣＨ。～］，表现出良好的　水溶性，经过疏水改性后生成的疏水聚合物，符合　ＲＰＭ的要求。　Ｌａｒｒｙ　Ｅｏｆｆ等［７］用含有１６个碳的疏水基对　聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯（ｐＤＭＡＥＭＡ）进行疏　水改性。并对疏水改性后的ｐＤＭＡＥＭＡ的选择　性堵水性能作了研究。结果表明１６个碳的疏水　基改性后的ｐＤＭＡＥＭＡ降低水渗透率达８Ｏ　以　上，但对油层影响很小。　Ｌａｒｒｙ　Ｅｏｆｆ等［８］还研究了用聚乙二醇单甲醚　（ＭＰＥＧ）对ｐＤＭＥＭＡ进行疏水改性的情况。这　种聚合物是以ｐＤＭＥＭＡ为主干，再用ＭＰＥＧ的　衍生物进行接枝。最终形成分子量接近一百万的　聚合物。从实验室研究结果表明：这种聚合物能　够长时间高效降低水相渗透率。　２．２　ＢＪ公司阴离子亲水性三聚物　Ｓｃｏｔｔ　Ｇ　Ｎｅｌｓｏｎ等［９］研究阴离子亲水性三聚　物作为ＲＰＭ的情况。该三聚物分子能够吸附在　地层孔道上，当水通过时，其伸展有效降低水的渗　透率；而当有油或气通过时，其收缩对油、气的渗　透率影响不大，甚至气相的通过能力更强了。此　外该三聚物具有较好的耐盐性，尤其耐二价盐，如　

钙和镁离子。　Ｅ　Ｇ　Ｂｏｒｏｄｉｎ等ｕ叫报道了该阴离子亲水性三　聚物在俄罗斯西西伯利亚油田的使用情况。该三　聚物结构中的一部分用于形成表面，另一部分为　亲水结构，亲水结构能吸附到岩层上。这种分块　设计降低了孔道的水流截面，并对水流有明显的　拖拽作用。亲水且有弹性使该三聚物在碳氢化合　物通过时收缩。这种收缩对油层孔道和油相渗透　率影响很小。这种三聚物以丙烯酰胺为基础，其　中一种单体是磺化物，它能够使该三聚物能承受　高矿化度的水，尤其是那些含有高浓度钙离子和　镁离子的水。通过西西伯利亚油田２６个应用例　子表明，ＲＰＭ能够有效降低产水量，增加产油量，　并且降低了油的生产成本。　２．３法国ＩＦＰ选择性堵水技术　ＲＰＭ由高分子水溶性聚合物或弱凝胶组成，　是有效并可笼统注入的系列堵水剂。高分子水溶　性聚合物和弱凝胶有利于降低水的相对渗透率，　减少层内矛盾，对油或气体的相对渗透率影响很　小。２０世纪８０年代，法国石油研究院（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ　Ｆｒａｎｃａｉｓ　Ｄｕ　Ｐｅｔｒｏｌｅ，ＩＦＰ）开始研究相对渗透率　改进剂堵水技术＿＿ｌ　，进行了化学剂研究、物理模　拟、数值模拟、处理设计及现场试验，研究出适用　于三种特殊地层条件的ＩＦＰ选择性堵水处理方　法，先后进行了１００多口井的现场施工。　近年来ＩＦＰ进行了预处理转向剂控制技术　研究。ＩＦＰ研究的预处理液以“桥联吸附”为基础　具有桥联吸附特性的预处理液可用以保护非目的　层，同时改善对堵剂放置的控制。注入预处理液　时，非目的层一般渗透率较低，由于其孔道小、近　井地带的剪切速率高，所以拉伸的聚合物在非目　的层的孔道表面会桥联吸附，形成一个保护膜；目　的层一般具有高渗透率，聚合物不会堵高渗透层　的大孔道。预处理液注入后，接着用笼统注入的　堵剂来堵高渗透的目的层。在重新采液时，保护　膜容易被生产液消除。为了优化预处理液的桥联　吸附特性。ＩＦＰ最近开始研究具有不同化学性质　和不同大小的聚合物。这个研究项目在ＷＥＬ—　ＧＥＬ国际协议中有新的进展。　ＩＦＰ以笼统注入堵水为主要研究方向，是因　为这种注入方法是最简便、最经济的，而且在不同　情况下的油井中都可以采用。ＩＦＰ堵水技术以高　分子量聚合物的吸附为基础，吸附后的聚合物通　过膨胀作用或交联反应来改善油和水的相对渗透　率比例，不同的地层用ＩＦＰ堵水技术处理都获得、　第４期　宋昭峥，等．溶液型选择性堵水剂的研究现状　・　６５　・　了良好的结果。　３国内ＲＰＭ的研究进展　张照等＿】　用溴化二乙基十六烷基丙烯酸乙　酯单体、丙烯酰胺单体和偶氮二异丁基脒二盐酸　盐实现单体水溶液均相共聚，通过控制２种单体　的反应比和单体溶液的浓度，得到了一种耐盐耐　温的选择性堵水剂。通过实验得出如下结论：（１）　质量分数为０．５　和１．０　２种的聚合物溶液在　室温条件下具有较低的粘度，随着温度的升高，聚　合物溶液的粘度也随之升高。并且温度越高，聚　合物的粘度也越高，表明该聚合物有很好的耐温　性能。（２）质量分数为０．５　和１．Ｏ　２种的聚合　物溶液，在相同的温度条件下，质量分数高的聚合　物溶液具有更高的粘度，表现出更好的耐温性能，　相比聚丙烯酰胺水溶液的耐温性能有了很大提　高。（３）在６ｏ℃和９０℃２种温度下，体积分数低　的聚合物溶液在低温条件下较高温条件下其粘度　更高，高的聚合物在高温条件下则比低温条件下　具有更高的粘度。由此看出，６Ｏ℃低温使用质量　分数低的聚合物溶液效果较好，而９０℃的高温使　用质量分数高的聚合物溶液则耐温性能更好。　（４）该聚合物盐溶液，具备较好的耐盐性能，质量　分数较高的聚合物盐溶液，其耐盐性能更好。在　高矿化度的地层中，这种选择性堵水剂适宜使用　的温度为７５～９Ｏ℃，最佳的使用温度为７５℃。　该选择性堵水剂具有很好的耐温性和耐盐性。　邱晓惠等［　］优选２种混合物，具有粘度低、　操作简单、反应条件易控制的特点。反应生成的　聚合体主链为线性的水溶性高分子聚合物，辅链　由聚乙烯衍生物组成且能与主链的聚合体发生反　应，形成一个有高度分叉的水溶性共聚物，即相渗　透率改进剂。相渗透率改进剂进人地层后聚合形　成刷状结构，通过化学作用吸附在岩石表面。反　应形成的高分子聚合物降低水相渗透率遇油粘度　不改变，对油相渗透率改变很小。　实验表明，该改进剂ＦＡ—ＲＰＭ适合在近水地　层和中高含水地层进行增产措施改造，其可以有　效控制水的产出，具有地面粘度低、操作简单、反　应条件易控制等特点，与常规孤胶压裂液体系配　伍性好，耐盐耐冲刷。室内研究表明，该改进剂进　入地层后吸附在岩石表面，反应聚合形成刷状结　构的聚合物，可大幅降低水相渗透率但对油相渗　透率改变很小，具有选择性改变相渗透率的特性，　热稳定性和盐稳定性良好。随含水饱和度增加，　

水相渗透率大幅降低达９０　。油相渗透率改变　较小，控水增油效果显著。　方波等ｌ１　用一种经季铵盐改性的天然半乳　甘露聚糖胶（包括：瓜尔胶、香豆胶，或刺槐豆胶，　或其降解物）作为ＲＰＭ进行研究。天然的半乳　甘露聚糖胶上的活性羟基在碱性条件下生产带负　电的负离子，在季铵盐中，碱性的半乳甘露聚糖胶　作为亲核试剂进攻季铵盐中正碳离子取代卤素，　生成天然半乳甘露聚糖胶的阳离子醚（即阳离子　半乳甘露聚糖）。通过其对石英砂柱堵水性能实　验表明，所制备的阳离子天然瓜尔胶具有优良的　阻水性能，可以作为ＲＰＭ。