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分类号：ＴＥ３３单位代码：１０２２０密级：ＮｏｒｔｈｅａｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍ专业学位研究生学位论文学位类别：工程硕士（石油与天然气工程）论文题目：萨北油田调剖剂性能评价与研究学生姓名：宋歌指导教师：夏惠芬教授（校外：张超高级工程师）论文类型：工程设计研究方向：油气田应用研究学习方式：□全日制■非全日制入学时间：２０１４年４月论文完成时间：２０１７年２月 ThesisfortheGraduateCandidateTestPerformanceevaluationandresearchofprofilecontrolagentinthenorthSaertuoilfieldCandidate:SongGeTutor:XiaHuiFenField:OilandgasfielddevelopmentDateoforalexamination:8thFebruary，2017University:NortheastPetroleumUniversity 学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成。，果据我所知除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人己经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。Ｗ作者签名：家辦、日挪：学位论文使用授权声明本人完全了解东北石油大学有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，可以公布论文的全部或部分内容。东北石油大学有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》、《中国博士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：论文指导教师签名：指导小组成员签名： 萨北油田调剖剂性能评价与研究摘要随着我国大多数油田进入高含水期，平面矛盾和层间矛盾开发过程中的存在的问题日益突出。在长期水驱的影响下，地层孔隙、孔道、孔喉逐步扩大，“短路”现象在油田水驱中日益严重，常规调剖堵水技术已不能满足现场需求，注水锥进现象导致油区见水过早，产量递减，驱油效率降低。为解决这一问题，国内外通过调剖堵水技术来提高采收率。为了筛选出适合萨北油田注聚区块实际情况的调剖剂，本文分析了聚合物调剖剂类型及阴离子聚合物调剖剂和复合离子聚合物调剖剂的调剖机理与特点。确定了聚合物凝胶性能评价方法，并设计评价阴离子聚合物与复合离子调剖剂成胶性能成胶特性影响因素的实验，通过实验来评价聚丙烯酰胺浓度、六亚甲基四胺剂量、溶液pH、间苯二酚的加量、地层水矿化度等对冻胶强度的影响。以及实验分析出聚合物分子量及浓度、JL-1浓度、苯酚浓度、间苯二酚浓度、溶液pH、矿化度、剪切程度等对复合离子调剖剂成胶性能的影响。研究结果表明：阴离子聚合物与复合离子调剖剂通过吸附增阻、动力捕集、粘弹阻力等实现聚合物调剖剂的调剖；粘度法、变压力法以及阻力系数残余阻力系数法可以有效测量并计算凝胶体系的粘度、转变压力以及阻力系数从而对凝胶体系进行评价；阴离子聚合物调剖剂的凝胶强度受聚丙烯酰胺浓度影响较大，间苯二酚的、六亚甲基四胺以及PH的增加会缩短成胶时间并增加凝胶强度。对于复合离子调剖剂，随着聚合物浓度以及JL-1浓度的增加，凝胶体系的强度呈逐渐增加后趋于平稳状态，当苯酚浓度发生改变时，成胶时间没有明显的变化，凝胶强度也相差不大。间苯二酚浓度的升高使得溶液的成胶时间明显缩短，凝胶强度也有显著的增加。pH值较低时，成胶快速，但粘度保持时间较短。在pH值较高时，不易成胶。而pH值在5.10～5.15之间时，成胶性能较好。矿化度对其成胶时间与成胶强度没有明显的影响。体系的剪切程度越大，凝胶粘度越低，强度越小。关键词：复合离子聚合物；阴离子聚合物；成胶性能；调剖技术I AbstractAsmostoftheoilfieldsinChinaenterthehighwatercutstage，Thecontradictionbetweenlayersinthedevelopmentprocess，Increasinglyprominentcontradictionsintheplane，Undertheinfluenceoflong-termwaterflooding，Theformationpore，poregraduallyexpand，Theoilfieldhasaserious"shortcircuit"phenomenon，Conventionalprofilecontrolandwatershutofftechnologycannotmeettheneedsofthefield，Thephenomenonofwaterinjectionconingleadstoprematurewater,decreasingproductionandlowoildisplacementefficiency，Inordertosolvethisproblem,thetechnologyofprofilecontrolandwatershutoffathomeandabroadtoimproveoilrecovery.Inordertoscreenouttheprofilecontrolagentsuitablefortheactualsituationoftheoilfield„spolymerinjectiontract,thispaperanalyzesthemechanismoftheanionicpolymerandcompoundionpolymerprofilecontrol.Inthispaper,thetypesofpolymerprofilecontrolagentandtheprofilecontrolmechanismandcharacteristicsofanionicpolymerprofilecontrolagentandcompoundionpolymerprofilecontrolagentareanalyzed.Theevaluationmethodofpolymergelpropertieswasdetermined.Andanexperimentwasconductedtoevaluatethegellingpropertiesandtheinfluencingfactorsofgellingpropertiesofanionicpolymerandcompoundionprofilecontrolagent.Throughtheexperimenttoevaluatetheconcentrationofpolyacrylamide,sixmethyleneaminefourdosage,solutionpH,resorcinolcontent,salinityeffectongelstrength.Theeffectsofmolecularweightandconcentrationofpolymer,concentrationofJL-1,concentrationofphenol,concentrationofresorcinol,solutionpH,salinityandshearingdegreeonthegellingpropertiesofcompositeionprofilemodificationagentwereexperimentallyanalyzed.Theresultsshowthat:anionicpolymerandcompoundionprofilecontrolagentcanrealizeprofilecontrolofpolymerprofilemodificationagentbyadsorption,resistanceincrease,dynamiccaptureandviscoelasticresistance.Viscositymethod,variablepressuremethodandresistancecoefficientandresidualresistancecoefficientmethodcaneffectivelymeasureandcalculatetheviscosity,transitionpressureandresistancecoefficientofthegelsystem,soastoevaluatethegelsystem;Thegelstrengthofanionicpolymerprofilecontrolagentisgreatlyaffectedbytheconcentrationofpolyacrylamide.Theadditionofresorcinol,sixmethylene,fouramine,andPHshortensthegellingtimeandincreasesthegelstrength.Forcompoundionprofilecontrolagent,withthepolymerconcentrationandtheconcentrationofJL-1increased,thestrengthofgelwasstableconditiongraduallyincreased,whentheconcentrationofphenolischanged,theII gellingtimedidnotchangeobviously,thegelstrengthislittle.Withtheincreaseofresorcinolconcentration,thegellingtimeofthesolutionisobviouslyshortened,andthegelstrengthisalsoincreasedsignificantly.WhenthepHvalueislow,thegelisfast,buttheviscosityremainsshorter.WhenpHvalueishigher,itisdifficulttobecomeglue.WhenthepHvalueisbetween5.10and5.15,thegellingpropertyisbetter.Salinityhasnoobviousinfluenceongellingtimeandgellingstrength.Salinityhasnoobviousinfluenceongellingtimeandgellingstrength.Thegreaterthedegreeofshear,thelowerthegelviscosityandthelowerthestrength.Keywords：complexionpolymer;anionicpolymer;Profilecontroltechnique;gellingperformanceIII 目录学位论文独创性声明........................................................1学位论文使用授权声明......................................................1摘要....................................................................IAbstract.................................................................II第一章绪论.............................................................11.1本文研究的目的和意义..............................................11.2国内外调剖技术现状................................................21.3本文主要研究的内容................................................8第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法................................102.1聚合物调剖剂类型及其特点.........................................102.2复合离子聚合物调剖剂调剖机理.....................................122.3聚合物凝胶性能评价方法...........................................132.4小结.............................................................16第三章阴离子聚合物成胶特性影响因素分析..................................183.1实验条件........................................................183.2影响聚合物成胶特性因素分析.......................................183.3小结.............................................................21第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价........................234.1实验条件........................................................234.2复合离子调剖剂成胶性能评价.......................................234.3复合离子调剖剂配方的研究分析.....................................294.4小结.............................................................30第五章矿场实例应用分析..................................................315.1阴离子调剖矿场试验效果分析.......................................315.2复合离子调剖矿场试验效果分析.....................................32结论...................................................................34参考文献.................................................................35致谢....................................................................40I 东北石油大学工程硕士专业学位论文第一章绪论1.1本文研究的目的和意义在我国80％以上陆上油田是靠注水开发的，而现阶段我国各大油田注水开发都已经进入了中后期，甚至多数早期注水开发油田已进入高含水阶段，油层组渗透率低，非均[1-5]质性严重。油藏的非均质性和不利的油水流度比造成注入水沿高渗层突进，大大降低了注入水的波及效率，从而使油井生产能力差，反应到矿场实际表现为油井单井产量低，含水率高。许多油田通常将压裂作为油井的完井措施，油层压裂技术可使油井产能在短时期内得到很大提高，但也造成了后续注水开发生产中的严重水窜现象为进一步油田开发治理造成困难。因而，使用调剖剂封堵高渗层，实现改善储层吸水剖面最终实现稳油控水的调剖具有重大意义。然而，由于受传统高强度调剖剂延缓交联时间短等多方面因素影响，实际调剖过程中的有效半径不大，一般为几米到十几米，不能实现大面覆盖调整。对于渗透率高层间窜流严重的储层，调剖后，后续注入液绕过封堵区仍将窜回到高渗透层，导致增产有效期短，效果差。大量的室内实验和现场试验表明，解决窜流和绕流问题进行的油层深部调剖具有重要现实意义。然而油层深部调剖的调剖剂种类多样，性能与价格不一，特别是针对高含水特高含水期的油田，迫切需要针对不同油藏条件开展相应的深部液流转向技术及相关配套技术的研发，从而阻止优势渗流通道的形成，改善形成定势的流线场，提高油藏水驱开发效果。调剖工艺在实施过程中，面临着油藏问题识别、堵剂材料、施工工艺、数值模拟、优化设计等多方面技术的综合应用问题。[6-9]首先，为实现高含水油藏深部液流转向剂材料所需用量大，并且要求长效、廉价、适应不同油藏条件发。因此，新型深部转向剂材料研发其转向剂材料的廉价长效与否是关键。其次，深部液流转向改善水驱作用机理的研究。利用先进的测试评价手段，通过建立与油藏开发后期状况相适应的物理模型，研究真实条件下油藏转向剂材料与油藏的匹配关系、其转向运作的机理、以及当转向剂深部放置运移过程中的行为特征、微观力学性能变化等，从而指导不同油藏条件的新型转向剂材料的开发、改进及应用。第三是有效实用的油藏问题识别技术方法研究。建立宏观的油藏深部水流优势通道流线场谱图，摆脱传统的示踪剂等检测手段，依靠后期动态开发数据处理，使研究重点由剩余油分布转向水流优势通道分布的研究，从而为深部液流转向提供更为明确的基础支持。第四研发准确、简捷的数值模拟及优化设计软件。高含水油田储集层条件由于我国油藏陆相沉积以及长期强注强采的开发已发生了很大变化，研发与之相适应的数值模拟及优1 第一章前言化设计软件，是更有效利用转向剂材料、获得深部液流转向最佳效果的需要，因为结合长期水驱油藏储集层实际条件，基于传统渗流理论的数值模拟及优化设计手段已经不能满足深部液流转向改善水驱技术的需要。近年来，化学调剖已成为油田控制水窜的主要技术措施，针对萨北油田原油含蜡量以及粘度高，高凝点低含硫，大量剩余油富集于低渗层的特点，低渗透储层实施深部调频既需考虑对裂缝的封堵又要避免对其他油层的伤害，因而需对调剖剂的性能有较高要求。不但需考虑调剖剂初始粘度，而且成胶后强度、稳定性的考虑也十分重要，因而调剖剂的性能评价与研究具有十分重要的意义。1.2国内外调剖技术现状1.2.1国外调剖技术研究现状国内外的调剖堵水技术都是以油井堵水技术为基础而发展起来的。化学类药剂早在1930年开始已在油田开始进行现场应用。由水基泥浆逐步发展为油基、粘性油、憎水油[10-13]/水乳化液以及烃类等选择性堵剂。其中应用最广的为聚合物凝胶类堵剂，超细水泥[14-16]颗粒型堵剂和沉淀型材料等次之。聚合物类堵剂包括聚丙烯腈、木质素磺酸盐、生[17-18]物聚合物作为主要交联剂，以无机有机化合物做交联剂形成的凝胶型堵剂。聚合物凝胶类深部调剖技术主要包括弱凝胶深部调剖技术以及胶态分散凝胶深部调剖技术。弱凝胶是由低浓度的聚合物和低浓度的交联剂聚合物浓度通常在之间）形成的、以分子间交联为主及分子内交联为辅的、粘度在之间、具有三维网络结构的弱交联体系。弱凝胶有一定的流动性，弱凝胶技术既可用于油藏深部调剖，也可用于聚合物驱油。聚合物凝胶类堵剂的发展经历了漫长的更新换代过程。在美国以聚类凝胶为堵水调[19-20][21]剖剂取得良好效果后，俄罗斯随后以分水解聚丙烯腈取得良好开发效果。继研究取得了良好效果后，聚合物体系类堵剂诸如聚合物分散体系、生物聚合物堵水剂等得到广泛应用与进一步发展。[22]1972年Needham等人将聚丙烯酰胺溶液注入孔隙介质中，利用在岩石对其的捕集与吸附作用成功的分度了高渗吸水层，开启了化学调剖的新时代。至上个世纪80年代末，美、苏相继开发以聚合物凝胶类调剖剂、水玻璃类调剖剂为主的新型堵水调剖剂，并在[23]此基础上进一步研发预交联颗粒等调剖剂。二十世纪九十年代初由美国TIORCO公司提出聚合物和交联剂形成的非网络结构的[24]分子内交联凝胶体系的胶态分散凝胶(亦称CDG)，分子内的各交联活性点之间主要发生交联反应，几个至十几个分子发生交联分子内交联，形成分散的凝胶线团。CDG体系中一般聚合物的浓度能低至100mg/L，交联剂一般是，如柠檬酸铝、乙酸铬等的多价金2 东北石油大学工程硕士专业学位论文属离子。TIORCO公司曾在美国落矶山地区对29个油藏采用CDG进行了深部处理，国外只有此公司主张CDG调驱体系，其中获得增产的项目达22个。不过从各段塞HPAM浓度看，TIORCO公司做的这些试验仍然是弱凝胶处理，虽然此公司声称是CDG处理。[25-27]历时数十年的开发与研究，化学堵水调剖技术进入全新时期。在当下以延缓交联型凝胶体系为较为成熟且具有较大开发潜力的调剖体系。美国Marathon石油以及3+Phillip石油分别Cr型聚合物凝胶体系、弱凝胶体系和系列调剖堵水剂，同时法国也提[28]出了其特有的弱凝胶体系。Ghagali通过聚合物/柠檬酸铝延缓交联体系的进一步拓展研究，并对凝胶的形成的初始环境进行研究，拓宽了弱凝胶体系理论体系。[29]通过设计TGU凝胶强度评价仪，Smith1989年实现了凝胶体系的筛选。Smith根据仪器施压过程中的压力与流量的变化图得出转变压力。转变压力随凝胶强度的高低而变化，两者呈正比例关系。通过转变压力可以实现对凝胶强度进行定量分析。低于转变压力时的假体能有效封堵岩石，高于时则转变为流动态。此外对于胶态分散凝胶的研究，[30]Ranganathan等也做出了突出研究。[31]位于堪萨斯州的Arbuckle油田通过矿场实际应用，以聚丙稀酰胺醋酸铬凝胶为封堵剂测试措施前后效果，研究表明措施后有效的降低了油水渗透率并成功实现产水量的降低。[32]2004年R.D.Sydansk通过丙烯酰胺聚合物成胶实验研究分析，发现在裂缝中完全成胶的聚合物其粘度大于部分成胶的聚合物凝胶，并由于部分成胶的聚合物凝胶在裂缝中的低虑失且具有相对较好的凝胶注入性而更适宜注入裂缝型地层。同年，T.Q.Nguyen[33]等对聚丙稀酰胺一醋酸铬凝胶中不同组分对油水渗透率选择性影响进行实验研究，并研究分析了各组分对凝胶脱水量的影响。研究发现压力梯度是影响凝胶脱水以及油水渗透率的关键因素。1.2.2国内调剖技术研究现状我国堵水调剖技术的研究与应用可追溯到上个世纪50年代末，到了上世纪70年代转[34-35]以油井堵水为主。随着聚合物和交联凝胶在上世纪80年代的出现，注水井调剖技术开始迅速的发展起来发展，无论是堵水方面还是调剖方面，都是以高强度堵剂做为主要手段，物理屏障式堵塞的作用机理较为常见。到了上世纪90年代，油田进入到了高含水时期，相对的调剖堵水技术也进入发展的鼎盛时期，由单井处理发展到以调剖堵水措施[36-39]成为了主要区块综合治理单井。我国堵水调剖技术的研究内容和应用规模在其发展的过程当中大致可以分为四个[40]阶段。（1）20世纪50年代到70年代：主要是油井堵水，堵剂材料主要是高含水水泥、水玻璃/氯化钙、活性稠油、树脂等。3 第一章前言（2）20世纪70年代到80年代：聚合物及其交联凝胶的相继出现，在研制堵水调剖剂成果上取得了迅速的发展，强凝胶堵剂做为主要原料，其作用的机理以物理屏障式堵塞较为常见，主要是作为调整产液剖面和近井地层吸水剖面为目的。（3）20年代：油田进入了高含水时期，调剖技术进入到了鼎盛时期，由于处理目的不同，油田所采用的堵剂体系将近100种，其中，区块综合治理主要是得以深部调剖(调驱)及相关技术得到快速发展。（4）2000年以后：深部调剖改善水驱配套技术在油藏工程中得以提出，使得深部调剖技术又上了一个新的台阶，分别将油藏工程技术以及分析方法应用到改变水驱的深部液流转向的技术中。油藏作为整个处理目标，规模巨大、耗时长。对于堵水调剖剂的研发，国内涌现出大批的专家学者，并作出突出贡献。1986年河[41]南油田石油勘探开发研究院与西安石油学院联合开发了新型的MS一881改性木质素[42]调剖剂，其高稳定性、高耐盐性以及便宜的价格在河南油田得到广泛应用。盛亚平1993年合成阴阳非离子型堵水剂，并通过实验验证其在低渗透砂岩中具有较好的选择性堵水效果。[43]1996年何德文等通过对热采井矿场实际的研究分析，确定出适宜热采井的高温调剖技术。研究表明应用选层分注合采工艺、投球选注合采工艺和选层分注分米工艺等机[44]械调剖以及GW一Ml高温化学调剖剂可以取得良好的调剖效果。同年谢建军总结河南油田高含水期堵水调剖经验，确立了适宜河南油田高含水期不同储层物性的堵水调剖剂。[45]郑丽1998年通过大量实验分析延缓交联聚合物凝胶体系，研究表明YH-3型延缓剂的延缓效果相对其他延缓剂延缓效果更显著，有助凝胶体系在储层中的长效应用。[46]2001年田爱玲根据吐哈油田低空、低渗裂缝发育的特点，提出应用低浓度高分子和交联剂制成的凝胶可以增加流体在多孔介质中运移的阻力，并通过预凝胶技术地层发育裂缝的封堵。[47]2005年范森通过热化学沉淀的方法来实现油藏的深部调剖。该方法同过热化学作用来缩小孔隙体积，并通过硼酸钠溶液的结晶来降低储层渗透率实现储层的深部调剖。[48]及至2007年罗建新提出一种确定化学调剖处理半径的新方法。针对当前化学调剖处理半径误差大的情况，罗建新通过平板可是模型模拟油藏流体渗流特点以及调剖分布情况，确定所得的调剖半径与采收率幅度的关系，从而指导现场应用。大庆油田是我国化学驱应用最早也最为广泛的油田，萨北油田也是应用化学驱调剖的重点区域。大庆油田的化学堵水技术研究始于上世纪70年代末期，是从水玻璃氯化钙双液法化学堵水技术，再经过以高聚物、氰凝为代表的单液法化学堵水技术，目前已经[49]发展成为双液携带单液堵水技术。化学堵水与机械堵水相比较，化学堵水堵后井筒内不留管柱和工具，所以不会影响其它它的井下作业，进而有利于机采井加深泵挂及油井4 东北石油大学工程硕士专业学位论文分层测试等，这是化学堵水技术迅速发展的重要原因。（1）双液法化学堵水技术双液法化学堵水技术就是将封堵目的层轮流注入两种堵剂，两种堵剂在地层内接触后并且发生反应，形成堵塞地层孔隙沉淀，进而达到了堵水的目的。水玻璃氯化钙化学堵水技术和GO-1高强度化学堵水技术就是大庆在上世纪70年代末研究并应用的。（2）单液法化学堵水技术自油田迈进高含水开发后期，油井呈现多层见水进而多层高含水，目前的堵水目的层通过一定时间后极可能变成生产的潜力层，所以，对化学堵水的必要要求就是堵得浅、封得住、解得开、成本低、施工简便。双液法化学堵水技术封堵半径达2.5m以上，施工复杂，已经难以满足高含水后期化学堵水的要求。因此，大庆油田在这种状况下组织了很多单位进行单液法化学堵水技术研究，这种技术唯有1种堵剂(多种组分在地面复配而成)，它是利用堵剂在形成温度的自凝（固化）反应或与水的相互作用形成（或沉淀）[50]来阻止高含水层。当前有高聚物、氰凝和水玻璃等3种单液法堵水技术比较成熟。①凝堵水(封窜)技术氰凝是一种以聚氨酯为预聚体的物质，其主体成分是异氰酸根(-NCO)基团。当它被挤入地层时，如果遇水发生即时反应，生成大分子缩聚物(泡沫体)和CO2，从而阻塞水流通道及地层孔隙，从而达到封窜（堵水）的目标。②高聚物单液法化学堵水技术堵剂主要由6部分组成：主剂（聚合物）、固化剂、添加剂、转向剂和溶剂。在施工过程中，根据准备封堵层目的层吸液量大小和厚度，根据堵剂配方配制出充足的悬浮液，在低于油层破裂压力的条件下挤入目的层，悬浮物在地层温度条件下反应生成高分子聚合物并固化，达到封堵地层孔隙及液流通道的目的。③水玻璃单液法化学堵水技术堵剂由两部分组成分别是水玻璃和固化剂，在现场施工过程中向挤入地层这两种成分的混合剂，在地层温度下，两种成分发生反应生成硅酸胶结构，所形成的沉淀堵塞了层的孔隙，进而达到了堵水的目的。（3）双液携带单液堵水技术为了满足油田细分开采的要求，进而保证目的层与非目的层间隔层较薄(110m左右)时也不被击穿，实现化学堵水的目的，于是发展了速凝浅堵的双液携带单液堵水技术，它是在封堵目的层位置放入甲、乙2种组分堵剂后，在挤入地层前迅速使两种成分充分o混合，并快速发生固化反应，在的地层温度40C左右的条件下，一分钟内即可达到初凝，1小时后终凝，当达到终凝后其强度与环氧树脂相当。由于堵剂初凝的速度非常快，当进入地层后很快就能产生固化，因此具备本体堵得浅、快速转向、容易解堵等特点。目5 第一章前言前技术尚在攻关阶段。进入21世纪后，油田普遍处于高含水情况，由于油藏原生非均质以及长期水驱使非均质性进一步加剧，大孔道高或渗通道在油层中逐渐形成起来，使地层流线场、压力场逐步形成定势，使得油水井间形成水流优势通道，进而造成水驱“短路”现象，大大影响油藏水驱开发的效果。油藏的非均质性及较差油水流度比造成注入水突进高渗透层，极大地使注入水的波及效率下降，有效的解决手段之一是注水井调剖技术。但是，因为受传统高强度调剖剂延缓交联时间短的影响，调剖半径一般仅为几米到十几米。在油藏中存在层间严重窜流进行调剖后，绕过封堵区的后续注入液仍窜回到高渗透层，增产的效果也差，有效期短。大量的现场试验和室内实验表明，只有进行油层深部调剖才能解决窜流和绕流问题。加之对油藏高含水现状认识的局限性，普通常规调剖堵水技术基本上很难满足油藏开发的需要，因而，深部调剖(调驱)技术无论在作用还是影响都是效果极大进而得到快速发展，从此一个新的阶段产生了--改善水驱的理论认识及技术发展。随着对于油田的注水开发的深入，目前深部调剖技术可笼统划分为十种：醇致盐沉积法深部调剖剂、预交水凝剂深部调剖剂、泡沫深部调剖剂、阴、阳离子聚合物深部调剖剂、粘土胶聚合物絮凝深部调剖剂、微生物深部调剖剂、延缓交联型深部调剖剂等。（1）预交联凝胶颗粒深部调剖剂此项技术是在地面将交联体系预先交联形成凝胶，然后经过以下五步：造粒、烘干、粉碎、筛分，制备成凝胶微粒。此项调剖剂的优点是施工简便，用量少；缺点则是相对作用的有效期短。（2）阴阳离子聚合物深部调剖剂这种方法可以将阴、阳离子聚合物分别同时注入生产井和注入井，或将阴、阳离子聚合物交替注入井中。当注入井生和产井同时进行时，则称之为防窜技术。由于岩石表面是负电性的，注入油井中的阳离子聚合物溶液优先进入高渗透层以及大孔道中，初期先是吸附于岩石的表面，此时将阴离子聚合物注入注入井。在地层中相遇的阴阳离子型聚合物后生成不溶性沉淀物，进而使高渗透层的渗透率大大的降低，这将使得后续注入的阴离子聚合物和驱替液进入中、低渗透层，波及系数就得到提高，深部调剖的目的进而就能实现。（3）醇致盐沉积法深部调剖剂醇致盐沉积法深部调剖技术是一种关于地层吸水剖面的调整并且基于盐沉积理论的方法。所谓盐沉积，是指将非电解质加入到饱和电解质水溶液中，所谓降低溶液中电解质的溶解乙醇致盐沉积法的工艺是，首先将高浓度的盐水注入油层，象常规注水那样盐水首先会绕过低渗通道或低渗透的含油层，并且有选择性地进入高渗含水通道或高含6 东北石油大学工程硕士专业学位论文水。将乙醇段塞注入在尾随盐水段塞，并且盐水在与其接触或者混合过程中降低了盐在水中的溶解度，使得高含水渗流通道内最初注入水所形成得固体盐沉淀，产生局部堵塞使得渗透率降低，就会使得后续注入水改道进入高渗透层内尺寸较小的含油通道或低渗透含油层。此种调剖作用不仅使得层间的吸水剖面大大改善，注入水的波及体积也得到扩大，而且高渗透层内的微观波及状况也会得到改善。此种调剖剂的优点是，对低渗透层有较小的伤害，并且适用性广。缺点是在严重非均质地层就不太适合。（4）微生物深部调剖剂微生物深部调剖机理是微生物产生的表面活性剂和气体、产酸作用及对原油的降解作用。作为深部处理的高渗透油层或厚油层此项技术更适用，在油层中微生物生成的生物残骸和生物聚合物可大大地降低储层渗透率，并且堵塞高渗透层带，启动中、低渗透层，使得注入井的注入压力增加，，并且改善波及效率，使得后续液流转向，进而达到了提高原油采收率的目的。不污染环境、工艺安全是此类调剖剂的优点，并且同时降低了施工的成本和材料；缺点是微生物过度生长可能会造成井的堵塞。（5）泡沫深部调剖剂泡沫深部调剖的作用机理是：当泡沫通过地层孔隙的时候，泡沫的液珠就会发生形变，并而对液体流动产生一定阻力，即贾敏效应，并且这种阻力是可以叠加的，从而堵塞目的层，吸水量和主要水流方向的水线推进速度就会发生，注入水的波及体积就会大大提高。三元复合、二元复合、凝胶泡沫和蒸汽泡沫是在水井调驱中主要使用的泡沫。选择性强是此类调剖剂的优点；施工工艺复杂，有效期短是此类调剖剂的缺点。（6）粘土胶聚合物絮凝深部调剖剂二十世纪90年代以来胜利油田与石油大学(华东)共同研究的一项实用新型技术是粘土胶聚合物絮凝体系调剖技术。主要步骤是将钠膨润土配制成悬浮液，并且聚合物与润土水化后颗粒能形成絮凝体系，堵塞地层孔喉处，进而起到调剖的作用。调剖机理主要为：絮凝堵塞、机械堵塞和积累膜机理。胜利油田大规模的应用此项，并且取得显著的经济效益。虽然此项技术取得了很大成功，但是还存在一定的局限性，现场施工需要专用设备；调剖剂在自然选择性上较差；注入性较差，使注入的剂量大受到限制等是主要表现方面。（7）延缓交联型调剖剂在配制初期此项调剖技术所使用的调剖剂聚合物与交联剂不发生反应，注入地层后在地层条件下才开始缓慢交联，当成胶后强度变高，主要对高渗透层和大孔道进行封堵。从概念上讲此项调剖技术包括的范围非常广，无论使用何种方法，只要使聚合物和交联剂延缓交联，都属于此种调剖技术。延缓交联型在调剖技术中是一种非常重要的技术，延迟交联技术的思想是交联剂(铬(Ⅲ)、铝(Ⅲ)或甲醛)的释放速度通过加入一定的配位剂7 第一章前言来得以控制，进而达到延缓成胶时间的目的。延缓交联型调剖技术的特点是聚合物和交联剂延缓交联时间长，使用的浓度低，容易实现深部调剖的目的，满足油藏大剂量的深部调剖的要求，从而使油藏“真正”的深部调剖成为现实。目前国内注交联聚合物的研究方面有两条发展路线：一是使常规聚合物驱的聚合物浓度接近或略高于，一般采用1000～3000mg/L，即弱凝胶；二是靠近低聚合物浓度发展，使得聚合物浓度在200～600mg/L，即胶态分散凝胶。弱凝胶是由低浓度的交联剂和低浓度的聚合物(聚合物浓度通常在800～1500mg/L之间)形成的、以分子内交联为辅及分子间交联为主、粘度在100～10000mPa·s之间、呈三维网络结构的弱交联体系。弱凝胶可被认为是弱的本体凝胶从分子间交联的特性来看，与本体凝胶相比，弱凝胶具有一定的流动性。新近发展起来的胶态分散凝胶深部调剖技术是一项变革性的提高波及效率的方法，它同时具有油藏内部流体的流度调节和交联聚合物深部调剖两种技术的特点，所此，此项技术既可同时用于聚合物驱油和油藏深部调剖两方面。交联剂和聚合物浓度低，在交联剂的作用下聚合物分子不形成三维网状结构，而是形成分子内交联为主、几个分子间交联为辅的分散的胶束溶液，是胶态分散凝胶的特点因此被称为胶态分散凝胶(ColloidalDispersionGel，CDG)，简称CDG。随着研究的深入与增多，我国许多现有的技术中的堵水调剖技术的研究和应用的情况总的来说，已经达到了国外同期的发展水平，在高温堵剂的研制，施工设备和检测系统的完善，深度调剖剂及其配套工艺技术的研究应用等还是存在一定差距的。同时，同国外堵水调剖技术相比，我国堵水调剖技术在下面几个方面需加强和提高。（1）深度调剖技术研究需要加强，针对于不同地层条件和开采阶段研究出更多种类深部调剖化学剂及相应的施工工艺技术。（2）施工工艺技术的研究需要加强，自动监测系统进一步的研制，施工设备进一步的完善。（3）为解决蒸汽驱中指进导致蒸汽驱之波及系数降低和蒸汽的重力超复，油井含水率上升，油气比变小，产油量大幅度下降的矛盾，堵水调剖剂需要抗高温，交联时间长适合于高温深井和高温蒸汽井（4）为更好解决解决水平井底水锥进的问题，堵水平井底水的技术的开发研究。1.3本文主要研究的内容本文主要分析了阴离子聚合物、复合离子聚合物调剖机理。并通过实验从调剖体系中聚合物分子量及使用浓度、交联剂用量等几个方面，分别分析了阴离子聚合物、复合离子聚合物的成胶规律，对调剖剂成胶性能产生影响的一些参数：并讨论了溶液的水质、pH值、剪切状况。同时对复合离子聚合物调剖制剂的组成和化学反应原理进行了研究。8 东北石油大学工程硕士专业学位论文具体内容如下：（1）确定阴离子聚合物凝胶性能评价方法及其特点，以粘度法、变压力法、阻力系数与残余阻力系数法来评价聚合物凝胶性能。（2）通过实验，研究分析聚丙烯酰胺浓度、六亚甲基四胺剂量、溶液pH、间苯二酚的剂量以及地层水矿化度对冻胶性能的影响。（3）分析复合离子聚合物调剖剂调剖机理以及调剖剂体系成胶反应机理。（4）通过复合离子调剖剂成胶性能评价实验评价复合离子调剖剂性能，并分析聚合物分子量及浓度、JL-1浓度、苯酚浓度、间苯二酚浓度、pH值、地层水矿化度以及剪切速率对冻胶性能的影响。（5）确定复合离子调剖剂配方，并通过矿场实际验证效果。9 第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法2.1聚合物调剖剂类型及其特点2.1.1阴离子聚合物调剖剂特点聚合物调剖剂类型有多种，其中油田三次采油工艺中一种使用最为广泛、堵水调剖最为有效的化学材料就是阴离子聚合物凝胶。所谓阴离子聚合物凝胶就是在聚丙烯酰胺溶液中加入一种交联剂，使聚丙烯酰胺分子间产生交联，使其由直链分子转化成梯形分子，从而使聚丙烯酰胺分子的流动性发生变化，形成一种具有一定强度及粘弹性的凝胶体。可在油田当在地层深部通过注水井注入此种凝胶体后，注水地层中的大孔道遭到堵塞，注水剖面得到改善，并且达到注水调剖和提高驱油采收率的目的。因此以便更好应用于为了提高油田采收率，有必要对影响阴离子聚合物凝胶性能的各种因素进行分析研究，因为阴离子聚合物凝胶性能对于提高油田采收率极其重要。聚丙烯酰胺冻胶是在阴离子聚合物类堵水调剖剂中，应用比较多的为。为防止在配制和施工时发生机械剪切降解，影响堵调剂的性能和现场应用效果。此试剂需要借助辅助设备配制，聚丙烯酰胺其溶液粘度大，溶解时间长，效果显著。2.1.2复合离子聚合物调剖剂特点大庆油田在聚合物驱工业化推广应用过程中，由于油层渗透率级差大，聚合物与高渗透层不匹配，单纯依靠聚合物有限的调剖能力，不足以有效调整油层的吸水平面，在大部分井组已见到显著效果的同时，仍存在部分井组注入压力低、吸水剖面差、含水下降幅度小、增油量少、采聚浓度高、存聚率低等问题。复合离子型调剖剂技术是近年来在油田使用较多、效果较好的一种改善水驱和聚合物驱油技术。复合离子型调剖剂是由氧化还原体系阳离子烯丙基单体、丙烯酰胺、引发剂经化学3+3+反应而成的复合离子聚合物调剖剂，其中多价金属盐（Cr，Al）是制备聚丙烯酰胺冻胶常采用的交联剂，近井部位的调剖堵水不适用于冻胶强度低的金属离子交联。因此可以采用也可采用六亚甲基四胺，甲醛进行交联，这样虽然延缓了冻胶的形成，但是冻胶的强度比较差。这里研究的水解聚丙烯酰胺（HPAM）的缓速交联剂主要采用酚醛组分，不但冻胶强度明显提高，而且成胶时间可自由调整，从而使聚合物调剖剂对高渗透率地层具有更强的堵塞能力，调剖效果更加的显著。2.1.3复合离子聚合物调剖剂的组成（1）由氧化还原体系阳离子烯丙基单体、丙烯酰胺、引发剂经化学反应而成的复10 东北石油大学工程硕士专业学位论文合离子聚合物是水溶性的；（2）交联剂是有机酸与多烷基多胺合成的产物；（3）促凝剂和稳定剂主要是间苯二酚和苯酚。将主剂(多烷基多胺、复合离子聚合物)、间苯二酚、苯酚、草酸按一定比例配成水溶液，经过一定时间在一定温度下所形成的冻胶粘弹性很高。2.1.4复合离子聚合物调剖剂的化学反应（1）交联剂的反应由复合离子聚合物酚类交联剂所组成的复合离子聚合物调剖剂。在地层温度和酸性条件下有机与酸多烷基多胺的反应产物发生分解，进而生成交联剂甲醛。其相应的反应式为：图2.1交联剂甲醛反应式（2）聚合物的交联反应酚和聚合物与交联剂分解释放出醛类进一步反应后生成多种复杂的网状结构胶体。阴离子基团和阳离子基团与交联剂不发生反应，反应主要发生在酰胺基上，其存在有利于聚合物在岩石表面的吸附和在水中的溶解。其速度主要由受酚分解为醛控制。在油层温度不同的情况下，为了满足不同温度地层深度调剖的要求，交联时间的控制可以通过调整pH值的大小，交联反应为：图2.2交联反应式11 第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法（3）交联反应的特点按配方要求的剂量将复合离子聚合物充分溶于水后，加入其他药剂配成水溶液。该水溶液注入地层后，当温度达到一定值后便开始了形成冻胶的一系列反应。在初始阶段，化学反应是多种反应混杂在一起，其中有交联剂水解产生甲醛的反应，有复合离子聚合物的酰胺基与甲醛发生的缩聚反应，有甲醛与苯酚、间苯二酚连续缩聚生成酚醛树脂类产物的反应，还有复合离子聚合物与甲醛、酚醛树脂类产物的缩聚反应。这些反应在初始阶段只是使调剖剂的粘度增加，调剖剂溶液仍然能够流动。随着液体的前移，反应逐渐进行，直到达到设计的时间为止，此时生成的网状结构冻胶的粘度达20Pa·s以上，可有效地封堵地层。由于生成交联剂的水解反应进行得很慢，因此调剖剂形成冻胶的交联反应进行得比较缓慢，从而可使调剖剂运移到地层深处，实现深部调剖的目的。2.1.5反应机理在一定的温度下，这些物质发生一系列的化学反应，最终生成凝胶。首先，JL-1在一定温度和酸性条件下水解，生成一种具有强交联性和杀菌作用的醛，同时放出氨气。接着醛与苯酚和间苯二酚发生缩聚反应，生成中间体树脂。聚合物可同时与中间体树脂和醛进行缩聚反应从而产生凝胶。由于JL-1水解产生醛，醛与酚进行缩聚反应生成中间体树脂并与聚合物进行交联反应是一个缓慢的过程，因此在溶液配制初期，调剖体系中的反应并不完全，溶液中同时存在聚合物、中间体树脂、聚合物与中间体树脂生成的交联物、聚合物与醛生成的交联物等物质，这时溶液的粘度只是缓慢升高，具有可流动性。随着时间的延长，反应将继续进行，生成的交联物逐渐增加，溶液粘度迅速增加，直至生成凝胶。由于JL-1水解时释放出氨气，使调剖体系的pH值也逐步升高，整个溶液由酸性变为碱性，保证了凝胶的稳定性。虽然调剖体系的初始粘度低，但在地层中可流动，经过一定的时间，调剖剂进入地层中一定深度后，就会达到很高的粘度，因此可以起到深度调剖的作用。2.2复合离子聚合物调剖剂调剖机理复合离子聚合物分子链上既有亲水性的阴离子基团，又有对地层岩石吸附能力强的阳离子基团，还有非极性基团。该类调剖剂的地面粘度只有20～40mPa·s，地下交联后粘度大于20Pa·s可有效地封堵高渗透层，起到堵水或调剖的作用。可通过控制交联剂及促凝剂的浓度来调节交联时间。在整个交联过程中，溶液逐渐由酸性转为弱碱性，稳定性好，抗水化能力强。由于成胶时间长，因而这种交联体系适用于深部调剖。复合离子调剖剂是由复合离子聚合物、交联剂和助剂按一定比例配制而成的复合离子交联体系，具有良好的注入性、成胶性和一定的抗剪切性，起到调整油层剖面的作用。其调剖机理有以下三个方面：12 东北石油大学工程硕士专业学位论文（1）复合离子调剖剂吸附作用强。复合离子调剖剂为阴、阳、非离子三元体聚合物中的酰胺基和羧基可通过氢键吸附于水冲刷后的岩石表面，而大分子的阳离子基团经电中和作用吸附于岩石表面，从而增加水在高渗透层的流动阻力，提高被吸附聚合物的耐冲刷能力，因而延长堵水调剖的有效期。（2）复合离子调剖剂动力捕集作用大。复合离子聚合物其分子结构柔软，泵送过程中分子键伸展，具有较好的流动性，注入地层后，由于流速降低，分子链松弛形成螺旋状，堵塞孔隙喉道，起到堵水调剖的作用。（3）复合离子调剖剂物理堵塞作用明显。聚合物分子交联后形成体型结构的凝胶，粘度大大增加，在地层孔隙或裂缝内形成物理堵塞，凝胶遇水溶胀将进一步增强堵塞作用。2.2.1吸附增阻机理复合离子聚合物中的酰胺基和羧基可通过氢键吸附于水冲刷暴露出的岩石表面，特别是阳离子基团与负电性砂岩和粘土间有很强的电性中和作用，聚合物分子可牢固地吸附在砂岩和粘土表面。当形成的网状冻胶粘度上升到10Pa·s时，机械强度大大提高，对水产生阻碍作用。2.2.2动力捕集与粘弹阻力作用复合离子聚合物是长链高分子，在管壁剪切力作用下，泵送时分子呈伸展状态。具有较好的流动性，进入地层后，由于流动速度减小，剪切力变小，分子链松弛成螺旋状，从而堵塞孔隙喉道。当分子链的一端通过孔隙喉道时，未通过的大部分分子链会力争将其拉回，就向拉伸的弹簧力求恢复原状一样，从而对水流产生阻碍作用，即粘弹阻力。2.3聚合物凝胶性能评价方法实验室进行交联聚合物性能评价的方法有很多，根据交联聚合物种类及性质特点的不同，常用的方法包括粘度法、变压力法、阻力系数和残余阻力系数法和变压力测定法等。2.3.1粘度法粘度法就是采用流变仪或布氏粘度计测量聚合物凝胶体系的粘度。此种性能评价方法目前在矿场也有广泛的使用。由于当聚合物分子的内部发生交联反应时，在实际应用过程中，聚合物凝胶体系的粘度并没有增加或者增幅非常的小，聚合物分子交联反应后的性能特征就不能用此粘度系数作为客观的评价。任意聚合物溶液的其流变性差异较大。任何高分子聚合物溶液都有一定的流变性能，将不同流变的溶液可划分为牛顿与非牛顿流体。牛顿流体切应力与切变速率的为线性关13 第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法系，非牛顿流体为流动时需考虑屈服应力，故而存在屈服值。通常将牙膏、血液、蛋白质溶液、聚合物溶液等认为非牛顿流体。据粘度计算的基本定义FA//dudr，通过实际操作所得相关数据，即可计算相关溶液粘度。实验室测定粘度的原理通常是应用斯托克斯公式和泊肃叶公式联立推导计算出有关粘滞系数的表达式，求得粘滞系数。粘度的大小与溶液的温度有直接关系，粘度随温度的升高而迅速减小。本次实验应用仪器为旋转式布氏粘度计，由电机经变速带动转子作恒速旋转。当转子在某种液体中旋转时，液体会产生作用在转子上的粘性力矩。液体的粘度越大，该粘性力矩也越大；反之，液体的粘度越小，该粘性力矩也越小。该作用在转子上的粘性力矩由传感器检测出来，再由公式经计算机处理后可得出被测液体的粘度。实验室内布氏粘度计操作方法：①检查粘度计是否水平，接好仪器电源。②打开恒温水浴开关，设置温度为35.5℃，检查连接处是否严密，有无渗漏，检查循环水能否畅通流过，将UL转子挂在粘度计上。③打开粘度计开关，屏幕显示BROOKFIELDDVⅡLVVISCOMETER，不需按任何键。当仪器显示“REMOVESPINDLEPRESSANYKEY”时，取下转子，按任意键，仪器开始闪烁，进行自动调零，大约10秒后，仪器显示“REPLACESPINDLEPRESSANYKEY”时按任意键。④按“SELECTSPINDLE”键，并按箭头键选择转子代码“00”，再按“SELECTSPINDLE”键，代码输入完毕。⑤挂上转子，按箭头键和调转速键，设置转速为6转/分，按“SELECTDISPLAY”键，再按“MOTOR”键，关闭马达。⑥将待测溶液倒入粘度计套筒中，套在转子上，固定在粘度计上。⑦预热10分钟按“MOTOR”键进行测定。读数稳定后读取中间值。⑧关闭马达，取下套筒和转子，洗净后用软纸擦干放好。2.3.2变压力法转变压力即当任何聚合物凝胶体系从压缩范围到流动范围转变的临界压力而且它们都有一个而且惟一的测试压力。由于聚合物分子链接方式与空间网架结构的不同所形成的凝胶类型也各不相同，因而应用转变压力法可以实现各类聚合物凝胶在不同时期的有效强度。通过转变压力实验装置来对聚合物凝胶体系的转变压力进行测量，筛网系数测量装置与此项装置十分相似。这两种装置都要有一个由5个100目滤网组成的过滤器，得到被测的液体的通过压力，体积，时间进而得到的转变压力就是通过此项装置实现的。14 东北石油大学工程硕士专业学位论文转变压力法是根据聚合物凝胶在低压时受外力作用的不流动致使的凝胶体系压缩以及高压凝胶体系因流动而拉伸所展现的凝胶分子拉伸变换的流变性来判断的。并且随着压力的增加，凝胶体系分子的拉伸会进一步增加，表现为凝胶体系通过筛网时体系由不连续向连续的转变。和粘度法相比有相似的地方，由于在聚合物分子的内部发生交联反应时，交联聚合物分子胶团的直径通常比由5个100目滤网组成过滤器的最小孔径还要小，聚合物分子交联反应后的性能特征就不能由胶团通过过滤器时产生附加流动阻进行客观评价。因为当力较小或者不产生附加流动阻力，普通聚合物溶液与其转变压力几乎相同。所以，此时采用转变压力指标，能够客观反映体系的凝胶强度。对于转变压力的求解，需先进行聚合物凝胶强度的计算，以类似阻力系数等以比值发来定义QPPPGTGUPQGPG式中：TGU-凝胶强度；Qp-聚合物溶液流量；QG-凝胶体系的流量；δPP-聚合物溶液流经岩石的压差；δPG-聚合物凝胶流过岩石时的压差。忽略聚合物溶液和聚合物凝胶体系两者间压差数值上的细微差别，则上式中δPP和QPδPG消去后，于是有：TGUQG由上式可看出，TGU反映的是聚合物溶液同凝胶体系的阻力比值。当TGU>1时溶液流速大于凝胶体系流速，反映到阻力上即为聚合物凝胶流动阻力更大，造成这一现象原因是聚合物分子内与分子间的交联作用。随着测试压差的增大，聚合物溶液流量Qp和聚合物凝胶流量QG趋于相同，TGU值将趋于1。通过凝胶强度的计算数据，即可求得转变压力：首先在限定压力范围内，进行Qp、QG的测定以及测试压力P的测定；其次结合公式计算TGU值；最后根据所得数据绘制P～TGU以及P～QG关系曲线，且曲线之间的焦点即转变压力。2.3.3阻力系数和残余阻力系数法阻力系数和残余阻力系数法是评价交联聚合物性能特征的方法中有矿场常用的残余阻力系数FRR和阻力系数FR。在测量时首先必须保持各驱替过程速度相同，而且液体耗时2～4h，注入量应当达到3～5PV，才能进行阻力系数和残余阻力系数测量。除此之外，只有在在油藏温度条件下整个实验过程才能得以进行。由此可见，残余阻力系数测15 第二章聚合物调剖剂调剖机理及性能评价方法量和阻力系数是一个十分耗时和繁琐的过程。阻力系数和残余阻力系数是描述聚合物溶液流度控制和降低渗透能力的重要指标。阻力系数FR是指聚合物降低流度比的能力，它是水的流度与聚合物溶液的流度的比值。阻力系数可定义为相同流速下，注入水流经岩心的流度λw与注入聚合物溶液流经同一岩心的流度λp之比，是一个无因次数。阻力系数反映了聚合物溶液在多孔介质中的注入性能，其受粘度、吸附、滞留等因素的影响。阻力系数直接反映了聚合物溶液进入岩心或地层的能力。阻力系数越接近1，表明注入越容易，阻力系数越大，则注入越困难。其计算公式如式（2-1）：kwwwF=（2-1）Rpkpp残余阻力系数FRR描述聚合物降低渗透率的能力，数值上为聚合物驱前后岩石的水相渗透率的比值，是一个无因次数。残余阻力系数体现聚合物驱前后岩心渗透率的变化，表征了聚合物溶液降低多孔介质渗透率的能力，是衡量聚合物对多孔介质封堵能力的重要指标。其计算公式如式（2-2）所示：KwbF（2-2）RRKwa式中：FR，FRR——均为无因次量，分别为阻力系数和残余阻力系数；kw，kp——分别为水相和聚合物溶液渗透率；kwb，kwa——分别为注聚合物前后的水相渗透率；µw，µp——分别为水相和聚合物溶液工作粘度。影响聚合物凝胶体系的阻力系数和残余阻力系数的因素很多，聚合物的分子量、聚合物溶液的浓度、岩心的渗透率、地层水的矿化度等因素是影响体系阻力系数与残余阻力系数是主要因素。2.4小结本章节分析了阴离子聚合物调剖剂与复合离子聚合物调剖剂的特点，即阴离子调剖及为在聚丙烯酰胺溶液中加入一种交联剂，使聚丙烯酰胺分子间产生交联，使其由直链分子转化成梯形分子，从而使聚丙烯酰胺分子的流动性发生变化的调剖剂，复合离子型调剖剂是由氧化还原体系阳离子烯丙基单体、丙烯酰胺、引发剂经化学反应而成的复合离子聚合物调剖剂。并分析了复合离子聚合物调剖剂的化学反应的过程，即在地层温度和酸性条件下有机与酸多烷基多胺的反应产物发生分解，进而生成交联剂甲醛的交联剂反应。以及聚合16 东北石油大学工程硕士专业学位论文物的交联反应-酚和聚合物与交联剂分解释放出醛类进一步反应后生成多种复杂的网状结构胶体。总结复合离子调剖剂吸附作用强，复合离子调剖剂动力捕集作用大，复合离子调剖剂物理堵塞作用明显三方面复合离子调剖剂调剖机理，以及通过吸附增阻、动力捕集、粘弹阻力等实现聚合物调剖剂的调剖。确定出适用聚合物凝胶性能评价方法的粘度法、变压力法以及阻力系数残余阻力系数法。17 第三章阴离子聚合物成胶特性影响因素分析第三章阴离子聚合物成胶特性影响因素分析3.1实验条件3.1.1药品4水解聚丙烯酰胺，大庆油田助剂厂生产，相对分子量55510，固含量90%；六亚甲基四胺，间苯二酚，分析纯；化学纯，盐酸。3.1.2实验仪器NDJ-1型旋转式粘度计，JJ-1型电动搅拌机，电子天平，水浴加热器，保温箱。3.1.3实验方法及步骤（1）根据调剖剂设计配方，将HPAM配制成一定浓度的溶液。（2）其初始粘度采用NDJ-1型旋转式粘度计测定。（3）按比例加入间苯二酚和六亚甲基四胺溶液。（4）用稀盐酸调节溶液pH值，然后将混合溶液置于60oC恒温水中加热。（5）一段时间后，取出溶液，采用NDJ-1型旋转式粘度计测其粘度。（6）当粘度明显变稠时（粘度100mPa·s）时，视为成胶。（7）当恒温的时间足够长后，并且粘度不再有所增加时，测其最终冻胶强度。3.2影响聚合物成胶特性因素分析3.2.1聚丙烯酰胺浓度对冻胶性能的影响通过实验可以看出，聚丙烯酰胺浓度对冻胶性能有一定的影响，随着聚丙烯酰胺部分水解度增大，相对的冻胶强度也在增大，但是在H大于15%后，冻胶强度增大趋势变缓；聚丙烯酰胺H在10%～20%之间时，体系粘附能力较强，因此选择水解度13%的HPAM为宜。实验中反应物主剂为间苯二酚（0.03%），六亚甲基四胺（0.15%），pH4值为3.5，HPAM相对分子量55510。由结果见表3-1可以看出HPAM浓度对冻胶性能的影响。18 东北石油大学工程硕士专业学位论文表3-1HPAM浓度对冻胶性能的影响HPAM浓度，%成胶时间/h冻胶强度/Pa·s初始粘度/mPa·s0.215.710.5120.411.440.0310.610.4140.0420.88.7181.0541.07.3245.0691.26.0315.083[51]一般流体在（0，5）Pa·s区间内为低粘流体，（5，50）Pa·s内为中粘流体，（50，500）Pa·s为高粘流体，大于500Pa·s为超粘流体，冻胶强度在大于100Pa·s属于高强度冻胶。由表2-1可见，当HPAM浓度在0.4%～1.0%的范围时，初始粘度为12-31mPa·s，体系的粘度较低，泵送性能好，冻胶的强度是较高的，考虑到经济因素，而且此时的时间在8h左右，确定HPAM浓度为0.8%。3.2.2六亚甲基四胺加量对冻胶性能的影响在通过改变六亚甲基四胺的浓度，并且间苯二酚与HPAM浓度一定的情况下，考察它对冻胶的影响。在酸性条件下受热的六亚甲基四胺容易分解，并且释放出甲醛。由实验结果3-2表可见，成胶时间与冻胶强度受甲醛释放的量的多少和快慢直接影响。表3-2六亚甲基四胺加量对冻胶性能的影响六亚甲基四胺加量%成胶时间/h冻胶强度/Pa·s0.03130.01800.0580.01700.1015.52200.159.04390.206.2470由表3-2可知，冻胶强度很低，因为当所加的六亚甲基四胺量较少时，成胶时间就会大大增加，而且尽管当六亚甲基四胺的加量大于0.10%后，冻胶的强度比较高，但是六亚甲基四胺的加量超过0.15%时，成胶时间就明显的缩短了。因此在配制调剖剂的时19 第三章阴离子聚合物成胶特性影响因素分析候，选择加量为0.15%的六亚甲基四胺。3.2.3pH对冻胶性能的影响在酸性条件下六亚甲基四胺所产生的甲醛，第一会发生甲醛的质子化，第二间苯二酚会与其发生环上的取代反应，并且生成甲基间苯二酚，之后通过缩合反应进而生成大分子。除此之外，HPAM与甲醛发生甲基化反应在酸性的条件下，并且在酸性条件下，产生的甲基化HPAM又与酚醛产物进行交联反应，最终的产物就是一种复杂的高分子混合物。表3-3列出了pH值对冻胶性能的影响。由表3-3可知，pH增大，成胶时间缩短，冻胶强度降低；相反当pH的数值比较低的时候，成胶的时间虽然会大大的延长，但是冻胶的时间就会增加。基于成胶时间和冻胶强度考虑，就选取当pH值在2.6～3.9为宜。表3-3pH值对冻胶性能的影响pH值成胶时间/h冻胶强度/Pa·s1.4******2.771.02203.120.31703.88.31545.47.070注：***7天不成胶。3.2.4间苯二酚的加量对冻胶性能的影响HPAM和甲醛均可以和间苯二酚，对苯二酚，苯发生交联反应，并且形成具有一定强度的冻胶。而相对于多元酚体系中反应迅速，活性较大的间苯二酚，苯酚成胶时间长，较为稳定，且由于苯环上活性点较多，然而间苯二酚容易形成较高强度的网状物质，如表3-4所示间苯二酚的加量对冻胶性能的影响。20 东北石油大学工程硕士专业学位论文表3-4间苯二酚加量对冻胶性能的影响间苯二酚加量%成胶时间/h冻胶强度/Pa·s冻胶性质0.0121.3162粘弹0.038.5345粘弹0.056.0330高粘弹0.1234.0365较脆0.085.7340粘弹3.2.5地层水矿化度对冻胶体系的影响按1：1的比例将CaCl2、NaCl配制成矿化度为5000～500000mg/L的模拟水样，然o后分别将CaCl2、NaCl用水样配制HPAM—酚醛冻胶体系，并且在恒温60C水中成胶后，分别测量其冻胶强度，实验结果见图2.1。465460/Pa∙s455450冻胶强度445440012345矿化度（×104）/mg∙L-1图3.1矿化度对冻胶强度的影响3.2.6实验结论通过以上的实验可以得出，冻胶体系配方分别是：六亚甲基四胺0.15%，间苯二酚o0.05%，HPAM0.8%，pH在体系中选择3.1～3.8，实验温度为60C，冻胶的初凝时间为9小时，冻胶强度为469.4Pa·s。3.3小结本节设计评价阴离子聚合物成胶特性影响因素的实验步骤方法，通过实验来评价聚丙烯酰胺浓度、六亚甲基四胺剂量、溶液pH、间苯二酚的加量、地层水矿化度等对冻21 第三章阴离子聚合物成胶特性影响因素分析胶强度的影响。实验分析表明聚丙烯酰胺浓度对冻胶性能有一定的影响，随着聚丙烯酰胺部分水解度增大，相对的冻胶强度也在增大，但是在H大于15%后，冻胶强度增大趋势变缓；在酸性条件下受热的六亚甲基四胺容易分解，并且释放出甲醛，当所加的六亚甲基四胺量较少时，成胶时间就会大大增加，而且尽管当六亚甲基四胺的加量大于0.10%后，冻胶的强度比较高，但是六亚甲基四胺的加量超过0.15%时，成胶时间就明显的缩短了，以六亚甲基四胺0.15%为适宜量，在酸性条件下六亚甲基四胺所产生的甲醛，第一会发生甲醛的质子化，第二间苯二酚会与其发生环上的取代反应，并且生成甲基间苯二酚，之后通过缩合反应进而生成大分子。兵役间苯二酚0.05%，HPAM0.8%，pH在体系中选o择3.1～3.8，实验温度为60C，冻胶的初凝时间为9小时，所得的冻胶强度469.4Pa·s为适宜强度。22 东北石油大学工程硕士专业学位论文第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价4.1实验条件复合离子调剖剂是由阴离子、阳离子和非离子单体合成的一种线形聚合物，聚合物的分子链上含有阴离子、阳离子和非离子3种基团，其性能非常独特。仅含有一种离子基团的聚合物表现为静电斥力，而复合离子聚合物既有静电斥力，也有静电引力，使分子链趋向卷曲，表现为较好的抗剪切性能。当分子链上正负电荷相等时，其盐水溶液的粘度明显上升，表现出极好的抗盐性能。进行实验时通过调整复合离子调剖剂组成，测量不同配方条件下调剖剂成胶强度和成胶时间，确定调剖剂组成变化的适宜范围，从而为调剖剂配方进一步优化提供依据。4.1.1药品实验使用的复合离子调剖剂实验药品主要包括：分子链中同时带有正电基团和负电基团的953、567万分子量的固含量90%的聚合物、JL-1(交联剂)、苯酚、间苯二酚、分析纯、化学纯、一定浓度的草酸、氢氧化钠溶液。4.1.2实验仪器NDJ-1型旋转式粘度计，RV-2旋转粘度计，JJ-1型电动搅拌机，电子天平，水浴加热器，保温箱。4.1.3实验方法及步骤（1）根据调剖剂设计配方，计算配置所需浓度药剂的剂量，并称量好所需剂量的化学药剂；（2）将称量好的化学药剂缓慢放入烧杯并搅拌配制成溶液（注意在配制溶液过程中不能产生过多絮状沉淀，将这几种物质按一定比例混合溶解在水中）；（3）用草酸或NaOH溶液将目标溶液调至所需pH值；（4）当粘度明显变稠时（粘度100mPa·s）时，视为成胶，初始粘度采用NDJ-1型旋转式粘度计测定；o（5）置于45C恒温箱中加热，并用RV-2旋转粘度计定期测量调剖剂粘度，并观测其成胶状况；（6）重复以上操作，直至所需数据全部测量完毕。4.2复合离子调剖剂成胶性能评价4.2.1聚合物分子量及浓度的影响23 第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价实验选取了不同分子量的复合离子聚合物，分别配制聚合物浓度不同的调剖剂。它们的成胶情况见图4.1和图4.2。250000.4%0.3%200000.2%0.1%1500010000黏度（mPa•s）50000013715时间（d）图4.1953万分子量聚合物成胶性能与时间关系90000.6%80000.5%70000.4%60000.3%50000.2%4000黏度（mPa•s）3000200010000014715时间（d）图4.2567万分子量聚合物成胶性能与时间关系从图4.1和图4.2可以看出，对一特定分子量的聚合物来说，随着聚合物浓度的升高，凝胶强度也逐渐升高。但不同浓度下的成胶时间基本一致。比较同浓度的不同分子量聚合物组成的调剖体系可见，成胶时间随聚合物分子量的升高而变短，953万分子量的聚合物3天成胶，而567万分子量的聚合物需4天才能成胶，而且凝胶强度也随分子24 东北石油大学工程硕士专业学位论文量的增加而增加。当体系中其它条件相同时，JL-1水解产生醛及生成中间体树脂的速度是一定的，与聚合物的反应速度也相同，因此生成凝胶的速度一致。当聚合物浓度升高时，反应掉的中间体树脂多，生成的交联物多，所以凝胶强度变大。中间体树脂与聚合物发生交联反应实际上是一个缩聚脱水反应过程，即树脂分子上的-OH与聚合物分子上-NH2中的H进行脱水反应而发生缩聚。聚合物分子量高，其分子链长，分子上的-NH2多、活性大，更易于与中间体树脂发生反应，因此分子量越高，其与中间体树脂发生缩聚反应的速度越快，生成凝胶的速度也就越快。同时，分子量高的聚合物分子与中间体树脂反应的缩聚产物的分子量也大，所以在同浓度下，聚合物分子量越大，生成的凝胶强度也越高。4.2.2JL-1浓度的影响用现场注入清水配制了一系列JL-1浓度不同的溶液，它们成胶状况见图4.3。250000.15%200000.1%0.05%1500010000黏度（mPa•s）5000001234715时间（d）图4.3不同浓度JL-1成胶性能与时间关系从图4.3可以看出，随JL-1浓度的增加，溶液的成胶时间逐渐变短，凝胶强度逐渐升高。在JL-1浓度低于0.11%时，凝胶强度相差明显，而在0.11%～0.15%之间时，凝胶强度相差不大。由于凝胶是聚合物与中间体树脂反应的产物，而中间体树脂是由JL-1水解生成的醛与酚反应生成的，当JL-1浓度较高时，一定时间内其水解产生的醛较多，生成的中间体树脂多，与聚合物生成的交联物就多，整个溶液的粘度增加也就明显，所以成胶时间随JL-1浓度的升高而变短。对一定浓度的聚合物和酚来说，它们和醛发生交联反应并进行完全所需的JL-1的量是一定的，当JL-1的浓度不足以使聚合物完全发生交联反25 第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价应时，JL-1的浓度越高，反应程度越完全，凝胶强度随JL-1浓度的增加而增加。当JL-1的浓度足够高，已经使聚合物反应完全后，继续增加JL-1的用量，对凝胶强度影响不大。4.2.3苯酚浓度的影响不同浓度的苯酚对成胶性能的影响见图4.4。从图4.4可见，在一定浓度范围内，当苯酚浓度发生改变时，成胶时间没有明显的变化，凝胶强度也相差不大。在整个反应过程中，苯酚的主要作用是与JL-1水解产生的醛反应生成树脂。由于苯酚活性相对较弱，生成树脂的反应速度和反应完全程度主要取决于JL-1水解的速度和产生醛的量，因此在一定浓度范围内，生成交联物的速度不随苯酚浓度的改变而发生明显的变化。较低浓度的苯酚已足够反应所用，所以浓度增加时，凝胶强度也相差不大。250000.09%200000.07%0.05%150000.03%10000黏度（mPa•s）50000013715时间（d）图4.4苯酚浓度不同成胶性能与时间关系4.2.4间苯二酚浓度的影响间苯二酚的浓度对成胶性能的影响见图4.5。250000.011%200000.009%0.007%0.005%150000.003%10000黏度（mPa•s）5000001234715时间（d）图4.5间苯二酚浓度不同成胶性能与时间关系26 东北石油大学工程硕士专业学位论文从图4.5可见，随着间苯二酚浓度的升高，溶液的成胶时间明显缩短，凝胶强度也有显著的增加。由于间苯二酚是一种化学活性相对较高的物质，它与JL-1水解产生的醛进行缩聚反应生成中间体树脂的反应速度较快，而且这种树脂的活性也较高，更易于与聚合物发生交联反应，因此当间苯二酚的浓度升高时，溶液的成胶时间变短，并且浓度高于一定值时，可促使溶液快速成胶。又由于间苯二酚所生成的中间体树脂分子量较大，且能使更多的聚合物分子与这种树脂进行交联反应，所以凝胶的强度也随间苯二酚浓度的增加而增加。4.2.5pH值的影响用草酸或氢氧化钠调节溶液的pH值后，观察其成胶情况(表4-1)。表4-1pH值对成胶粘度影响时间pH值（d）4.04.55.05.56.07.08.0038.747.369.490.12803604001220180200220360420460364003160296029206205806007112801078097609680246082046015186401204011050107503160480300注：粘度单位为mPa·s从表4-1中数据可以看出，pH值较低时，成胶快速，但粘度保持时间较短。在pH值较高时，不易成胶。而pH值在5.10～5.15之间时，成胶性能较好。由于JL-1只有在酸性条件和一定温度下才能发生水解反应放出醛，而在碱性条件下则不易水解，因此pH值过高时很难生成凝胶。而pH值过低时，生成凝胶速度较快，但是JL-1水解产生的氨气不足以使溶液完全转变为碱性，凝胶易水化，所以稳定性差。4.2.6矿化度的影响分别用蒸馏水、矿化度为500mg/L和1000mg/L的实验用水及新鲜油田污水配制溶液，它们的成胶情况见表4-2。表4-2水质对成胶粘度影响时间实验用水实验用水蒸馏水新鲜污水（d）(矿化度为500mg/L)(矿化度为1000mg/L)085.275.364.823.527 第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价122022020040.5332403040256061.271002096608860468015121801082098405640注：粘度单位为mPa·s。从表4-2可见，在一定矿化度范围内，矿化度对成胶时间与成胶强度没有明显的影响。矿化度相对较高时，仅仅是降低了溶液的初始粘度，这主要是由于溶液中所发生的交联反应是在有机物之间进行的，受无机离子影响较小的缘故。采用油田污水配制调剖剂，与油田污水和清水所配溶液的成胶数据比较，调剖剂的成胶时间变长，凝胶强度降低。这是因为油田污水，尤其是新鲜污水中含有较多的微生物及氧化还原性物质，用污水配制溶液后，这些物质将与溶液中的酚和JL-1水解产生的醛发生一定的反应，降低了溶液中酚及醛的浓度，而在溶液的初始阶段，JL-1水解产生的醛不足以将细菌完全杀掉，致使聚合物发生一定程度的降解，相应的成胶时间变短、凝胶强度降低。如对配方加以改进，仍能达到较好的成胶效果。4.2.7剪切的影响将配好的溶液进行不同程度的剪切后，其成胶数据见表4-3。表4-3溶液剪切对成胶粘度影响时间剪切程度（d）020%50%074.960.636.7122018072.9329802720420463605940318079800948057601511380102006300注：粘度单位为mPa·s从表4-3数据看，与原溶液进行对比，溶液经20%剪切后，对成胶时间及成胶强度没有明显的影响。剪切50%后，成胶时间变慢，凝胶强度降低。溶液剪切后对调剖体系的影响是降低了体系中聚合物的分子量。在剪切幅度较小时，分子量降低的幅度也小，因此对溶液的成胶时间和成胶强度影响不大。当剪切程度较大时，分子量显著降低，对28 东北石油大学工程硕士专业学位论文成胶性能的影响也就明显。剪切对成胶性能的影响与不同分子量聚合物对成胶性能的影响规律相接近。4.3复合离子调剖剂配方的研究分析4.3.1矿化度对成胶时间及凝胶强度的影响现场配制调剖剂所用水为注入水，具有一定的矿化度.因此，在实验中按上述最佳配方配制5组调剖剂时，应加入NaCl的质量浓度分别为0，0.5g/L，1.0g/L，2.0g/L，4.0g/L，在45℃下养护。测凝胶强度和成胶时间，见表4-4。表4-4矿化度对调剖剂性能的影响矿化度(g·L-1)tdη(Pa·s)01038.10.51038.61.01038.92.01039.214.01039.7由表4-4可见，矿化度对成胶时间及凝胶强度基本没有影响，这是因为，复合离子表面带有较高正电荷，减少了阳离子对其分子链的影响。交联体系采用非离子型有机交联剂，不受其它离子的干扰；因此，矿化度对其性能基本没有影响。4.3.2复合离子调剖剂配方对封堵率的影响选取直径为2.5cm，长为8.0cm的岩心，在岩心流动实验装置上进行岩心的封堵实验，由封堵前后的渗透率计算其堵水率，堵水率=(K前—K后)K前×100%，计算结果见表4-5。式中：K前为岩心的原始水测渗透率；K后为注入调剖剂岩心堵塞后的水测渗透率。表4-5岩心封堵实验结果岩心-32-32L/cmK前/×10μmK后/×10μm堵塞率/%p突破/MPa编号118.015869.698.45.6128.06107519.898.34.9138.04156732.297.84.1由表4-5可见，对于长度相同的岩心，当渗透率增加时，堵塞率稍微减小，但堵塞-32率大于95%；随渗透率的增加，突破压力也有一定程度的降低，渗透率每增加500×10μm，29 第四章复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能研究与评价其突破压力大约降低1MPa。4.3.3复合离子调剖剂配方对耐冲刷能力的影响随着注入水体积的增加，岩心的渗透率与堵塞率若变化不大，则耐冲刷性就能越好，调剖有效期就越长。选取39#岩心，测试经不同孔隙体积倍数水驱之后岩心的渗透率。注入不同体积的水冲刷后，复合离子调剖剂的岩心渗透率变化不大。这是因为，带正电荷的复合离子聚合物分子链与带负电荷的岩石表面发生强烈的静电吸附，吸附键能高达500～1000kJ/mol，使复合离子聚合物牢固地吸附在岩石表面，吸附键能越高，越不易解吸附，由此，增加了水在高渗透层的流动阻力，提高了调剖剂的耐冲刷能力。与微交联剂六次甲基四胺的反应后，形成空间网状结构，粘度增加，在地层孔隙或裂缝内形成物理堵塞，延长了调剖有效期，调剖效果达到了现场深度调剖的应用要求。4.4小结本章节通过设计复合离子聚合物调剖剂体系成胶性能实验，分析出聚合物分子量及浓度、JL-1浓度、苯酚浓度、间苯二酚浓度、溶液pH、矿化度、剪切程度等对复合离子调剖剂成胶性能的影响。对一特定分子量的聚合物来说，随着聚合物浓度的升高，凝胶强度也逐渐升高。但不同浓度下的成胶时间基本一致。同浓度的不同分子量聚合物组成的调剖体系，成胶时间随聚合物分子量的升高而变短。随JL-1浓度的增加，溶液的成胶时间逐渐变短，凝胶强度逐渐升高。在一定浓度范围内，当苯酚浓度发生改变时，成胶时间没有明显的变化，凝胶强度也相差不大。间苯二酚浓度的升高，使得溶液的成胶时间明显缩短，凝胶强度也有显著的增加。由于间苯二酚是一种化学活性相对较高的物质，它与JL-1水解产生的醛进行缩聚反应生成中间体树脂的反应速度较快，而且这种树脂的活性也较高，更易于与聚合物发生交联反应，因此当间苯二酚的浓度升高时，溶液的成胶时间变短，并且浓度高于一定值时，可促使溶液快速成胶。pH值较低时，成胶快速，但粘度保持时间较短。在pH值较高时，不易成胶，在一定矿化度范围内，矿化度对成胶时间与成胶强度没有明显的影响。矿化度相对较高时，仅仅是降低了溶液的初始粘度，这主要是由于溶液中所发生的交联反应是在有机物之间进行的，受无机离子影响较小的缘故。溶液剪切后对调剖体系的影响是降低了体系中聚合物的分子量。在剪切幅度较小时，分子量降低的幅度也小，因此对溶液的成胶时间和成胶强度影响不大。当剪切程度较大时，分子量显著降低，对成胶性能的影响也就明显。确定出的复合离子调剖剂配方实现了凝胶体系高强度、封堵率高，耐冲刷等特点。30 东北石油大学工程硕士专业学位论文第五章矿场实例应用分析应用配制的调剖剂，在大庆采油三厂进行阴离子调剖矿场实验以及复合离子调剖实验。5.1阴离子调剖剂矿场试验效果分析试验情况阴离子调剖试验区确定在大庆油田萨北地区北二西西块，该区块于2010年6月开始聚合物驱，2014年4月份进人后续水驱阶段，地质储量采出程度为52.47%，聚合物驱提高采收率10.8%，综合含水率为94.69%。图5.1萨北开发区阴离子调剖试验井位两口调剖试验井(B2-4-P26、B2-D5-P16井)平均单井射开砂岩厚度为14.9m，有效厚2度为10.4m，渗透率为0.570μm。周围6口油井平均单井射开砂岩厚度为17.lm，有效厚度2为12.6m，有效渗透率为0.569μm。于2014年8月完成了阴离子调剖试验。调剖后对动态变化进行了连续一年的监测和分析。阴离子调剖后渗透率下降。对2口调剖井试验前后试井资料解释结果分析表明，注人井渗透率下降明显，阴离子调剖起到了有效封堵高渗透层的作用。B2-D5-P16井调剖前测得的渗透率为-32-32601.5×10μm，调剖后渗透率为329.8×10μm，渗透率下降45.18%，调剖后半年测得的-32渗透率为393.7×10μm，与调剖前相比仍然下降了34.54%。调剖后注水井吸水能力下降，注入压力上升。阴离子调剖后，两口注水井吸水能力均有不同程度下降，其中B2-D5-P16井视吸水指数下降27.6%，B2-4-P26井下降6.55%，平均降幅为18.02%。同时，两口井注入压力31 第五章矿场实例应用分析不同程度上升。其中，B2-D5-P16井注人压力由调剖前的8.0MPa上升到9.4MPa，上升了1.4MPa；B2-4-P26井注入压力上升0.8MPa(见表5-1)。表5-1阴离子调剖区块注入状况对比注入压力视吸水指数平均井破裂压渗透率号力/MPa注入前注入后注入前/注入后/（×10-3μm2）升幅/%降幅/%3-13-1/MPa/MPam·MPam·MPaB2-4-P14.20.5498.39.19.712.0711.286.5626B2-D514.10.6268.19.517.614.1210.2227.7-P16平均14.20.5948.29.313.713.1110.7518.03单井B2-D5-P16井调剖前主要吸水层位是厚油层PIl-3，相对吸水比例为为87.2%，该层调剖后的相对吸水量下降到25.42%，吸水的有效厚度减少了2.3m；PIl-3油层砂岩有效厚度5.2m，调剖前动用状况较差，相对吸水量只占全井的12.8%，调剖后该层的相对吸水量增加到74.58%调剖井原主要吸水层位调剖后吸水厚度发生变化和相对吸水量减小，并有新的油层动用，说明注人剖面得到了改善。两口调剖井剖面改善有效期均达到10个月。2.2.4采油井见到降水增油效果。2口调剖井周围的6口采油井与调剖前相比，含水率由91.2%下降到最低的87.3%，下降3.9%，日产油由调剖前26t增加到42t，日产油增加16t，累计增油1300t。6口采油井中，见效最明显的是B2-5-21井，该井与注入井之间连通状况最好，因而受效也最明显。调剖后210d开始见效，见效期日产液为124t，日产油为18t，含水率为85.2%，较调剖前平均日产油增加6t，含水率下降了4.8%，单井累计增油800t，增油有效期达到4个月以上。5.2复合离子调剖矿场试验效果分析应用配制的调剖剂，在大庆采油三厂北2-3-53井进行复合离子调剖实验，调剖前日3注水为250m，注水压力为4.5MPa，通过测井资料可知，北Ⅰ2相对吸水率为64.2%，北Ⅰ1-2和北Ⅰ7-1两个层位的相对吸水率为25.1%。调剖前后吸水剖面变化见表4。调剖后主力吸水层北Ⅰ2相对吸水率由64.2%降到27.8%，下降了36.4%，北Ⅰ1-2和北Ⅰ7-1两个层位的相对吸水率得到了加强。注水压力由调剖前的4.5MPa提高到7.3MPa，与其相连通的2口油井，南2-1丙40，南2-5-40调剖初期，单井平均日增油5.5t，含水率下降了7.9%。32 东北石油大学工程硕士专业学位论文截至1998年12月，2口油井累计增油2137t，目前仍然有效。表5-2南2-3-53井吸水剖面变化情况相对吸水率%相对吸水率%2层位K/μmH/M调剖前调剖后北I1-20.626.821.749.3北I20.925.264.327.8北I7-10.081.33.615.533 东北石油大学工程硕士专业学位论文结论o1.以聚丙烯酰胺、间苯二酚和六亚甲基四胺为冻胶体系组成的聚合物溶液在60C形成的冻胶强度高，达469.4Pa·s，对高渗透率油层具有很强的堵水能力。体系pH值为3.1～43.8时，0.05%间苯二酚和0.15%六亚甲基四胺能将相对分子量为555×10，浓度为0.8%的聚丙烯酰胺成功的交联起来，成胶时间适宜，冻胶强度高，稳定性好。2.复合离子聚合物的相对分子质量、配制浓度以及交联剂配制浓度直接影响调剖剂的成胶效果。复合离子聚合物相对分子质量越高，聚合物配制浓度以及交联剂配制的浓度越大，调剖剂的成胶效果越好。复合离子聚合物调剖剂成胶后的粘度与使用水的矿化度有关，矿化度越高，调剖剂的粘度越小。复合离子聚合物调剖剂初始pH值在5.0～6.0之间时，调剖剂的成胶效果较好。3.剪切率对复合离子聚合物调剖剂的成胶效果有一定的影响，在一定范围内剪切率越大，调剖剂的成胶效果越差，但总体来说，复合离子聚合物调剖剂体系仍具有较好的抗剪切性。复合离子聚合物调剖剂有较长的成胶时间和良好的流动性，可用于聚合物驱前的深度调剖，且调剖剂成胶后有很高的强度和堵水率，调剖效果好。4.通过室内实验研究了水质、复合离子聚合物浓度、相对分子质量、交联剂浓度、复合离子聚合物体系剪切率、pH值和温度等各种因素对复合离子聚合物调剖剂配方在油田上应用提供可靠的依据。复合离子聚合物由单体三甲基单烯丙基氯化铵(TA)，丙烯酰胺(AM)，丙烯酸(AA)共聚并通过甲醛与二甲胺改性而成，其相对分子质量约为400万，阳离子摩尔分数为18%.5.复合离子调剖剂由复合离子聚合物与六次甲基四胺微交联形成，其最佳配方为：复合离子聚合物质量分数为0.6%，六次甲基四胺质量分数为0.4%，pH值调节剂质量分数为0.1%，其余为自来水，养护温度为45℃。调剖剂成胶时间为10～30d，凝胶强度为20～50Pa·s。矿化度对调剖剂的性能基本没有影响，岩心的堵塞率大于95%，突破压力大于4MPa。经60倍孔隙体积的地层水冲刷，堵塞率变化很小。现场调剖实验表明，该复合离子调剖剂增油效果明显，达到了深度调剖的要求。34 东北石油大学工程硕士专业学位论文参考文献[1]李小波，李新华，荣元帅，等.地震属性在塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏连通性分析及其注水开发中的应用[J].油气地质与采收率，2014，(06):65-67+71+115.[2]徐豪飞，马宏伟，尹相荣，等.新疆油田超低渗透油藏注水开发储层损害研究[J].岩性油气藏，2013，(02):100-106.[3]荣元帅，李新华，刘学利，等.塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏多井缝洞单元注水开发模式[J].油气地质与采收率，2013，(02):58-61+115.[4]李中超，陈洪德，余成林，等.严重非均质油藏注水开发流体动力地质作用[J].石油勘探与开发，2013，(02):209-214.[5]徐春梅，张荣，马丽萍，罗必林.注水开发储层的动态变化特征及影响因素分析[J].岩性油气藏，2010，(S1):89-92.[6]曲金明.锦16东油田高含水期深部液流转向试验研究[D].东北石油大学，2012.[7]于海洋.绥中36-1油田聚合物驱深部液流转向技术研究[D].中国石油大学，2009.[8]由庆.海上聚合物驱油田深部液流转向技术研究[D].中国石油大学，2009.[9]刘玉章，熊春明，罗健辉，等.高含水油田深部液流转向技术研究[J].油田化学,2006,(03):248-251.[10]徐方向.水平井调剖堵水工艺技术研究[D].长江大学，2014.[11]宫壮壮.西峰油田深部调剖技术研究与应用[D].西安石油大学，2014.[12]冯其红，李平，何长，等.注聚合物后转后续水驱油田整体调剖研究[J].石油大学学报：自然科学版，2013，25(2)59-61.[13]杨振杰，姜晓强，吴志强，等.固井水泥环完整性模拟评价实验仪研究［J］．钻井液与完井液，2013，30（6）：9-12.[14]包木太，牟伯中，王修林，等．微生物提高石油采收率技术［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，2016，8（4）：226-235．3+[15]罗幼松.聚丙烯酰胺冻胶用铬(Cr)交联剂的定量测定[J].油田化学，1998，15(1)：47-49.[16]吴应川，曹敏，陈德斌，张金玲等.HPAM/有机钛弱凝胶调驱剂研制[J].油田化学，2001，18(4)：35-38.[17]张同友，赵劲毅，胡勇，等.聚合物凝胶体系性能评价方法研究[J].大庆石油地质与开发，2005，24(2)：86-87.[18]李霞，李颖，郭松林.复合离子聚合物调剖剂体系性能影响因素研究[J].大庆石油地质与开发，2006，24(3)：90-92.[19]SydanskR，Acrylamide-polymer/chromium-carboxylategelsfornear-wellborematrix35 参考文献treatments，SPEAdvTechnSer，1993，(1)：140.[20]StevenLBryant，MartineBartosek，Polymergelantsforhightemperaturewater-shutoffapplications，SPE36911：357-365.[21]EicholdS.Plasmaglucoseprofileforfullchemicalcontrol.[J].DiabetesCare,1979,2(6):.[22]PDMoffit,DRZomes.PostmortemAnalysis:LickCreekMeakinSandUnitImmiscibleCO2WaterfloodProject[C].SPE:24933,1992.[23]ReidLM,BhaskarKR.Macromolecularandlipidconstituentsofbronchialepithelialmucus.[J].SymposiaoftheSocietyforExperimentalBiology,1989,43:.[24]AlbonioP.DivalentionResistantPolymerGelforHighTemperatureApplications:SyneresisInhibitingAdditives[C].SPE:25220,1993.[25]EisenburgerM,AddyM,RossbachA.Acidicsolubilityoflutingcements.[J].JournalofDentistry,2003,31(2):.[26]KarabinaSoniaAthena,PappasHaralampos,MiltiadousGeorge,BairaktariEleni,ChristidesDimitris,TselepisAlexandros,ElisafMoses,SiamopoulosKonstantinos.Compositionallipoproteinchangesandlow-densitylipoproteinsusceptibilitytooxidationinchronicrenalfailurepatientswithheavyproteinuria.[J].NephronClinicalPractice,2003,95(3):.[27]ManishKumar,B.D.Sharma.Thestoragestabilityandtextural,physico‐chemicalandsensoryqualityoflow‐fatgroundporkpattieswithCarrageenanasfatreplacer[J].InternationalJournalofFoodScience&Technology,2003,39(1):.[28]MuguerzaE,AnsorenaD,AstiasaránI.ImprovementofnutritionalpropertiesofChorizodePamplonabyreplacementofporkbackfatwithsoyoil.[J].MeatScience,2003,65(4):.[29]SmithJE.MackJC.TheAdonRoad-AnIn-DepthGelCaseHistory.SPE35352,1996．[30]Ranganathan,R.,Lewis,R.,andMcCool.C.S.etel.AnExperimentalStudyoftheIn-SituGelationBehaviorofaPolyacryamide/AluminumCitrate“ColloidalDispersion”GelinaPorousMediumanditsAggregateGrowthDuringGelationReaction.SPF37220.1997.[31]G.P.Willhlte,R.E.PancakeControllingWaterProductionUsingGelledPolymerSystems.SPE89464.MS,2004[32]RDSydansk,Y.Xlong,A.M.Al-Dhafeeriet.al.CharacterizationOfPartiallyFormedPo1ymerGelsforApplicationtoFracturedProductionWellsforWater-ShutoffPurposes.SPE89401.MS,2004[33]TQ.Nguyen,DW.Green,andG.P.Willhlteet.al.EffectofCompositionOfa36 东北石油大学工程硕士专业学位论文Polyacrylamide-Chromium(III)AcetateGelontheMagnitudeofGelDehydrationandDisproportionatePermeabilityReduction.SPE89404-MS.2004[34]李爱芬，陈月明，阚春玲，等.复合离子聚合物调剖剂深部调剖机理研究[J].石油大学学报，2002，26(2)：47-48.[35]唐孝芬，刘玉章，向问陶，等.交联聚合物冻胶调剖性能评价指标及方法[J].石油钻采工艺，2004，26(1)：49-53.[36]卢祥国，高养军，周福臣.复合离子型调剖剂配方优选及性能评价[J].大庆石油学院学报，2003，27(1)：85-86.[37]付青春，姜振海.复合离子聚合物深度调剖试验效果[J].大庆石油地质与开发，2001，20(5)：44-45.[38]费毅忠，姜喜庆，杜晓明.复合离子聚合物整体调剖效果[J].大庆石油地质与开发，2003，22(4)：58-60.[39]卢详国，张世杰，陈卫东.影响矿场交联聚合物成胶效果的因素分析[J].大庆石油地质与开发，2002，21(4)：61-64.[40]黄福堂.聚丙烯酰胺聚合物的影响因素研究[J].大庆石油地质与开发，2001，20(6)：46-47.[41]张立新.MS-881油藏深度调剖剂通过油田验收[J].西安石油大学学报(自然科学版),1989,(04):58.[42]盛亚平，席存荣.CAN-1阴阳非离子型聚合物选择性堵水剂的研究与应用[J].油田化学，1993，(01):19-22+32.[43]何德文，刘喜林，暴富昌.热采井高温调剖技术的研究与应用[J].特种油气藏，1996，(03):36-38+43.[44]谢建军，罗洪友.河南油田高含水期化学堵水技术的探讨[J].河南石油，1996，(05):12-15+5.[45]郑丽，潘竞军.延缓交联聚合物凝胶体系室内研究[J].新疆石油科技，1998，(02):45-51.[46]田爱玲.低渗透裂缝油田化学调剖技术研究及应用[J].吐哈油气，2001，(01):36-43+95-96.[47]范森，侯吉瑞，李宜强，等.聚合物驱后热化学沉淀调剖提高采收率技术研究[J].油气地质与采收率，2005，(02):66-68+87.[48]罗建新，张烈辉，徐浩，等.一种确定化学调剖处理半径的新方法[J].石油钻采工艺，2007，(03):69-70+74+124.[49]袁涛.杏二区中部三元复合驱增产增注措施优选研究[D].大庆石油学院，2003.37 参考文献[50]Economides，MJ，Nolte，KG．油藏增产技术(第三版).张保平等译.北京：石油工业出版社，2002.[51]王凯.混合设备设计[C]，机械工业出版社，2000.38 东北石油大学工程硕士专业学位论文作者简介、发表文章及研究成果目录作者简介：（1）基本情况宋歌，女，汉族，1988年1月1日出生于黑龙江省大庆市，工作单位：大庆油田有限责任公司第四采油厂。（2）教育背景2006年8月——2010年6月，在哈尔滨师范大学获得学士学位。（3）专业资格2012年获助理工程师资格。（4）获奖情况三好学生、优秀团干部、校级奖学金。发表文章：[1]宋歌．某区块含水上升原因分析[J].内蒙古石油化工，2012.No.9．摘要：当油井达到高含水期(60%含水率90%)，油层中尚存在大量剩余油，油田开发工作还需要在高含水期进行，为了弥补产量递减，必须分析出含水上升的原因。本文以探讨区块含水上升原因为主题，针对这些原因提出应对的方法，为油田可持续开发和企业发展寻找可借鉴的经验。关键词：含水；聚区受效；见聚井[2]宋歌．聚驱分注工艺探讨[J].内蒙古石油化工.2006年第9卷．摘要：随着大庆油田开发的不断深入，三次采油已成为提高采收率、保持油田可持续发展的重要技术手段。其中聚合物驱油以提高原油采收率幅度大和经济效益好的特点，成为油田老区保持稳产的主要技术支撑。本文介绍了一种基于聚驱套损井的分注工艺，以及水、聚驱通用管柱的技术研究，为油田套损井三次分层采油提供技术支撑。随着大庆油田开发的不断深入，三次采油已成为提高采收率、保持油田可持续发展的重要技术手段。其中聚合物驱油以提高原油采收率幅度大和经济效益好的特点，成为油田老区保持稳产的主要技术支撑。本文介绍了一种基于聚驱套损井的分注工艺，以及水、聚驱通用管柱的技术研究，为油田套损井三次分层采油提供技术支撑。。关键词：三次采油套损井分注水、聚驱通用管柱39 东北石油大学工程硕士专业学位论文致谢本文是在东北石油大学夏惠芬教授和校外导师张超的精心指导下完成的。在我进行本论文的研究期间，夏老师从开题论证、方案设计到论文的完成都给予了我相当大的帮助，每一个环节都倾注了夏老师大量的心血和精力。在论文的完成过程中，夏老师渊博的学识、丰富的实践经验和严谨的治学态度使我受益非浅。在此谨向他表示深深的敬意，并对他为学生所付出的大量心血表示衷心的感谢。同时，我还要感谢课题组的同事们在科研中给予的热情帮助，他们认真、努力的工作态度和对我的支持帮助鼓励着我，使我不断的学习、进步。最后再次对关心、帮助、支持和鼓励我的所有领导、老师和同事表示诚挚的谢意。40 艰苦创北严谨治学严谨补卖勤备创斬？崖１一—－招生办：０４５９６５０３７２１？－培养办：０４５９６５０４７９２－学位办：０４５９６５０３９３８学校网址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
