超分子防砂-堵水一体化技术研究.doc

超分子防砂-堵水剂一体化技术研究
摘要:随着油田的高含水中后期开发,油水井出砂愈来愈严重,其中,最为严重且无法解决的是粉细砂的出砂问题,由特定功能聚合物分子之间自组装形成的超分子体系具有优异的力化学性能,其由水溶液中自组装后对含羟基表面和负电表面的固体具有极强的吸附力,通过室内实验研究和现场实践,证明这一技术对油田堵水、防砂具有极好的效果。
一、引言
随着油田进入高含水后期开采阶段,油田的层间、层内和平面矛盾越来越突出,注水井纵向上层间渗透率差异大,吸水剖面不均匀,导致大量的注入水沿着高渗透层无效地循环、消耗,不仅驱油效率低,浪费了大量能源,也给油田的注水、脱水、堵水等带来了很大的困难。同时随着油田的高含水中后期开发,油水井出砂愈来愈严重,其中最为严重且无法解决的是粉细砂的出砂问题。
多年来,国内外对油井防砂堵水剂的研究一直是持续不断的,但目前还没有比较理想的防砂堵水材料,超分子防砂-堵水剂是在平衡条件下,分子间通过非共价相互作用自发组合形成的性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构,由这种方法制取的自组合材料具有许多新奇的物理功能,如突出的力学功能和力化学功能等。
本项技术通过对地层砂、粘土矿物、原油、水等物质的晶体结构、分子结构、聚集状态及表面、界面电性的研究,进行超分子骨架及功能团的设计;通过分子结构与作用性能的定型和定量的理论计算,对设计的超分子结构进行再加工直至得到最理想的分子结构并合成之。
研制出的超分子防砂堵水剂对地层水具有感应性,这种效应使其对地层亲水岩石表面作用时能够自动进行且吸附能力强,具有阻水防砂的作用。
该技术自推广应用以来在胜利、吐哈等油田施工31口井,施工成功率100%,%。有效地解决了高、中、低渗透性高含水砂岩油藏的防砂、堵水问题,提高了注水开采效果,降低了原油的开采和后期处理费用,同时,大大降低了油井作业次数和作业成本。
二、实验部分
-堵水剂作用原理
随着溶液质子浓度的变化,超分子防砂-堵水材料溶液由溶液转变为胶体,并进一步形成凝胶。在一定条件下,使超分子溶质或胶体粒子相互连接,形成空间网状结构,而溶剂小分子充满在网架的空隙中,成为失去流动性的半固体状凝胶。凝胶的特点是具有网状结构,充填在网眼里的溶剂不能自由流动,而相互交联成网架的高分子或溶胶粒子仍有一定柔顺性,使凝胶成为弹性半固体。凝胶通过失水,形成聚合物高分子膜。
水介质条件的变化,使超分子防砂-堵水材料通过胶凝等一系列变化从水溶液中析出、吸附于固体表面并形成超分子膜。分子侧链功能基团与所接触的固体表面的基团发生键合作用。通过键合作用,侧链功能基团与SiO2表面上大量的羟基发生化学反应形成稳定的氢键,通过Si-O-Si及C-O-C的共价化学键把二氧化硅无机相与超分子有机相连接起来,见图1。

图1 超分子防砂-堵水材料分子与硅质表面羟基的键合作用
超分子防砂-堵水材料的智能化表现在其对外界条件的感知能力上,当超分子的溶液条件发生改变时,超分子在溶液中的存在状态发生变化,可以自溶液中迁移至固体界面上,同时在界面上吸附、沉积,并在固体颗粒之间架桥,将多个固体颗粒粘合在一起,在油层的水孔道内产生胶凝并形成堵塞,而在油孔道内则不存在上述作用,因此,可以起到堵水不堵油同时固结留砂的目的。见图2、3、4。

图2 超分子防砂-堵水材料对含水孔道内固体物的凝聚示意图
图3岩心空隙内超分子防砂-堵水材料作用图
图4 超分子防砂-堵水材料分子在含水孔道内对石英砂的粘合显微图片(50倍)
-堵水剂的胶结强度研究
(1)超分子防砂-堵水剂用量对抗压强度的影响
--(产地:福州)作为试验对象,将石英砂和超分子防砂-堵水剂混合均匀后,,长为30cm的玻璃管中,压实后,置于70℃的水浴锅内,放置48h后,取出,烘干后测砂柱的抗压强度,结果见表1、2和图5。
表1 用量对抗压强度的影响(-)
100/X
抗压强度(MPa)
100/3

100/5

100/8

100/10

100/15

表2 用量对抗压强度的影响(-)
100/X
抗压强度(MPa)
100/3

100/5

100/8

100/10

100/15

图5 70℃温度下超分子防砂-堵水剂不同用量下石英砂柱的抗压强度
由表1、2和图5可以看出:-
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