1、天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月收稿日期:2022-09-01基金项目:中海油能源发展股份有限公司重大专项“南海油田增储上产配套技术研究与应用(期)”(HFZXKT-GJ2020-02-08)作者简介:麻路(1987-)，男(回族)，陕西汉中人，工程师，硕士，主要从事储层改造、油田化学相关研究工作。E-mail:malu cnooccomcn一种新型固体分散体型控水剂的研制及评价麻路1孙林1张译2任杨2李志臻1汪洋2张强11 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;2 中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东深圳518064摘要:海上油田高含
2、水问题突出，现有控水剂难以应对复杂井况的治理需求，有必要结合海上油田生产特点开展高性能控水剂的研究。通过借鉴海上油田连续封隔体、ICD 筛管完井的集成控水成功经验，筛选出可应用于油田控水的功能固体颗粒 P-in-135，该颗粒具有粒径小、亲油疏水、热稳定性高和表面活性高的应用特性，基于功能固体颗粒，通过化学手段制备出新型固体分散体型控水剂，并对其进行耐温耐盐性、注入性、选择性、耐冲刷性等性能评价，以此确定控水剂适用边界条件。评价实验表明，新型固体分散体型控水剂适用于温度120、矿化度50 000 mg/L、渗透率250 mD 的储层条件，油相封堵率20%、水相封堵率83%、驱替量 108 PV
3、 条件下耐冲刷性优良。新型固体分散体型控水剂应用性能优良，针对中高渗储层具有一定的普遍适用性，应用前景广阔。关键词:固体分散体;控水剂;海上油田;疏水颗粒DOI:10.3969/jissn1006-5539.2023.01.013Development and evaluation of a new solid dispersion water shutoff agentMA Lu1，SUN Lin1，ZHANG Yi2，REN Yang2，LI Zhizhen1，WANG Yang2，ZHANG Qiang11 CNOOC Ener Tech-Drilling Production Co，T
4、ianjin，300452，China;2 CNOOC China Ltd，Shenzhen Branch，Shenzhen，Guangdong，518064，ChinaAbstract:The problem of high water cut in offshore oilfields is serious，and the existing water shutoffagents are difficult to meet the needs of complex well conditions It is necessary to carry out research onhigh-pe
5、rformance water shutoff agents in combination with the production characteristics of offshoreoilfields Based on the offshore oilfield successful experience of integrated water control measures such aspack-off particle and ICD screen well completion，the solid particle P-in-135 was screened out to bea
6、pplied in oilfield water control P-in-135 has the application characteristics of small particle size，lipophilic and hydrophobic，high temperature stability and high surface activity The new solid dispersionwater shutoff agent was prepared by chemical means and its performance including temperature an
7、d saltresistance，injectivity performance，selectivity and scouring resistance was evaluated，so that theapplication boundary conditions of solid dispersion water shutoff agent were determined The evaluation89油气勘探与开发第41卷第1期OIL&GAS EXPLORATION AND DEVELOPMENTexperimental results show that the water shut
8、off agent is suitable for reservoir conditions with temperature120，salinity50 000 mg/L and permeability 250 mD，and oil phase plugging rate20%，waterphase plugging rate83%，and has excellent scouring resistance when the displacement is 108 PV Theresults show that the new solid dispersion water shutoff
9、agent has excellent application performance，andhas universal applicability for medium and high permeability reservoir conditions，which brings it broadapplication prospectsKeywords:Solid dispersion;Water shutoff agent;Offshore oilfield;Hydrophobic particles0前言中国油井控堵水技术历经六十多年发展取得了显著成果，其中化学控堵水技术已取得长足发展
10、1。海上油田受开发难度大2、生产设施投资高3、平台空间有限4、技术集成度高5 等特点限制，化学控堵水技术的应用和发展相对滞后，远不及陆上油田。同时，深井、超深井的逐步开发及水平井的大规模应用67 对化学控堵剂的应用性能提出了更高要求。针对海上油田开发生产特点，需要加强热稳定性、物性选择性和油水选择性等控水功能的系统研究，为化学控堵水技术的工程实践提供有力支持。近年来，以连续封隔体、ICD 筛管完井为代表的集成控水技术在海上油田高含水井治理方面已取得重大突破810。这类技术克服了传统机械控堵水效果必须依赖封隔器分段封隔作用的缺点，既可通过颗粒充填井筒环空实现水平井轴向控水，也可通过颗粒裂缝充填实
11、现裂缝型油藏双重控水，在工程实践上实现高含水油田的稳油控水。因此，借助海上油田集成控水的成功案例，筛选出耐温耐盐、亲油疏水、尺寸可控的功能性固体颗粒P-in-135 开展新型固体分散体型控水剂的研究，以期实现在储层深部对水流优势通道的充填和改造，达到稳油控水的治理目的，具有实践意义。1固体颗粒 P-in-135 的应用性能为应对海上地层温度高、矿化度大、储层能量充足、产液量大的工况要求，以亲油疏水性、化学热稳定性、粒径可调控性为应用指标，筛选出热稳定性高且表面活性高的 亲 油 疏 水 固 体 颗 粒 P-in-135。针 对 固 体 颗 粒P-in-135 的应用性能，通过粒径粒形测试、接触角
12、测试、热重分析和 BET 测试分别对其粒径分布、亲油疏水性、热稳定性、表面活性进行定量分析。1.1粒径分布颗粒类材料应用于储层控堵水的关键是颗粒能否顺利进入目标层位发挥疏水作用1112。所选固体颗粒P-in-135 工业化产品粒径10 m，粒径测试结果见图 1。从图 1 可以看出，固体颗粒粒径分布在 0.5 20.0 m，D90为8.320 m。因此，固体颗粒 P-in-135 粒径尺寸适用于毫米 级 孔 隙(1 mm)和 微 米 级 孔 隙(1 m 1mm)13，具备应用于中高渗储层的先决条件。图 1固体颗粒 P-in-135 粒径测试结果图Fig1Particle size distrib
13、ution of P-in-1351.2亲油疏水性固体颗粒 P-in-135 在制备过程中嵌入了大量甲基，完成了疏水改性，因此具备优良的亲油疏水特性。固体颗粒 P-in-135 接触角测试结果高达 158.46，具备超强的疏水特性，见图 2。图 2固体颗粒 P-in-135 接触角测试图Fig2Particle P-in-135 contact angle test diagram1.3热稳定性为考察固体颗粒 P-in-135 的热稳定性，通过热重热差分析(TG-DSC)对其进行表征，固体颗粒 P-in-135 热重分析见图 3。由图 3 可知，固体颗粒 P-in-135 在高温环境的分解方式
14、包括三个阶段:第一阶段的失重在100 条件下，失重率为 2%，为水分蒸发引起的质量损失;第二阶段的失重在 100498 之间，失重率为 7%，为少量有机物燃烧造成;第三阶段的失重在 498694 99天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2023年2月之间，失重率为 12%，因固体颗粒在高温下微观结构发生改变，体积急剧收缩造成。图 3固体颗粒 P-in-135 热重分析图Fig3Thermogravimetric analysis of particle P-in-1351.4表面活性固体颗粒 P-in-135 含有一定的中空孔道结构，在孔道化过程中吸收了大量能量，使其表面具有相当
15、高的表面活性。微纳米级尺寸的颗粒为了降低表面活性，往往通过相互聚集而达到稳定状态，因而固体颗粒 P-in-135具有微纳米级颗粒的共性，具备团聚性能，易形成二次粒子。通过氮气吸附脱附测试可知，固体颗粒 P-in-135孔径大多分布在 27.7 nm 处，见图 4;固体颗粒 P-in-135平均孔直径 53.1 nm、孔径分布 57.7 nm、孔体积 2.5 mL/g、比表面积448.6 m2/g，达到了活性炭、分子筛的表面活性。图 4固体颗粒 P-in-135 的孔体积、孔径对数分布曲线图Fig4Pore volume and pore diameter logarithmicdistribu
16、tion curve of particle P-in-1352新型固体分散体型控水剂设计原理与作用机制固体颗粒 P-in-135 具有亲油疏水、热稳定性高和表面活性高的应用特点，在储层投掷该颗粒，使其充填在储层水流优势通道中，形成亲油疏水的选择性屏障，可达到油滴渗流通过而水滴被阻挡扰流的效果，从宏观上实现稳油控水的作用。工程应用阶段，为提高现场施工的安全性和便利性，可将其制备成固体分散体型控水剂，并匹配对应工艺实现矿场应用。综合材料特点和工程需要，通过化学手段形成以固体颗粒 P-in-135 为内核的胶囊模型，暂时屏蔽掉颗粒的化学活性，进入地层后恢复其亲油疏水、热稳定性高、表面活性高的功能特性。通过表面活性剂的选配及乳化工艺的控制，使固体颗粒 P-in-135 通过表面活性剂的包覆屏蔽掉自身的疏水特性，表面活性剂特殊的官能团产生空间位阻效应进一步阻碍颗粒间的自发团聚作用，最终所得控水剂体系实现了功能颗粒在油水界面的锚定，宏观上表现出以油滴携带的固体颗粒 P-in-135 分散在水相中。同时，借助乳液体系的热力学不稳定性实现“胶囊结构”在地层高温、高盐环境下的自降解作用，乳液中油水两相