粘土縮膨解堵技術(shù)研究課件

1、粘土縮膨解堵技術(shù)研究 2010年4月東辛采油廠工藝所東營市石大藍(lán)博士科技有限責(zé)任公司 一、項(xiàng)目來源二、主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)三、現(xiàn)場應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益四、結(jié)論目 錄 東辛廠開注水井750口，自2003年細(xì)分開發(fā)以來，欠注層在300個(gè)左右徘徊。分析其原因?yàn)椋阂皇悄壳八|(zhì)不能滿足細(xì)分開發(fā)后中低滲潛力層的需求，造成后期堵塞欠注層100個(gè)左右，此類欠注層常規(guī)酸化可解決；二是轉(zhuǎn)注、恢復(fù)和細(xì)分層系后新增高泥質(zhì)儲層水化膨脹造成的欠注層80個(gè)左右，高泥質(zhì)儲層欠注是迫在眉睫需解決的問題。1、立項(xiàng)研究目的意義及必要性1、立項(xiàng)研究目的意義及必要性儲層傷害來源鉆井固井修井生產(chǎn)注水酸化壓裂引起粘土膨脹 東辛采油廠截止2009

2、年12月，開油井1422口，綜合含水90；開水井?dāng)?shù)754口，高泥質(zhì)含量的油井在生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)都易引起粘土水化膨脹污染。分析原因：儲層中粘土礦物水化膨脹（蒙脫石）中硅氧四面體和鋁氫氧八面體單元之間沒有氫鍵，相互的聯(lián)結(jié)弱，水分子可以進(jìn)入兩晶層之間，使層間距離增大，導(dǎo)致水化膨脹和滲透率下降。防膨劑釋放陽離子中和粘土礦物表面的負(fù)電性 通過橋接吸附起穩(wěn)定粘土的作用 對于已經(jīng)發(fā)生粘土膨脹的地層作用不大 將粘土晶格間的吸附水析出，使已膨脹的粘土失水收縮恢復(fù)地層滲透率。思路縮膨劑 東辛廠每年酸化解堵120井次/年，其中由于儲層泥質(zhì)含量高而造成水化膨脹、滲透率傷害的井35井次，占29.1%。1、立項(xiàng)研究目的意義及

3、必要性（1）粘土水化膨脹原理粘土礦物組成：高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石。膨脹礦物：蒙脫石 蒙脫石是由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構(gòu)成TOT型結(jié)構(gòu)單元，層間以氧原子面相鄰，僅有范德華力，聯(lián)系力弱。 蒙脫石結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的高價(jià)離子（ Al3+ 、 Si4+） 能被低價(jià)陽離子（ Mg2+ 、Ca2+ 、 Na+ 等）部分置換，形成正電荷虧損，粘土帶負(fù)電，允許其它陽離子帶著大量水分子進(jìn)入晶層間，引起水化膨脹。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢 H2O H2O水化膨脹 K兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構(gòu)成TOT型結(jié)構(gòu)單元Al3+ 、 Si4+離子被Mg2+ 、Ca2+ 、 Na+ 等離子部分置換，其它陽離

4、子帶著大量水分子進(jìn)入晶層間，引起水化膨脹 。 防膨劑原理：大離子半徑的K或聚季銨類防膨劑離子的水化膜薄，置換蒙脫石的陽離子后，進(jìn)入的水分子少，可防止蒙脫石膨脹。（2）防膨劑原理 K2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體構(gòu)成TOT型結(jié)構(gòu)單元 粘土穩(wěn)定劑原理：聚季銨類粘土穩(wěn)定劑長鏈吸附在多個(gè)蒙脫石晶層間，束縛了蒙脫石，防止蒙脫石運(yùn)移。（3）粘土穩(wěn)定劑原理MMMMM2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢 縮膨劑本身是一種聚陽離子、該陽離子的水化能低于水中一價(jià)、二價(jià)無機(jī)陽離子（如Na、Ca2等）的水化能，可優(yōu)先吸附在粘土晶格間，置換出晶格間的帶有水化膜的陽離子，縮膨劑陽離子半徑小形成

5、層間距小的晶格結(jié)構(gòu)（該條原理與防膨劑相似）； 縮膨劑在酸性條件下具有氧化性，可使含吸附水的粘土晶格松動(dòng)，置換出晶層間的含有水化膜的陽離子，并且脫出所晶層間的游離水分子； 縮膨劑具有較高的分子量，較大的分子線團(tuán)擴(kuò)張能力及適當(dāng)?shù)姆肿有螤?，可通過氫鍵力或靜電力吸附在多個(gè)粘土顆粒上，形成橋連，從而防止粘土顆粒分散。 （3）粘土縮膨技術(shù)原理及發(fā)展趨勢2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢主要研究內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)1.粘土膨脹機(jī)理分析與研究2.粘土縮膨劑的研制 縮膨劑分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 縮膨劑體系配方的研制 縮膨劑體系的性能評價(jià)3.粘土縮膨劑產(chǎn)品中試及生產(chǎn)4.現(xiàn)場施工工藝探討 通過分析粘土礦物的晶層結(jié)構(gòu)、帶電特性與水分子的

6、相互作用力，首次設(shè)計(jì)出與粘土晶層間具有較大作用力的分子，能夠置換出膨脹粘土晶層間的水分子，使已經(jīng)水化膨脹的粘土晶層間距縮小，起到縮膨作用。 3、技術(shù)路線、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) H2O H2O帶水化膜的陽離子被帶氧化性基團(tuán)的陽離子取代，晶層間水析出，使蒙脫石層間距離減小，體積收縮 。 縮膨劑原理：帶氧化性基團(tuán)的陽離子，用其置換蒙脫石的陽離子后，其氧化性基團(tuán)可使晶層間的水析出。 氧化性基團(tuán) 氧化性基團(tuán)3、技術(shù)路線、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)一、項(xiàng)目來源二、主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)三、應(yīng)用規(guī)模及經(jīng)濟(jì)效益目 錄四、結(jié)論2、縮膨劑的合成實(shí)驗(yàn)原料：環(huán)氧氯丙烷，工業(yè)品，;二甲胺，40%水溶液，工業(yè)品; 丙酮，工業(yè)品。2、縮膨

7、劑的合成 轉(zhuǎn)化率的測定：由于反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生游離氯離子，通過測定氯離子的濃度，可計(jì)算出環(huán)氧氯丙烷的轉(zhuǎn)化率。準(zhǔn)確稱取一定量的產(chǎn)物，加入20 ml蒸餾水，滴加兩滴K2CrO3指示劑，以AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至溶液變?yōu)榇u紅色為止，記錄消耗AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。環(huán)氧氯丙烷轉(zhuǎn)化率用下式計(jì)算:式中:Y為轉(zhuǎn)化率; v為消耗AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL； M為環(huán)氧氯丙烷的分子量； N為AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L； m1為所稱取產(chǎn)物的質(zhì)量，g； m2為加人燒瓶的環(huán)氧氯丙烷的質(zhì)量，g； m3為加入燒瓶參加反應(yīng)的試劑的總質(zhì)量，g。2、縮膨劑的合成反應(yīng)時(shí)間以5h為佳，此時(shí)轉(zhuǎn)化率最高。 最佳反應(yīng)條件的確定2

8、、縮膨劑的合成 反應(yīng)溫度低時(shí)轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)溫度升高，則反應(yīng)速度加快，同時(shí)副反應(yīng)速度也加快，反應(yīng)溫度達(dá)到60時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，再升高溫度時(shí)，轉(zhuǎn)化率反而下降，這是因?yàn)闇囟忍邥r(shí)，不僅能使二甲胺揮發(fā)，而且還使產(chǎn)物發(fā)生分解等副反應(yīng)，因此最佳溫度是60。最佳反應(yīng)條件的確定2、縮膨劑的合成 當(dāng)投料摩爾比較低時(shí)，反應(yīng)介質(zhì)的堿度較低，因此轉(zhuǎn)化率較低;隨著投料比的增加，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不斷升高;當(dāng)摩爾比達(dá)到1. 0時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值，此后隨著投料比升高，轉(zhuǎn)化率反而下降。因此最佳投料摩爾比為1.0。最佳反應(yīng)條件的確定2、縮膨劑的合成 通過以上合成條件的探索，確定最佳的反應(yīng)條件為:1.反應(yīng)時(shí)間為5h；2.反應(yīng)溫度為6

9、0；3.投料摩爾比為1.0；4.反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為93.20。最佳反應(yīng)條件的確定3、縮膨劑的性能評價(jià)防膨率的評價(jià)方法： 稱取3.0g鈉膨潤土于50ml具塞量筒中，加防膨劑（縮膨劑）溶液并稀釋至刻度，同時(shí)用蒸餾水、煤油同樣浸泡3.0g鈉土于50ml具塞量筒中，搖勻，靜置24小時(shí)，觀察鈉土在試管中的體積變化，直至體積不再變化為止，記錄最終讀數(shù)為鈉土在防膨劑中的體積，由公式計(jì)算防膨率?？s膨率的評價(jià)方法 分別稱取1g鈉膨潤土（準(zhǔn)確至0.01g）三份，置于三支10ml離心管中，在1號和2號離心管中加入8ml蒸餾水，充分搖勻，在90水浴中放置2h，3號離心管中加入10ml無水煤油充分搖勻，室溫下放置。然后在1

10、號離心管中再加入2ml蒸餾水，在2號離心管中再加入2ml縮膨劑原液，并充分搖勻。將1號和2號離心管放入90水浴中反應(yīng)24h后，取出，將1、2、3號離心管裝入離心機(jī)內(nèi)，在轉(zhuǎn)速為3000rpm下離心15min，分別讀出膨潤土的沉降體積V1、V2、V3。按公式計(jì)算縮膨率式中：X縮膨率；V1膨潤土在蒸餾水中的沉降體積，ml；V2膨潤土在縮膨劑溶液中的沉降體積，ml；V3膨潤土在無水煤油中的沉降體積，ml。 3、縮膨劑的性能評價(jià)3、縮膨劑的性能評價(jià)樣品編號濃度（%）24h后膨脹高度（mL）防膨率（%）縮膨率（%）1#（縮膨劑樣品）27.590.427.42#（縮膨劑樣品）46.991.735.13#（采

11、油院）27.490.617.04#（采油院）46.592.619.25#（開拓公司）29.586.215.16#（開拓公司）49.286.816.6蒸餾水50.0煤油3.0從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出:研制的縮膨劑樣品與其他防膨劑產(chǎn)品防膨效果相當(dāng)；在縮膨性能上縮膨劑好于普通防膨劑。3、縮膨劑的性能評價(jià)本身是一種聚陽離子、在酸性條件下具有氧化性，可使含吸附水的粘土晶格松動(dòng)，脫出所晶層間的水分子；縮膨劑陽離子的水化能低于水中一價(jià)、二價(jià)無機(jī)陽離子（如Na、Ca2等）的水化能，可優(yōu)先吸附在粘土晶格間，促使晶格間的無機(jī)陽離子及吸附水脫出，形成緊密的晶格結(jié)構(gòu)；縮膨劑具有較高的分子量，較大的分子線團(tuán)擴(kuò)張能力及適當(dāng)?shù)姆?/p>

12、子形狀，可通過氫鍵力或靜電力吸附在多個(gè)粘土顆粒上，形成橋連，從而防止粘土顆粒分散。 縮膨劑特點(diǎn)：4、縮膨劑的復(fù)配及評價(jià) 合成的縮膨劑具有良好的防膨和縮膨作用，但是藥劑成本達(dá)到7200元/噸，考慮用復(fù)配的方法在保證藥劑效果的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。 可以看出，編號301的復(fù)配體系兼具較好的防膨和縮膨效果，故選擇由縮膨劑+工業(yè)氯化鉀+聚季銨鹽單體+表面活性劑的301配方體系作為縮膨劑最終配方，即DXGS-2防膨劑。4、縮膨劑的復(fù)配及評價(jià)DXGS-2縮膨劑性能指標(biāo)及樣品檢驗(yàn)結(jié)果 目前，通過反應(yīng)釜合成的縮膨劑樣品共3批次，3500元/噸噸，經(jīng)過檢驗(yàn)，性能穩(wěn)定。4、縮膨劑的復(fù)配及評價(jià)配伍性研究 在常用土酸體系

13、中加入縮膨劑原液，觀察到縮膨劑與土酸互溶性好，無分層渾濁現(xiàn)象。防膨及縮膨?qū)嶒?yàn)結(jié)果如下： 可以看出，在不同濃度的酸液體系中，該縮膨劑的效果未發(fā)生明顯改變。所以縮膨劑可以與酸液聯(lián)合應(yīng)用。一、項(xiàng)目來源二、主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)三、現(xiàn)場應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益四、結(jié)論目 錄1、DXGS-2縮膨劑的適用范圍防止油層粘土礦物的水化膨脹，并能使吸水粘土礦物失水，恢復(fù)地層的滲透率。適應(yīng)于高泥質(zhì)水井增注措施，用于高壓井降壓增注效果更好。油井轉(zhuǎn)注，新井投注前儲層防膨保護(hù)工藝措施。2、DXGS-2縮膨劑的配制及用量一般配制方法： 先加入縮膨劑，再加入清水混合即可，能溶于清水，也可用處理過的污水配制。粘土縮膨劑使用濃度及需要量：

14、 一般注水井處理用液量，每米油層用量為1.52m;，濃度5%。施工工藝： 先擠入5%稀鹽酸清洗井簡及井簡周圍，再頂替濃度為5%的縮膨劑，最后用清水頂替藥劑進(jìn)入地層，關(guān)井反應(yīng)8小時(shí)后恢復(fù)生產(chǎn)。3、應(yīng)用井例分析 在東辛廠GLL1-292和DXY2XN16高壓注水井(15MPa)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得了良好效果。（1）縮膨劑降壓增注技術(shù)應(yīng)用效果（GLL1-292井 ） 該井泥質(zhì)含量8.8-10.4%高，注水效果不好，歷史增注措施效果不理想。 2007.6.19下入強(qiáng)磁震蕩增注器，油壓12MPa，日注100方，吸水量逐漸下降，有效期52天；2008.7.7酸化擠入鹽酸10方，F(xiàn)B-40解堵劑20方和土酸

15、10方，施工壓力160MPa，酸化初期油壓0MPa，日注100方，油壓逐漸上升日注下降，有效期152天；2008.10.11開增壓泵，油壓15.5MPa，維持注水。 分析該井物性差存在敏感性，實(shí)施縮膨劑降壓增注技術(shù)。3、應(yīng)用井例分析（1）縮膨劑降壓增注技術(shù)應(yīng)用效果（GLL1-292井 ） 該井實(shí)施縮膨劑降壓增注后，油壓略有下降，日注平穩(wěn)，初期注水沒有酸化效果好，但注水平穩(wěn)有效期長。因此實(shí)施縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)效果會(huì)更好。 2009.12.29擠入預(yù)處理液10方，再擠入縮膨劑20方，施工壓力129MPa，初期油壓6MPa，日注148方，目前油壓12.5MPa，日注125方，有效期超過160天，目前仍

16、有效。2008.7.7酸化2008.10.11增壓2009.12.29降壓增注（2）縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)應(yīng)用效果（DXY2XN16井 ） 該井泥質(zhì)含量10.5-20.06%，2008.6.1轉(zhuǎn)注，初期油壓14MPa，日注11方，15天后不吸水；2009.1.4補(bǔ)孔酸化，擠入清洗劑10方，鹽酸10方和有機(jī)酸20方，施工壓力258MPa，酸化初期油壓13MPa，日注83方，有效期57天。 2009.7.24一體化治理過程中安裝單井過濾器后酸化，先用4%鹽酸酸洗井筒，再進(jìn)行酸化擠入鹽酸10方，氟硼酸10方和土酸10方，施工壓力164MPa，初期油壓3 MPa，日注32方，有效期33天。分析原因?yàn)槊舾行詡?/p>

17、害，單純酸化增注有效期較短，為此采取縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)。3、應(yīng)用井例分析（2）縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)應(yīng)用效果（DXY2XN16井 ） 2010.3.10，從儲層敏感性出發(fā)，研究縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)，注入縮膨劑10方，前置鹽酸10方，氟硼酸20方和土酸10方，施工壓力265MPa，初期油壓10 MPa，日注115方，目前油壓12MPa，日注83方，有效期達(dá)90天，仍有效。3、應(yīng)用井例分析2009.1.4酸化2009.7.24按過濾器后酸化2010.3.10縮膨酸化聯(lián)作（3）縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)解除油井水敏傷害應(yīng)用效果 YAA66-43井2010.4.18泵卡檢泵過程中，實(shí)施壓井作業(yè)，檢泵后生產(chǎn)不正常，日液由50

18、.80.5方，含水95%100%。 該井滲透率37.48mD，泥質(zhì)含量17.66%，分析其原因壓井過程中產(chǎn)生水敏性傷害，為此實(shí)施縮膨酸化聯(lián)作解堵。擠入縮膨劑8方，鹽酸8方和土酸8方，施工壓力130MPa，目前日液21.6方，含水97%，日油0.6噸。3、應(yīng)用井例分析檢泵后縮膨酸化后（3）縮膨酸化聯(lián)作技術(shù)解除油井水敏傷害應(yīng)用效果3、應(yīng)用井例分析197.511.2%日液（m3）88.8%100%221.323.8縮膨前縮膨后含水（%） 在YAA66-43等6口油井上應(yīng)用，解除作業(yè)過程中水敏性傷害，日液由23.8m3恢復(fù)至221.3m3，含水由100%恢復(fù)至88.8%，累增油2918噸。應(yīng)用成功率100%，有效期360天以上，按原油生產(chǎn)成本570元/噸計(jì)算，累計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益166.3萬元