一種自生氣可膨脹泡沫凍膠及其製備方法與應用的製作方法

2023-04-26 17:49:46 2

一種自生氣可膨脹泡沫凍膠及其製備方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種自生氣可膨脹泡沫凍膠及其製備方法與應用。所述自生氣可膨脹泡沫凍膠，在水中的質量百分比組成為聚丙烯醯胺0.4-0.6wt％，交聯劑Na2Cr2O70.4-0.6wt％和Na2SO30.5-0.7wt％，生熱劑NH4Cl 1mol/L和NaNO21mol/L；用鹽酸調溶液的pH值為6.5-7、在20-50℃下形成泡沫凍膠。本發明的泡沫凍膠在pH為6.5-7時性能最佳，成膠時間在20h-90h可控。本發明還提供自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用，具有地下體膨倍數高、封堵性能好、選擇性堵水的特點，可實現治理邊底水水侵、封堵封竄的多重效果。
【專利說明】一種自生氣可膨脹泡沬凍膠及其製備方法與應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種自生氣可膨脹泡沫凍膠及其製備方法與應用，屬於油田調堵用劑

【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 油井出水是水驅油田開發中後期遇到的普遍現象，油層的非均質性以及開發方案 和開採措施不當等原因，會使水的推進不均勻，造成個別井層過早水淹和油田綜合含水的 迅速上升，而降低產量和採收率。油田調剖堵水作業是解決油井出水問題的一種常用有效 措施。隨著水驅油田進入高含水開發後期，儲層非均質性差異進一步加大，油井出水嚴重， 特別是邊底水活躍的油藏。為有效控水多採用大劑量、多段塞調堵方式，但大劑量調堵也給 油田開發帶來了更多的成本壓力。
[0003] 泡沫凍膠是目前油田常用的一種調堵用劑，它是在傳統的凍膠基礎上伴注氣體形 成的，能夠有效避免單純凍膠非選擇性堵水的缺點且具有較高的強度，是一種理想的選擇 性調堵用劑。但是泡沫凍膠一般成本較高，且油田施工用量大，對油田經濟效益產生一定影 響。
[0004] CN102604606A提供一種二次交聯化學法凍膠泡沫堵調液，應用於油田非均質油藏 開發堵水調剖以及水平井層內堵水。該凍膠泡沫堵調液注入地層中，經過兩次交聯過程形 成泡沫凍膠，能夠避免或防止注入過程中地層水對其造成的稀釋，且能對高滲透層形成封 堵，同時自生氣被有機凍膠包覆，形成以凍膠為外相的凍膠泡沫體系，防止水過早侵入產油 井。該專利文件採用雙酚樹脂、乳酸鉻兩種交聯劑二次交聯製備泡沫凍膠，對體系成膠性能 起主要影響的是高濃度的雙酚樹脂交聯劑，而雙酚樹脂交聯劑存在交聯速度過緩、成膠強 度低的問題。自生氣泡沫凍膠的技術難點在於凍膠成膠過程與氣體產生過程的同步問題， 採用延遲交聯的雙酚樹脂交聯劑，體系成膠時間通常在72h以上，而自生氣速度是由體系 酸鹼度進行控制（草酸），但自生氣速度最慢也在40h以內，這就出現了自生氣速度遠快於 體系成膠速度的情況，未能交聯的凍膠體系難以束縛住自生氣體，從而導致氣體的快速脫 出，致使泡沫凍膠體膨倍數過小，無法發揮其體膨性的作用。雖然該體系也加入了乳酸鉻交 聯劑，但其加入濃度過低，對體膨性能的改善作用不大。
[0005] 目前，對於邊底水活躍的砂巖和碳酸鹽巖油藏，油田多採用大劑量、多段塞的調堵 方式，這導致調堵成本較高，且仍然還存在水侵、封堵封竄的多重問題。。因此需要研發具有 封堵率高、選擇性堵水好且應用成本及施工簡單方便的自生氣可膨脹泡沫凍膠新技術。


【發明內容】

[0006] 針對目前油田多採用大劑量、多段塞的調堵方式而導致應用成本較高的問題，本 發明提供一種自生氣可膨脹泡沫凍膠及其製備方法，主要針對邊底水活躍油藏進行調剖堵 水處理，製備的泡沫凍膠可自發膨脹，且成本低、使用簡單。
[0007] 本發明還提供自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用。
[0008] 本發明所用聚合物為聚丙烯醯胺，簡寫PAM，分子量1500-2000萬，水解度 20-25 %，優選PAM的分子量1800萬，水解度23 %。
[0009] -種自生氣可膨脹泡沫凍膠，由聚丙烯醯胺、交聯劑、生熱劑和水配製成溶液，所 述溶液質量百分比組成如下：
[0010] 以水的質量為基數計，
[0011] 聚丙烯醯胺 0· 4-0. 6wt%，
[0012] 交聯劑=Na2Cr2O7 0· 4-0. 6wt%、Na2SO3 0· 5-0. 7wt%，
[0013] 生熱劑=NH4ClImoVUNaNO2lmol/L;以水的體積為基數計；
[0014] 所述溶液的pH值調為6. 5-7成膠凝液，在20-50°C下形成的泡沫凍膠。
[0015] 根據本發明，所述自生氣可膨脹泡沫凍膠最優質量百分比配方如下：
[0016] 0· 6wt% 聚丙烯醜胺 +0· 5wt%Na2Cr207+0. 6wt%Na2S03+lmol/LNH4Cl+lmol/L NaNO2 ;用稀鹽酸調節體系pH值為6. 8。
[0017] 一種自生氣可膨脹泡沫凍膠的製備方法，包括步驟如下：
[0018] (1)按配比，將聚丙烯醯胺加入蒸餾水中並攪拌至均勻，再加入Na2Cr2OpNa2SO3，攪 拌均勻；
[0019] ⑵按配比，將NH4CUNaNO2加入到步驟⑴製得的溶液中並攪拌均勻；
[0020] (3)向步驟⑵製得的溶液中加入稀鹽酸，調節pH值至6. 5-7,製得自生氣可膨脹 泡沫凍膠膠凝液；
[0021] (4)將所製得自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液在溫度20-50°C條件下進行成膠反 應，製得自生氣可膨脹泡沫凍膠。
[0022] 根據本發明優選的，步驟（3)的稀鹽酸質量濃度為10-20%，進一步優選質量分數 15%的稀鹽酸。
[0023] 根據本發明優選的，步驟⑷的成膠時間在20_90h，進一步優選成膠時間在 30-50h。
[0024] 根據本發明優選的，步驟（4)中，所述自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液在30°C條件 下成膠反應40-41h。
[0025] 稀鹽酸的加入使反應速率加快（HC1起催化作用），導致反應生成的N2能夠均勻分 散在聚丙烯醯胺溶液中形成泡沫結構，由於生成的泡沫液膜粘度較大，因而能有效地阻止 液膜內氣體的排出。自生氣可膨脹泡沫凍膠在地層中可自發膨脹、施工簡單、節約成本，形 成的泡沫凍膠具有良好的穩定性。
[0026] 本發明採用特定比例的複合生熱劑lmol/LNH4Cl+lmol/LNaNO2，作用是自生熱和 自生氣；自生熱是指反應生成放熱，提供熱源，自生氣是指反應生成N2，提供氣源。
[0027] 本發明的自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用，用於低溫地層，溫度範圍在20_50°C。
[0028] 根據本發明上述的應用，所述自生氣可膨脹泡沫凍膠用於滲透率在 200-600X10_3μm2 低溫地層；
[0029] 根據本發明上述的應用，所述自生氣可膨脹泡沫凍膠特別用於砂巖地層或碳酸鹽 巖地層。
[0030] 本發明所提供自生氣可膨脹泡沫凍膠具有的特點如下：
[0031] 1、適用於低溫地層，適用溫度範圍在20-50°C，在低溫地層中，溫度越低，成膠時間 越長；成膠時間在20h-90h可控，常溫條件下體積膨脹率可達300-500%，地下體膨倍數高。
[0032] 2、自生氣可膨脹泡沫凍膠的滲透率適用範圍較寬，在200-600Χ10_3μπι2,封堵率 大於99 %，且滲透率越大封堵效果越好；
[0033] 3、自生氣可膨脹泡沫凍膠適用於砂巖和碳酸鹽巖地層，其封堵率均大於99%，封 堵效果良好；
[0034] 4、自生氣可膨脹泡沫凍膠具有選擇性堵水的特點，同時具有調驅效果；
[0035] 5、自生氣可膨脹泡沫凍膠具有良好的體膨性和穩定性，施工簡單、節約成本。
[0036] 本發明所提供自生氣可膨脹泡沫凍膠適用於低溫地層調堵，具有封堵性能好、選 擇性堵水的特點，可以實現治理邊底水水侵、封堵封竄的多重效果，自生氣可膨脹泡沫凍膠 具有良好體膨性和穩定性，施工簡單、節約成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1為實施例1成膠時間與PAM質量濃度的關係曲線。
[0038] 圖2為實施例1脫水時間與PAM質量濃度的關係曲線。
[0039] 圖3為實施例1體積膨脹率與PAM質量濃度的關係曲線。
[0040] 圖4為實施例2成膠時間與交聯劑質量濃度的關係曲線。
[0041] 圖5為實施例2脫水時間與交聯劑質量濃度的關係曲線。
[0042] 圖6為實施例2體積膨脹率與交聯劑質量濃度的關係曲線。
[0043] 圖7為實施例3成膠時間與生熱劑濃度的關係曲線。
[0044] 圖8為實施例3脫水時間與生熱劑濃度的關係曲線。
[0045] 圖9為實施例3體積膨脹率與生熱劑濃度的關係曲線。
[0046] 圖10為實施例4成膠時間與pH值的關係曲線。
[0047] 圖11為實施例4脫水時間與pH值的關係曲線。
[0048] 圖12為實施例4體積膨脹率與pH值的關係曲線。
[0049] 圖13為30°C條件下實施例5的自生熱可膨脹泡沫凍膠實物圖。
[0050] 圖14為實施例5的自生氣可膨脹泡沫凍膠在實施例6耐溫性能實驗中的成膠時 間與溫度的關係曲線。

【具體實施方式】
[0051] 下面結合實施例來具體描述本發明的製備過程，但不限於此。
[0052] 主要藥品：聚丙烯醯胺，相對分子質量為1800萬，水解度23% ;Na2S03，分析純； Na2Cr2O7，分析純；稀鹽酸，質量分數15%，分析純；NH4Cl,分析純；NaNO2，分析純。實施例1: 製備不同PAM濃度的自生氣可膨脹泡沫凍膠
[0053] 配製4組自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液，PAM濃度分別為0. 3 %、0. 4 %、0. 5%、 〇.6%，交聯劑為0.5%似20207+0.6%似 2503，生熱劑為1111〇1/1順4(：1+1111〇1/1似勵2，？!1值 為6. 8,配製方法如下：
[0054] (1)分別稱取0. 3g、0. 4g、0. 5g、0. 6gPAM，分別將其加入4組盛有IOOg蒸餾水的燒 杯中，攪拌至均勻；每組分別加入〇. 5gNa2Cr207和0. 6gNa2S03，攪拌至均勻；
[0055](2)稱取4組順4(：1、似勵2，每組5.3498順4(：1、6.90(^似勵 2，分別加入步驟（1)中 的4組溶液中，攪拌至均勻；
[0056] (3)將一定量的稀鹽酸（15Wt% )分別加入步驟（2)中的4組溶液中，pH值調至 6. 8,製得所述4組自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液。
[0057] (4)將上述4組膠凝液裝入安瓿瓶中並封口，在30°C水浴條件下進行成膠反應，測 試並記錄4組膠凝液的成膠時間（成膠強度達到G時所用時間）、脫水時間和體積膨脹率， 見表1、圖1?3。
[0058] 隨著PAM濃度的增大，開始出現脫水現象的時間隨之延長，這是因為PAM的加入能 夠大幅度增加泡沫液膜的粘度，從而有效提高泡沫凍膠的穩定性，延長脫水時間，當PAM濃 度達到0. 6%時，脫水時間能夠達到340h，泡沫凍膠的有效時間最長，經濟效益最大；
[0059] 隨著PAM濃度的增大，成膠時間隨之縮短，這是因為PAM濃度越大，越容易形成三 維網狀結構，從而加快凍膠的形成，當時PAM的濃度為0. 6%時，成交時間為43h，滿足施工 要求；
[0060] 隨著PAM濃度的增大，體積膨脹率隨之增加，這是因為PAM的濃度越大，泡沫凍膠 的粘度越大，生成的氣體（N2)不易逃逸，能夠有更多的氣體形成泡沫凍膠；另外PAM濃度越 大，生熱劑反應速率越慢，生成氣體（N2)的速率越慢，這使得氣體能夠更加均勻地分布在凍 膠中形成泡沫凍膠，當PAM的濃度為0. 6 %時，體積膨脹率最大，為130%，能夠滿足施工要 求，同時減小堵劑用量，節約成本。
[0061] 因此，PAM的最佳用量為0.6%。
[0062] 成膠強度用凍膠強度代碼（GSC法）進行評價：觀察安瓿瓶倒置後凍膠的流動情 況，根據流動狀態的不同將凍膠分為不同的強度級別（見表2)。
[0063] 表1不同PAM濃度下膠體性質變化
[0064]

【權利要求】
1. 一種自生氣可膨脹泡沫凍膠，由聚丙烯醯胺、交聯劑、生熱劑和水製成溶液，所述溶 液質量百分比組成如下： 以水的質量為基數計，聚丙烯醯胺0. 4-0. 6wt %，交聯劑：Na2Cr2070. 4-0. 6wt %、 Na2S030 . 5-0 . 7wt% ； 生熱劑：NH4C1 lmol/L、NaN02lmol/L ;以水的體積為基數計； 所述溶液的pH值調為6. 5-7成膠凝液，在20-50°C下形成泡沫凍膠。
2. 根據權利要求1所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠，其特徵在於質量百分比配方如下：0? 6wt%聚丙烯醜胺 +0? 5wt% Na2Cr207+0. 6wt% Na2S03+lmol/L NH4Cl+lmol/L NaN02 ; 用稀鹽酸調節體系pH值為6. 8。
3. -種權利要求1或2所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的製備方法，步驟如下： (1)按配比，將聚丙烯醯胺加入蒸餾水中並攪拌至均勻，再加入Na2Cr207、Na 2S03，攪拌均 勻； ⑵按配比，將NH4Cl、NaN02加入到步驟⑴製得的溶液中並攪拌均勻； (3) 向步驟⑵製得的溶液中加入稀鹽酸，調節pH值至6. 5-7,製得自生氣可膨脹泡沫 凍膠膠凝液； (4) 將所製得自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液在溫度20-5(TC條件下進行成膠反應，制 得自生氣可膨脹泡沫凍膠。
4. 根據權利要求3所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的製備方法，其特徵在於步驟（3)的 稀鹽酸質量濃度為10-20%，優選質量分數15%的稀鹽酸。
5. 根據權利要求3所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的製備方法，其特徵在於步驟（4)的 成膠時間在30-50h。
6. 根據權利要求3所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的製備方法，其特徵在於步驟（4)中， 所述自生氣可膨脹泡沫凍膠膠凝液在30°C條件下成膠反應40-41h。
7. 權利要求1或2所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用，用於低溫地層，溫度範圍在 20-50。。。
8. 根據權利要求5所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用，其中所述自生氣可膨脹泡沫 凍膠用於滲透率在200-600 X 10_3 ii m2低溫地層。
9. 根據權利要求5所述的自生氣可膨脹泡沫凍膠的應用，其中所述自生氣可膨脹泡沫 凍膠用於砂巖地層或碳酸鹽巖地層。
【文檔編號】C09K8/512GK104342095SQ201410628976
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】齊寧, 汪洋, 劉帥 申請人:中國石油大學(華東)