一種具有低初始粘度的深部調驅劑及其製備方法與流程
2023-05-03 13:32:09
本發明涉及一種深部調驅劑及其製備方法，特別是涉及一種應用於低滲油藏中高含水期的深部調驅體系，屬於油田採收技術領域。
背景技術：
在油田三次採油技術中，採用一種低初始粘度凝膠調驅體系對油藏進行深部調驅處理，該體系可以封堵高滲通道、調整滲透率級差、改善吸水剖面、提高波及體積與驅油效率，以達到油田提高採收率的目的。
在油藏注水開發中，由於油層發育的非均質性、存在裂縫、高滲透帶、大孔道等原因，造成注水井對應油井過早水淹，裂縫側向剩餘油富集，側向油井注水難以見效。提高原油採收率的方法仍然是以擴大注入水波及體積為主、提高注入水洗油效率為輔。經過多年的實踐研究，人們逐漸認識到只有通過深部調驅，才能更經濟有效地調整及改善油藏的非均質性，提高注入液的體積波及係數，從而提高原油採收率。
目前國內外常用的調剖劑有幾十種，歸納起來，調堵材料可以分為無機型、聚合物型、泡沫型等三種，調剖機理均是封堵地層的高滲層，從而使注入水改變流向，將低滲層的原油洗出，提高原油採收率。無機型材料缺點是不具備壓縮性，機械剛性強，存在注入困難和封堵半徑小的問題，因此不適合應用在地層深部調剖工藝中。泡沫型材料需解決氣源的問題。聚合物型材料應用比較廣泛，但是研究多集中於中高滲油藏，對於高溫、低滲油藏應用的較少。
因此，需要針對中高溫、低滲油藏研究一種新型的深部調驅劑。
下面列舉目前有一定代表性的專利。
申請號為「201110298999.9」的中國授權專利「一種低溫深部凝膠調剖堵水劑及其製備方法」公開了一種低溫深部凝膠調剖堵水劑及其製備方法[1]：該調剖堵水劑由高分子絮凝劑、雙氰胺改性尿醛類樹脂延遲交聯劑、工業純鹼、間氨基苯酚和水組成，其中各組分的重量比為：高分子絮凝劑：0.08%-0.2%；雙氰胺改性尿醛類樹脂延遲交聯劑：0.18%-0.25%；工業純鹼：0.05%-0.20%；間氨基苯酚：0.01%-0.02%；其餘為水，各組分重量百分數之和為100%；，反應控制溫度在50-60℃。該發明實現具有一定機械堵塞作用、持久移動堵塞作用、動態調配水作用、壓力波振蕩作用、洗油攜油作用，滿足油田低溫油藏大劑量深部調剖堵水及調驅的需要。
申請號為「201110417293.x」的中國授權專利「一種耐高溫酚醛樹脂弱凝膠調剖堵水劑」公開了一種耐高溫酚醛樹脂弱凝膠調剖堵水劑，其是由部分水解聚丙烯醯胺通過其醯胺基與交聯劑發生反應形成的調剖堵水劑，其中，以重量百分比計，該調剖堵水劑包括以下原料組成：部分水解聚丙烯醯胺、0.25％-1.2％，交聯劑、0.2％-1％，添加劑、0.01％-1％，餘量為水。本發明提供的耐高溫酚醛樹脂弱凝膠調剖堵水劑的堵水率大於80％，堵油率小於30％，抗高溫性能可以達到90℃以上，耐礦化度最高可以達到85000mg/l(以80000mg/l氯化鈉和5000mg/l氯化鈣計)，凝膠強度高，突破強度比以往提高了68％，成膠時間可調，能夠達到在地層中封堵高滲透層和深部調整注水井吸水剖面的目的，實現油層的深部調剖，大大提高石油採收率。
申請號為「201310064509.8」的中國授權專利「一種用於油田調驅的高濃度微凝膠調驅劑及其製備方法」公開了一種用於油田調驅的高濃度微凝膠調驅劑及其製備方法[3]：要解決現有的凝膠類調驅劑存在耐溫在90℃以下，見效慢，調驅效果差的問題，現有的凝膠類調驅劑的製備方法存在著生產效率低，生產的微凝膠調驅劑的有效含量相對較低的問題。一種用於油田調驅的高濃度微凝膠調驅劑，是由丙烯醯胺單體、互穿功能單體、交聯劑單體、乳化劑、分散介質、引發劑、去離子水和穩定劑製備而成。製備：一、單體水溶液配製；二、反相乳液體系配製；三、環流噴射乳化聚合反應。本發明的微凝膠調驅劑見效期為1~3月，有效期3~5年，可達到堵水不堵油的智能調驅效果。本發明適用於油田調驅領域。
現有技術中，調驅劑研究注重的是延緩成膠時間、成膠穩定性、成膠強度和耐溫耐鹽性等性能都是關於膠體本身性能的研究，適用於中高滲油藏，不需要考慮注入性問題。對於中高溫、低滲複雜斷塊油藏來說，關鍵是注入性問題，因此配製好的調驅體系在注入時要保證具有較低的粘度，較好的注入性，該方面的研究較少。
技術實現要素：
為克服現有技術中凝膠調驅劑的缺點，本發明提供一種具有低初始粘度的深部調驅劑，該調驅劑具有低的初始粘度、有利於泵入、注入性好，且具有較好的抗剪切性和較低的粘度損失率，以提高油田的採收率。
為此，本發明提供了如下技術方案：
一種具有低初始粘度的深部調驅劑，各組分含量如下：
疏水締合聚合物：含量為0.05~0.2wt%；
交聯劑：甲醛與間苯二酚的混合物，其中甲醛0.08~0.16wt%，間苯二酚0.016~0.032wt%；
酸度調節劑：草酸作為酸度調節劑，含量為0.1~0.16wt%；
抗氧化劑：硫脲作為抗氧化劑，含量為0.012~0.02wt%；
穩定劑：二價鈷鹽作為穩定劑，含量為0.01~0.015wt%；
其餘為水。
所述疏水締合聚合物的平均分子量優選為1200×104。所述甲醛與間苯二酚重量比優選為5：1。
本發明還提供了上述一種具有低初始粘度的深部調驅劑的製備方法，包括如下步驟：
1）配製0.5wt%的疏水締合聚合物母液，在室溫條件下熟化24小時後備用；
2）再分別配製0.5wt%的甲醛溶液、0.5wt%的草酸溶液、0.05wt%的間苯二酚溶液、0.05wt%的硫脲溶液和0.05wt%的二價鈷鹽溶液；
3）向燒杯中按比例依次加入疏水締合聚合物母液、甲醛溶液、草酸溶液、助劑和水，混合均勻後即可，在油藏溫度條件下形成調驅劑。
本發明最重要的改進點在於找到了一類交聯助劑，使得應用該調驅劑形成的調驅體系具有低的初始粘度，可降低注入壓力，保證較好的注入性，適用於低滲、特低滲油藏。與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1、本低初始粘度的深部調驅劑具有低的初始粘度：在30℃條件下，該調驅劑的初始粘度範圍為1.3mpa•s~2.5mpa•s；在90℃條件下，該調驅劑的初始粘度範圍為1.1mpa•s~2.3mpa•s。而現有技術中，通常一般的調驅體系的初始粘度為10mpa•s左右。
2、本低初始粘度的深部調驅劑具有較好的耐溫性、抗剪切性和熱穩定性，有利於膠體在油藏中長期有效性。
3、本低初始粘度的深部調驅劑還具有較強的封堵能力、剖面改善率和驅油效率，有利於封堵高滲通道，從而改變油藏的液流方向，使後續注入液體進入低滲層，起到提高採收率的作用。
本發明的低初始粘度的深部調驅劑適用於低滲透、特低滲透油藏進入高含水期後，解決注入水無效循環、大孔道或高滲通道等問題。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細的說明，附圖僅提供參考與說明，非用以限制本發明。
圖1為低初始粘度的深部調驅劑的抗溫性能曲線。
圖2為低初始粘度的深部調驅劑的抗剪切性能曲線。
圖3為低初始粘度的深部調驅劑的穩定性能曲線。
圖4為低初始粘度的深部調驅劑的封堵性能曲線。
圖5為低初始粘度的深部調驅劑的提高採收率能力曲線。
具體實施方式
實施例1
一種具有低初始粘度的深部調驅劑，各組分含量如下：
疏水締合聚合物：平均分子量為1200×104，含量為0.05wt%；
交聯劑：甲醛與間苯二酚的混合物，其中甲醛0.08wt%，間苯二酚0.016wt%；
酸度調節劑：草酸作為酸度調節劑，含量為0.1wt%；
抗氧化劑：硫脲作為抗氧化劑，含量為0.012wt%；
穩定劑：二價鈷鹽作為穩定劑，含量為0.01wt%；
其餘為水。
該具有低初始粘度的深部調驅劑的製備方法，按如下步驟獲得：
1）配製0.5wt%的疏水締合聚合物母液，在室溫條件下熟化24小時後備用；
2）再分別配製0.5wt%的甲醛溶液、0.5wt%的草酸溶液、0.05wt%的間苯二酚溶液、0.05wt%的硫脲溶液和0.05wt%的二價鈷鹽溶液；
3）向燒杯中按上述比例依次加入疏水締合聚合物母液、甲醛溶液、草酸溶液、助劑和水，混合均勻後即可，在油藏溫度條件下形成調驅劑。
以下為該低初始粘度的深部調驅劑的實驗結果
1、抗溫性能
溫度是影響調驅體系成膠的關鍵因素之一，它不僅影響到調驅體系成膠時間的長短，還會影響到調驅體系的性能，通常，溫度越高成膠越快，穩定性越差。
現場注入汙水將疏水締合聚合物配成母液後稀釋，配製成相同濃度的目標液，按照比例加入交聯劑和交聯助劑，分別放入69℃~109℃的烘箱中，在不同時間測定調驅體系的粘度，結果如圖1所示。由實驗結果可知，溫度對成膠時間的影響很大，成膠時間會隨著溫度的逐漸升高而漸漸縮短；溫度對體系的成膠強度影響較小，溫度高些體系的成膠強度就會稍微低一些；但是溫度對調驅體系的穩定性有較大的影響，溫度越高，調驅體系的穩定性就越差。
2、抗剪切性能
調驅體系通過輸送管線，射孔孔眼及近井地帶地層，進入地層深部。射孔孔眼及近井地帶地層的過流面積小、流量大、流速高。通過射孔孔眼的高速剪切後，調驅體系能否保持其特性，是調驅體系的封堵能力及驅替效果高低的關鍵。常用吳茵攪拌器一檔（3500r/min）和三檔（11500r/min）高速剪切20s模擬實際的剪切作用，靜置消泡後，裝入塑料瓶中，蓋緊瓶蓋後放入90℃烘箱定期考察調驅體系性能。實驗結果如表1、圖2所示。
表1調驅體系剪切前後粘度
由以上結果可以看出，調驅劑濃度為800mg/l、1200mg/l、1500mg/l時，經過機械剪切後都能成膠，但成膠時間相對延長，剪切強度越高，成膠時間越長；機械剪切後的成膠強度有一定的下降，剪切強度越高，成膠強度下降得越多，但下降幅度都不大；經過機械剪切的調驅體系的穩定時間和未經過機械剪切的幾乎無差別，表明該調驅體系具有良好的抗剪切性。
3、熱穩定性能
調驅體系的長期穩定性是評價調驅體系性能的重要手段。調驅體系在油藏溫度和礦化度條件下，其成膠性能會受到一定的影響。調驅體系不穩定的表現形式主要是脫水。在油藏溫度條件下，調驅體系容易發生熱降解從而使得膠體強度降低並且發生脫水，因此調驅的效果的關鍵之一就是保證調驅體系的長期穩定性。配製不同濃度的調驅體系，定期測定膠體的粘度變化，並觀察脫水情況，實驗結果見圖3。由以上實驗可知，調驅體系經過80天老化後，均未出現脫水，粘度降低未超過4500mpa•s，說明在90℃情況下，調驅體系具有較好的穩定性。
4、封堵性能
封堵率大小能夠直接反映調驅劑的封堵能力，是評價調驅劑性能好壞的重要指標之一。封堵率越大，則封堵能力越強，性能越好；封堵率越小，則封堵能力越弱，性能越差。
封堵率的計算公式：（1-1）
式中：k1——注入調驅劑前多孔介質的滲透率；
k2——注入調驅劑前後多孔介質的滲透率。
在填砂管人造巖心裝置中研究調驅劑封堵性能，實驗結果如表2和圖4所示：
表2調驅劑封堵性能參數
從實驗結果可知，所用的調驅劑在填砂管模擬實驗中的封堵率為61.85%以上，最高達到97.49%，封堵率很高，封堵效果很好，調驅劑成膠後通過物理強度以及與石英砂的吸附建立較高的沿程阻力；堵劑的濃度越高，後續水驅平衡壓力越高，封堵率越高。
5、突破壓力性能
突破壓力表徵的是調驅劑在單位長度多孔介質中水驅形成突破時的最大壓力，反應多孔介質中調驅劑對水相流體的封堵能力，可較好地反映調驅劑的強弱，其大小與多孔介質條件有關，該值與填砂管長度的比值即為突破壓力梯度，實驗結果如表3所示。
pm=pmax/l（1-2）
式中：pm為突破壓力梯度；
pmax——水驅形成突破的最大壓力，mpa；
l——實驗填砂管長度，m。
表3突破壓力梯度
實驗結果可知，突破壓力梯度最高3.41mpa/m，調驅劑形成的封堵需要較高壓力才能夠突破，說明調驅劑能夠在地層中形成很強的封堵，能夠滿足油藏的封堵要求。
6、耐衝刷性能
耐衝刷性能也是調驅劑的一個重要的特性，耐衝刷性是指調驅劑在地層中，受到後續的工作液衝刷，依然能夠保持原有性能停留在地層中的有效時間。調驅劑的耐衝刷性能是通過測定其對巖心產生的封堵率來評價的。調驅劑在巖心中停留時間的稱為調驅劑的有效期，有效期較長的調驅劑在經後續水驅的衝刷後，依然會保持較高的封堵率。實驗數據及結果如表4所示。
表4耐衝刷能力實驗結果
當填砂管測完突破壓力和封堵率後，繼續用地層水衝刷，測定每注入一定孔隙體積倍數模擬地層水後的滲透率和堵塞率。填砂管中石英砂經過多倍孔隙體積的模擬地層水衝刷後的注水壓力變化趨勢可以說明該調驅劑的耐水衝刷性能。
從實驗結果可以知道，隨著注水量的增加，衝刷壓力沒有降低，說明所用調驅劑形成的封堵能夠長時間保持，封堵具有較好的耐衝刷能力。
7、剖面改善能力
調驅體系性能主要包括改善剖面和驅油效果，實際油藏是由滲透率不同的油層組成的，而單巖心的封堵實驗只能說明調驅劑在單一地層中的封堵能力，為了說明調驅劑對不同滲透率層狀的分流作用，即在不同滲透率地層中的選擇性封堵能力，可以用並聯巖心調驅劑實驗來模擬。
調驅劑對不同滲透率級差地層的封堵情況，以剖面改善率來定量描述。剖面改善率：調驅前後高低滲透率吸水比的差與調驅前高低滲透率層吸水比的商。
表5選擇封堵能力
從實驗結果可以看出：注入調驅劑後，高低滲透率巖心的吸水能力得到了很好的改善，調驅劑濃度越高，剖面改善能力越強。說明該調驅體系具有較好的滲透率選擇性，即優先進入高滲透的大孔道，進入低滲透部位者很少。
8、提高採收率能力
選用天然巖心對調驅劑進行調驅實驗，調驅劑驅油效果見表6和圖5所示。由實驗結果可知，1200mg/l的調驅劑提高採收率為15.46%，驅油效果較好。調驅劑成膠後其物理強度以及在巖石表面的吸附對優勢通道形成一定的封堵，使得液流轉向，從而驅替更多的剩餘油。
表6天然巖心中調驅劑驅油實驗結果
實施例2
一種具有低初始粘度的深部調驅劑，各組分含量如下：
疏水締合聚合物：平均分子量為1200×104，含量為0.2wt%；
交聯劑：甲醛與間苯二酚的混合物，其中甲醛0.16wt%，間苯二酚0.032wt%；
酸度調節劑：草酸作為酸度調節劑，含量為0.16wt%；
抗氧化劑：硫脲作為抗氧化劑，含量為0.02wt%；
穩定劑：二價鈷鹽作為穩定劑，含量為0.015wt%；
其餘為水。
該具有低初始粘度的深部調驅劑的製備方法，包括如下步驟：
1）配製0.5wt%的疏水締合聚合物母液，在室溫條件下熟化24小時後備用；
2）再分別配製0.5wt%的甲醛溶液、0.5wt%的草酸溶液、0.05wt%的間苯二酚溶液、0.05wt%的硫脲溶液和0.05wt%的二價鈷鹽溶液；
3）向燒杯中按比例依次加入疏水締合聚合物母液、甲醛溶液、草酸溶液、助劑和水，混合均勻後即可，在油藏溫度條件下形成調驅劑。
實施例3
一種具有低初始粘度的深部調驅劑，各組分含量如下：
疏水締合聚合物：含量為0.1wt%；
交聯劑：甲醛與間苯二酚的混合物，其中甲醛0.12wt%，間苯二酚0.02wt%；
酸度調節劑：草酸作為酸度調節劑，含量為0.12wt%；
抗氧化劑：硫脲作為抗氧化劑，含量為0.015wt%；
穩定劑：二價鈷鹽作為穩定劑，含量為0.01wt%；
其餘為水。
該具有低初始粘度的深部調驅劑，可按如下步驟進行製備獲得：
1）配製0.5wt%的疏水締合聚合物母液，在室溫條件下熟化24小時後備用；
2）再分別配製0.5wt%的甲醛溶液、0.5wt%的草酸溶液、0.05wt%的間苯二酚溶液、0.05wt%的硫脲溶液和0.05wt%的二價鈷鹽溶液；
3）向燒杯中按比例依次加入疏水締合聚合物母液、甲醛溶液、草酸溶液、助劑和水，混合均勻後即可，在油藏溫度條件下形成調驅劑。