一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑及其製備方法和應用的製作方法
2023-10-28 02:03:57
一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑及其製備方法和應用。該微細凝膠顆粒的製備方法是先通過向反應釜中加入一定比例的改性澱粉、單體A、單體B、交聯劑、引發劑和促進劑，待這6種組分的聚合反應完成形成整體水基凝膠後再經烘乾、粉碎、造粒、篩分等工藝過程而製得。本發明提供的應用方法：將本發明中所製得的一定量的微細凝膠顆粒加入到Bingham流體中，在靜態和動態條件下凝膠顆粒均能穩定懸浮而不會發生沉降，利用泵壓再將整個流體注入地層。本發明所提供的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒及其應用方法能極大的提高凝膠顆粒的施工成功率且能取得很好的深部調剖效果。
【專利說明】一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，同時涉及該微細凝膠顆粒調剖 劑的製備方法，以及在封堵高溫高鹽油藏中強水竄通道方面的應用新方法。
【背景技術】
[0002] 高溫高鹽油藏在我國普遍存在，典型的如中原油田，以及新疆、勝利、大港、冀東等 油田的部分油區。這些油田大都已進入開發的中後期，油田含水率高、採出程度低，剩餘油 挖潛大，但是由於高溫高鹽的特徵使得常用的增油控水措施均失效。
[0003] 以中原油田採油四廠的文南油田為例，文南油田位於東濮凹陷中央隆起帶文留構 造南部次級地塹內，是一個異常高壓、高溫複雜斷塊油氣藏，油藏埋藏深度2210?3800m， 主力油層沙二下、沙三上、沙三中、沙三下的壓力係數1. 2?1. 8,地層溫度92?140°C， 儲層孔隙度11. 4%?21. 6%，水測滲透率（43. 5?2289. 5) X 10_3μ m2,滲透率變異係數 0. 7?0. 98,滲透率級差5. 06?64. 83。地層水礦化度（21?34) X 104mg/L，水型為CaCl2 型，屬典型的高溫高鹽非均質油藏。該油田經過多年的注水開發後動用狀況較好的一類主 力層目前已大面積水淹，綜合含水超過80 %，局部井含水高達99 %，而儲層物性較差的二 類層水驅動用困難。為了改善油田開發效果，迫切需要尋找適合該類油藏的調剖堵水技術。 常規的聚丙烯醯胺類調堵體系應用的上限溫度是90°C，已完全不能滿足油田的作業要求。 對此，在調剖堵水方面，該廠經過深入調研後引進了凝膠顆粒調剖劑、無機凝膠調剖劑、橡 膠顆粒調剖劑等三種調剖劑，這三種類型的調剖劑在高溫高鹽環境下均能長期穩定存在。 但在現場實施過程中發現，無機凝膠調剖劑在施工時注入壓力上升較快，後續調堵劑注入 困難，而橡膠顆粒調剖劑具有耐溫、抗剪切的優點，是一種機械堵塞較強的體系，但在施工 過程中也表現為增壓快、壓力高、注入困難，均不能滿足油藏的注入要求。而凝膠顆粒調剖 劑能夠滿足文南油田的注入要求，調剖後水井吸水剖面有明顯改善，注入壓力上升，主力吸 水層得到有效控制，新層得以啟動。且凝膠顆粒解決了地下交聯調剖劑進入地層後因稀釋、 剪切、降解、吸咐等各種複雜原因造成的不成膠或成膠性能變差等問題，凝膠顆粒配製簡 單、施工方便、安全無毒，在強水竄通道的封堵中具有很大的前景。但在現場實施過程中也 發現了許多不足：凝膠顆粒雖然有耐異常高溫的優點，但懸浮性較差，進入井筒後易堆積在 炮眼附近造成堵塞，影響正常施工，且施工結束後含水率在短時期內又大幅度上升，使得施 工有效期短，而吸水剖面測試顯示又較均勻，這說明凝膠顆粒主要堵塞在近井地帶，低滲層 的剩餘油未得到較好的動用。
[0004] 因此，為了延長凝膠顆粒調剖的有效期，提高調剖施工後的增產效果，研發出注入 性能好能進入地層深部且封堵能力強的抗溫耐鹽顆粒調剖劑顯得非常重要。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，該調剖劑不但具有 抗高溫高鹽的優良性能，而且懸浮性、與地層配伍性能均比較好。同時，本發明還提供上述 抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備方法以及應用新方法。利用本發明中所研發的抗高 溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑及本發明中所述的應用方法在高溫高鹽油藏中可以獲得很高 的施工成功率和較好的深部調剖效果。
[0006] 本發明所採用的具體技術解決方案是：
[0007] -種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，其是由以下原料製成的：改性澱粉、單體 A、單體B、交聯劑、引發劑、促進劑和水；各原料用量如下：改性澱粉的質量分數為4%? 5%，單體A的質量分數為3%?4%，單體B的質量分數為1 %?2%，交聯劑的質量分 數為0.04 %?0.06%，引發劑的質量分數為0.05 %?0. 15%，促進劑的質量分數為 0.2% -0.4%，其它為水，各組分的質量分數之和為100% ;所述單體A為丙烯醯胺，單體B 為2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸。
[0008] 優選的，將5g所述的改性澱粉在95g水中溶解，完全溶解時間為45min，完全溶解 後的改性澱粉水溶液為均相體系；所述的改性澱粉來自於河北任丘鑫光化工廠；所述的交 聯劑為N，N'一亞甲基雙丙烯醯胺，所述的引發劑為過硫酸鉀與亞硫酸氫鈉按質量比2:1所 組成的混合物，所述的促進劑為氫氧化鈉。
[0009] 該微細凝膠顆粒調剖劑的粒徑可自主選擇，粒徑在> 10 μ m範圍內均可，優選的 粒徑範圍為10 μ m-53 μ m，密度為1. 21g/cm3。
[0010] 一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)將改性澱粉均勻緩慢地添加至水中，邊攪拌邊緩慢添加，待改性澱粉添加完後 繼續攪拌直至充分溶解，得到澱粉溶液；
[0012] (2)向澱粉溶液中添加單體A、單體B、交聯劑、引發劑和促進劑，攪拌至溶解，得到 反應混合物；所述單體A為丙烯醯胺，單體B為2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸；
[0013] (3)將反應混合物擱入大於40°C的恆溫箱中5-10小時使其聚合，得到整體凝膠， 呈半固態；
[0014] (4)將所製得的整體凝膠經烘乾、粉碎、造粒、篩分工藝過程後可生產出粒徑 > 10 μ m的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑。
[0015] 優選步驟（1)中，所述的改性澱粉來自於河北任丘鑫光化工廠，5g改性澱粉在95g 水中的完全溶解時間為45min，改性澱粉水溶液為均相體系。
[0016] 優選步驟⑵中，所述的交聯劑為N，N' 一亞甲基雙丙烯醯胺，所述的引發劑為過 硫酸鉀與亞硫酸氫鈉按質量比2:1所組成的混合物，所述的促進劑為氫氧化鈉。
[0017] 一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的應用方法，具體為將抗高溫高鹽微細凝膠 顆粒調剖劑與Bingham流體配合使用以封堵高溫高鹽油藏中強水竄通道。
[0018] 優選的，上述Bingham流體通過以下步驟製備：
[0019] (1)將質量為1. 5g的鈉基膨潤土添加到48. 5g水中，充分攪拌後放置24小時，得 到鈉基膨潤土水溶液；
[0020] (2)將質量為0. 6g的穩定劑添加至49. 4g水中，攪拌均勻，得到穩定劑水溶液；所 述穩定劑是由羥丙基甲基纖維素和正電膠按質量比2:1混合而成；
[0021] ⑶將步驟⑴製得的鈉基膨潤土水溶液與步驟⑵製得的穩定劑水溶液混合後 攪拌均勻，得到Bingham流體。
[0022] 優選的，上述應用方法具體包括如下工序：
[0023] (1)注前置段塞：向地層中注入所述的Bingham流體；
[0024] (2)注主段塞：向地層中注入所述的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑與所述 的Bingham流體的混合物，其中所述的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的質量分數為 5% -10%,餘量為所述的Bingham流體；當注入壓力高於原始地層壓力的1. 5倍時停止注 入；
[0025] (3)注後置段塞：向地層中注入所述的Bingham流體；
[0026] (4)注地層水。
[0027] 上述方法可用於溫度為150°C、礦化度為300000mg/L的所有含強水竄通道的地 層。
[0028] 本發明的有益技術效果是：
[0029] (1)本發明所提供的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒具有極佳的粘彈性，在地層中 的運移能力強，易進入地層深部，且在高溫高鹽環境下的性能穩定持久，從而使深部調剖的 效果能保持較長時間。
[0030] (2)現有凝膠顆粒懸浮性差及顆粒尺寸難與地層配伍是凝膠顆粒在應用方面最大 的缺陷，懸浮性差導致配液濃度不能過高，現場應用時凝膠顆粒濃度均低於0. 5 %，導致施 工周期長，顆粒尺寸過大會使得顆粒易堆積堵塞在近井地帶，尺寸過小又會使凝膠顆粒的 性能變差。本發明所提供的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒不但具有抗高溫高鹽的優良性能，而 且懸浮性、與地層配伍性能均較好，可以獲得很高的施工成功率和較好的深部調剖效果，可 提高採收率。
[0031] (3)本發明製備方法具有選料及用量合理，製備工藝簡單，成本低等優點，可生產 出具有不同吸水倍數、吸水速度、微粒半徑和強度的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑系列 產品。
[0032] (4)本發明所提供的應用方法中，微細凝膠顆粒不論是處於靜態條件還是動態條 件下在Bingham流體中均能穩定懸浮。
[0033] (5)本發明所提供的應用方法中，可以通過地層的滲透率確定相應的微細凝膠顆 粒尺寸範圍，通過選定的微細凝膠顆粒尺寸可以確定Bingham流體的性能，實施過程靈活。
[0034] (6)本發明所提供的應用方法中，可以將微細凝膠顆粒的質量濃度提高至5%以 上，可以極大的縮短施工時間且能提高施工成功率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1示出不同粒徑微細凝膠顆粒的彈性模量；
[0036] 圖2示出不同粒徑微細凝膠顆粒的耗損模量；
[0037] 圖3示出Bingham流體的流變曲線；
[0038] 圖4為動態物理模擬實驗裝置示意圖；
[0039] 圖5示出270目（53 μ m)的微細凝膠顆粒在不同質量分數下的注入壓力；
[0040] 圖6示出325目（44 μ m)的微細凝膠顆粒在不同質量分數下的注入壓力；
[0041] 圖7示出400目（37 μ m)的微細凝膠顆粒在不同質量分數下的注入壓力；
[0042] 圖8示出質量分數為10%粒徑為325目（44μπι)的微細凝膠顆粒在地層中的運移 曲線。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作詳細說明，但本發明不限於下列的實施 例。
[0044] -、抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備
[0045] 將50g的改性澱粉加入898g的水中，待充分溶解後再加入15g的2-丙烯醯胺 基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、35g的丙烯醯胺（AM)、0. 5g的N，N' 一亞甲基雙丙烯醯胺、3g的 氫氧化鈉、〇. 6g的過二硫酸鉀和0. 3g的亞硫酸氫鈉，待溶液攪拌充分後密封、擱入40°C恆 溫箱10小時後取出，溶液此時已變成整體的塊狀凝膠。取出塊狀的整體凝膠進行烘乾、粉 碎、造粒等工藝製成粒徑為270目（53 μ m)、325目（44 μ m)、400目（37 μ m)、550目（25 μ m)、 800目（15 μ m)和1250目（ΙΟμπι)的微細凝膠顆粒。
[0046] 二、抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的靜態性能測試
[0047] 將上述步驟中所製備的不同粒徑的凝膠顆粒放入自製的礦化度為30Χ 104mg/L的 鹽水中後擱置於150°C的恆溫箱中考察其穩定性能。微細凝膠顆粒調剖劑的靜態評價實驗 結果見表1，由表1可知本發明所提供的微細凝膠顆粒具有極佳的抗溫耐鹽性能。
[0048] 表 1
【權利要求】
1. 一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，其特徵在於是由以下原料製成的：改性澱 粉、單體A、單體B、交聯劑、引發劑、促進劑和水；各原料用量如下：改性澱粉的質量分數為 4%?5%，單體A的質量分數為3%?4%，單體B的質量分數為1 %?2%，交聯劑的質 量分數為0. 04 %?0. 06%，引發劑的質量分數為0. 05 %?0. 15%，促進劑的質量分數為 0.2% -0.4%，其它為水，各組分的質量分數之和為100% ;所述單體A為丙烯醯胺，單體B 為2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸。
2. 根據權利要求1所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，其特徵在於：將5g所 述的改性澱粉在95g水中溶解，完全溶解時間為45min，完全溶解後的改性澱粉水溶液為均 相體系；所述的交聯劑為N，N' 一亞甲基雙丙烯醯胺，所述的引發劑為過硫酸鉀與亞硫酸氫 鈉按質量比2:1所組成的混合物，所述的促進劑為氫氧化鈉。
3. 根據權利要求1所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑，其特徵在於：該微細 凝膠顆粒調剖劑的粒徑範圍為10 μ m-53 μ m，密度為1. 21g/cm3。
4. 一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟： (1)將改性澱粉均勻緩慢地添加至水中，邊攪拌邊緩慢添加，待改性澱粉添加完後繼續 攪拌直至充分溶解，得到澱粉溶液； ⑵向澱粉溶液中添加單體A、單體B、交聯劑、引發劑和促進劑，攪拌至溶解，得到反應 混合物；所述單體A為丙烯醯胺，單體B為2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸； (3) 將反應混合物擱入大於40°C的恆溫箱中5-10小時使其聚合，得到整體凝膠，呈半 固態； (4) 將所製得的整體凝膠經烘乾、粉碎、造粒、篩分工藝過程後生產出抗高溫高鹽微細 凝膠顆粒調剖劑。
5. 根據權利要求4所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備方法，其特徵在 於：步驟（1)中，所述的改性澱粉來自於河北任丘鑫光化工廠，5g改性澱粉在95g水中的完 全溶解時間為45min，改性澱粉水溶液為均相體系。
6. 根據權利要求4所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的製備方法，其特徵在 於：步驟（2)中，所述的交聯劑為Ν，Ν' 一亞甲基雙丙烯醯胺，所述的引發劑為過硫酸鉀與 亞硫酸氫鈉按質量比2:1所組成的混合物，所述的促進劑為氫氧化鈉。
7. -種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的應用方法，其特徵在於：將抗高溫高鹽微細 凝膠顆粒調剖劑與Bingham流體配合使用以封堵高溫高鹽油藏中強水竄通道。
8. 根據權利要求7所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的應用方法，其特徵在 於所述Bingham流體通過以下步驟製備： (1) 將質量為1. 5g的鈉基膨潤土添加到48. 5g水中，充分攪拌後放置24小時，得到鈉 基膨潤土水溶液； (2) 將質量為0. 6g的穩定劑添加至49. 4g水中，攪拌均勻，得到穩定劑水溶液；所述穩 定劑是由羥丙基甲基纖維素和正電膠按質量比2:1混合而成； (3) 將步驟（1)製得的鈉基膨潤土水溶液與步驟（2)製得的穩定劑水溶液混合後攪拌 均勻，得到Bingham流體。
9. 根據權利要求7所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的應用方法，其特徵在 於具體包括如下工序： (1) 注前置段塞：向地層中注入所述的Bingham流體； (2) 注主段塞：向地層中注入所述的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑與所述的 Bingham流體的混合物，其中所述的抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的質量分數為 5% -10%,餘量為所述的Bingham流體；當注入壓力高於原始地層壓力的1. 5倍時停止注 入； (3) 注後置段塞：向地層中注入所述的Bingham流體； (4) 注地層水。
10.根據權利要求7所述的一種抗高溫高鹽微細凝膠顆粒調剖劑的應用方法，其特徵 在於：該方法可用於溫度為150°C、礦化度為300000mg/L的所有含強水竄通道的地層。
【文檔編號】C08F220/58GK104087275SQ201410331932
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】蒲春生, 張磊, 吳飛鵬, 桑海波, 陳慶棟, 任楊, 宋俊強 申請人:中國石油大學(華東)