CN101250401B

CN101250401B - 一种触变性高强度凝胶转向剂

Info

Publication number: CN101250401B
Application number: CN2008101029675A
Authority: CN
Inventors: 唐孝芬; 刘玉章; 熊春明; 刘戈辉; 魏发林; 覃和
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: CN101250401A

Abstract

本发明涉及一种用于高含水油田裂缝、特高渗透带窜流通道封堵的触变性高强度凝胶转向剂，在由常规的丙烯酰胺单体组成的单体溶液体系中加入黄原胶(XC)0.1％～1％、醋酸铬0.001～0.1％和磷酸铵和磷酸二氢铵混合溶液0.025～0.5％的触变控制体系，其在30～80℃范围内，100s^-1剪切速率下，粘度为12.6～32.0MPa·S，在裂缝、大孔道中的低剪切状态下，30min内粘度可迅速回升50～100倍，强度G′为0.5～1Pa，可有效保护堵剂溶液体系不被水稀释，保证堵剂体系各水溶组分比例的稳定，最终成胶时间2～10小时可控，最终强度G′为200～500Pa。

Description

一种触变性高强度凝胶转向剂

技术领域

本发明涉及一种用于高含水油田裂缝、特高渗透带等窜流通道封堵的触变性高强度凝胶转向剂。

背景技术

注水开发是我国油田普遍采用的开发方式，目前仅东部油田年注水量就近7亿m³，注水费用40多亿元。但油藏中大量裂缝、高渗条带等水流优势通道的存在，导致注入水沿高渗优势通道低效或无效循环，引起油田高含水、采油成本大幅上升等问题，形成资源的巨大浪费。

通过调剖、深部液流转向技术提高、改善水驱开发效果已成为目前老油田开发工作的主体和重点。为有效控制油藏裂缝、高渗条带等水流优势通道的水窜，常采用凝胶类堵剂对其实施封堵，从而使水流转向，提高注入水波及体积，改善油藏整体水驱开发效果。

以丙烯酰胺(AM)单体为主体，配合交联剂、引发剂等，使其地下聚合交联形成高强度凝胶的方法是用于封堵该类水流优势通道的一种技术手段。该条件下形成的凝胶强度高，为高分子聚丙烯酰胺凝胶的50～100倍，此外，与地层结合紧密，抗冲刷能力强。

但此类体系所涉及的原材料均为水溶性小分子，体系粘度很低，仅为1.08mPa·S，接近清水。体系低粘度、小分子的特性使体系具有易于泵注的优点，但也带来相应的缺点，即：

(1)溶液在大孔道、高渗条带中运移以及在地层条件下聚合交联形成凝胶的过程中，极易在油藏地层水作用下被稀释，稀释作用会引起单体溶液体系各反应组份比例的变化，从而导致单体溶液体系不能形成凝胶，或形成的凝胶性能降低，无法满足设计要求，导致作业措施失败或效果差；

(2)体系容易过多的进入低渗的非目的层，造成不必要的地层污染，伤害产层。

目前，关于该体系的研究主要集中于克服温度、矿化度对成胶过程的不利影响上，体现在引发剂、缓凝剂的筛选等方面，但如何克服地层水稀释作用的不利影响，保证地下单体溶液体系最优化反应条件的实现，实现体系的高效利用，同时防止体系对非目的层的污染尚缺乏有效的方法。

单体溶液地下聚合体系的缺点来源于其低粘度的特性，因此克服该体系缺点的一个可行思路在于提高成胶体系本身的粘度。溶液在大孔道、高渗条带中运移以及在地层条件下静止、聚合交联形成凝胶的过程中，本身的粘度越高，就越能防止地层水的稀释作用，也就越能降低其进入低渗非目的层的能力，但过高的粘度又同时会为体系的泵注等带来困难。鉴于上述考虑，理想的体系应该具有如下特性：

(1)在泵注等高剪切的条件下，粘度低；

(2)在大孔道、高渗条带中运移的低剪切条件以及在地层条件下静止、形成凝胶的过程，粘度高。

(3)体现在进入目的层带后，借助地层温度条件最终形成高强度的凝胶体。

发明内容

本发明的目的是提供一种在单体溶液体系中加入一种触变控制体系，形成具有触变特性的单体溶液体系和触变控制体系均匀混合的触变性高强度凝胶转向剂，达到单体溶液体系不受地层水稀释，保证地下单体溶液体系最优化反应条件的实现，降低单体溶液体系对低渗层的污染。

本发明是在常规的由6％丙烯酰胺、0.05％N，N′-亚甲基双丙烯酰胺和0.004％过硫酸铵组成的单体溶液体系中，加入一种触变控制体系。

触变控制体系的组成和浓度如下：

黄原胶(XC)：0.1～1％；

醋酸铬0.001～0.1％；

磷酸铵和磷酸二氢铵1∶1的质量比混合溶液，0.025～0.5％；

触变控制体系、单体溶液体系和水按质量总量为100％。

本发明以相容性、触变胶结构恢复时间、触变胶强度为主要指标，提供了组成触变控制体系的黄原胶组分浓度，相应的触变交联剂浓度等。

相容性包括两方面的意义，其一是指触变控制体系与常规的单体溶液体系能够均匀混合，成为单一相；其二是指，触变控制体系的存在不降低单体溶液体系形成的凝胶的强度，理想的条件下，应该可以起到增强凝胶强度的作用。

触变胶强度是指触变控制体系所形成的触变弱凝胶体系的强度；触变胶结构恢复时间是指凝胶在受到剪切、结构受破坏后，重又处于低剪切或静止状态即由注入时的高剪切状态到大孔道、高渗条带的低剪切状态的时侯，结构恢复、粘度升高所需要的时间。触变胶的强度以及触变胶结构恢复时间两个参数决定着触变控制体系对单体溶液体系的保护效果。触变胶强度越高、结构恢复时间越短，则单体溶液体系受地层水的影响越小。

对于常规的由丙烯酰胺单体、有机交联剂、引发剂、速度控制剂等组成的单体溶液体系，其形成强凝胶反应过程在大孔道和裂缝中是一次完成的，低粘度的成胶体系容易受到地层水的稀释作用，同时堵剂容易进入相对低渗孔道，对其产生伤害。

而复合体系形成高强度凝胶的反应过程则是分两次完成。第一次反应过程发生在地面及井筒中，是触变控制体系各组分间的反应，形成的是触变性弱凝胶，使复合体系初始以高粘度状态存在。开始施工即泵注时，体系开始处于高剪切条件，此时，弱凝胶结构发生物理状态的破坏，粘度迅速降低，易于注入，进入裂缝、大孔道目标位置后，复合体系重又处于低剪切或静止状态，此时弱凝胶结构迅速恢复，粘度重又升高。这时，油藏温度下，高粘度触变性弱凝胶保护下的单体溶液体系在大孔道和裂缝中开始聚合交联，发生第二次反应，最终形成高强度的凝胶转向剂。可见，复合体系条件下，单体溶液体系的各组分间的反应是在高粘度弱凝胶的保护下发生的，这保证了单体溶液体系各反应组份比例不因地层水的稀释作用而发生变化，有效实现了对最优反应条件的控制。此外，大分子的触变性弱凝胶锁住了单体溶液体系内的小分子，使其进入低渗孔道的能力减弱，防止了其对低渗产层的伤害。

发明中形成的新型触变性高强度凝胶转向剂，30～80℃范围内，100s^-1剪切速率下，粘度为12.6～100.0mPa·S，易于注入及在油藏中流动；在裂缝、大孔道中的低剪切状态下，30min内体系粘度可迅速回升50～100倍，强度为G′为0.5～2Pa，可有效保护堵剂溶液体系不被水稀释，保证堵剂体系各水溶组分比例的稳定。复合体系的最终成胶时间2～24小时可控，最终强度G′为200～500Pa。

具体实施方式

实施例1

以80℃条件下的应用为例。

取(0.3％黄原胶+0.005％醋酸铬+0.003％磷酸铵和磷酸二氢铵混合溶液)组成触变体系，取(6％丙烯酰胺+0.05％N，N′-亚甲基双丙烯酰胺+0.004％过硫酸铵)组成单体溶液体系，触变控制体系、单体溶液体系和水质量总量为100％，二者室温下混合，形成均一、单相的复合体系，粘度为35.0mPa·S，强度为0.01Pa。

复合体系80℃下放置30分钟后，发生触变控制体系各组份间的交联反应，形成触变性弱凝胶，粘度增大为4500mPa·S左右，强度提高至0.80Pa；此时，对形成触变性弱凝胶的体系施加100s^-1的剪切速率，体系粘度迅速降低为37.5mPa·S，成为容易流动的液体；剪切后的体系静止放置，粘度、强度则又开始持续上升，30min后粘度达到4300mPa·S左右，强度恢复至0.75Pa，说明30min后体系结构基本得到了完全的恢复。

将结构恢复后的复合体系100ml放置于1000ml水溶液中，此时，触变弱凝胶的体型网络结构锁住单体溶液聚合体系的各组份，在水溶液中保持较为完整的形态。80℃下，3.5小时后，复合体系完成第二次交联反应，即单体溶液聚合体系各组份间的反应，形成高强度凝胶，强度G′为500Pa左右，该强度高于单体溶液聚合体系单独成胶时的强度(410Pa左右)。这说明，触变控制体系并未对单体溶液聚合体系的成胶强度造成负面影响；其次，触变控制体系有效保护了单体溶液聚合体系，可以防止地层水稀释的负面影响。

实施例2

以60℃条件下的应用为例。

取(0.3％黄原胶+0.01％醋酸铬+0.01％磷酸铵和磷酸二氢铵混合溶液)组成触变体系，取(6％丙烯酰胺+0.05％N，N′-亚甲基双丙烯酰胺+0.004％过硫酸铵)组成单体溶液体系，触变控制体系、单体溶液体系和水质量总量为100％，二者60℃下混合，形成均一、单相的复合体系，粘度为35.0mPa·S，强度为0.01Pa。

复合体系60℃下放置60分钟后，发生触变控制体系各组份间的交联反应，形成触变性弱凝胶，粘度增大为5000mPa·S，强度提高至1.8Pa左右；此时，对形成触变性弱凝胶的体系施加100s^-1的剪切速率，体系粘度迅速降低为37.5mPa·S，成为容易流动的液体；剪切后的体系静止放置，粘度、强度则又开始持续上升，30min后粘度达到4900mPa·S左右，强度恢复至1.75Pa左右，说明30min后体系结构基本得到了完全的恢复。

将结构恢复后的复合体系100ml放置于1000ml水溶液中，此时，触变弱凝胶的体型网络结构锁住单体溶液聚合体系的各组份，在水溶液中保持较为完整的形态。60℃下，5.0小时后，复合体系完成第二次交联反应，即单体溶液聚合体系各组份间的反应，形成高强度凝胶，强度G′为500Pa左右，该强度高于单体溶液聚合体系单独成胶时的强度(410Pa左右)。这说明，触变控制体系并未对单体溶液聚合体系的成胶强度造成负面影响；其次，触变控制体系有效保护了单体溶液聚合体系，可以防止地层水稀释的负面影响。

实施例3

以30℃条件下的应用为例。

取(0.3％黄原胶+0.02％醋酸铬+0.05％磷酸铵和磷酸二氢铵混合溶液)组成触变体系，取(6％丙烯酰胺+0.05％N，N′-亚甲基双丙烯酰胺+0.15％过硫酸铵)组成单体溶液体系，触变控制体系、单体溶液体系和水质量总量为100％，二者室温下混合，形成均一、单相的复合体系，粘度为35.0mPa·S，强度为0.01Pa。

复合体系30℃下放置60分钟后，发生触变控制体系各组份间的交联反应，形成触变性弱凝胶，粘度增大为5000mPa·S，强度提高至1.20Pa；此时，对形成触变性弱凝胶的体系施加100s^-1的剪切速率，体系粘度迅速降低为37.5mPa·S，成为容易流动的液体；剪切后的体系静止放置，粘度、强度则又开始持续上升，30min后粘度达到4900mPa·S左右，强度恢复至0.75Pa，说明30min后体系结构基本得到了完全的恢复。

将结构恢复后的复合体系100ml放置于1000ml水溶液中，此时，触变弱凝胶的体型网络结构锁住单体溶液聚合体系的各组份，在水溶液中保持较为完整的形态。30℃下，10小时后，复合体系完成第二次交联反应，即单体溶液聚合体系各组份间的反应，形成高强度凝胶，强度G′为320Pa左右，该强度高于单体溶液聚合体系单独成胶时的强度(300Pa左右)。这说明，触变控制体系并未对单体溶液聚合体系的成胶强度造成负面影响；其次，触变控制体系有效保护了单体溶液聚合体系，可以防止地层水稀释的负面影响。

Claims

1.一种触变性高强度凝胶转向剂，其特征在于：它是由在由丙烯酰胺6％、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺0.05％和过硫酸铵0.004％组成的单体溶液体系中加入由黄原胶0.1～1％、醋酸铬0.001～0.1％和磷酸铵和磷酸二氢铵1∶1的质量比混合溶液0.025～0.5％组成的触变控制体系和水组成，触变控制体系、单体溶液体系和水质量总量为100％。