CN101600775A - 用于油田应用的具有剪切增稠和剪切胶凝特性的聚合物和纳米粒子配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有剪切胶凝和剪切增稠特性的合成物，所述合成物基于结合有亲水粒子和聚环氧乙烷的两性聚合物。
Description
技术领域
本发明广泛地涉及用于油田应用的聚合物配制，并且更精确地涉及用于油田应用的具有剪切增稠和剪切胶凝特性的纳米粒子。
背景技术
专利申请EP1591619公开了一种用于提高采收率(也称为EOR)应用的方法，所述方法使用智能剪切胶凝流体以减少大裂缝的有效开度(以及在较小范围的裂隙)，并因此使储层中的各处的流动条件达到平均水平。这些具有可逆剪切特性的智能剪切胶凝流体可以使用两性合成水溶性聚合物配制而成。
专利申请EP1404776中公开了这种剪切胶凝流体聚合物的化学性质。剪切胶凝特性基于聚合物/聚合物相互作用。在这些聚合物在其结构内具有低临界溶解温度(LCST)组的情况下，这些聚合物具有缔合特性或热缔合特性。然而，将这些聚合物作为工业产品开发是困难的，因为合成过程昂贵，并且难以大规模操纵。需要得到这种智能流体的其它方法。
因此，本发明提出了一种基于纳米粒子的聚合物组合的聚合物的新系统，所述系统还具有剪切胶凝特性，但是工业制造更容易而且不会很昂贵。
发明内容
本发明公开了一种具有剪切胶凝和剪切增稠特性的合成物，所述合成物基于结合有亲水粒子和聚环氧乙烷(polyethyleneoxide)的两性聚合物。优选地，亲水粒子是Laponite型(注册商标)合成粘土(clay)。在第一种类型的实施例中，两性聚合物是合成聚合物。在第二种类型的实施例中，两性聚合物是被改变疏水性的生物聚合物。
优选地，对于各个浓度的Laponite/PEO的比在3.4与3.8之间，并且优选地在3.5与3.7之间，更优选地大约为3.6，和/或精确地为3.6。
在本发明的第二方面中，公开了一种用于在地层中提高采收率的方法，具体地公开一种用于在非匀质储层地层中提高采收率的方法，所述方法包括以下步骤：在注入剪切增稠流体之前泵送剪切胶凝流体。
在渗透率从一个区带到另一个区带变化的非匀质储层地层中，并且与剪切变稀型流体相比，流变的增稠流体最小化流体流速的不同，从而减小低渗透区带的旁通。当储层存在裂缝时，在剪切力作用下增稠的流体减小被通过或经由裂缝通路(例如，在砂岩储层中)的注入流体旁通的多孔隙区带的范围，或者减小最窄裂缝被旁通到最大裂缝占优势的范围(例如，在二氧化碳储层中)。与适当的泵送条件结合注入在剪切力作用下形成胶体的流体减少剪切力较高的最大裂缝的宽度，但是没有减小剪切力较低的最窄裂缝的宽度。因此，在具有裂缝的储层中，减小油旁通的方法包括首先泵送在剪切力的作用下形成胶体的流体，然后泵送在剪切力的作用下增稠的流体。
此技术主要在含有原油和诸如气体和/或水的其它流体的地层中有用。本发明对于处理非常低的原生孔隙度(紧密的)储层尤其有利，在所述非常低的原生孔隙度储层中，裂缝导致困难的EOR条件。油主要存储在不同开度的裂隙和裂缝中。这些裂缝来源于两个或几个族，所述两个或几个族以给定角度相互交叉，因此在交叉方向上产生高渗透通道。根据随后构造应力的定向，一些裂缝族闭合，而另一些则大大地张开，这使渗透率产生重要的非均匀性。油优选地在闭合裂缝中捕获，并迅速从张开的裂缝涌出。
所提出的方法的主要优点在于根据剪切力可进行选择：这能够选择性地减少通过较大裂缝的流动，而没有削弱通过较小裂缝的流动。较大裂缝通常是用于注水烃类的主要旁路。
第二优点是可逆的并因此对储层没有损坏。通过将注入率减少到小于被调节成达到临界剪切率的注入率的10倍，或者通过将注入率增加到凝胶破坏，可以完全移除形成在裂缝内的凝胶。
附图说明
以下参照附图理解本发明的进一步实施例，其中：
图1描述在Laponite型RDS和PEO的不同比下根据本发明的不同系统的特性；
图2示出作为整体Laponite/PEO浓度的函数的临界剪切率；
图3示出用于根据本发明的系统的剪切过程的重要性；
图4示出用于根据本发明的系统的粘度相对于剪切率的比；
图5示出根据本发明的系统的驰豫；
图6A和6B示出用于管道的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能；
图7示出只用于裂隙的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能；
图8A和图8B示出用于管道组合的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能；以及
图9A和图9B示出用于管道和裂隙组合的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能。
具体实施方式
以下公开显示剪切胶凝特性的基于纳米粒子和聚合物组合的新系统。用于这种系统中的聚合物也可以是完全亲水的(例如聚环氧乙烷-PEO)，或者可以是两性的(缔合聚合物)，所述聚合物从合成或天然化学作用(即，通过化学作用改变的生物聚合物)得到。这些不同聚合物的高分子参数(分子量、接枝率、在溶液中的形态(即，随机成螺旋状或刚性杆))可以允许优化流体特性，如当施加剪切力时用于液体到凝胶转变的临界剪切率，或者当停止施加剪切力时用于凝胶到液体转变的驰豫时间。可以使用亲水粒子(合成粘土、纳米硅)。但是例如胶乳的疏水粒子也可以与具有缔合特性的两性聚合物结合而被制备。因此，益处是提供、影响和优化降到纳米乳胶的粒子尺寸的宽范围。
当结合有亲水粒子的两性聚合物作为合成粘土和聚环氧乙烷(PEO)系统时，根据本发明的剪切胶凝系统是第一种类型的剪切胶凝系统，其中，聚合物是合成聚合物，或者当结合有亲水粒子的两性聚合物作为合成粘土和聚环氧乙烷(PEO)系统时，根据本发明的剪切胶凝系统是第二种类型的剪切胶凝系统，其中聚合物是改变疏水性的生物聚合物。
剪切胶凝特性首先被证明并优化，然后证实如专利申请EP1591619中所说明的用于EOR的方法的每一个要求。图1-5示出了优化过程。优化过程要求首先得到用于智能流体应用的Laponite/PEO系统。此外，系统Laponite/PEO需要大约为3.6的用于各个浓度的最佳比。在第二步骤中，需要优化和/或调节具有两性聚合物的可能混合物，以得到相对于应用要求的剪切胶凝特性，即，与在工作期间所需的泵送率有关的临界剪切率，与储层中孔道网络有关的驰豫时间。可以使用合成聚合物或生物聚合物的混合物，这能够优化聚合物形态的影响。这些参数也可以作为温度的函数而被调节；当温度增加时，温度有效地增强疏水缔合特性。
图1-4示出根据本发明的剪切增稠和剪切胶凝特性。
图1显示在LaponiteRDS和PEO的不同比的情况下根据本发明的不同系统在室温下的特性，如所看到的可逆凝胶更适合，即，用于各自浓度的Laponite/PEO的最佳比在3.4与3.8之间，并且优选地在3.5与3.7之间，并且更优选地大约为3.6，与/和准确地为3.6。
图2显示作为整体Laponite/PEO浓度的函数的临界剪切率。实验在室温下进行。如果比保持大约为上述确定的约为3.6的值，临界剪切率是各个组分的整体浓度的函数，则系统基本上是剪切增稠系统。在实际的剪切胶凝系统的情况下，当浓度增加时，临界剪切率显著减少。当该比在3以上时，观察到更强的剪切胶凝性能。
图3显示用于根据本发明的系统的剪切过程的重要性。因此，剪切过程对于那些系统来说是重要的因素。图4显示用于根据本发明的系统的粘度相对于剪切率的比。在不同温度下进行这些比较试验。温度增加导致临界剪切率朝向更高值漂移，但是在此范围内通过亲水作用仍然具有临界剪切率。
图5显示根据本发明的形态的可逆：当不再施加剪切力时，凝胶到液体的转换。通过动态流变性测量(G’，G”)进行的实验显示一旦不再施加剪切力时这种系统的可逆性。在几分钟之内，系统回到其初始粘性特性。这可以通过如先前所述配制的基本化学物质的选择而被优化。
最后，在不同孔道条件(形状和尺寸)的情况下证实所述系统的性能相对于用于EOR方法的要求。当泵送这些流体时由于没有稳定状态和流态，因此控制现有胶凝/弛豫循环的参数具有很大的重要性。在这些系统的情况下得到的实验结果显示它们可以用于改变作为用于EOR方法的每一个要求的流动条件。通过调节所施加的压力以控制孔道内的剪切率允许超过临界剪切率，这激活胶凝作用并减小有效孔道从而首先减少较大孔道内的流动并增加较小孔道内的流动。
图6-9显示相对于如专利申请EP1591619中所述的用于EOR方法的每一个要求的这种证实。
图6A和6B显示用于管道的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能，其中直径是管道的内径。图7显示仅仅用于裂隙的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能，其中裂隙尺寸为长55厘米，宽40毫米，并且厚1毫米。这些曲线证实流速从较大孔道到较小孔道的反转。在5％溶液的情况下，在施加较低压力处获得临界剪切力。图8A和8B显示用于管道组合的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能，在这种结构中仍然观察到流动的反转。图9A和9B显示用于管道和裂隙组合的根据本发明的用于EOR应用的系统的性能，在胶凝点之后还能观察到流动的反转，但是在达到胶凝破坏点以上能观察到初始粘滞特性。
在所述的不同化学物质中，这里描述的主要系统基于Laponite(注册商标)和聚环氧乙烷(PEO)的组合。Laponite是合成粘土，当分子量被优化时，所述合成粘土有效地与聚环氧乙烷(PEO)聚合物相互作用，以产生剪切胶凝溶液(或也称为“可动凝胶”)。作为微小白色粉末被供应，Laponite是合成粘土，所述合成粘土扩散以当分散在水中时产生清洁无色触变凝胶。
对于根据本发明的第一种类型的剪切胶凝系统来说，在优选的实施例中与，使用结合有Laponite/PEO系统的两性合成聚合物。在剪切力导致的胶凝作用方面，初始试验给出肯定的结果。Laponite/PEO系统表现出被两性合成聚合物稳定。实际上，表现出更长弛豫时间。
对于根据本发明的第二种类型的剪切胶凝系统来说，在优选的实施例中，使用具有Laponite/PEO系统的疏水性改变的两性生物聚合物。例如，可以使用天然瓜尔胶(由Lamberti供应)或HEC(由Hercules Aqualon供应)，也可以使用缔结黄原胶，并且也可以使用上述两种预混合物。第二种类型的剪切胶凝系统的优点在于其成本较低，并且易于工业制造。也可以通过所述第二种类型的剪切胶凝系统影响共聚合物结构和形态，以生成并提高优先特殊的分子间相互作用，这优选的是提高剪切胶凝特性。
所有这些系统(第一种类型的系统和第二种类型的系统)能够提高剪切增稠与/和剪切胶凝特性。基本趋势也通过基于玉米淀粉的剪切增稠流体而被证实。
通过这样，可以通过调整能够生成或不能生成分子间或粒子间相互作用的被吸收与没有被吸收的聚合物的比而整体优化系统特性的优化，所述分子间或粒子间相互作用产生剪切胶凝特性。我们可以优化用于液体/凝胶转换的临界剪切率或用于凝胶/液体转换的弛豫时间，这对于得到用于油田应的有效特性也是必不可少的。
以下示例是具有基于Laponite/POE系统的这种系统的优选实施例：
a)许多Laponite等级可从Rockwood(RD，RDS等)在市场上买得到。被观察以得到有效“可动凝胶”的最佳系统使用RDS等级得到。RDS提供较低的初始流变性，所述较低的初始流变性更适于应用。
b)通过改变分子量Mw直到4.106g/mol而评价不同的PEO，并且使用Mw＝300000g/mol的PEO获得得到“可动凝胶”的最佳系统。
Claims (13)
1.一种具有剪切胶凝和剪切增稠特性的合成物，所述合成物基于结合有亲水粒子和聚环氧乙烷的两性聚合物。
2.根据权利要求1所述的合成物，其中，所述亲水粒子是Laponite型合成粘土。
3.根据权利要求1或2所述的合成物，其中，所述两性聚合物是合成聚合物和/或被改变疏水性的生物聚合物。
4.根据权利要求2或3所述的合成物，其中，对于各个浓度的Laponite/PEO比在3.5与3.7之间。
5.一种用于提高采收率的方法，所述提高采收率的方法包括用根据权利要求1-4中任一项所述的合成物替换地层流体，所述方法包括以下步骤：
在注入替换流体之前泵送球体以减小最大地层流体通路的孔道，所述裂缝开度的减小使在所述地层内的横过驱替前缘的流体速度均衡。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述球体包括剪切胶凝流体，当所述剪切胶凝流体在高于一定的临界剪切率的情况下受到剪切力时，所述剪切胶凝流体形成凝胶。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述球体形成凝胶是迅速的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述注入之前根据速度在储层内的预期分布调节所述剪切胶凝流体的特性。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其中，在剪切凝胶减小到所述临界剪切率以下之后，形成的凝胶保持一段时间的稳定。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其中，仅在临界温度以上表现出依赖于剪切力的胶凝特性。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的方法，其中，仅在特定pH条件下表现出依赖于剪切力的胶凝特性。
12.根据权利要求5-11中任一项所述的方法，其中，在球体之前注入置替液。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述置替液用于控制所述剪切胶凝流体的pH值。
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