CN103265934B

CN103265934B - 一种注水井调剖剂、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN103265934B
Application number: CN201310157620.1A
Authority: CN
Inventors: 刘平德; 魏发林; 张松; 熊春明
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: CN103265934A

Abstract

本发明提供了一种注水井调剖剂、制备方法及其应用，所述调剖剂由如下重量份成分制备而成：丙烯酰胺3～4份、膨润土3～5份、改性聚丙烯纤维0.1～0.2份、引发剂0.1～0.2份、交联剂0.1～0.3份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。该注水井调剖剂具备一定的粘弹性、抗剪切性能，克服了单一使用无机膨润土制备无机凝胶调剖剂脆性大而不耐冲刷的缺陷，同时具有耐温、耐冲刷、调剖有效期长等优异特点。

Description

一种注水井调剖剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及油田开发过程中的采油技术领域，特别涉及一种注水井调剖剂、制备方法及其应用。

背景技术

在油田水驱开采中，经过几十年的注水开发，油藏的非均值状况进一步恶化，油层某些部位出现了中、高渗透层，导致大量的注入水无效循环，采收率降低，注水效果变差。为了改善水驱开发效果，在工程技术方面，发展了分层注水、堵水（机械卡封与化学堵水）调剖等。尤其是化学堵水调剖方面，近几十年来研发了多种调堵剂。

在《石油勘探与开发》1997年24卷第3期，《地层内聚合丙烯酰胺凝胶堵水封窜技术》文章中，描述了将6%丙烯酰胺、0.05%交联剂亚甲基双丙烯酰胺，利用引发剂过硫酸铵引发交联聚合形成强凝胶，对大孔道进行封堵。但该方法成本较高，难以推广应用。

在《石油与天然气化工》2004年33卷2期，《复合无机凝胶的研制与性能》中描述了当各物质的重量百分含量分别为：粘土含量70%、硅酸钠含量20%、PAM含量10%、稳定剂含量l%、反应温度80℃、反应时间9h条件下，可以得到耐温耐盐性能较好的复合无机凝胶。但该复合物的缺点是有效期相对较短。

基于上述缺点，本发明人经过潜心研究，在付出了大量创造性劳动后，针对现有调剖技术成本高、不耐冲刷、有效期变短等的不足，在普通无机凝胶的基础上，加入无机膨润土、丙烯酰胺、纤维材料、交联剂与引发剂，得到了本发明的新型复合调剖剂。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种注水井调剖剂。

本发明的另一目的在于提供所述注水井调剖剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述注水井调剖剂的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种注水井调剖剂，所述调剖剂由如下重量份成分制备而成：丙烯酰胺3～4份、膨润土3～5份、改性聚丙烯纤维0.1～0.2份、引发剂0.1～0.2份、交联剂0.1～0.3份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。

根据本发明所述的注水井调剖剂，所述调剖剂由如下重量份成分制备而成：丙烯酰胺4份、膨润土4份、改性聚丙烯纤维0.15份、引发剂0.15份、交联剂0.15份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。

除非另有规定和/或说明，自始至终，在本发明中所有涉及组分用量的数值均为“重量份”。

本发明通过在调剖剂中加入纤维材料，可以大大增强所制备的调剖剂的抗冲刷能力，并同时具备更优良的凝胶强度与弹性。

根据本发明所述的注水井调剖剂，所述引发剂可以为现有技术调剖剂的引发剂，本发明为了更好的和纤维材料及其他成分配合，以得到性能更为优良的调剖剂，优选所述引发剂为碱金属的过硫酸盐，或者过氧化氢；

其中碱金属的过硫酸盐优选为过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾中的一种或多种的混合；

其中最优选为过硫酸铵。

所述的膨润土为本领域所常用，本领域技术人员可以选择任何市售的膨润土用于本发明，譬如，优选使用无机钠膨润土。

根据本发明所述的注水井调剖剂，所述交联剂可以为现有技术调剖剂的交联剂，本发明为了更好的和纤维材料及其他成分配合，以得到性能更为优良的调剖剂，优选所述交联剂为聚乙烯亚胺、戊二醛、乙二醛、N-羟甲基丙烯酰胺或N，N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种的混合；

其中最优选为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

根据本发明所述的注水井调剖剂，所述改性聚丙烯纤维可以采用本领域常规的改性聚丙烯纤维，本发明优选采用密度为0.9～0.95g/cm³的改性聚丙烯纤维。

本发明意外发现，改性后的亲水性纤维材料可与调剖剂其它主要成分更均匀结合在一起，从而不易从调剖剂胶冻中抽脱出来，可以更进一步提高调剖剂的抗冲刷能力及强度，故本发明更优选所述纤维材料亲水性为回潮率4.2～4.5。

聚丙烯纤维的回潮率筛选要求如下：

分别取自来水100g，丙烯酰胺3～4g，无机钠膨润土3～5g，用高速搅拌器混合均匀，然后，加入0.1～0.2份长度3～5mm、直径4～6μm，将不同回潮率的改性聚丙烯纤维（型号JYQ-P）高速搅拌15分钟，考察改性聚丙烯纤维JYQ-P在调剖剂中的分散性能，结果如表1。

表1回潮率对改性聚丙烯纤维JYQ-P在调剖剂溶液中悬浮性能的影响

由表1发现：回潮率在<4.2时，改性聚丙烯纤维JYQ-P不能均匀分布在调剖剂溶液中，最终会导致调剖剂性能变差；当回潮率>4.5时，亲水性虽然提高，分散性能改善，但由于改性过程中加入的改性单体增加，会导致部分改性纤维密沉积在溶液底部，因此，回潮率在4.2～4.5之间时改性聚丙烯纤维比较均匀分布在调剖剂溶液，其中更优选为4.3。

本发明所述的改性聚丙烯纤维可以为本领域所常规使用的改性聚丙烯纤维，本领域技术人员均可清楚知晓适于本领域使用的聚丙烯纤维，即通过亲水性改性的聚丙烯纤维，如丙烯酸接枝改性的聚丙烯纤维；

而这种改性方法也为本领域技术人员所熟知，譬如采用固相接枝的方法，使用过氧化苯二甲酰(BPO)、溶剂二甲苯等，将丙烯酸接枝到聚丙烯纤维分子结构上，得到接枝改性聚丙烯纤维，以提高纤维的亲水性能；

其中最优选的为改性聚丙烯纤维JYQ-P；

譬如帝翔实业有限公司生产的改性聚丙烯纤维JYQ-P。

根据本发明所述的注水井调剖剂，为了更进一步增强纤维材料在调剖剂中的结合能力，更优选所述纤维材料的纤维长度为3～5mm，直径为4～6μm。

其中更优选纤维长度4mm、直径5μm。

另一方面，本发明还提供了所述注水井调剖剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：在水中加入丙烯酰胺、无机钠膨润土和改性聚丙烯纤维，常温下搅拌均匀，再加入引发剂、交联剂，静置反应制得所述注水井调剖剂。

本发明的注水井调剖剂按照现有常规调剖剂制备方法制备即可，而本发明中优选在水中依次加入丙烯酰胺、无机钠膨润土和改性聚丙烯纤维，常温下搅拌15分钟。

其中优选所述改性聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维JYQ-P。

再一方面，本发明还提供了所述注水井调剖剂在注水井调剖中的应用。

综上所述，本发明提供了一种注水井调剖剂、制备方法及其应用。本发明的注水井调剖剂具有如下优点：

本发明合成的新型复合调剖剂，除具备了一定强度，成胶时间可调的特点外，还具备一定的耐冲刷性能，延长凝胶注水井调剖的有效期，迫使后续注入水转向渗透率较低的油层，可提高注水波及效率与原油采收率。本发明的效果主要体现在以下三个方面：

（1）新型复合调剖剂凝胶强度较高，凝胶粘度达到8000mPa.s以上，成交时间8～15小时可调。

（2）与加入不同长度与直径的改性聚丙烯纤维及交联剂合成的调剖剂相比，新型复合调剖剂因加入了无机钠膨润土与纤维材料，凝胶体耐冲刷性能得到明显改善。

（3）在模拟中、高渗透层的岩心管驱替实验中，新型复合调剖剂的流动阻力、耐冲刷性能有了较大的提高。

附图说明

图1-图4分别是本发明实施例1-4的调剖剂的注入速度与注入压力关系图，其中表示交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺及加入不同长度与直径的改性聚丙烯纤维JYQ-P合成的调剖剂的注入速度与注入压力关系。其中，交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺合成调剖剂的注入速度与注入压力关系变化趋势类似于N，N-亚甲基双丙烯酰胺合成调剖剂的注入速度与注入压力关系变化。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

测试凝胶粘度的仪器包括：Brookfield DV-Ⅱ旋转粘度计，4号转子，剪切速率7.34s^-1。

以自来水为例，新型复合调剖剂粘度在8000～20000mPa.s之间，成胶时间在8～15小时可调，具有一定的强度，地面粘度较低（<20mPa.s），便于大剂量注入，能满足施工工艺要求。

下面实施例中各组分以重量份计。

实施例1：

（1）调剖剂的配制

新型复合调剖剂是由3份丙烯酰胺、3份无机钠膨润土、0.1份改性聚丙烯纤维JYQ-P（纤维长度分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，纤维直径分别为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm，回潮率4.2～4.5，0.91g/cm³，与93.7份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后依次加入0.1份过硫酸铵、0.1份交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺或N-羟基丙烯酰胺，获得新型复合调剖剂。

（2）凝胶粘度的测定

在实验室内取样品置于具塞广口瓶中，在50℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现15小时后生成的调剖剂初步成胶，测得的表观粘度分别为为9800mPa.s、9500mPa.s、12000mPa.s、11500mPa.s、14500mPa.s、13300mPa.s、13000mPa.s、12100mPa.s、11200mPa.s、10000mPa.s。

（3）调剖剂的岩心驱替实验

将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将加入长度、直径不同的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂合成的调剖剂与本发明复合调剖剂分别注入充填了相同粒径石英砂的岩心管）中，将岩心管两端密封，置于50℃恒温干燥箱中恒温72小时，使其成胶，而后注入水进行驱替实验，进一步考察调剖剂的耐冲刷能力，结果见图1与表2中。

表2调剖剂封堵性能

注：实验1、3、5、7、9中的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；实验2、4、6、8、10中交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺。

由表2中可见，由改性聚丙烯纤维JYQ-P长度、直径分别为3～5mm、直径4～6μm，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺时合成的调剖剂，封堵率均大于80%以上，与使用其它不同长度与直径的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺合成的对比调剖剂相比，本发明调剖剂注入压力与耐冲刷能力明显提高。

实施例2：

（1）调剖剂的配制

新型复合调剖剂是由3份丙烯酰胺、4份无机钠膨润土、0.15份改性聚丙烯纤维JYQ-P（纤维长度分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，纤维直径分别为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm，回潮率4.2～4.5与92.5份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后依次加入0.15份过硫酸铵、0.20份N，N-亚甲基双丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，获得新型复合调剖剂。

（2）凝胶粘度的测定

取样品在实验室内置于具塞广口瓶中，在50℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现12小时后生成的调剖剂初步成胶，11000mPa.s、10000mPa.s、13000mPa.s、12500mPa.s、17000mPa.s、16000mPa.s、15000mPa.s、13800mPa.s、12000mPa.s、11500mPa.s。

（3）调剖剂的岩心驱替实验

将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将加入长度、直径不同的改性聚丙烯纤维JYQ-P合成的调剖剂与本发明复合调剖剂分别注入充填了相同粒径石英砂的岩心管）中，将岩心管两端密封，置于50℃恒温干燥箱中恒温72小时，使其成胶，而后注入水进行驱替实验，进一步考察调剖剂的耐冲刷能力，结果见图2与表3中。

表3调剖剂封堵性能

注：实验1、3、5、7、9中的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；实验实验2、4、6、8、10中交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺。

由表3中可见，由改性聚丙烯纤维JYQ-P长度、直径分别为3～5mm、直径4～6μm，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺时合成的调剖剂，封堵率均大于80%以上，与使用其它不同长度与直径的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺合成的对比调剖剂相比，本发明调剖剂注入压力与耐冲刷能力明显提高。

实施例3：

（1）调剖剂的配制

新型复合调剖剂是由4份丙烯酰胺、4份无机钠膨润土、0.15份改性聚丙烯纤维JYQ-P（纤维长度分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，纤维直径分别为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm，回潮率4.2～4.5）与91.55份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后依次加入0.15份过硫酸铵、0.15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，获得新型复合调剖剂。

（2）凝胶粘度的测定

取样品在实验室内置于具塞广口瓶中，在50℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的调剖剂初步成胶12000mPa.s、10000mPa.s、14000mPa.s、13000mPa.s、18800mPa.s、17500mPa.s、16300mPa.s、15600mPa.s、13000mPa.s、12000mPa.s。

（3）调剖剂的岩心驱替实验

将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将加入长度、直径不同的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂合成的调剖剂与本发明复合调剖剂分别注入充填了相同粒径石英砂的岩心管）中，将岩心管两端密封，置于50℃恒温干燥箱中恒温72小时，使其成胶，而后注入水进行驱替实验，进一步考察调剖剂的耐冲刷能力，结果见图3与表4中。

表4调剖剂封堵性能

由表4中可见，由改性聚丙烯纤维JYQ-P长度、直径分别为3～5mm、直径4～6μm，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺时合成的调剖剂，封堵率均大于80%以上，与使用其它不同长度与直径的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺合成的对比调剖剂相比，本发明调剖剂注入压力与耐冲刷能力明显提高。

实施例4：

（1）调剖剂的配制

新型复合调剖剂是由3.5份丙烯酰胺、5份无机钠膨润土、0.2份改性聚丙烯纤维JYQ-P（纤维长度分别为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，纤维直径分别为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm，回潮率4.2～4.5与90.8份的大庆模拟盐水，加入到具塞广口瓶中，搅拌10分钟使其完全溶解，然后依次加入0.20份过硫酸铵、0.30份N，N-亚甲基双丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，获得新型复合调剖剂。

（2）凝胶粘度的测定

取样品在实验室内置于具塞广口瓶中，在50℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现8小时后生成的调剖剂初步成胶，11000mPa.s、10600mPa.s、13500mPa.s、13000mPa.s、17100mPa.s、16000mPa.s、15500mPa.s、14200mPa.s、12600mPa.s、12000mPa.s。

（3）调剖剂的岩心驱替实验

将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将加入长度、直径不同的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂合成的调剖剂与本发明复合调剖剂分别注入充填了相同粒径石英砂的岩心管）中，将岩心管两端密封，置于50℃恒温干燥箱中恒温72小时，使其成胶，而后注入水进行驱替实验，进一步考察调剖剂的耐冲刷能力，结果见图4与表5中。

表5调剖剂封堵性能

由表5中可见，由改性聚丙烯纤维JYQ-P长度、直径分别为3～5mm、直径4～6μm，交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺时合成的调剖剂，封堵率均大于80%以上，与使用其它不同长度与直径的改性聚丙烯纤维JYQ-P及交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺合成的对比调剖剂相比，本发明调剖剂注入压力与耐冲刷能力明显提高。

Claims

1.一种注水井调剖剂，其特征在于，所述调剖剂由如下重量份成分制备而成：丙烯酰胺3～4份、膨润土3～5份、改性聚丙烯纤维0.1～0.2份、引发剂0.1～0.2份、交联剂0.1～0.3份、余量为水；以上述成分总重量为100份计；

所述改性聚丙烯纤维的密度为0.9～0.95g/cm³；

所述改性聚丙烯纤维回潮率为4.2～4.5；

所述改性聚丙烯纤维的纤维长度为3～5mm，直径为4～6μm。

2.根据权利要求1所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述调剖剂由如下重量份成分制备而成：丙烯酰胺4份、膨润土4份、改性聚丙烯纤维0.15份、引发剂0.15份、交联剂0.15份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。

3.根据权利要求1或2所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸铵或碱金属的过硫酸盐。

4.根据权利要求3所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述碱金属的过硫酸盐为过硫酸钠或过硫酸钾中的一种或多种的混合。

5.根据权利要求1或2所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述交联剂为聚乙烯亚胺、戊二醛、乙二醛、N-羟甲基丙烯酰胺或N，N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种的混合。

6.根据权利要求5所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

7.根据权利要求1所述的注水井调剖剂，其特征在于，所述改性聚丙烯纤维的纤维长度为4mm、直径5μm。

8.权利要求1～7任意一项注水井调剖剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在水中依次加入丙烯酰胺、膨润土和改性聚丙烯纤维，常温下搅拌均匀，再加入引发剂、交联剂，静置反应，制得所述注水井调剖剂。

9.权利要求1～7任意一项注水井调剖剂在注水井调剖中的应用。