CN103361039B

CN103361039B - 利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法

Info

Publication number: CN103361039B
Application number: CN201310333301.1A
Authority: CN
Inventors: 李华坤; 罗陶涛; 吴正良
Original assignee: CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: CN103361039A

Abstract

本发明公开了一种利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其步骤如下：a、将凝胶交联体系和凝胶引发剂均匀混合，溶液内无鱼眼状即可，形成流体溶液；b、待流体溶液配置完后，将流体溶液经由泵送到井筒中，侯凝形成凝胶；c、当地表作业完成后，向井筒中的凝胶泵入破胶剂水溶液，破胶剂水溶液中破胶剂的质量比为2-5%，破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的0.1-2%；d、当泵入的破胶剂水溶液与凝胶接触后，破胶剂使凝胶失去封堵性能，破胶后的凝胶流体返出地面。本封堵方法工艺简单、所封堵的流体凝胶成本低廉，具有极高的耐压性。

Description

利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法

技术领域

本发明涉及一种利用地层温度生成凝胶封隔阀封堵油气层的流体的制备方法，所制备的流体凝胶特别适合于油气藏作为套管阀在储层和地面之间形成一段隔离区域，便于井口拆装等低压作业。

背景技术

对中低压储层井口施工作业过程中，为了防止地层流体（油、气、水）从地层中涌出井口造成危险，常常在井筒一定深度中下放安装机械类封隔器，在井筒与地表之间形成封堵，便于井口施工作业。

目前采用的机械类套管阀价格比较高，且设备主要以进口为主，国内研制的还处于推广阶段，费用高（进口设备约220万元/套，国产设备约120万元/套），进口设备现场技术服务费用高达40-60万元/井次。由于是机械套管阀，受井筒形状的影响较大（当井筒封隔区域因其他因素受损变形断裂等时，机械类套管阀难以形成封堵或存在密封性不强的风险，常发生无法正常开关或关闭不严等问题，一旦失效则无补救措施）。

公开号为CN102276771A，公开日为2011年12月14日的中国专利文献公开了一种井下凝胶段塞及其制备方法，其特征在于其组成为单体、交联剂、引发剂、密度调节剂、粘度调节剂和水；其中各组分的重量百分比为：单体：4.5-9%；交联剂：0.1-0.14%；引发剂：0.005-0.06%；密度调节剂：5-10%；粘度调节剂：0.1-1.0%；水：余量；按配方比例，将单体、交联剂溶解在水中，然后加入粘度调节剂搅拌分散均匀，随后加入密度调节剂搅拌分散均匀，最后在注入前加入引发剂，混合均匀后即制成凝胶段塞基液，将凝胶段塞基液注入井筒预定位置即形成凝胶段塞。本发明的凝胶段塞在井下能安全有效封隔井筒，实现不压井起下钻，具有强度高、耐温性好，制备方法简单，经济效益好的特点。

但以上述专利文献为代表的现有技术，仍然存在以下缺陷：

1、现有专利文献中，都没有公开利用上述凝胶进行封堵的方法；

2、现有的凝胶配方较为复杂，凝胶成本较高，且耐压性密封性不够；

3、现有的凝胶配方成胶后保水性能较差，缺少在凝胶中更好的保水单体；

4、交联剂只采用了过硫酸钾或过硫酸铵属于水溶性无机过氧类凝胶引发剂，该类引发剂受温度的影响大，即必须在一定温度下才能引发反应且反应容易产生凝胶的不均匀，局部容易脱水。

5、现有专利文献中，采用的是钻头机械式破粹凝胶来解堵的方法，但对具有粘弹性的凝胶，机械破粹很难实现。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的不足，本发明提供了一种可以封隔地层和地表之间的连通通道，消除井筒套管受损变形断裂无法实现机械类封隔地层，达到顺利实施欠平衡作业的流体凝胶的封堵方法，本封堵方法工艺简单、所封堵的流体凝胶成本低廉，具有极高的耐压性。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于步骤如下：

a、将凝胶交联体系和凝胶引发剂均匀混合，溶液内无鱼眼状即可，形成流体溶液；

b、待流体溶液配置完后，将流体溶液经由泵送到井筒中，侯凝形成凝胶；

c、当地表作业完成后，向井筒中的凝胶泵入破胶剂水溶液，破胶剂水溶液中破胶剂的质量比为2-5%，破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的0.1-2%；

d、当泵入的破胶剂水溶液与凝胶接触后，破胶剂使凝胶的高分子链断裂粘度降低，失去封堵性能，当凝胶粘度降低到一定幅度后，采用氮气、二氧化碳等惰性气体或地层流体的作用下，破胶后的凝胶流体返出地面；

所述a步骤中，水、引发单体和交联单体形成所述凝胶交联体系，凝胶交联体系与凝胶引发剂之间的重量份配比为10-30:1；

以形成的凝胶的总质量百分比计，加入的引发单体占2-15%，交联单体占0.1-5%，凝胶引发剂占0.1-2%，其余为水。

所述的凝胶破胶剂选自以下破胶剂类中的一种或两种以上的任意组合：氧化破胶剂、胶囊氧化破胶剂和酶破胶剂。

所述的氧化破胶剂是过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。

所述的胶囊氧化破胶剂采用树脂、石蜡或聚酰胺胶囊包裹过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或混合物。

所述的酶破胶剂是SUN-Y100生物酶破胶剂或SUN-Y500生物酶破胶剂。

所述的引发单体采用丙烯酰胺，分别与N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的任意比例的组合。

所述交联单体是指N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。

所述凝胶引发剂选自以下一种或两种以上任意比例混合的凝胶引发剂：1）水溶性偶氮类凝胶引发剂；2）水溶性有机过氧化物凝胶引发剂；3）水溶性氧化-还原凝胶引发剂。

所述的水溶性偶氮类凝胶引发剂是偶氮双（二眯基丙烷）二盐酸盐（V44）或偶氮二异丙基咪唑啉。

所述的水溶性有机过氧化物凝胶引发剂是叔丁基过氧化氢。

所述的水溶性氧化-还原凝胶引发剂是：叔丁基过氧化氢与焦亚硫酸钠的任意比例混合物、过硫酸铵与亚硫酸氢钠的任意比例混合物、过硫酸钾与亚硫酸氢钠的任意比例混合物、过氧化氢与酒石酸的任意比例混合物、过氧化氢与雕白块的任意比例混合物、过硫酸铵与硫酸亚铁的任意比例混合物或过氧化氢与硫酸亚铁的任意比例混合物。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明中，采用abcd四个步骤形成工艺方法，工艺过程简单，特别是，向井筒中的凝胶泵入破胶剂水溶液，破胶剂水溶液中破胶剂的质量比为2-5%，破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的0.1-2%，这样的处理方式，采用化学破胶可适用于脆性凝胶或粘弹性凝胶，解决了机械破碎较难实现的技术难题。

以重量份计组分和配比如下：凝胶交联体系：10-30；凝胶引发剂：1；这样的方式配方简单、成本低廉，具有极高的耐压性。选用这样特定的比例，是因为经过若干次实验测得：若比例过高不容易形成凝胶，若比例过低，形成的凝胶容易脱水。

以形成的流体凝胶的总质量百分比计，加入的引发单体占2-15%，交联单体占0.1-5%，凝胶引发剂占0.1-2%，其余为水，选用这样特定的比例，是因为经过若干次实验测得：单体比例过高，不容易形成凝胶，交联单体过高容易脱水，引发剂比例过高容易成胶后破胶。

2、本发明中，氧化破胶剂中过硫酸铵最好，破胶后粘度较低；胶囊氧化破胶剂中过硫酸铵树脂类胶囊破胶剂最好，过硫酸铵树脂类胶囊破胶剂可以使破胶剂接触凝胶后才在温度条件下缓慢释放过硫酸铵，避免过硫酸铵过早消耗；酶破胶剂中SUN-Y500生物酶破胶剂最好，该破胶剂破胶速度较快，温度范围广。

3、本发明中，凝胶流体可以用于不同的油气井的欠平衡作业领域，特别是用于中低压油气井的欠平衡作业领域。

4、本发明中，引发单体采用丙烯酰胺，分别与N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的任意比例的组合，采用这样特定组合方式最后形成的凝胶保水性能更好，有利于凝胶的稳定和凝胶的密封性能。

5、本发明中，交联单体选用N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，是为了提供交联基团。

6、本发明中，所述凝胶引发剂选用水溶性氧化-还原凝胶引发剂最好，该凝胶引发剂可充分利用氧化还原基本原理调整所需成胶时间和成胶所需温度。

7、本发明中，水溶性偶氮类凝胶引发剂中偶氮双（二眯基丙烷）二盐酸盐（V44）最好，引发温度范围较广，达35～70℃。

8、本发明中，水溶性氧化-还原凝胶引发剂过硫酸铵与亚硫酸氢钠最好，引发温度范围较广，达35～90℃。

9、本发明中，以流体凝胶总质量百分比计，引发单体占2-8%，交联单体占0.5-1%，凝胶引发剂占0.5-1%，其余为水。以这样的配比方式为本发明的最佳配比，形成的凝胶不易脱水封堵能力强。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的最佳实施方式，其方法如下：

S1：将凝胶交联体系和凝胶引发剂均匀混合，溶液内无鱼眼状即可，形成流体溶液；混合所采用的装置没有任何限制，可以采用本领域常用的任何装置，例如搅拌泵。

S2：待流体溶液配置完后，将流体溶液经由泵送到井筒中，在地表温度条件下，凝胶未成胶，因此容易泵入，按照施工井的设计量泵入，流体达到所要求井筒深度或地层附近后停泵，由于地层温度远高于地表面，达到凝胶引发剂开始反应温度时引发单体和交联剂发生共聚交联形成凝胶，封隔油气层的流体与地表的链接通道，便于地表欠平衡相关作业。

S3：当地表欠平衡相关作业完成后，向井筒或地层附近的凝胶封隔阀泵入破胶剂。并将其配成水溶液2重量%至5重量%，以单独水溶液的总重量计，破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的0.1重量%至2重量%。

S4：当泵入的破胶剂与凝胶接触后，破胶剂会使凝胶的高分子链断裂粘度降低，失去封堵性能，当凝胶粘度降低到一定幅度后，可采用氮气、二氧化碳等惰性气体或地层流体的作用下，让破胶的凝胶流体返出地面。

所述的氧化破胶剂是过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。

所述交联单体是指N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。

所述的水溶性有机过氧化物凝胶引发剂是叔丁基过氧化氢。

原料及其来源：

丙烯酰胺：成都科龙化工有限公司。

N-羟甲基丙烯酰胺：成都科龙化工有限公司。

丙烯酸钠（丙烯酸和氢氧化钠1:1摩尔比混合生成）：成都科龙化工有限公司。

N,N'-亚甲基双丙烯酰胺：成都科龙化工有限公司。

烯丙基磺酸钠：寿光市松川工业助剂有限公司。

过硫酸钾：成都科龙化工有限公司。

亚硫酸氢钠：成都科龙化工有限公司。

偶氮双（二眯基丙烷）二盐酸盐（V44）：大庆市华兴化工有限责任公司

丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：山东源沣达化工有限公司

SUN-Y100生物酶破胶剂：胜利化工有限责任公司

SUN-Y500生物酶破胶剂：胜利化工有限责任公司

过硫酸铵：成都科龙化工有限公司

过硫酸铵树脂类胶囊破胶剂：北京希涛聚合物公司

测试性能和测试方法：

粘度：采用布氏粘度计进行粘度测试。

封堵压力：采用模拟套管（5寸或4寸），让凝胶在套管内成胶，并采用氮气模拟井底气层，测试凝胶量与凝胶封堵压力的关系，当凝胶开始移动时或封堵压力开始降低时则为其最大封堵压力，根据凝胶在模拟套管中的长度和最大封堵压力数值，计算出每100米凝胶长度的封堵最大强度。

实施例2

作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：

以丙烯酰胺6%和丙烯酸钠2%，与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5%，采用凝胶引发剂偶氮双（二眯基丙烷）二盐酸盐（V44），其余为水，在70℃下，30分钟后成胶粘度为30000mPa.s，在5寸套管内成胶后，最高封堵压力为2.5MPa/100米。其余同实施例1。成胶后向套管注入2.5%过硫酸铵破胶剂水溶液，过硫酸铵破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的1%，在70℃下，1小时后破胶，破胶液表观粘度为20mPa.s。

实施例3

作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：

丙烯酰胺8%和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2%，与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5%，采用水溶性氧化-还原凝胶引发剂过硫酸钾0.3%与亚硫酸氢钠0.2%，其余为水，在40℃下，40分钟后成胶粘度为20000mPa.s，在5寸套管内成胶后，最高封堵压力为2.4MPa/100米。其余同实施例1。成胶后向套管注入2.0%SUN-Y100生物酶破胶剂破胶剂水溶液，SUN-Y100生物酶破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的1%，在40℃下，1.5小时后破胶，破胶液表观粘度为10mPa.s。

实施例4

作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：

丙烯酰胺7%，N-羟甲基丙烯酰胺2%和丙烯酸钠5%，与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5%，采用水溶性氧化-还原凝胶引发剂过硫酸钾0.5%与亚硫酸氢钠0.2%，其余为水，在50℃下，30分钟后成胶粘度为29000mPa.s，在5寸套管内成胶后，封堵压力为2.9MPa/100米。其余同实施例1。成胶后向套管注入2.0%SUN-Y500生物酶破胶剂破胶剂水溶液，SUN-Y500生物酶破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的1%，在50℃下，0.5小时后破胶，破胶液表观粘度为10mPa.s。

实施例5

作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：

丙烯酰胺7%、丙烯酸钠5%和烯丙基磺酸钠2%，与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5%，采用氧化还原引发体系过硫酸钾0.5%和亚硫酸氢钠0.1%，其余为水，在70℃下，25分钟后成胶粘度为32000mPa.s，在4寸套管内成胶后，封堵压力为3.3mPa/100米。其余同实施例1。成胶后向套管注入3.0%过硫酸铵树脂类胶囊破胶剂水溶液，过硫酸铵树脂类胶囊破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的1.5%，在70℃下，1.5小时后破胶，破胶液表观粘度为20mPa.s。

实施例6

作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：

丙烯酰胺10%和烯丙基磺酸钠5%，与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5%，采用氧化还原引发体系过硫酸钾0.5%和亚硫酸氢钠0.4%，其余为水，在50℃下，30分钟后成胶粘度为35000mPa.s，在5寸套管内成胶后，封堵压力为3.0mPa/100米。其余同实施例1。成胶后向套管注入3.0%过硫酸铵水溶液，过硫酸铵破胶剂的总量为凝胶交联体系的总重量的1.0%，在50℃下，1.0小时后破胶，破胶液表观粘度为20mPa.s。

Claims

1.一种利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于步骤如下：

d、当泵入的破胶剂水溶液与凝胶接触后，破胶剂使凝胶失去封堵性能，破胶后的凝胶流体返出地面；

2.根据权利要求1所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述的凝胶破胶剂选自以下破胶剂类中的一种或两种以上的任意组合：氧化破胶剂、胶囊氧化破胶剂和酶破胶剂。

3.根据权利要求1或2所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述的引发单体选用丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的任意组合。

4.根据权利要求3所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述交联单体是指N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。

5.根据权利要求4所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述凝胶引发剂选自以下一种或两种以上任意比例混合的凝胶引发剂：1）水溶性偶氮类凝胶引发剂；2）水溶性有机过氧化物凝胶引发剂；3）水溶性氧化-还原凝胶引发剂。

6.根据权利要求5所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述的水溶性偶氮类凝胶引发剂是偶氮双（二眯基丙烷）二盐酸盐或偶氮二异丙基咪唑啉。

7.根据权利要求5所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述的水溶性有机过氧化物凝胶引发剂是叔丁基过氧化氢。

8.根据权利要求5所述的利用地层温度生成封隔阀封堵气层的流体凝胶的封堵方法，其特征在于：所述的水溶性氧化-还原凝胶引发剂是：叔丁基过氧化氢与焦亚硫酸钠的任意比例混合物、过硫酸铵与亚硫酸氢钠的任意比例混合物、过硫酸钾与亚硫酸氢钠的任意比例混合物、过氧化氢与酒石酸的任意比例混合物、过氧化氢与雕白块的任意比例混合物、过硫酸铵与硫酸亚铁的任意比例混合物或过氧化氢与硫酸亚铁的任意比例混合物。