CN103450867A - 一种解决水锁效应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解决水锁效应的方法。所述方法为向产生水锁的孔道内添加功能性粉体，消除水锁。所述的功能性粉体为两亲型粉体或由超亲水型粉体和疏水型粉体组成的混合粉体，所述功能性粉体的颗粒密度＞1g/cm3，所述功能性粉体的平均粒径<100微米。本发明的方法简单易行、操作方便，且原料来源广泛，成本低廉。同时，本发明的方法在使用过程中，所述的功能性粉体可以降低液相界面张力，并且由于该功能性粉体为小颗粒固态，易滞留在岩石表面的细小孔洞或缝隙内，对抑制水锁伤害具有很强的持久性。此外，本发明的返排效果与酸化法相比有很大改善，进而能更好地解决水锁效应，从而大大提高油井产能。

Description

一种解决水锁效应的方法
技术领域
本发明涉及一种解决水锁效应的方法。
背景技术
在钻井、完井、修井及开采作业过程中，在许多情况下都会出现外来相在多孔介质中滞留的现象。当另外一种不相混溶相渗入储层；或者多孔介质中原有不相混溶相饱和度增大，都会损害相对渗透率，使储层渗透率及油气相对渗透度都明显降低。当不相混溶相为水相时，这种现象被称作水锁效应。
水锁效应会产生水锁伤害，也就是指油井作业过程中水浸入油层造成的伤害。水浸入后会引起近井地带含水饱和度增加，岩石孔隙中油水界面的毛管阻力增加，以及贾敏效应使原油在地层中比正常产生状态下产生一个附加的流动阻力，宏观上表现为油井原油产量的下降。
对于解决水锁效应的方法研究，目前主要有以下四个方面：（1）增大压差，但圈闭水相饱和度的微量减少必须增加很大的毛管压差，因此这种方法的广泛应用受限；（2）改变岩石表面的润湿性并减小油水相之间的界面张力和气液相之间的表面张力，主要是采用醇或表面活性剂处理，但成本较高；（3）改变孔隙结构，主要采用酸化的方法，但效果并不理想；（4）用蒸发或加热等物理方法削弱水锁效应，但技术困难，效果也比较有限。
虽然表面活性剂也能在一定程度上用于解决水锁效应，但是，一方面表面活性剂的成本较高；另一方面，由于表面活性剂是液态，无法较好地吸附或滞留在岩石表面，只能暂时性解除水锁伤害，如果外来水再次入侵时需要再次采取措施，导致使用成本居高不下，且操作繁琐。
因此，本领域目前迫切需要研究开发新的效果更好、成本更低、实施更为方便的解决水锁效应的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服在油气开采过程中易产生水锁效应，现有的解除水锁效应的方法成本较高、且抑制水锁效应产生的持久性较差的缺陷，而提供一种解决水锁效应的方法，防止水锁在油井作业过程中对原油产量带来的伤害。本发明的解决水锁效应的方法简单易行，能够很好地解决水锁效应，原料来源广泛，成本低廉，且能够持续地抑制水锁效应产生。
本发明提供的技术方案是：一种解决水锁效应的方法，其为向产生水锁的孔道内添加功能性粉体，消除水锁；所述的功能性粉体为两亲型粉体或由超亲水型粉体和疏水型粉体组成的混合粉体，所述功能性粉体的颗粒密度＞1g/cm3，所述功能性粉体的平均粒径<100微米；所述的两亲型粉体是表面与水的接触角在5°～90°之间的粉体，所述的超亲水型粉体是表面与水的接触角＜5°的粉体，所述的疏水型粉体是表面与水的接触角＞90°的粉体。
本发明中，所述的水锁效应为油气开采过程中常规所述的水锁效应。
本发明中，所述功能性粉体的添加量以实际操作所需而定。一般而言，以内径为1cm的孔道添加10mg～30mg粉体为宜，即所述功能性粉体的添加量为10～30mg/cm内径，分次投料至水锁解除即可。本发明的粉体在实际使用的过程中，既可以在产生水锁的孔道的端口投入粉体，也可以在钻井工程中将粉体添加至钻井液，伴随其进入孔道，前述操作均可达到解除水锁效应的目的。
本发明中，在所述的混合粉体中，所述的超亲水型粉体与疏水型粉体的质量比较佳地为10/90～90/10，更佳地为30/70～70/30。
所述的超亲水型粉体为本领域常规所述，优选超亲水型金属氧化物粉体和超亲水型硅酸盐粉体中的一种或几种；所述的超亲水型金属氧化物粉体较佳地选自二氧化硅粉体、氧化镁粉体、氧化铜粉体、氧化锌粉体、氧化铝粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体、氧化锰粉体、五氧化二钒粉体、氧化锡粉体、氧化铬粉体和氧化钡粉体中的一种或几种；所述的超亲水型硅酸盐粉体较佳地选自石英粉体、硅藻土粉体、滑石粉体、云母粉体、高岭石粉体和蛭石粉体中的一种或几种。
所述的疏水型粉体为本领域常规所述，优选疏水型高分子粉体和疏水型无机矿物粉体中的一种或几种；所述的疏水型高分子粉体较佳地选自聚偏二氯乙烯粉体、聚苯乙烯粉体、聚偏二氟乙烯粉体、聚氯乙烯粉体、聚氟乙烯粉体、聚四氟乙烯粉体、聚三氟-氯乙烯粉体、聚对苯二甲酸乙二醇酯粉体和聚丙烯腈粉体中的一种或几种；所述的疏水型无机矿物粉体较佳地为石墨粉体和/或碳化硅粉体。
所述的两亲型粉体为经疏水改性后的超亲水型粉体或经亲水改性后的疏水型粉体；所述的经疏水改性后的超亲水型粉体较佳地选自经疏水改性后的超亲水型金属氧化物粉体和经疏水改性后的超亲水型硅酸盐粉体中的一种或几种，较佳地选自经疏水改性后的二氧化硅粉体、氧化镁粉体、氧化铜粉体、氧化锌粉体、氧化铝粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体、氧化锰粉体、五氧化二钒粉体、氧化锡粉体、氧化铬粉体、氧化钡粉体、石英粉体、硅藻土粉体、滑石粉体、云母粉体、高岭石粉体和蛭石粉体中的一种或几种；所述的经亲水改性后的疏水型粉体较佳地选自经亲水改性后的疏水型高分子粉体和经亲水改性后的疏水型无机矿物粉体中的一种或几种，较佳地选自经亲水改性后的聚偏二氯乙烯粉体、聚偏二氟乙烯粉体、聚氯乙烯粉体、聚氟乙烯粉体、聚四氟乙烯粉体、聚三氟-氯乙烯粉体、聚对苯二甲酸乙二醇酯粉体、聚丙烯腈粉体、石墨粉和碳化硅粉体中的一种或几种。所述的疏水改性为本领域常规所述，即在超亲水型粉体上引入疏水基团，使改性后的粉体的表面与水的接触角在5°～90°之间即可；所述的亲水改性为本领域常规所述，即在疏水型粉体上引入亲水基团，使改性后的粉体的表面与水的接触角在5°～90°之间即可。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
相对于现有技术，本发明有以下优势：
1、相对于增大压差法和蒸发或加热等物理方法来削弱水锁效应，其技术困难、应用受限，而本发明技术方法简单易行、操作方便。
2、相对于通过注入醇或其他表面活性剂来降低表面张力以解决水锁效应的方法而言，其成本较高，而本发明使用的功能性粉体不仅原料成本低廉，原料来源广泛，而且效果持久，进而又节约了使用成本。在解决水锁效应的过程中，本发明所述的功能性粉体可降低液相界面张力，并且由于本发明的功能性粉体为小颗粒固态，易滞留在岩石表面的细小孔洞或缝隙内，对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
3、酸化法虽然可以扩大裂缝和基块孔喉尺寸，减小毛管压力，促进水的快速返排，但因砂岩的可溶性差、增大流通通道的尺寸困难等原因，酸化法在应用中促进返排的效果并不理想。另外，酸液若选择不当还可能使水锁危害问题进一步恶化。而本发明的返排效果与酸化法相比有了很大改善，进而可有效地解决水锁效应，从而大大提高油井产能。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，所用部分试剂和原料的获得途径如下：
超亲水型TiO2粉体（货号：T104943）购于阿拉丁公司；
疏水型聚偏二氯乙烯粉体（牌号：506）购于美国陶氏化学公司；
超亲水型硅藻土粉体（型号：CD06）购于嵊州市华力硅藻土制品有限公司；
疏水型碳化硅粉体（粒度范围：12#-90#）购于上海上磨磨料磨具有限公司；
超亲水型氧化铝粉体（型号：DK410-2）购于北京德科岛金有限公司；
疏水型石墨粉体（产品编号：20019128）购于国药集团试剂有限公司；
超亲水型石英粉体（粒度：100-150目）购于上海津沅石英砂有限公司；
疏水型聚氟乙烯粉体（牌号：6010/0001）购于麦迪卡贸易有限公司；
超亲水型氧化锌粉体（型号：ZHZn-01）购于无锡泽辉化工有限公司；
疏水型聚四氟乙烯粉体（货号：P110094）购于阿拉丁公司；
疏水改性的TiO2粉体（型号：VK-TA18S）购于杭州万景新材料有限公司；
亲水改性的聚苯乙烯粉体（牌号：JNS-PC01-180）购于南京市捷纳思新材料有限公司。
下述实施例中，对于解决水锁效应的效果的实验室评价方法如下：
第一步：水锁效应的实验室模拟
水锁效应的实验室模拟是在一特制管道系统装置内进行的。此特制管道系统装置是由两个或两个以上内径为4mm的相同U型透明管道组成，U型管道一侧的端口直通大气；另一侧的端口并联相通，并外接气路，当气体通入时可使各U型管道内产生相同的气压。在各U型管道内分别添加120微升纯水，然后打开气路，通入一定压力的气体，使得原处于U型管道底部的水移至管道直通大气的一侧并且滞留（气压不可过大，以免所添加的水冲出管道），即产生了水锁效应。
第二步：水锁效应解除的评价
在气压恒定条件下，向其中一个U型管道内投入一定量的本发明中所述粉体，可观察到未添加粉体的U型管道内持续保持着水锁的状态，而添加粉体的U型管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应得到解除。
第三步：抑制水锁伤害的持久性评价
在所述的水锁效应解除实验完成2小时后，向水锁解除的U型管道内再次添加120微升纯水，观察管道内是否会产生水锁效应。若未出现水锁效应，则可重复上述步骤，直至此管道内再次产生水锁，并记录产生水锁前所添加水的次数，即抑制水锁的次数，并以此来表征抑制水锁伤害的持久性。
实施例1添加超亲水型TiO2/疏水型聚偏二氯乙烯的混合粉体解决水锁效应
将10mg质量比例为90/10的超亲水型TiO2/疏水型聚偏二氯乙烯混合粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中TiO2的接触角接近0°，聚偏二氯乙烯接触角为120°。
结论：在添加超亲水型和疏水型混合粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例2添加超亲水型硅藻土/疏水型碳化硅的混合粉体解决水锁效应
将10mg质量比例为70/30的超亲水型硅藻土/疏水型碳化硅的混合粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中硅藻土粉体接触角接近0°，碳化硅粉体接触角为110°。
结论：在添加超亲水型和疏水型混合粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例3添加超亲水型氧化铝/疏水型石墨粉的混合粉体解决水锁效应
将10mg质量比例为50/50的超亲水型氧化铝/疏水型石墨粉混合粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中氧化铝接触角接近0°，石墨粉接触角为100°。
结论：在添加超亲水型和疏水型混合粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例4添加超亲水型石英粉/疏水型聚氟乙烯的混合粉体解决水锁效应
将10mg质量比例为30/70的超亲水型石英粉/疏水型聚氟乙烯混合粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中石英粉的接触角接近0°，聚氟乙烯接触角为130°。
结论：在添加超亲水型和疏水型混合粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例5添加超亲水型氧化锌/疏水型聚四氟乙烯的混合粉体解决水锁效应
将10mg质量比例为10/90的超亲水型氧化锌/疏水型聚四氟乙烯混合粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中氧化锌接触角接近0°，聚四氟乙烯接触角为130°。
结论：在添加超亲水型和疏水型混合粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例6添加经疏水改性的TiO2粉体解决水锁效应
将10mg经疏水改性TiO2粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中疏水改性TiO2粉体的接触角为80°。
结论：在添加疏水改性的超亲水型粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
实施例7添加经亲水改性聚苯乙烯粉体解决水锁效应
将10mg经亲水改性聚苯乙烯粉体添加至产生水锁效应后的管道内，观察到此管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除。
按照所述抑制水锁伤害的持久性的评价方法，在向该管道内第20次添加水时，依然未出现水锁效应，即抑制水锁伤害的次数在20次以上。
其中亲水改性聚苯乙烯粉体的接触角为15°。
结论：在添加亲水改性的疏水型粉体后可以解决水锁效应，并对抑制水锁伤害具有很强的持久性。
对比例1添加甲醇解决水锁效应
除将10mg TiO2/疏水型聚偏二氯乙烯的混合粉体替换为10mg甲醇之外，所有条件和操作均同实施例1。观察到管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除，但是甲醇抑制水锁的次数为0次。
结论：醇类能够解除水锁效应，但是对于抑制水锁伤害的持久性很差。
对比例2添加吐温80解决水锁效应
除将10mg TiO2/疏水型聚偏二氯乙烯的混合粉体替换为10mg吐温80之外，所有条件和操作均同实施例1。观察到管道内的水返排至管道外，气路打通，水锁效应解除，但是吐温80抑制水锁的次数仅为2次。
结论：表面活性剂能够解除水锁效应，但是对于抑制水锁伤害的持久性较差。

Claims (10)

1.一种解决水锁效应的方法，其特征在于，其为向产生水锁的孔道内添加功能性粉体，消除水锁；所述的功能性粉体为两亲型粉体或由超亲水型粉体和疏水型粉体组成的混合粉体，所述功能性粉体的颗粒密度＞1g/cm3，所述功能性粉体的平均粒径<100微米；所述的两亲型粉体是表面与水的接触角在5°～90°之间的粉体，所述的超亲水型粉体是表面与水的接触角＜5°的粉体，所述的疏水型粉体是表面与水的接触角＞90°的粉体。
2.如权利要求1所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述功能性粉体的添加量为10～30mg/cm内径。
3.如权利要求1所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，在所述的混合粉体中，所述的超亲水型粉体与疏水型粉体的质量比为10/90～90/10。
4.如权利要求3所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，在所述的混合粉体中，所述的超亲水型粉体与疏水型粉体的质量比为30/70～70/30。
5.如权利要求1所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的超亲水型粉体选自超亲水型金属氧化物粉体和/或超亲水型硅酸盐粉体；所述的疏水型粉体选自疏水型高分子粉体和/或疏水型无机矿物粉体。
6.如权利要求5所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的超亲水型金属氧化物粉体选自二氧化硅粉体、氧化镁粉体、氧化铜粉体、氧化锌粉体、氧化铝粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体、氧化锰粉体、五氧化二钒粉体、氧化锡粉体、氧化铬粉体和氧化钡粉体中的一种或几种；所述的超亲水型硅酸盐粉体选自石英粉体、硅藻土粉体、滑石粉体、云母粉体、高岭石粉体和蛭石粉体中的一种或几种。
7.如权利要求5所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的疏水型高分子粉体选自聚偏二氯乙烯粉体、聚苯乙烯粉体、聚偏二氟乙烯粉体、聚氯乙烯粉体、聚氟乙烯粉体、聚四氟乙烯粉体、聚三氟-氯乙烯粉体、聚对苯二甲酸乙二醇酯粉体和聚丙烯腈粉体中的一种或几种；所述的疏水型无机矿物粉体为石墨粉体和/或碳化硅粉体。
8.如权利要求1所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的两亲型粉体为经疏水改性后的超亲水型粉体或经亲水改性后的疏水型粉体。
9.如权利要求8所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的经疏水改性后的超亲水型粉体选自经疏水改性后的超亲水型金属氧化物粉体和经疏水改性后的超亲水型硅酸盐粉体中的一种或几种；所述的经亲水改性后的疏水型粉体选自经亲水改性后的疏水型高分子粉体和经亲水改性后的疏水型无机矿物粉体中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的解决水锁效应的方法，其特征在于，所述的经疏水改性后的超亲水型粉体选自经疏水改性后的二氧化硅粉体、氧化镁粉体、氧化铜粉体、氧化锌粉体、氧化铝粉体、氧化钛粉体、氧化铁粉体、氧化锰粉体、五氧化二钒粉体、氧化锡粉体、氧化铬粉体、氧化钡粉体、石英粉体、硅藻土粉体、滑石粉体、云母粉体、高岭石粉体和蛭石粉体中的一种或几种；所述的经亲水改性后的疏水型粉体选自经亲水改性后的聚偏二氯乙烯粉体、聚偏二氟乙烯粉体、聚氯乙烯粉体、聚氟乙烯粉体、聚四氟乙烯粉体、聚三氟-氯乙烯粉体、聚对苯二甲酸乙二醇酯粉体、聚丙烯腈粉体、石墨粉和碳化硅粉体中的一种或几种。
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