CN103881682A - 一种高温粘土防膨剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温粘土防膨剂及其制备方法和应用，所述高温粘土防膨剂主要由如下重量比成分制备而成：四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸为3.0-4.0：2.5-3：1-2.5：1.0-1.5：0.5-1.0。本发明的高温粘土防膨剂，主要应用于辽河油田稠油热采过程中，解除油层粘土高温伤害，提高单井产量，特别是在解除各轮次吞吐过程中所造成油层堵塞，改善蒸汽吞吐开采效果方面效果更加显著。
Description
技术领域
本发明涉及石油领域，具体说，涉及一种高温粘土防膨剂及其制备方法和应用。
背景技术
辽河油田稠油产量占总产量的70%以上，目前辽河油田稠油开采的主要方式是蒸汽吞吐、蒸汽驱和SAGD（蒸汽辅助重力泄油），随着勘探开发的不断发展，油田开采到中、后期，高含水、高采出程度，油层在高温下粘土矿膨胀，油层伤害严重，油井产能下降，使得蒸汽吞吐效果越来越差，有近26%的油井（全油田稠油井6560口）失去继续采取蒸汽吞吐经济开采价值。为抑制油层高温下粘土膨胀运移伤害，在稠油热采过程中采取注汽添加剂预防粘土膨胀运移伤害。目前现场常用的注汽添加剂有氯化钾、季铵盐、羟基铝，三种添加剂的耐温性均达不到要求，防膨效果不理想。同时，高温粘土防膨剂，仅仅预防粘土高温下不膨胀问题，已经难以满足稠油热采过程中保护油气层的需要。为此需要研制开发出新型的高温粘土防膨剂，既可以预防粘土在高温下膨胀运移，也能对储层孔隙、粒间粘土矿物具有分散溶解作用，最大限度改善储层，提高渗透率，提高油井单井产量。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高温粘土防膨剂。本发明所述高温粘土防膨剂能够防止非膨胀粘土向膨胀型粘土转化，解除油层堵塞，提高单井产量，最大限度提高稠油热采开发效果。
本发明的另一目的在于提供一种制备本发明所述高温粘土防膨剂的方法。
本发明的再一目的在于提供本发明所述高温粘土防膨剂在防止油井非膨胀粘土向膨胀型粘土转化中的应用。
本发明的又一目的在于提供应用本发明所述高温粘土防膨剂处理油井的方法。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种高温粘土防膨剂，所述高温粘土防膨剂主要由如下重量比成分制备而成：四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸为3.0-4.0：2.5-3：1-2.5：1.0-1.5：0.5-1.0。
其中所述的四羟基合铝酸钠（Na﹝Al(OH)4﹞）：四丁基氟化钠（(C4H9)4NF）：氨基磺酸（NH2SO3H）：软脂酸（C16H32O2）：十八烷酸（C18H36O2）均为市售常规试剂，任何市售符合相应质量标准的上述试剂均可用于本发明并实现本发明目的。
根据本发明所述的高温粘土防膨剂，所述高温粘土防膨剂包括如下重量百分比成分：四羟基合铝酸钠30-40%，四丁基氟化钠25-30%，氨基磺酸10-25%，软脂酸10-15%，十八烷酸5-10%。
发明的高温粘土防膨剂是从分析稠油热采中，油层在高温条件下，粘土矿物对储层造成的伤害原因机理、程度、类型特点入手，结合高温粘土防膨剂构成组份、技术特性，利用化学药剂，通过室内分析、评价、筛选，开发研制出新型的高温粘土防膨剂。
根据本发明所述的高温粘土防膨剂，所述高温粘土防膨剂由包括如下步骤的方法制备而成：
（1）药剂A的制备：称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌均匀，加热至103-105.5℃，搅拌15-35min，冷却至室温，制得药剂A；
其中是优选加热至105℃，搅拌15min；
（2）药剂B的制备：称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌均匀，加热至64.5-65.5℃，搅拌15-45min，冷却至室温，制得药剂B；
其中是优选加热至65℃，搅拌45min；
本发明在实验中发现，在步骤（2）加入药剂顺序必须先加氨基磺酸，后加软脂酸，否则影响氨基磺酸分散溶解速度；
（3）药剂C的制备：称取十八烷酸加入第三反应容器中，搅拌下加热至99.5-100.5℃，搅拌25-35min，冷却至室温，制得药剂C；
其中是优选加热至100℃，搅拌30min；
（4）高温粘土防膨剂制备：室温下，在搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌均匀，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌制备成高温粘土防膨剂。
本发明还在实验中发现，步骤（4）配液时，一定是依次将制备好的药剂A、B加入反应容器中混合均匀后，再缓慢滴加入药剂C，否则易造成混合不均匀，影响药剂性能。
根据本发明所述的高温粘土防膨剂，步骤（4）中药剂C的加入速度为25-35g/min；优选为30g/min。
根据本发明所述的高温粘土防膨剂，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌30min；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌20min；步骤（4）将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌30min，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌45min。
根据本发明所述的高温粘土防膨剂，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，以转速60转/min搅拌；步骤（3）称取十八烷酸加入第三反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（4）在转速45转/min搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中。
另一方面，本发明还提供了制备本发明所述高温粘土防膨剂的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）药剂A的制备：称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌均匀，加热至103-105.5℃，搅拌15-35min，冷却至室温，制得药剂A；
其中是优选加热至105℃，搅拌15min；
（2）药剂B的制备：称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌均匀，加热至64.5-65.5℃，搅拌15-45min，冷却至室温，制得药剂B；
其中是优选加热至65℃，搅拌45min；
（3）药剂C的制备：称取十八烷酸加入第三反应容器中，搅拌下加热至99.5-100.5℃，搅拌25-35min，冷却至室温，制得药剂C；
其中是优选加热至100℃，搅拌30min；
（4）高温粘土防膨剂制备：室温下，在搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌均匀，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌制备成高温粘土防膨剂。
根据本发明所述的方法，步骤（4）中药剂C的加入速度为25-35g/min；
其中优选为30g/min。
根据本发明所述的方法，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌30min；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌20min；步骤（4）将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌30min，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌45min。
根据本发明所述的方法，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，以转速60转/min搅拌；步骤（3）称取十八烷酸加入第三反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（4）在转速45转/min搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中。
再一方面，本发明还提供了本发明所述高温粘土防膨剂在防止油井非膨胀粘土向膨胀型粘土转化中的应用。
本发明的油井非膨胀粘土向膨胀型粘土转化通常发生在高温油层中；所述高温通常指140-350℃。
其中所述油层通常是经过热采的油层；所述热采譬如蒸汽吞吐、蒸汽驱或SAGD。
又一方面，本发明还提供了应用本发明所述高温粘土防膨剂处理油井的方法，所述方法包括如下步骤：利用生产管柱将所述高温粘土防膨剂注入地层，然后顶替高温粘土防膨剂，关井反应24-30小时开井生产；其中，高温粘土防膨剂用量为：用药量：Q=3.14R2hФ，
其中：Q-用药总量（m3） R-处理半径（m）
h-处理厚度（m） Ф-地层孔隙度（%）。
其中顶替液体积可以参照现有技术中顶替液的用量，本发明优选为比管柱环空体积大1-2方。
根据本发明所述的方法，所述高温粘土防膨剂注入地层前，先按照质量比1～1.5：8.5～9将高温粘土防膨剂和水混合均匀，再注入地层；
或者按体积算，注入地层前是将所述高温粘土防膨剂配制成10-15%（体积比）的水溶液。
综上所述，本发明提供了一种高温粘土防膨剂及其制备方法和应用。本发明的高温粘土防膨剂具有如下优点：本发明的高温粘土防膨剂，主要应用于辽河油田稠油热采过程中，解除油层粘土高温伤害，提高单井产量，特别是在解除各轮次吞吐过程中所造成油层堵塞，改善蒸汽吞吐开采效果方面效果更加显著。该发明药剂自2010年6月应用现场以来，先后辽河油田的锦州采油厂、曙光采油厂、锦州采油厂、欢喜岭采油厂、冷家油田公司现场应用，截止2013年2月底累计实施47井次，措施有效率85.8%，取得显著的防膨增产效果，平均单井增油幅度提高63%，累计增油9750吨。
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。
实施例1（泥质含量较高≤5%，油层温度≤85℃）：
合成可配制13.3方15%（体积）水溶液的高温粘土防膨剂实施例：
有关药剂质量配比：
四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸=3：2.5：2.5：1：1；
依据药剂配比定量准备各试剂；检查反应釜（2方）、药剂混配池（20方）是否处于工作状态，配液用水是否顺；
（1）药剂A的制备：定量称取的600kg四羟基合铝酸钠、500kg四丁基氟化钠加入第一反应釜中，室温下均匀搅拌（45转/min）30分钟，将反应釜升温至105℃，在均匀搅拌情况下混合15分钟后冷却至室温，制备成药剂A密封保存；
（2）药剂B的制备：定量称取500kg氨基磺酸、200kg软脂酸加入第二反应釜中，室温下均匀搅拌（60转/min）20分钟，将反应釜升温至65℃，在均匀搅拌情况下混合45分钟后冷却至室温，制备成药剂B密封保存；
（3）药剂C的制备：定量称取200kg十八烷酸加入第三反应釜中，在搅拌（45转/min）条件下，将反应釜温度升高至100℃，均匀搅拌30分钟后冷却至室温，制备成药剂C；
（4）高温粘土防膨剂溶液制备：室温下，在搅拌（45转/min）条件下，依次将制备好的定量药剂A、B加入混配池（第四反应容器）中，均匀搅拌30分钟，再将制备好的药剂C缓慢滴加入（加入速度30ｇ/min）混配池，继续搅拌45分钟，制备成2000kg高温粘土防膨剂。
利用实施例1制备的高温粘土防膨剂，现场实施时，首先制备的高温粘土防膨剂配制成15%（体积比）水溶液，然后连接地面管线（采取从油套环空反注入方法），利用泵车将配制好的高温粘土防膨剂溶液注入地层，然后顶替液将有效药剂顶入地层，关井反应18小时开井直接生产。该实施例主要应用于锦州采油厂锦7、8、45块，截止2012年10月份累计实施19井次，措施有效率85%，平均单井增产幅度65%，平均单井日增油2.1吨，代表井措施效果统计见表1。
表1、高温粘土防膨剂应用效果统计
实施例2（泥质含量较高5～10%，油层温度85～120℃）：
合成可配制16方12.5%（体积）水溶液的高温粘土防膨剂实施例：
有关药剂质量配比：
四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸=3.5：3：1.5：1.25：0.75；
依据药剂配比定量准备各试剂；检查反应釜（2方）、药剂混配池（15方）是否处于工作状态，配液用水是否顺；
（1）药剂A的制备：定量称取的700kg四羟基合铝酸钠、600kg四丁基氟化钠加入第一反应釜中，室温下均匀搅拌（45转/min）20分钟，将反应釜升温至105℃，在均匀搅拌情况下混合35分钟后冷却至室温，制备成药剂A密封保存；
（2）药剂B的制备：定量称取300kg氨基磺酸、250kg软脂酸加入第二反应釜中，室温下均匀搅拌（60转/min）15分钟，将反应釜升温至64.5-65.5℃，在均匀搅拌情况下混合35分钟后冷却至室温，制备成药剂B密封保存；
（3）药剂C的制备：定量称取150kg十八烷酸加入第三反应釜中，在搅拌（45转/min）条件下，将反应釜温度升高至100℃，均匀搅拌30分钟后冷却至室温，制备成药剂C；
（4）高温粘土防膨剂溶液制备：室温下，在搅拌（45转/min）条件下，依次将制备好的定量药剂A、B加入混配池（第四反应容器）中，均匀搅拌45分钟，再将制备好的药剂C缓慢滴加入（加入速度40ｇ/min）混配池，继续搅拌30分钟，制备成2000kg高温粘土防膨剂。
利用实施例2制备的高温粘土防膨剂，现场实施时，首先将制备的高温粘土防膨剂配制成12.5%（体积比）水溶液，然后连接地面管线（采取从油套环空反注入方法），利用泵车将配制好的高温粘土防膨剂溶液注入地层，然后顶替液将有效药剂顶入地层，关井反应24小时开井直接生产。该实施例主要应用于冷家油田冷37、41、43块，截止2012年底累计实施17井次，措施有效率88.2%，平均单井增产幅度71%，平均单井日增油2.8吨，代表井措施效果统计见表2。
表2、高温粘土防膨剂应用效果统计
实施例3（泥质含量较高≥10%，油层温度≥120℃）：
合成可配制17方10%（体积）水溶液的高温粘土防膨剂实施例：
有关药剂质量配比：
四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸=4：3：1：1.5：0.5；
依据药剂配比定量准备各试剂；检查反应釜（2方）、药剂混配池（15方）是否处于工作状态，配液用水是否顺；
（1）药剂A的制备：定量称取的800kg四羟基合铝酸钠、600kg四丁基氟化钠加入第一反应釜中，室温下均匀搅拌（45转/min）20分钟，将反应釜升温至105℃，在均匀搅拌情况下混合35分钟后冷却至室温，制备成药剂A密封保存；
（2）药剂B的制备：定量称取200kg氨基磺酸、300kg软脂酸加入第二反应釜中，室温下均匀搅拌（60转/min）15分钟，将反应釜升温至65℃，在均匀搅拌情况下混合35分钟后冷却至室温，制备成药剂B密封保存；
（3）药剂C的制备：定量称取100kg十八烷酸加入第三反应釜中，在搅拌（45转/min）条件下，将反应釜温度升高至100℃，均匀搅拌30分钟后冷却至室温，制备成药剂C；
（4）高温粘土防膨剂溶液制备：室温下，在搅拌（45转/min）条件下，依次将制备好的定量药剂A、B加入混配池（第四反应容器）中，均匀搅拌45分钟，再将制备好的药剂C缓慢滴加入（加入速度35g/min）混配池，继续搅拌30分钟，制备成高温粘土防膨剂溶液。
利用实施例3制备的高温粘土防膨剂，现场实施时，首先将制备的高温粘土防膨剂配制成10%（体积比）水溶液，然后连接地面管线（采取从油套环空反注入方法），利用泵车将配制好的高温粘土防膨剂溶液注入地层，然后顶替液将有效药剂顶入地层，关井反应24小时开井直接生产。该实施例主要应用于曙光采油厂曙一区、杜212块，2011-2012年累计实施15井次，措施有效率93.3%，平均单井增产幅度85%，平均单井日增油2.6吨，代表井措施效果统计见表3。
表3、高温粘土防膨剂应用效果统计
本发明的高温粘土防膨剂，在油田稠油热采过程中，解除油层粘土高温伤害，提高单井产量，特别是在解除各轮次吞吐过程中所造成油层堵塞，改善蒸汽吞吐开采效果方面效果更加显著。
Claims (10)
1.一种高温粘土防膨剂，其特征在于，所述高温粘土防膨剂主要由如下重量比成分制备而成：四羟基合铝酸钠：四丁基氟化钠：氨基磺酸：软脂酸：十八烷酸为3.0-4.0：2.5-3：1-2.5：1.0-1.5：0.5-1.0。
2.根据权利要求1所述的高温粘土防膨剂，其特征在于，所述高温粘土防膨剂包括如下重量百分比成分：四羟基合铝酸钠30-40%，四丁基氟化钠25-30%，氨基磺酸10-25%，软脂酸10-15%，十八烷酸5-10%。
3.根据权利要求1或2所述的高温粘土防膨剂，其特征在于，所述高温粘土防膨剂由包括如下步骤的方法制备而成：
（1）药剂A的制备：称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌均匀，加热至103-105.5℃，搅拌15-35min；优选加热至105℃，搅拌15min，冷却至室温，制得药剂A；
（2）药剂B的制备：称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌均匀，加热至64.5-65.5℃，搅拌15-45min；优选加热至65℃，搅拌45min，冷却至室温，制得药剂B；
（3）药剂C的制备：称取十八烷酸加入第三反应容器中，搅拌下加热至99.5-100.5℃，搅拌25-35min；优选加热至100℃，搅拌30min，冷却至室温，制得药剂C；
（4）高温粘土防膨剂制备：室温下，在搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌均匀，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌制备成高温粘土防膨剂。
4.根据权利要求3所述的高温粘土防膨剂，其特征在于，步骤（4）中药剂C的加入速度为25-35g/min；优选为30g/min。
5.根据权利要求3所述的高温粘土防膨剂，其特征在于，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌30min，再加热；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌20min，再加热；步骤（4）将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌30min，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌45min。
6.根据权利要求3所述的高温粘土防膨剂，其特征在于，步骤（1）称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（2）称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，以转速60转/min搅拌；步骤（3）称取十八烷酸加入第三反应容器中，以转速45转/min搅拌；步骤（4）在转速45转/min搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中。
7.一种制备权利要求1～6任意一项所述高温粘土防膨剂的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）药剂A的制备：称取四羟基合铝酸钠、四丁基氟化钠加入第一反应容器中，搅拌均匀，加热至103-105.5℃，搅拌15-35min，冷却至室温，制得药剂A；
（2）药剂B的制备：称取氨基磺酸、软脂酸加入第二反应容器中，搅拌均匀，加热至64.5-65.5℃，搅拌15-45min，冷却至室温，制得药剂B；
（3）药剂C的制备：称取十八烷酸加入第三反应容器中，搅拌下加热至99.5-100.5℃，搅拌25-35min，冷却至室温，制得药剂C；
（4）高温粘土防膨剂制备：室温下，在搅拌下，依次将制备好的药剂A、B加入第四反应容器中，搅拌均匀，再将药剂C加入第四反应容器中，继续搅拌制备成高温粘土防膨剂。
8.权利要求1～6任意一项所述高温粘土防膨剂在防止油井非膨胀粘土向膨胀型粘土转化中的应用。
9.应用权利要求1～6任意一项所述高温粘土防膨剂处理油井的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：利用生产管柱将所述高温粘土防膨剂注入地层，然后顶替高温粘土防膨剂，关井反应24-30小时开井生产；其中，高温粘土防膨剂用量为：用药量：Q=3.14R2hФ，
其中：Q-用药总量 R-处理半径
h-处理厚度 Ф-地层孔隙度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高温粘土防膨剂注入地层前，先按照质量比1～1.5：8.5～9将高温粘土防膨剂和水混合均匀，再注入地层。
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