CN104263338A - 一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用。所述的温敏凝胶转向剂主要由如下重量份成分制备得到：丙烯酰胺1～3份、无机材料1～3份、潜在碱0.5～1.5份、交联剂0.05～0.15份、引发剂0.1～0.2份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。本发明合成的新型温敏凝胶转向剂，除具备了一定凝胶强度，成胶时间(5～20小时)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。

Description

一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及油田开发过程中的采油技术领域，特别涉及一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用。
背景技术
注水开发油田长期水驱导致高含水油田储层非均质程度日渐恶化，三大矛盾加剧，平面、层内矛盾尤为突出，造成注入水低效、无效循环严重，水驱效率大幅降低。油气井出水是油田开发过程中普遍存在的问题，随着注水边缘的推进，由于地层非均质性严重，油水流度比不同及开发方案和措施不当等原因，均能导致油田含水上升速度加快，致使油层过早水淹，油田采收率降低。对注水井而言，需要注入化学堵剂封堵高渗透层，使后续注入水进入低渗透层，并对低渗透层进行波及。对油井而言，需要封堵水窜层，使油井采出液中含水率降低。目前采用的无机凝胶沉淀颗粒，如水玻璃-氯化钙体系存在的两种材料接触后即产生沉淀、不易到达预定部位进行深部放置、形成的凝胶弹性强度较弱；路群祥等以水玻璃为主剂，乙酸乙酯、乙酰胺中的至少一种作为延迟活化剂，用清水配制，在地面温度稳定，进入地层多孔介质后一段时间形成凝胶，适用于70～110℃地层。但上述无机凝胶均表现出脆性大、不耐冲刷，有效期短等问题；实施效果差，制约了此类堵剂的规模化应用。
基于上述缺点，本发明人经过潜心研究，针对现有注水井调剖用无机凝胶技术不耐冲刷、有效期变短等的不足，在普通无机凝胶的基础上，加入丙烯酰胺、聚合硫酸铝铁、潜在碱、交联剂与引发剂，得到了本发明的温敏凝胶转向剂。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种温敏凝胶转向剂；本发明的温敏凝胶转向剂具有凝胶强度大、粘弹性好与耐冲刷等特点，能够实现深部液流转向，有效封堵高渗透层，达到封堵高渗透层目的；
本发明的另一目的在于提供所述温敏凝胶转向剂的制备方法；
本发明的又一目的在于提供所述温敏凝胶转向剂在油井处理中的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种温敏凝胶转向剂，所述的温敏凝胶转向剂主要由如下重量份成分制备得到：丙烯酰胺1～3份、无机材料1～3份、潜在碱0.5～1.5份、交联剂0.05～0.15份、引发剂0.1～0.2份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。
本发明通过在温敏凝胶转向剂中加入丙烯酰胺引发聚合后形成的凝胶，可以增强所制备转向剂的抗冲刷能力，并兼具备更优良的凝胶强度与弹性性能。
根据本发明所述的温敏凝胶转向剂，本发明优选所述的温敏凝胶转向剂主要由如下重量份成分制备得到：丙烯酰胺3份、无机材料2份、潜在碱1.5份、交联剂0.15份、引发剂0.2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”。
根据本发明所述的温敏凝胶转向剂，本发明优选所述无机材料为聚合硫酸铁和/或聚合硫酸铝铁；其中更优选为聚合硫酸铝铁。
所述的聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁可以为现有市售任何的聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁；其中本发明优选的聚合硫酸铝铁是氧化铝含量≤33％的聚合硫酸铝铁。
根据本发明所述的温敏凝胶转向剂，本发明优选所述引发剂为碱金属的过硫酸盐；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物；其中更优选为过硫酸铵。
根据本发明所述的温敏凝胶转向剂，本发明优选所述潜在碱为碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸铵、乙酰胺、三乙胺和尿素中的一种或一种以上混合物；其中更优选为尿素。
根据本发明所述的温敏凝胶转向剂，本发明优选所述交联剂为乙二醛、戊二醛、三乙醇胺、N-羟甲基丙烯酰胺和N，N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物，其中更优选为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
另一方面，本发明还提供了前面任意所述温敏凝胶转向剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：在水中依次加入丙烯酰胺、无机材料、潜在碱(尿素)与交联剂，常温下搅拌均匀，再加入引发剂，静置反应，制得所述温敏凝胶转向剂。
根据本发明所述的方法，其中本发明优选在水中依次加入丙烯酰胺、无机材料、潜在碱与交联剂，常温下搅拌10～15min。
根据本发明所述的方法，其中静置反应的反应终点判断为本领域所熟知，譬如为反应至液体不流动，并成为粘弹性凝胶体。
又一方面，本发明还提供了前面任意所述温敏凝胶转向剂在油井处理中的应用。
根据本发明所述的应用，其中所述油井处理为注水油井的调剖处理。
综上所述，本发明提供了一种温敏凝胶转向剂及其制备方法和应用。本发明的温敏凝胶转向剂具有如下优点：
本发明合成的新型温敏凝胶转向剂，除具备了一定凝胶强度，成胶时间(5～20小时)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)新型温敏凝胶转向剂凝胶强度较高，凝胶粘度达到10000mPa.s以上，成胶时间5～15小时可调。
(2)与普通的无机凝胶转向剂相比，新型温敏凝胶转向剂因加入了丙烯酰胺与潜在碱，凝胶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，新型温敏凝胶转向剂的流动阻力、耐冲刷性能有了较大的提高。
附图说明
图1～图6分别是本发明实施例1～6的无机凝胶转向剂与温敏凝胶转向剂的注入速度与注入压力关系图。
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-Ⅲ旋转粘度计，64号转子，剪切速率7.34s-1。
以自来水为例，温敏凝胶转向剂粘度在3000～30000mPa.s之间，成胶时间在5～20小时可调，具有一定的强度，地面粘度较低(<10mPa.s)，便于大剂量注入，能够满足施工工艺要求。
聚合硫酸铝铁为合肥益美化工科技有限公司生产。
下面实施例中各组分以重量份计。
实施例1：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由1份丙烯酰胺、1份聚合硫酸铝铁、0.5份潜在碱(尿素)、0.05份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与97.35份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.1份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现13小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为3000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图1与表1中。
表1 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量钠基膨润土替代聚合硫酸铝铁配制而成。
由表1中可见，无机凝胶转向剂、温敏凝胶转向剂的封堵率均分别为62％、70％、75％，与普通的无机凝胶相比，本发明的温敏凝胶转向剂耐冲刷能力明显提高。
实施例2：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由2份丙烯酰胺、2份聚合硫酸铝铁、1份潜在碱(尿素)、0.1份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与94.75份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.15份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为8000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图2与表2中。
表2 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量钠基膨润土替代聚合硫酸铝铁配制而成。
实验表明温敏凝胶转向剂耐冲刷能力远好于无机凝胶转向剂的耐冲刷能力。
实施例3：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由3份丙烯酰胺、3份聚合硫酸铝铁、1.5份潜在碱(尿素)、0.15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与93.15份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.2份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为21000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图3与表3中。
表3 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量聚合硫酸铁替代聚合硫酸铝铁配制而成。
实验表明温敏凝胶转向剂耐冲刷能力远好于无机凝胶转向剂的耐冲刷能力。
实施例4：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由2.0份丙烯酰胺、5.0份聚合硫酸铝铁、1.5份潜在碱(尿素)、0.10份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与92.10份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.2份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为15000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图4与表4中。
表4 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量聚合硫酸铁替代聚合硫酸铝铁配制而成。
实验表明聚合硫酸铝铁加入量过高时(即5份)，温敏凝胶转向剂耐冲刷能力低于聚合硫酸铝铁加入量在1～3份时温敏凝胶转向剂的耐冲刷能力，但其耐冲刷能力仍高于无机凝胶转向剂的耐冲刷能力。
实施例5：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由3份丙烯酰胺、4份聚合硫酸铝铁、0.15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与92.65份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.2份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为18000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图5与表5中。
表5 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量聚合硫酸铁替代聚合硫酸铝铁配制而成。
实验表明温敏凝胶转向剂耐冲刷能力远好于无机凝胶转向剂的耐冲刷能力。
实施例6：
(1)温敏凝胶转向剂的配制
温敏凝胶转向剂是由3份丙烯酰胺、5份聚合硫酸铝铁、0.15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺，与91.65份自来水，加入到具塞广口瓶中，搅拌15分钟使其完全溶解，然后加入0.2份过硫酸铵获得温敏凝胶转向剂。
(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60℃恒温干燥箱中观察成胶情况，实验发现10小时后生成的转向剂初步成胶，测得的表观粘度为16000mPa.s。
(3)转向剂的岩心驱替实验
将60～120目的石英砂充填到直径2.5cm、长度60cm的填砂管中，将本发明的温敏凝胶转向剂与普通无机凝胶转向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60℃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，进一步考察转向剂的耐冲刷能力，结果见图6与表6中。
表6 温敏凝胶转向剂封堵性能
注：无机凝胶转向剂1是由温敏凝胶转向剂中去掉丙烯酰胺、引发剂、交联剂配制而成。无机凝胶转向剂2是由温敏凝胶转向剂中用等量聚合硫酸铁替代聚合硫酸铝铁配制而成。
实验表明加入聚合硫酸铝铁合成的温敏凝胶转向剂耐冲刷能力远好于加入等量钠基膨润土和聚合硫酸铁无机凝胶转向剂的耐冲刷能力。

Claims (10)

1.一种温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述的温敏凝胶转向剂主要由如下重量份成分制备得到：丙烯酰胺1～3份、无机材料1～3份、潜在碱0.5～1.5份、交联剂0.05～0.15份、引发剂0.1～0.2份、余量为水；以上述成分总重量为100份计。
2.根据权利要求1所述的温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述的温敏凝胶转向剂主要由如下重量份成分制备得到：丙烯酰胺3份、低成本无机材料2份、潜在碱1.5份、交联剂0.15份、引发剂0.2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所述的温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述无机材料为聚合硫酸铁和/或聚合硫酸铝铁；其中优选为聚合硫酸铝铁。
4.根据权利要求1或2所述的温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述引发剂为碱金属的过硫酸盐；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物；其中优选为过硫酸铵。
5.根据权利要求1或2所述的温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述潜在碱为碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸铵、乙酰胺、三乙胺和尿素中的一种或一种以上混合物；其中优选为尿素。
6.根据权利要求1或2所述的温敏凝胶转向剂，其特征在于，所述交联剂为乙二醛、戊二醛、三乙醇胺、N-羟甲基丙烯酰胺和N，N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物。
7.权利要求1～6任意一项所述温敏凝胶转向剂的制备方法，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、无机材料、潜在碱与交联剂，常温下搅拌均匀，再加入引发剂，静置反应，制得所述温敏凝胶转向剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，其中在水中依次加入丙烯酰胺、无机材料、潜在碱与交联剂后，常温下搅拌10～15min。
9.权利要求1～6任意一项所述温敏凝胶转向剂在油井处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述油井处理为注水油井的调剖处理。
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