CN104927817A - 一种三相自生泡沫堵水剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相自生泡沫堵水剂，属于石油化学领域。本发明所提供的堵水剂包括以下组分：固体颗粒、发泡剂、稳泡剂、交联剂、延缓剂和产气剂。与现有技术相比，本发明提供的堵水剂性泡沫质量高，稳定性能好，凝胶交联与产气同步完成，具有耐高温特性，残余封堵能力较强，堵水有效期长，可实现高效封堵和深度调剖。此外，本发明所提供的堵水剂配制工艺简单，注入成本低，安全可靠，具有很好的市场应用前景和经济价值，尤其适用于高温稠油蒸汽吞吐井的开发。

Description

一种三相自生泡沫堵水剂

技术领域

本发明属于石油化学领域，具体涉及一种三相自生泡沫堵水剂。

背景技术

油气井出水是油田开发过程中常见问题，尤其是注水开发后期，由于地层非均质性，导致油田含水上升速度快，油层过早水淹，产量递减。现阶段由于我国近四十年的注水开发，主要油田已经进入高含水期，原注水条件下广泛应用的增产、增注措施效率越来越低，产水量大幅度增加，经济效益差。随着含水量不断增加，调剖堵水技术也越来越受到重视，调剖堵水的目的是控制产水层中水的流动和改变水驱中水的流动方向，力图使油田的产水量在一段时间内下降或稳定，以保持油田增产或稳产，提高油田最终采收率。堵水工艺可分为机械堵水和化学堵水两大类。

化学堵水是向高渗透出水层段注入化学试剂，试剂在地层孔隙中凝固或膨胀后降低近井地带的水相渗透率，减少油井高含水层的出水量，达到堵水的目的。根据堵剂在油层形成封堵的方式不同，化学堵水又分为选择性化学堵水和非选择性化学堵水。水基泡沫体系是选择性堵水一种，以水作为分散介质，气体为分散相，表面活性剂为发泡剂，聚合物为稳泡剂的分散体系，该体系具有堵水不堵油的优势。

常规的水基泡沫体系分为二相泡沫、三相泡沫和泡沫凝胶堵水剂。二相和三相泡沫主要成分是发泡剂和泡沫稳定剂，配置工艺简单，但泡沫稳定性差，容易发生气窜现象。泡沫凝胶堵水剂可以有效的提高泡沫稳定性，同时体系保持凝胶堵剂的机械强度，但含气率较低。以上三种形式都需要在地面上将各种试剂按照一定比例混合均匀，充分搅拌后，再通过压风机或注氮车在地面将泡沫预先制成，再注入地层。此法配置虽然泡沫均匀，但动用设备多，成本高，摩阻高、注入压力大；此外，通过先注入发泡剂，采用地下发泡法，气泡效率低，发泡效果差。

本发明希望提供一种泡沫质量高，稳定性能好，凝胶交联与产气同步完成，可实现高效封堵和深度调剖，且能够形成固体封堵、生成的凝胶性能稳定，强度大，具有较强的封堵强度和耐高温特性的三相自生泡沫堵水剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相自生泡沫堵水剂，其包括如下组分：固体颗粒、发泡剂、稳泡剂、交联剂、延缓剂和产气剂。

本发明所提供的堵水剂，一方面通过固体颗粒吸附在泡沫表面，可有效增加表面粘度，提高泡沫稳定性；另一方面通过稳定的泡沫在注水层中迭加效应，改变吸水层内的渗流方向和吸水剖面，扩大了注水的扫油面积、波及体积和驱油效率；再一方面通过产气调控手段和凝胶延缓交联技术同步使用，可以有效控制成胶时间和成胶强度，提高堵水的有效期，达到高效封堵和深度调剖的目的。

在本发明中，所述的固体颗粒表面亲水，其悬浮液遇电介质不絮凝沉淀，在堵水剂中不仅能起到稳定泡沫的作用，而且能形成固体封堵。

根据本发明的一个具体实施例，所述的固体颗粒选自土类、非体膨性颗粒、体膨性聚合物颗粒和纳米颗粒，优选选自土类。

可用作本发明固体颗粒的土类包括但不限于：凹土、粘土、膨润土、黄河土和安丘钠土中的一种或多种，其中凹土和/或膨润土是优选的，凹土是特别优选的。

在本发明的一个优选实施例中，作为固体颗粒的凹土也可以被称作凹凸棒粘土，其是以凹凸棒石为主要组分的一种粘土。凹凸棒石是一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征。凹凸棒石不仅具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附能力，而且具有一定的可塑性及粘结力。

在本发明的一个优选实施例中，作为固体颗粒的膨润土也可以被称作斑脱岩、皂土或膨土岩，其是以蒙脱石为主要矿物成分的土类颗粒，在水中呈悬浮状，具有很好的吸附聚合物的性能。

可用作本发明固体颗粒的非体膨性颗粒的实例包括但不限于：石灰乳、青石粉、果壳粉、蚌壳粉和锯末中的一种或多种。可用作本发明固体颗粒的体膨性颗粒的实例包括但不限于：聚乙烯醇颗粒和/或交联聚丙酰胺颗粒。可用作本发明固体颗粒的纳米颗粒是指直径在1-100nm之间的固体颗粒。

在本发明中，所述的发泡剂用于形成泡沫，其中的气体是分散相，液体是分散介质，泡沫遇油消泡，在油水同层具有堵水不堵油的特性。本发明所形成的泡沫密度低，对储油层不造成任何伤害。可用作本发明的发泡剂在本质上是本领域技术人员所熟知的。

根据本发明的一个具体实施例，所述的发泡剂选自烷基苯磺酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐，优选为十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物。在本发明的一个优选实施例中，所述的烷基苯磺酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐的重量比可以是1:0.1～1:10，优选1:1～1:5。

在本发明的一个优选实施例中，所述的烷基苯磺酸盐是阴离子型表面活性剂的一类，易溶于水，具有良好的渗透力、润湿力和发泡性能。它在酸性、碱性硬水中均很稳定，对金属盐也很稳定。所述的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐是一种重要的硫酸酯盐表面活性剂，其分子结构中具有氧乙烯基团和硫酸根基团，兼具有非离子和阴离子表面活性剂的性能，发泡力丰富。利用烷基苯磺酸盐和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐两种表面活性剂进行复配增效，不仅可以进一步增强发泡效果，而且生成的泡沫与固体颗粒吸附效果更好。

在本发明中，所述的稳泡剂在地层温度下，可在交联剂的作用下形成高强度的聚合物凝胶，增加液相粘度，降低液相的流动性，增加了泡沫的稳定性，从而可堵塞大孔道和高渗透层段，调整和改善注水地层的吸水剖面，提高注入水的波及系数。

根据本发明的一个具体实施例，所述的稳泡剂选自聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺和水玻璃。

在本发明的一个优选实施例中，以聚丙烯酰胺作为稳泡剂，其在水中具有更好的增粘性，能够与交联剂反应生成冻胶。所述的冻胶是指含液体量在90%以上的凝胶。聚丙烯酰胺冻胶具有更好的凝胶强度，促进了堵水剂在孔隙或裂缝中的封堵。所述的聚丙烯酰胺的分子量可以是（1～10）×10⁶。

在本发明的一个优选实施例中，所述的部分水解聚丙烯酰胺是指聚丙烯酰胺溶液中加入少量的碱，或在高温条件下，一些酰胺基团可转化成羧基，酰胺基团转化为羧基的比例是水解度，通常水解度在0到60%的范围内的称为部分水解聚丙烯酰胺。由于部分水解的聚丙烯酰胺中的羧基带有负电荷，使得其交联变得更加容易。

在本发明中，将所述的交联剂、稳泡剂、发泡剂与固体颗粒一起构成复配，所述交联剂与所述稳泡剂在地层中反应交联生成冻胶，所述发泡剂形成泡沫，所述固体颗粒吸附在泡沫表面。本发明所述的堵水剂在冻胶形成前具有常规水基泡沫的特点，在冻胶生成后又具有弹性冻胶的特点，冻胶生成后的冻胶泡沫稳定性能较高，残余封堵能力较强，可延长堵水剂的堵水有效期。同时，由于固体颗粒的存在，形成了气、固、液三相堵水剂，能够改变吸水层内的渗流方向和吸水剖面，从而扩大注入水的扫油面积，提高了驱油效率。

可用作本发明的交联剂可以是本领域技术人员所熟知的无机交联剂和有机交联剂，其实例包括但不限于：甲醛、乙醛、柠檬酸铝、重铬酸钾、重铬酸钠和重铬酸胺中的一种或多种，其中重铬酸钾是特别优选的。

根据本发明的一个具体实施例，所述的交联剂选自重铬酸盐、甲醛、乙醛、柠檬酸铝、六亚甲基四胺和酚醛树脂，优选为重铬酸盐。

在本发明中，所述的延缓剂用于延缓稳泡剂与交联剂交联反应，不仅能有效控制凝胶的成胶时间和成胶强度，而且能进一步改善交联剂向地层的传播损失。

根据本发明的一个具体实施例，所述的延缓剂选自乙二醇盐、水杨柳酸盐、丙二酸盐和硫代硫酸盐，优选为硫代硫酸盐。

可用作本发明的延缓剂在本质上是本领域技术人员所熟知的，其实例包括但不限于：乙二醇胺、水杨柳酸钠、丙二酸钠、丙二酸钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾和硫代硫酸胺中的一种或多种，其中硫代硫酸钠是特别优选的。

在本发明中，所述的产气剂用于在地层条件下发生反应产生大量的气体物质。铵盐和亚硝酸盐在高温条件下可发生化学反应自生氮气，避免了传统堵水剂中注入氮气的繁琐操作。本发明所述的堵水剂，其中的发泡剂在产气剂所自生的气体作用下发泡，并在地层温度下交联剂与稳泡剂交联形成高强度的泡沫凝胶，具有较强的封堵强度和耐高温特性，可延长调剖堵水的有效期。此外，由于交联与产气同步完成，所生成的泡沫质量均匀，不仅能有效减少气液混相气窜现象，而且能达到高效封堵目的。

根据本发明的一个具体实施例，所述的产气剂为铵盐和亚硝酸盐的混合物，优选为重铬酸胺和亚硝酸钠的混合物。其中，铵盐和亚硝酸盐的重量比可以是1:10～10:1，优选1:2～2:1。

根据本发明的一个具体实施例，所述的堵水剂包括：以质量百分比计，固体颗粒1-10%，发泡剂0.1-2%，稳泡剂0.1-3%，交联剂0.01-1%，延缓剂0.01-2%和产气剂1-10%。

在本发明的一个优选实施例中，所述的堵水剂包括：以质量百分比计，固体颗粒2-6%，发泡剂0.2-1%，稳泡剂0.2-1.5%，交联剂0.01-0.5%，延缓剂0.02-1%和产气剂3-10%。

在本发明中，所述的堵水剂还包括有分散剂。所述的分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的表面活性剂，其不仅可均一分散固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液。

根据本发明的一个具体实施例，所述的分散剂选自木质素磺酸盐，优选为木质素磺酸钠和/或木质素黄酸钙。

在本发明的一个优选实施例中，以质量百分比计，所述的分散剂含量为1-10%，优选2-5%。

在本发明的一个优选实施例中，分散剂为木质素磺酸钙和/或木质素磺酸钠，其具有更强的分散性。具体而言，木质素磺酸钙和/或木质素磺酸钠作为分散剂具有如下三个作用：一是吸附到固体表面增加粘性；二是作为发泡剂起到表面活性作用；三是在交联剂的作用下，其与聚丙烯酰胺交联起来形成混合冻胶。所述的混合冻胶稳定性高，强度大，可耐高温到150℃，堵水效果更长期。

在本发明中，为了达到更好的堵水调剖效果，可使用PH调节剂将堵水剂的PH值调节至自生气所需要满足的条件，使得凝胶时间更长，满足深度调剖的要求。可用作本发明的PH调节剂是本领域技术人员所熟知的，其实例包括但不限于：弱酸、弱碱、强碱弱酸盐、强酸弱碱盐以及它们的水溶液、缓冲溶液。

根据本发明的一个具体实施例，所述的PH调节剂选自乙酸钠、乙酸钾以及缓冲溶液，其中乙酸钠是特别优选的。

在本发明的一个优选实施例中，以质量百分比计，所述的PH调节剂的含量为0.1-1%，优选0.1-0.5%。

与现有技术相比，本发明提供的堵水剂具有如下明显的优点和有益效果：

（1）形成的泡沫质量高，稳定性能好，残余封堵能力较强，堵水有效期长；

（2）凝胶交联与产气同步完成，可实现高效封堵和深度调剖；

（3）固体颗粒能够形成固体封堵，改变吸水层内的渗流方向和吸水剖面，从而扩大注入水的扫油面积，提高了驱油效率；

（4）地层条件下生成的凝胶性能稳定，强度大，具有较强的封堵强度和耐高温特性；

（5）配制工艺简单，施工方便，注入成本低，对油层伤害小，安全可靠，适用于大规模施工，具有很好的市场应用前景和经济价值。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1：

在本实施例中，一种三相自生泡沫堵水剂包括如下组分：以质量百分比计，固体颗粒2.0%、发泡剂0.2%、稳泡剂0.2%、交联剂0.02%、延缓剂0.02%、产气剂3%，分散剂2.0%和PH调节剂0.1%，余量为水。

其中，所述的固体颗粒为凹土，发泡剂为十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比为1:3的混合物，稳泡剂为平均分子量为1～×10⁶的聚丙烯酰胺，交联剂为重铬酸钾，延缓剂为硫代硫酸钠，产气剂为重铬酸胺和亚硫酸钠按重量比1:1的混合物，分散剂为木质素磺酸钙，PH调节剂为乙酸钠。

实施例2～9：

同实施例1，不同之处在于：堵水剂所包括的各组分的质量百分比含量不同，余量均为水，详见表1。

实施例10-12：

同实施例1，不同之处在于：将作为固体颗粒的凹土替换为膨润土，堵水剂所包括的各组分的质量百分比含量不同，余量均为水，详见表1。

表1

对比例1：

同实施例1，不同之处在于，本对比例中的堵水剂不包括固体颗粒，以质量百分比计，含有聚丙烯酰胺1.5%，十二烷基苯磺酸钠1.0%，重铬酸钾0.5%，乙酸钠0.5%，余量为水。

堵水剂性能的测试

表2是实施例1～12与对比例1的堵水剂在地层条件下的性能测试参数，测试实验方法如下：

堵水剂成胶时间的测试：将实施例1～12和对比例1中的堵水剂分别用高速搅拌器搅拌1分钟，然后倒入菲林瓶内，再经密封后放入70-150℃烘箱内，记录凝胶时间。

堵水剂发泡性能的测试：将实施例1～12和对比例1中的堵水剂分别用高速搅拌器搅拌1分钟，测定泡沫质量。

堵水剂突破压力的测试：将实施例1～12和对比例1中的堵水剂分别放置于密封发泡反应器中，充入氮气，再注入密封填砂管内（填砂管内填充20-60目沙粒，渗透率为10-20毫达西），注入空隙体积为1.0PV，升温至70℃（实验温度条件），测定凝胶突破强度。

表2

实施例	成胶时间h	泡沫质量%	成胶温度℃	突破压力MPa
					实施例1	19	32	70	0.038
实施例2	21	35	70	0.041
					实施例3	31	51	70	0.054
实施例4	35	64	100	0.055
					实施例5	35	64	100	0.055
实施例6	45	62	100	0.058
					实施例7	61	61	100	0.061
实施例8	52	59	150	0.042
					实施例9	75	65	150	0.065
实施例10	19	28	70	0.039
					实施例11	29	46	70	0.051
实施例12	59	50	100	0.053
					对比例1	4	20	70	0.029

从表2可见，与对比例1相比，在实施例1-12中，延缓凝胶成胶时间更长（可达75h，见实施例9）；生成的泡沫质量更高（可达65%，见实施例9），稳定性能好；填砂管模拟表面突破强度为0.038-0.065MPa，突破压力更大，具有更强的封堵强。因此，本发明所提供的堵水剂可广泛应用于油田注水开发进入后期阶段的含水量高、经济效益差的油井，尤其适用于高温稠油蒸汽吞吐井。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (11)

1.一种三相自生泡沫堵水剂，其包括如下组分：固体颗粒、发泡剂、稳泡剂、交联剂、延缓剂和产气剂。

2.根据权利要求1所述的堵水剂，其特征在于，所述的固体颗粒选自土类、非体膨性颗粒、体膨性聚合物颗粒和纳米颗粒，优选选自土类，更优选为凹土和/或膨润土。

3.根据权利要求1或2所述的堵水剂，其特征在于，所述的发泡剂为烷基苯磺酸盐和/或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐，优选为十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的稳泡剂选自聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺和水玻璃。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的交联剂选自重铬酸盐、甲醛、乙醛、柠檬酸铝、六亚甲基四胺和酚醛树脂，优选为重铬酸盐。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的延缓剂选自乙二醇盐、水杨柳酸盐、丙二酸盐和硫代硫酸盐，优选为硫代硫酸盐。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的产气剂为铵盐和亚硝酸盐的混合物，优选为重铬酸胺和亚硝酸钠的混合物。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的堵水剂包括：以质量百分比计，固体颗粒1-10%，发泡剂0.1-2%，稳泡剂0.1-3%，交联剂0.01-1%，延缓剂0.01-2%和产气剂1-10%；优选地，固体颗粒2-6%，发泡剂0.2-1%，稳泡剂0.2-1.5%，交联剂0.01-0.5%，延缓剂0.02-1%和产气剂3-10%。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的堵水剂包括分散剂，所述的分散剂选自木质素磺酸盐，优选为木质素磺酸钙和/或木质素磺酸钠；以质量百分比计，所述的分散剂含量为1-10%，优选为2-5%。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的堵水剂，其特征在于，所述的堵水剂包括PH调节剂，所述的PH调节剂选自乙酸钠、乙酸钾和缓冲溶液，优选为乙酸钠；以质量百分比计，所述的PH调节剂的含量为0.1-1%，优选为0.1-0.5%。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的堵水剂在高温稠油蒸汽吞吐井开发中的应用。