CN105273133A - 一种油田用高效选择堵水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田应用化学技术领域，提供一种油田用高效选择堵水剂及其制备方法，该制备方法包括：氮气保护条件下，向装有去离子水的烧瓶中依次加入18.0%-22.0%非离子单体，10.0%-14.0%阴离子单体1^#，4.0%-8.0%阴离子单体2^#，2.0%-4.0%阳离子单体，并充分搅拌；加入0.1%-0.2%交联剂1^#和0.1%-0.15%交联剂2^#，充分搅拌；加入氧化剂0.2%-0.3%以及还原剂0.1%-0.2%；在常温下反应30min，即得到堵水剂胶状物；对胶状物提纯、干燥，并根据要求研磨成不同粒径，制得所述膨胀型有机硅选择堵水剂。本发明制得的堵水剂具有较高的堵水效率和较低的堵油率；常温下性能稳定；抗酸抗氧化性能强；可根据地层孔隙的大小制备成不同的粒径。制备的堵水剂可用于开采时产层出水的封堵以及注水调剖时的封堵。

Description

一种油田用高效选择堵水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田应用化学技术领域，涉及油气田开发过程中产层出水用的堵水剂的制备和应用，尤其涉及到油气田不同水层出水的封堵，以及油气田开发后期油层出水时的封堵。

背景技术

在油田开发过程中，油层出水会给油田开发工作带来严重影响，甚至降低油田最终开采率。油井出水后，首先确定出水层位，然后采用堵水方法进行封堵。堵水的目的就是在于控制产水层中水的流动和改变水驱油中水的流动方向，提高水驱油效率，力图使得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。在油气田开发的后期，往往出水量比较大，出水会造成油井出砂、井底油压增大、自喷井停止自喷、甚至造成油井水淹，严重影响了经济效益；另外，产水量的增加，导致产出物油水比降低，增加地面脱水的费用和带来工业上的复杂性，比如集输、污水净化、环境污染等。出水对于采用注水开发多层合采方式的油井影响更大，因此选择性的封堵出水层而维持油层的产能就显得尤其重要。

化学堵水是一种常用的堵水方式，现在已经有聚合物堵剂、泡沫类堵剂、油基堵剂、醇基堵剂等选择性堵剂，但是现在的堵水剂存在成本高、操作工艺复杂、选择性较差、易受盐钙污染等缺点。如：泡沫堵水剂有效周期较短、操作工艺较复杂，可参阅申请号为201010140446.6，发明名称为具有双重作用的堵水剂及其注入方法；油基堵剂生产成本高且环境污染较大；醇基堵剂操作复杂、堵水效果较差；部分聚合物堵剂抗矿物污染能力较差，且造成油层产率下降明显。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：针对现有技术缺点，本发明提供一种应用于油田，成本低、选择性好、封堵效率高的选择性堵水剂及其制备方法。

为解决上述技术问题：本发明提出了一种油田用高效选择堵水剂，包括去离子水，还包括非离子单体、阴离子单体1^#、阴离子单体2^#、阳离子单体、交联剂1^#、交联剂2^#、氧化剂、还原剂；所述组合物是按以下单体与去离子水的质量比制成的；

其中，非离子单体18.0％-22.0％、阴离子单体1^#10.0％-14.0％、阴离子单体2^#4.0％-8.0％、阳离子单体2.0％-4.0％、交联剂1^#0.1％-0.2％、交联剂2^#0.1％-0.15％、氧化剂0.2％-0.3％、还原剂0.1％-0.2％、余量为去离子水；

优选的是，所述非离子单体为羧甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述阴离子单体1^#为丙烯酸、甲基硅酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述阴离子单体2^#为丙烯酸、甲基硅酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述阴离子单体1^#与所述阴离子单体2^#选用互不相同的物质。

上述任一实施方式中优选的是，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基三甲基氯化铵中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述交联剂1^#为WD-80、GL-2和GL-1中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述交联剂2^#为WD-80、GL-2和GL-1中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述交联剂1^#与所述交联剂2^#选用互不相同的物质。

上述任一实施方式中优选的是，所述氧化剂为过硫酸钾和过硫酸铵中的一种。

上述任一实施方式中优选的是，所述还原剂为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的一种。

为解决上述技术问题：本发明又提出了一种油田用高效选择堵水剂的方法，包括如下步骤：

步骤一：加入一定量去离子水，同时通入氮气，排出烧瓶中的空气；

步骤二：开启搅拌器，边搅拌边加入一定量非离子单体、阴离子单体1^#、阴离子单体2^#、阳离子单体，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤三：加入一定量交联剂1^#和交联剂2^#，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤四：加入一定量还原剂和氧化剂，搅拌；

步骤五：静置反应一段时间，获得透明弹性体；

步骤六：对透明弹性体提纯、干燥。

优选的是，所述步骤五中静置反应时间为30min。

上述任一实施方式中优选的是，根据需要，粉碎得到不同粒径的堵水剂。

为解决上述技术问题：本发明再提出了一种油田用高效选择堵水剂的应用，所述堵水剂适用于产层出水的封堵以及注水调剖时的封堵。

本发明具有以下技术有益效果：

本发明的油田用高效选择堵水剂及其制备方法所用的单体易得、制备方法简单、制备条件温和。该制备方法制备的堵水剂具有非常好的堵水能力，且对油层破坏小，抗盐钙侵能力较强，且能适应不同孔隙的出水层。

本发明提供的有机硅选择性堵水剂适用于产层出水的封堵以及注水调剖时的封堵。

本发明提供的有机硅选择性堵水剂可制备成不同的粒径以适应不同大小的孔隙。

本发明提供的有机硅选择堵水剂具有较强的抗盐效果，且堵水剂的膨胀度受矿化度的影响是可逆的。

本发明提供的有机硅选择堵水剂常温常压下性能稳定，具有较稳定的抗酸、抗氧化性能。

本发明提供的有机硅选择堵水剂在一价盐水中，随着温度的升高，溶胀度增大，而在二价盐水中，溶胀度受温度影响较小。

本发明提供的有机硅选择堵水剂吸水性能极强，而几乎不吸油。吸水膨胀后的堵水剂在油中会发生部分收缩。

本发明提供的有机硅选择堵水剂对不同渗透率地层都有很好的封堵效果。

本发明提供的有机硅选择堵水剂具有较强的选择堵水效果，对水层的封堵率较高，而对油层的封堵率较低。

附图说明

图1是实施例1中按照本发明油田用高效选择堵水剂制备方法制备的堵水剂形状示意图。

图2是实施例3中按照本发明油田用高效选择堵水剂制备方法制备的堵水剂形状示意图。

图3是实施例2中按照本发明油田用高效选择堵水剂制备方法制备的堵水剂在水中侵泡后电镜图。

图4是实施例2中按照本发明油田用高效选择堵水剂制备方法制备的堵水剂在煤油中侵泡后电镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例的油田用高效选择堵水剂，合成单体及用量为：羧甲基丙烯酰胺22.0％、丙烯酸12.0％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.0％、二甲基二烯丙基三甲基氯化铵3.0％、GL-10.1％、WD-800.1％、k₂S₂O₈0.3％、Na₂SO₃0.15％。

制备上述实施例1堵水剂方法如下：

步骤一：常温下，在三口烧瓶加入50mL去离子水，同时通入氮气，排出烧瓶中的空气；

步骤二：开启搅拌器，边搅拌边加入11.0g羧甲基丙烯酰胺、6g丙烯酸和3g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1.5g二甲基二烯丙基三甲基氯化铵，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤三：加入0.05g有机硅偶联剂GL-1和0.05g有机硅偶联剂WD-80，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤四：加入0.075gNa₂SO₃和0.15gk₂S₂O₈，搅拌；

步骤五：静置反应30min，得最终产物，为透明弹性体；

步骤六：对透明弹性体提纯、干燥。

步骤七：根据需要，粉碎得到不同粒径的堵水剂。

实施例2

本实施例的油田用高效选择堵水剂，合成单体及用量为：丙烯酰胺18.0％、甲基硅酸12.0％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.0％、二甲基二烯丙基三甲基氯化铵3.0％、GL-10.15％、WD-800.15％、k₂S₂O₈0.3％、Na₂SO₃0.15％。

制备上述实施例2堵水剂方法如下：

步骤一：常温下，在三口烧瓶加入50mL去离子水，同时通入氮气，排出烧瓶中的空气；

步骤二：开启搅拌器，边搅拌边加入9.0g丙烯酰胺、6g甲基硅酸和3g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1.5g二甲基二烯丙基三甲基氯化铵，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤三：加入0.075g有机硅偶联剂GL-1和0.075g有机硅偶联剂WD-80，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤四：加入一定量0.075gNa₂SO₃和0.15gk₂S₂O₈，搅拌；

步骤五：静置反应30min，得最终产物，为透明弹性体；

步骤六：对透明弹性体提纯、干燥。

步骤七：根据需要，粉碎得到不同粒径的堵水剂。

实施例3

本实施例的油田用高效选择堵水剂，合成单体及用量为：丙烯酰胺18.0％、丙烯酸12.0％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸6.0％、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3.0％、GL-10.15％、GL-20.10％、k₂S₂O₈0.3％、Na₂SO₃0.15％。

制备上述实施例3堵水剂方法如下：

步骤一：常温下，在三口烧瓶加入50mL去离子水，同时通入氮气，排出烧瓶中的空气；

步骤二：开启搅拌器，边搅拌边加入9.0g丙烯酰胺、6g丙烯酸和3g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1.5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤三：加入0.075g有机硅偶联剂GL-1和0.05g有机硅偶联剂GL-2，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤四：加入0.075gNa₂SO₃和0.15gk₂S₂O₈，搅拌；

步骤五：静置反应30min，得最终产物，为透明弹性体；

步骤六：对透明弹性体提纯、干燥。

步骤七：根据需要，粉碎得到不同粒径的堵水剂。

对实施例1、实施例2和实施例3按照本发明制备方法制备的有机硅选择堵水剂的抗盐、抗温性能进行评价。以膨胀倍数表征。

具体评价方法：

将一定量的堵水剂(M₁)加入不同温度、不同矿化度的水溶液中，待膨胀到吸水饱和后，经12目筛网过滤，测其质量(M₂)。

测试条件：25℃×24h，其膨胀倍数(Q)的计算公式为：

$Q=\frac{M_2-M_1}{M_1}---\left(1\right)$

试验结果表明，在NaCl溶液和CaCl₂溶液浓度分别为10％和1％的条件下，选堵剂在三种温度的溶液里的溶胀度仍在30倍以上。试验中还发现，堵剂的溶胀度受矿化度的影响是可逆的，即在高矿化度水中浸泡后再放入低矿化度水中浸泡，溶胀度会增大；在低矿化度溶胀后再放入高矿化度水中，则又会发生收缩。上述过程可反复进行，而凝胶本身性能不受影响。随着温度的升高，在NaCl溶液中的堵水剂溶胀度增大，而在CaCl₂溶液中，溶胀度受温度影响较小。我国油田地层水中主要为一价离子，堵剂的配制也一般在常温(25℃)进行，注入地层后温度升高，可见选堵剂的这种特征有利于现场配制施工。

对实施例1、实施例2和实施例3提供的有机硅选择堵水剂的常规稳定性以及抗酸碱、抗氧化性能进行评价。

取一定量堵水剂在浓度为0.5％盐酸中于100℃下蒸煮一星期，凝胶块形完整，溶胀度小，取出后，放入碱性水中洗至中性，24小时后溶胀倍数增大，聚合物在酸性条件下是稳定的。取一定量堵水剂在浓度为0.5％双氧水中或过硫酸钾溶液中，蒸煮一星期，胶块不完整，说明氧化降解使其凝胶结构受到破坏。选堵剂在室温下密封存放1年，其颗粒结构完整，溶胀度基本不变。在浓度为0.5％NaOH溶液中蒸煮一星期，溶液明显变粘，凝胶块形态稀散，说明它在碱性介质中会发生水解，并导致凝胶结构部分破坏。因此，在使用时严禁与强碱接触。

实施例1、实施例2和实施例3提供的有机硅选择堵水剂的选择封堵能力进行说明。具体评价方法：

向钢管中装入人造岩心或现场岩心，分别用水和煤油饱和，测其油、水渗透率，然后挤入一定体积的有机硅封堵剂，取出岩芯测定其油、水相渗透率，由原始渗透率和封堵后渗透率计算堵水、堵油率。然后取几种现场常用的选择堵水剂，按照相同的实验方法分别测定它们的堵水率以及堵油率。选择封堵性能试验是在岩芯流动实验装置上进行的。

试验结果表明：选择堵水剂不仅有很好的堵水效果，而且对油层的破坏较小。具体如表二所示。

表二：不同堵水剂对油层及水层的封堵率

对实施例1、实施例2和实施例3提供的有机硅选择堵水剂的选择堵水原理进行说明。

实施方法：

对实施例1和实施例3提供的堵水剂研磨成不同的粒径，采用Quanta200型扫描电镜(美国FEI公司)对实施例1和实施例3提供的堵水剂进行了微观结构扫描。结果表明如图1和图2所示，堵水剂均具有不同大小的粒径，因此能够适应不同孔隙的地层，而且在堵水时能形成架桥作用。

取一定量实施例2堵水剂分别浸泡于纯水和煤油中24h，取一小块做扫描电镜。结果表明如如图3和图4所示，有机硅选择堵水剂吸水后形成了立体网状结构，而在煤油中基本上不分散开来，因此，选堵剂对水的封堵能力强，对油的封堵能力差。

通过对实施例1、实施例2、实施例3制备的堵水剂进行各种实验与测试表明，本发明制备方法制备的堵水剂具有非常好的堵水能力，且对油层破坏小，抗盐钙侵能力较强，且能适应不同孔隙的出水层。本发明提供的有机硅选择性堵水剂适用于产层出水的封堵以及注水调剖时的封堵。本发明提供的有机硅选择性堵水剂可制备成不同的粒径以适应不同大小的孔隙。本发明提供的有机硅选择堵水剂具有较强的抗盐效果，且堵水剂的膨胀度受矿化度的影响是可逆的。本发明提供的有机硅选择堵水剂常温常压下性能稳定，具有较稳定的抗酸、抗氧化性能。本发明提供的有机硅选择堵水剂在一价盐水中，随着温度的升高，溶胀度增大，而在二价盐水中，溶胀度受温度影响较小。本发明提供的有机硅选择堵水剂吸水性能极强，而几乎不吸油。吸水膨胀后的堵水剂在油中会发生部分收缩。本发明提供的有机硅选择堵水剂对不同渗透率地层都有很好的封堵效果。

本发明提供的有机硅选择堵水剂具有较强的选择堵水效果，对水层的封堵率较高，而对油层的封堵率较低。

Claims (10)

1.一种油田用高效选择堵水剂，包括去离子水，其特征在于：还包括非离子单体、阴离子单体1^#、阴离子单体2^#、阳离子单体、交联剂1^#、交联剂2^#、氧化剂、还原剂；所述组合物是按以下单体与去离子水的质量比制成的；

其中，非离子单体18.0%-22.0%、阴离子单体1^#10.0%-14.0%、阴离子单体2^#4.0%-8.0%、阳离子单体2.0%-4.0%、交联剂1^#0.1%-0.2%、交联剂2^#0.1%-0.15%、氧化剂0.2%-0.3%、还原剂0.1%-0.2%、余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述非离子单体为羧甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述阴离子单体1^#为丙烯酸、甲基硅酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种。

4.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述阴离子单体2^#为丙烯酸、甲基硅酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种。

5.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述阴离子单体1^#与所述阴离子单体2^#选用互不相同的物质。

6.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基三甲基氯化铵中的一种。

7.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述交联剂1^#为WD-80、GL-2和GL-1中的一种。

8.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述交联剂2^#为WD-80、GL-2和GL-1中的一种。

9.根据权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂，其特征在于：所述交联剂1^#与所述交联剂2^#选用互不相同的物质。

10.一种制备如权利要求1所述的油田用高效选择堵水剂的方法，其特征在于如下步骤：

步骤一：加入一定量去离子水，同时通入氮气，排出烧瓶中的空气；

步骤二：开启搅拌器，边搅拌边加入一定量非离子单体、阴离子单体1^#、阴离子单体2^#、阳离子单体，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤三：加入一定量交联剂1^#和交联剂2^#，然后充分搅拌，使其充分溶解；

步骤四：加入一定量还原剂和氧化剂，搅拌；

步骤五：静置反应一段时间，获得透明弹性体；

步骤六：对透明弹性体提纯、干燥。