CN107459981A - 一种降低致密储层水锁效应的干化剂 - Google Patents

一种降低致密储层水锁效应的干化剂 Download PDF

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Abstract

一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其配方由纳米干化主剂、分散剂、协同剂组成；所述纳米干化主剂由碳化铝和乙炔钠组成；所述分散剂为低分子量有机溶剂类；所述协同剂为抗沉降稳定剂、增粘剂与碳酸钾按照任意比例的混合物；所述干化剂的制作步骤如下：将碳化铝和乙炔钠按摩尔比为1:4的比例混合后，对其进行分散，然后加入协同剂，经过高速搅拌后，得到纳米干化剂。本发明所提供的干化剂将地层水消耗后，地层水反应生成物中偏铝酸钠溶于剩余地层水中，生成物的甲烷和乙炔均为气体，沿裂缝排出，在消除地层水的基础上，不会产生新的堵塞物，效率极高、清洁环保。

Description

一种降低致密储层水锁效应的干化剂
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种降低致密储层水锁效应的干化剂。
背景技术
由于致密储层具有孔喉半径小、原生水饱和度高、天然裂缝发育等特征，使这类储层表现出高损害潜力，尤易发生毛管自吸现象，因此致密气藏干岩心渗透率往往是含束缚水岩心渗透率的10倍以上，这种差异主要是由致密气藏储层地质特征所导致的，一方面，致密储层孔喉半径小，而另一方面，致密储层原生水及外来流体侵入导致储层具有较高的含水饱和度，从而导致大量的孔喉被水膜堵塞，储层中气体可流动性变差。这种束缚水饱和度的升高使地层气相渗透能力降低的情况，通俗称水锁效应。同时，在致密砂岩气藏的开发过程中，即便是在欠平衡条件下，各种水基工作液如钻井液、完井液、洗井液、修井液及压裂液等均会接触储层进而侵入地层，形成液相滞留，增加近井地带或裂缝面附近的基质含水饱和度，造成更严重的水锁伤害，进一步降低了气相渗透率，大幅度降低气井产能，使生产效率降低。水锁伤害是致密气层损害的核心问题，也是致密气开发的主要障碍之一。
针对这种现象，多年以来国内外相关学者对于减轻液相圈闭效应的方法进行了诸多研究并取得一定成果，如授权号为102618224B的中国专利《一种钻井液用防水锁剂》、公布号为104912533A的中国专利《一种煤储层水锁伤害控制方法》、公告号为20040229758的美国专利《Water blockremoval wih surfactant based hydrocarbonaceous liquidsystem》，其采用的手段目前主要集中在四个方面：(1)增大驱替压差；(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；(3)改变孔隙结构，比如采用酸化的办法；(4)用物理方法减轻液相聚集。改变岩石表面润湿性的方法主要是采用醇处理，通过处理使地层的性质由吸水变成自排水，减少液相圈闭效应达到提高储层渗透率的目的。但现有技术的方法，全都是采用增加压力、提高润滑、加大岩石表面张力、增大缝宽等方式来实现解除水锁的功能。采用现有技术的方法，地层水本身依然未被消耗掉，不能从根源上解决水锁的问题，如果被动的物理驱动效果不佳，则地层水还是会在岩缝中影响气体流动。
本发明提出利用分散后和表面修饰后的纳米粒子作为干化主剂，再与协同剂一起注入地层中，通过干化剂与地层水发生化学反应产生烃类气体、消耗地层水、使得储层束缚水饱和度降低(干化储层)，改善气体的渗流能力。用于低孔低渗致密储层的干化，相应的实验结果也表明该纳米干化剂具有良好的干化效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种降低致密储层水锁效应的干化剂，针对低孔低渗地层高含水饱和度的特点，通过干化剂与地层水的反应，产生烃类气体，放出大量的热，达到从本质上消耗地层水的目的，从而干化地层降低含水饱和度，可使致密储层渗透率得到大幅度提高。
本发明的技术方案是：
一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其配方由三部分组成：纳米干化主剂、分散剂、协同剂；
所述纳米干化主剂由碳化铝和乙炔钠组成，碳化铝和乙炔钠均为纳米级粉末；
所述分散剂为低分子量有机溶剂类；
所述协同剂为少量抗沉降稳定剂、增粘剂与碳酸钾按照任意比例混合
所述的纳米干化主剂的纳米碳化铝用于消耗地层水，其工作原理为：
Al4C3+12H2O→4Al(OH)3↓+3CH4↑ (1)
反应过程中，纳米碳化铝与水的反应比为1:12，通过纳米碳化铝消耗掉大量的地层水，反应后生成固体氢氧化铝；
纳米干化主剂中的纳米乙炔钠与水反应生成氢氧化钠：
C2HNa+H2O→C2H2↑+NaOH (2)
氢氧化钠与式(1)中反应生成的固体氢氧化铝反应，生成溶于水的偏铝酸钠：
Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+H2O (3)
上述反应式联立得：
Al4C3+3C2HNa+12H2O→4NaAlO2+3CH4↑+C2H2↑ (4)
地层水被消耗后，反应生成物中偏铝酸钠溶于剩余地层水中，生成物的甲烷和乙炔均为气体，沿裂缝排出。
所述干化剂的制作步骤如下：将纳米碳化铝和纳米乙炔钠按摩尔比为1:4的比例混合后，对其进行分散，然后加入协同剂，经过高速搅拌后，得到纳米干化剂。
进一步的，所述分散剂选用的低分子量有机溶剂为乙醇和四氢呋喃。使粉末状的碳化铝迅速溶解分散，避免反应进行时药品发生团聚后，被包裹住的碳化铝无法参与反应，从而妨碍反应的深入进行；同时，为了避免分散剂注入到地层中对储层造成不必要的污染，要求所用分散剂在常温下为液态而具有分散的效果；也要求分散剂在地层温度下容易气化而返排，避免残留在地层中造成污染。
所述的抗沉降稳定剂用于降低反应速度、保持化学平衡、降低表面张力、增加混合物的稳定性、避免发生聚沉，因此需要稳定剂能极好的溶于水和分散剂，选用聚乙烯吡咯烷酮；所述的增粘剂的作用是增加混合物的粘度，提高混合物的流变性，要求溶于水与分散剂，选自聚乙二醇；所述的碳酸钾用于增加材料的微孔性。
本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的干化剂的配方所需药剂种类较少，且所采用的药剂均可以从市面上购买，无需合成，干化剂的加工制造过程简单，容易实现工业化生产；
2、采用本发明所提供的纳米干化主剂，其采用纳米化工艺，分子体积小，能充分进入地层中与毛细孔隙中的地层水充分反应；
3、干化剂与地层水反应后能大量消耗地层水，且产生的固体残渣较少，从而能大幅度提高储层渗透率，且不造成缝隙堵塞，达到较好的干化效果。
附图说明
图1是纳米干化主剂的成分比与干化效果关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其配方由纳米干化主剂、分散剂、协同剂组成；所述纳米干化主剂由纳米碳化铝和纳米乙炔钠组成；所述分散剂为低分子量有机溶剂类；所述协同剂为抗沉降稳定剂、增粘剂与碳酸钾按照任意比例的混合物。
选择纳米碳化铝作为纳米干化主剂的主要成分之一，在地层水的反应过程中，1mol的碳化铝可以消耗12mol的水，具有较好的干化效果，且在常温下反应缓慢，在高温下反应迅速，利于输送于地层中；反应后产生烃类气体甲烷，比起其他化合物的反应剧烈难控制和产生易燃易爆有毒的气体，碳化铝为最佳的选择。由于碳化铝与地层水反应会产生氢氧化铝沉淀，而氢氧化铝为两性氢氧化物，会与强碱发生反应，生成可溶性的偏铝酸盐，所以需要添加另一种既可以消耗地层水，又产生强碱与烃类气体和大量的热的药品。
选择的纳米乙炔钠则可以满足上述的条件，因此，纳米干化剂主剂由纳米碳化铝和纳米乙炔钠组成，使用过程中需要注意，碳化铝和乙炔钠属于不易制备和保存的材料，在实际使用过程中，需要注意密封保存，且配置纳米干化主剂前需要检验产品纯度，避免杂质混入。
所述的纳米干化主剂的碳化铝用于消耗地层水，其工作原理为：
Al4C3+12H2O→4Al(OH)3↓+3CH4↑ (1)
反应过程中，纳米碳化铝与水的反应比为1:12，通过碳化铝消耗掉大量的地层水，反应后生成固体氢氧化铝；
纳米干化主剂中的纳米乙炔钠与水反应生成氢氧化钠：
C2HNa+H2O→C2H2↑+NaOH (2)
氢氧化钠与式(1)中反应生成的固体氢氧化铝反应，生成溶于水的偏铝酸钠：
Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+H2O (3)
上述反应式联立得：
Al4C3+3C2HNa+12H2O→4NaAlO2+3CH4↑+C2H2↑ (4)
地层水被消耗后，反应生成物中偏铝酸钠溶于剩余地层水中，生成物的甲烷和乙炔均为气体，沿裂缝排出。
所述干化剂的制作步骤如下：将纳米碳化铝和纳米乙炔钠按摩尔比为1:4的比例混合后，对其进行分散，然后加入协同剂，经过高速搅拌后，得到纳米干化剂。
图1中消耗的地层水量均由实验测得的体积转换为质量，所配的地层水的密度为1.02g/cm3。
实施例1：
一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其配置步骤具体如下：
(1)配制好所需的地层水100ml，待用；
(2)将纳米碳化铝与纳米乙炔钠按摩尔比例为1:4混合后，分散到20ml的乙醇中，在30℃条件下进行机械搅拌20min，得到悬浮液产物；
(3)将碳酸钾0.2g、聚乙二醇0.3g和聚乙烯吡咯烷酮0.3g加入到步骤(2)所得悬浮液产物中，在常温下进行机械搅拌15min后得到进一步的悬浮液产物；
(4)在保持温度90℃的条件下，向步骤(3)中的悬浮液产物中注入50ml地层水，反应60min后，过滤剩余沉淀0.075g，测得消耗的地层水为13ml即26％(13ml对应图1中13.26g)。
实施例2：
(1)配制好所需地层水100ml，待用；
(2)将纳米碳化铝与纳米乙炔钠按摩尔比例为0混合后，分散到20ml的四氢呋喃中，在30℃条件下进行机械搅拌20min，得到悬浮液产物；
(3)将碳酸钾0.1g、聚乙二醇0.2g和聚乙烯吡咯烷酮0.1g加入到步骤(2)所得悬浮液产物中，在常温下进行机械搅拌15min后得到进一步的悬浮液产物；
(4)在保持温度60℃的条件下，向步骤(3)中的悬浮液产物中注入50ml地层水，反应20min后，过滤剩余沉淀0，测得消耗的地层水为1ml即2％(1ml对应图1中1.02g)。
所配置的干化剂的技术效果如下：
根据上述实例，改变纳米碳化铝与纳米乙炔钠的摩尔比，从而得到不同比例下不同量的干化剂所达到的干化效果，如附图1所示，干化剂所消耗地层水的量随着摩尔比的增加而增大。但当摩尔比为0时，沉淀量为0；当在摩尔比为0到0.25时，沉淀量均很少，将这些少量沉淀测XRD衍射，均为药品不纯而产生的杂质，故这些沉淀可以忽略不计；当摩尔比大于0.25时，沉淀量逐渐增加，为未反应完全的氢氧化铝沉淀和少量药品杂质。所以，在保证没有沉淀量的情况下，只有当摩尔比等于0.25时，消耗的地层水最多，干化效果最好，此时的耗水量达到了26％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其特征在于，由纳米干化主剂、分散剂、协同剂组成；
所述纳米干化主剂由碳化铝和乙炔钠组成，碳化铝和乙炔钠均为纳米级粉末；
所述分散剂为低分子量有机溶剂类；
所述协同剂为抗沉降稳定剂、增粘剂与碳酸钾按照任意比例的混合物；
所述的纳米干化主剂的碳化铝用于消耗地层水，其工作原理为：
Al4C3+12H2O→4Al(OH)3↓+3CH4↑ (1)
反应过程中，碳化铝与水的反应比为1：12，通过少量碳化铝消耗掉大量的地层水，反应后生成固体氢氧化铝；
纳米干化主剂中的乙炔钠与水反应生成氢氧化钠：
C2HNa+H2O→C2H2↑+NaOH (2)
氢氧化钠与式(1)中反应生成的固体氢氧化铝反应，生成溶于水的偏铝酸钠：
Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+H2O (3)
上述反应式联立得：
Al4C3+3C2HNa+12H2O→4NaAlO2+3CH4↑+C2H2↑ (4)
地层水被消耗后，反应生成物中偏铝酸钠溶于剩余地层水中，生成物的甲烷和乙炔均为气体，沿裂缝排出。
2.根据权利要求1所述的一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其特征在于，所述分散剂选用的低分子量有机溶剂为乙醇和四氢呋喃。
3.根据权利要求1所述的一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其特征在于，所述的抗沉降稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的一种降低致密储层水锁效应的干化剂，其特征在于，所述的增粘剂为聚乙二醇。
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