CN110791266B - 颗粒型聚合物窜流通道封堵剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采领域，具体涉及一种颗粒型聚合物窜流通道封堵剂及其制备方法，颗粒型聚合物窜流通道封堵剂，包括下述质量份组分：硫铝酸盐水泥熟料100份、预处理的聚丙烯纤维0.5‑2份；硅酸钠0.8‑2份、甲酸钾0.8‑2份。本发明得到的一种颗粒尺寸可调的颗粒型封堵剂，通过调节颗粒尺寸能够对施工目的层位做到“堵而不死”。且有效期和水泥接近。相比较有机凝胶类和非固结固体颗粒堵剂，具有明显的高强度封堵优势，以及颗粒与颗粒、颗粒与地层原始孔隙壁能整体固结，能够形成渗透率可调、抗剪切破坏的人造砂体，抑制后续注水或注聚窜流。本发明产品只需要随现场用聚合物溶液注入地层，施工工艺简单。

Description

颗粒型聚合物窜流通道封堵剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油开采领域，具体涉及一种颗粒型聚合物窜流通道封堵剂及其制备方法。

背景技术

聚合物驱油在我国中东部地区油田广泛应用。在注水井注入聚合物(通常是阴离子型聚丙烯酰胺)溶液，可将油层中的原油驱替至产油井。理论上注聚合物驱可将原油采收率提高15％以上。

聚合物驱实际实施时，希望注入的聚合物溶液均匀第向四周的油井推进(通常是一口注入井周边四口油井)。由于油层中存在先天的不均匀性，及后期注水冲刷形成的油水井间大孔道(即窜流通道)，聚合物溶液会迅速由注水井窜流至某一口油井，导致聚合物驱油效果降低。为此需要封堵聚合物窜流通道，即从注水井或采油井向油层中注入封堵药剂(简称封堵剂或堵剂)将窜流通道封堵。

目前的封堵药剂主要有：

(1)有机凝胶类堵剂，由聚合物溶液和交联剂组成，注入时是真溶液，注入地层后交联形成类似果冻的凝胶。也有采用地下聚合凝胶。虽具有良好的注入性，但其药剂体系注入地层时，受地层水的大量稀释影响，实际的封堵强度远低于地面配置浓度的预期封堵强度，甚至可能出现调剖剂无法成胶。

(2)非固结固体颗粒，固体颗粒随药剂体系注入至地层深部，通过颗粒或颗粒堆积堵塞大孔道。这类固体颗粒可以是物性稳定的橡胶颗粒、可遇水膨胀的体膨颗粒、粉煤灰、石灰粉。这类堵剂形成的堆积很松散，很容易被冲散。

(3)水泥类，注入地层后能够凝固，有效期长。但存在油层被完全封堵的风险。而封堵聚合物窜流通道要求是显著降低窜流通道的渗透率，但不能将油层堵到渗透率几乎为零。此外常规油井水泥施工时需要自来水混配，因为常规油井水泥在聚合物溶液中不凝固，而注聚合物井附近通常没有自来水，施工不易操作。此外油井水泥的高价盐促凝剂在聚合物溶液几乎不起作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒型聚合物窜流通道封堵剂及其制备方法，从而实现对聚合物窜流通道进行封堵同时又“堵而不死”，可有效克服现有聚合物窜流通道封堵药剂产品的不足。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种颗粒型聚合物窜流通道封堵剂，包括下述质量份组分：硫铝酸盐水泥熟料100份、预处理的聚丙烯纤维0.5-2份；硅酸钠0.8-2份、甲酸钾0.8-2 份。

所述的预处理的聚丙烯纤维采用下述方式制备：将聚丙烯纤维、三乙醇胺，混拌均匀；加入小粒径硫铝酸盐水泥熟料进行研磨，聚丙烯纤维表面被磨毛，并沾上或嵌入了硫铝酸盐水泥熟料粉末，用0.01mm筛过滤掉多余的小粒径硫铝酸盐水泥熟料粉末，得到所需预处理的聚丙烯纤维；其中，所述的聚丙烯纤维、三乙醇胺以及小粒径硫铝酸盐水泥熟料的质量比为1:0.1:10；小粒径硫铝酸盐水泥熟料的粒径Ф<0.01mm。

所述的硫铝酸盐水泥熟料的粒径为Ф0.1～2mm。

所述的聚丙烯纤维的直径30～60um，长为3～9mm。

本发明还包括一种所述的颗粒型聚合物窜流通道封堵剂的制备方法，采用下述步骤：称取组分量硫铝酸盐水泥熟料、预处理的聚丙烯纤维、硅酸钠、甲酸钾，依次加入干粉混拌机内，混拌10～30分钟即得。

本发明产品的使用方法:现场用聚合物溶液(质量浓度0.3-0.4％)100份和本发明产品0.5～10份混合，优选的，加入本产品为溶液总质量的1wt％-3wt％。用水泥泵车或调剖泵注入水井，然后顶替2倍井筒体积聚合物溶液，关井候凝2～3天即可。实验室用充填玻璃珠岩心管模拟地层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以硫铝酸盐水泥熟料为主料，其在聚合物溶液中更容易凝固(其它类型水泥在聚合物溶液中很难凝固)。粉磨硫铝酸盐水泥熟料至设定的颗粒直径，其颗粒粗细直接决定封堵的程度。为确保硫铝酸盐水泥熟料在聚合物溶液中能够凝固采用硅酸钠、甲酸钾和三乙醇胺作促凝剂，可缩短在聚合物溶液中的凝固时间；为提高堵剂的封堵性能加入聚丙烯纤维。采用三乙醇胺和超细硫铝酸盐水泥熟料粉预先处理聚丙烯纤维可以提高聚丙烯纤维和水泥的粘结性。

本发明得到的一种颗粒尺寸可调的颗粒型封堵剂，生产工艺简单且安全。本发明相比较常规水泥具有明显的调剖优势，通过调节颗粒尺寸能够对施工目的层位做到“堵而不死”。且有效期和水泥接近。本发明相比较有机凝胶类和非固结固体颗粒堵剂，具有明显的高强度封堵优势，以及颗粒与颗粒、颗粒与地层原始孔隙壁能整体固结，能够形成渗透率可调、抗剪切破坏的人造砂体，抑制后续注水或注聚窜流。本发明产品只需要随现场用聚合物溶液注入地层，施工工艺简单。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

制备原料及主要设备：

①硫铝酸盐水泥熟料：主要固结材料，硫铝酸盐水泥在聚合物溶液中更容易凝固(其它类型水泥在聚合物溶液中很难凝固)。直径10mm以上不规则颗粒，符合GB 20472-2006中A.2.1和A.2.2技术要求。

②硅酸钠：调节体系为碱性，并参与提高水泥强度，固体，化学品，市售。

③甲酸钾：用作促凝剂，可缩短硫铝酸盐水泥在聚合物溶液中的凝固时间，固体，化学品，市售。

④聚丙烯纤维：直径30～60um，长3～9mm，起提高固结后水泥渗漏性及人性的作用，市售。

⑤三乙醇胺：用于将水泥粉末粘在聚丙烯纤维上，并起辅助促凝作用，市售。

⑥干粉混拌机：市售。

⑦捏合机：用于将水泥干粉颗粒压入或嵌入聚丙烯纤维，市售。

⑧标准分样筛：孔径0.01～2mm；

实施例1：原料：硫铝酸盐水泥熟料、聚丙烯纤维、硅酸钠和甲酸钾、三乙醇胺。

(1)首先，将硫铝酸盐水泥熟料加入粉碎机内，运行10min。然后将粉碎后的水泥熟料用标准筛进行筛分，筛分出粒径小于0.01mm和介于0.1～1mm的硫铝酸盐水泥熟料待用。

(2)将直径30um，长3mm的聚丙烯纤维1g，0.1g三乙醇胺放入捏合机，混拌10分钟。将第一步筛分出的Ф<0.01mm水泥熟料粉10g加入研磨机内，混拌10分钟，聚丙烯纤维表面被磨毛，并沾上嵌入了水泥熟料粉末，用0.01mm 筛过滤掉多余的水泥熟料粉末，得到处理后的聚丙烯纤维待用。

(3)称取100gФ步骤(1)制备的0.1～1mm硫铝酸盐水泥熟料、0.5g预处理过的聚丙烯纤维、0.8g硅酸钠、0.8g甲酸钾，依次加入干粉混拌机内，混拌10min。

经过以上三个步骤可制得本发明颗粒型聚合物窜流通道封堵剂。

以下为本发明堵剂性能评价过程：

①室内大孔道封堵模拟试验：首先准备内径4cm×长度40cm圆柱形填砂管，填砂管内填直径5mm球形玻璃珠填制模拟地层孔道。保持填砂管垂直，从上端向填砂管内倒入2％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T1。当聚丙烯酰胺溶液不再流出后，关闭填砂管下端，从上端向填砂管内倒满含3％本发明本实施例的封堵剂的0.2％聚丙烯酰胺溶液。将填砂管两端密闭，在70℃下养护3天。

②保持填砂管垂直，打开上下端，流出残留的聚合物溶液。然后从上端向填砂管内倒入0.2％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T2。用封堵前后等量聚合物溶液流过填砂管的时间的比值，即T2/T1衡量堵剂的封堵能力。

对于本发明本实施例，发明的堵剂可使聚合物溶液通过填砂管(内填Ф5mm 玻璃珠)的时间延长7倍以上。

本发明堵剂在地层大孔道及孔隙中沉淀下来可形成固结体，其强度测试试验参照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法,采用油井水泥石实验模具制作堵剂抗压测试模块。在70℃下养护3天后测试本发明本实施例的封堵剂的抗压强度为6.9MPa。

实施例2：

原料：硫铝酸盐水泥熟料、聚丙烯纤维、硅酸钠和甲酸钾、三乙醇胺。

制备方法：(1)首先，将适量硫铝酸盐水泥熟料加入粉碎机内，运行5min。然后将粉碎后的水泥熟料用标准筛进行筛分，筛分出粒径小于0.01mm和介于 0.2～1.5mm的硫铝酸盐水泥熟料待用。

(2)将直径40um，长6mm的聚丙烯纤维1g，0.1g三乙醇胺放入捏合机，混拌10分钟。将第一步筛分出的Ф<0.01mm水泥熟料粉10g加入研磨机内，混拌10分钟，聚丙烯纤维表面被磨毛，并沾上嵌入了水泥熟料粉末，用0.01mm 筛过滤掉多余的水泥熟料粉末，得到处理后的聚丙烯纤维待用。

(3)称取100g步骤(1)制备的Ф0.2～1.5mm硫铝酸盐水泥熟料、1.0g 预处理过的聚丙烯纤维、1.0g硅酸钠、1.0g甲酸钾，依次加入干粉混拌机内，混拌10min。

经过以上三个步骤可制得本发明颗粒型聚合物窜流通道封堵剂。

以下为本发明堵剂性能评价过程：

①室内大孔道封堵模拟试验：首先准备内径4cm×长度40cm圆柱形填砂管，填砂管内填直径5mm球形玻璃珠填制模拟地层孔道。保持填砂管垂直，从上端向填砂管内倒入0.3％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T1。当聚丙烯酰胺溶液不再流出后，关闭填砂管下端，从上端向填砂管内倒满含2％本发明本实施例的封堵剂的0.3％聚丙烯酰胺溶液。将填砂管两端密闭，在70℃下养护3天。

②保持填砂管垂直，打开上下端，流出残留的聚合物溶液。然后从上端向填砂管内倒入0.3％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T2。用封堵前后等量聚合物溶液流过填砂管的时间的比值，即T2/T1衡量堵剂的封堵能力。

对于本发明本实施例，发明的堵剂可使聚合物溶液通过填砂管(内填Ф5mm 玻璃珠)的时间延长5倍以上。

本发明堵剂在地层大孔道及孔隙中沉淀下来可形成固结体，其强度测试试验参照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法,采用油井水泥石实验模具制作堵剂抗压测试模块。在70℃下养护3天后测试本发明本实施例的封堵剂的抗压强度为4.8MPa。

实施例3：

原料：硫铝酸盐水泥熟料、聚丙烯纤维、硅酸钠和甲酸钾、三乙醇胺。

制备方法：(1)首先，将适量硫铝酸盐水泥熟料加入粉碎机内，运行5min。然后将粉碎后的水泥熟料用标准筛进行筛分，筛分出粒径小于0.01mm和介于 0.3～2mm的硫铝酸盐水泥熟料待用。

(2)将直径60um，长9mm的聚丙烯纤维1g，0.1g三乙醇胺放入捏合机，混拌10分钟。将第一步筛分出的Ф<0.01mm水泥熟料粉10g加入研磨机内，混拌20分钟，聚丙烯纤维表面被磨毛，并沾上嵌入了水泥熟料粉末，用0.01mm 筛过滤掉多余的水泥熟料粉末，得到处理后的聚丙烯纤维待用。

(3)称取100g步骤(1)制备的Ф0.3～2mm硫铝酸盐水泥熟料、2.0g预处理过的聚丙烯纤维、2.0g硅酸钠、2.0g甲酸钾，依次加入干粉混拌机内，混拌20min。

经过以上三个步骤可制得本发明颗粒型聚合物窜流通道封堵剂。

以下为本发明堵剂性能评价过程：

①室内大孔道封堵模拟试验：首先准备内径4cm×长度40cm圆柱形填砂管，填砂管内填直径5mm球形玻璃珠填制模拟地层孔道。保持填砂管垂直，从上端向填砂管内倒入0.4％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T1。当聚丙烯酰胺溶液不再流出后，关闭填砂管下端，从上端向填砂管内倒满含1％本发明本实施例的封堵剂的0.4％聚丙烯酰胺溶液。将填砂管两端密闭，在70℃下养护3天。

②保持填砂管垂直，打开上下端，流出残留的聚合物溶液。然后从上端向填砂管内倒入0.4％聚丙烯酰胺溶液250mL,记录聚丙烯酰胺溶液流出200mL需要的时间T2。用封堵前后等量聚合物溶液流过填砂管的时间的比值，即T2/T1衡量堵剂的封堵能力。

对于本发明本实施例，发明的堵剂可使聚合物溶液通过填砂管(内填Ф5mm 玻璃珠)的时间延长4倍以上。

本发明堵剂在地层大孔道及孔隙中沉淀下来可形成固结体，其强度测试试验参照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法,采用油井水泥石实验模具制作堵剂抗压测试模块。在70℃下养护3天后测试本发明本实施例的封堵剂的抗压强度为3.3MPa。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种颗粒型聚合物窜流通道封堵剂，其特征在于，包括下述质量份组分：硫铝酸盐水泥熟料100份、预处理的聚丙烯纤维0.5-2份；硅酸钠0.8-2份、甲酸钾0.8-2份;

所述的预处理的聚丙烯纤维采用下述方式制备：将聚丙烯纤维、三乙醇胺，混拌均匀；加入小粒径硫铝酸盐水泥熟料进行研磨，聚丙烯纤维表面被磨毛，并沾上或嵌入了硫铝酸盐水泥熟料粉末，用0.01mm筛过滤掉多余的小粒径硫铝酸盐水泥熟料粉末，得到所需预处理的聚丙烯纤维；其中，所述的聚丙烯纤维、三乙醇胺以及小粒径硫铝酸盐水泥熟料的质量比为1:0.1:10；小粒径硫铝酸盐水泥熟料的粒径Ф<0.01mm。

2.根据权利要求1所述的颗粒型聚合物窜流通道封堵剂，其特征在于，所述的硫铝酸盐水泥熟料的粒径为Ф0.1～2mm。

3.根据权利要求1所述的颗粒型聚合物窜流通道封堵剂，其特征在于，所述的聚丙烯纤维的直径30～60um，长为3～9mm。

4.一种权利要求1-3任一项所述的颗粒型聚合物窜流通道封堵剂的制备方法，其特征在于，采用下述步骤：称取组分量硫铝酸盐水泥熟料、预处理的聚丙烯纤维、硅酸钠、甲酸钾，依次加入干粉混拌机内，混拌10～30分钟即得。