CN110872509B - 一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用 - Google Patents

一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用，包括带有倒钩的核心支撑层、膨胀堵水层、疏水导气层、运移保护层、悬浮托举层，所述膨胀堵水层包裹在所述核心支撑层的外表面以及倒钩的根部，所述疏水导气层包裹在所述膨胀堵水层以及倒钩的外表面上，所述运移保护层包裹在所述疏水导气层的外表面上，其运移保护层的外表面形成球形，所述悬浮托举层包裹在所述悬浮托举层的外表面上。本发明解决了压裂过程中支撑剂的输送及回流问题，并且对油气藏开采前中期提高疏水导流能力及后期控制出水有明显的帮助。

Description

一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用，属于石油与天然气开采技术领域。
背景技术
在石油与天然气开采过程中，特别是在非常规油气开采领域，压裂技术已经成为增产和提高采收率的重要手段，而压裂支撑剂是决定压裂效果的关键因素。当地层压开裂缝后，为保持裂缝一直开启使流体能顺畅通过，通常将支撑剂随同压裂液输送地层裂隙中，阻止裂缝闭合以保证裂缝的高导流能力。
目前应用较多的压裂支撑剂按加工工艺的不同，总体可以分为三类：石英砂、陶粒和覆膜支撑剂。石英砂强度较低，因此在中高闭合压力地层中使用时可能会大量破碎，导致孔喉堵塞，造成裂缝的导流能力大幅度下降，限制了石英砂在地层中的适用性。陶粒支撑剂的耐压性能明显好于石英砂，但由于其相对密度较大，对压裂液和泵送条件的要求较高，导致成本较高，严重限制了它的广泛应用。覆膜支撑剂可以根据地层现状，选择合适骨架和覆膜层，可以解决了支撑剂输送、回流等问题，有效减少了支撑剂回流对储层、井筒带来的伤害，因此覆膜支撑剂是目前研究较多的一类支撑剂，经公开的覆膜支撑剂研究与本申请相关的文献如下：中国专利《一种基于磁性支撑剂的支撑剂回流控制系统及控制方法》(申请号201310223022.X，公开号CN103266877B)；中国专利《一种油溶水粘型堵水压裂支撑剂及制备方法》(申请号201811630120.4)；中国专利《一种油气井压裂用超疏水覆膜支撑剂的制备方法》(申请号
201410716564.5，公开号CN104449657B)；中国专利《一种用于天然水压裂的自悬浮支撑剂》(申请号201410123724.5，公开号CN104946233B)等，但是都是仅仅解决了支撑剂输送、回流等问题，而无法解决疏水导流和出水的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒及制备方法和应用，本发明不仅解决了压裂过程中支撑剂的输送及回流问题，还对油气藏开采前中期提高疏水导流能力及后期控制出水有明显的帮助。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒，包括带有倒钩的核心支撑层、膨胀堵水层、疏水导气层、运移保护层、悬浮托举层，所述膨胀堵水层包裹在所述核心支撑层的外表面以及倒钩的根部，所述疏水导气层包裹在所述膨胀堵水层以及倒钩的外表面上，所述运移保护层包裹在所述疏水导气层的外表面上，其运移保护层的外表面形成球形，所述悬浮托举层包裹在所述运移保护层的外表面上。
其中各个层从里到外分别具有防止回流、智能堵水、疏水排液、运移保护、自悬浮的功能。
进一步的技术方案是，所述核心支撑层由以下质量百分比的组分组成：铝矾土65％～70％、氧化硅12％～15％、氧化铁10％～13％、氧化钛3％～5％、氧化铝2～4％。
核心支撑层是采用较成熟的固相烧结法通过粉碎、配料、制粒、筛选、烧结等流程制备而来。核心支撑层抗压强度55MPa，体积密度1.7g/cm3，视密度3.1g/cm3，属于高强度中密度范围。
进一步的技术方案是，所述膨胀堵水层由以下质量百分比的组分组成：丙烯酸45％～50％、氢氧化钠溶液45％～50％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01％～0.05％、过硫酸钾溶液1％～2％、碳酸钠溶液1％～2％、钠土1％～2％；所述氢氧化钠溶液、过硫酸钾溶液、碳酸钠溶液的浓度均为5％。
进一步的技术方案是，所述疏水导气层由以下质量百分比的组分组成：Cu[CH3(CH2)10COO]240％～45％、二乙烯基硅烷30％～35％、乙基乙烯基二氟硅烷20％～25％、双氧水3％～5％。
进一步的技术方案是，所述运移保护层由以下质量百分比的组分组成：对苯二甲酸二甲酯55.91％～62.38％、1,4-丁二醇37.62％～44.09％。
进一步的技术方案是，所述悬浮托举层由以下质量百分比的组分组成：丙烯酰胺46％～50％、丙烯酸39％～43％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6％～10％、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯2％～4％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.1％～1％、过硫酸铵0.1％～1％。
一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒在有水气藏压裂施工中的应用。
一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10、将原材料按比配料，通过研磨机进行粉碎、铸造模具制粒、固相烧结法制粒后筛选得到核心支撑层颗粒；
步骤S20、采用喷涂法将核心支撑层颗粒外表涂上一层膨胀堵水层，在常温条件下风干；
膨胀堵水层是采用单体聚合的方法，通过混合、聚合、覆膜、干燥、筛分等步骤加工而成；
步骤S30、按照Cu[CH3(CH2)10COO]240％～45％、二乙烯基硅烷30％～35％、乙基乙烯基二氟硅烷20％～25％、双氧水3％～5％质量比的组分配比制得疏水导气溶液，再将疏水导气溶液直接喷涂到膨胀堵水层及核心支撑层的倒钩表面，常温固化后形成疏水导气层；
步骤S40、采用喷涂法使运移保护材料均匀的包裹颗粒直到倒钩被完全包裹，在50℃温度下烘干后形成运移保护层；
运移保护材料为通过200℃条件下酯反应、255℃条件下缩聚反应生成的一种高分子聚合物—聚对苯二甲酸丁二醇酯；
步骤S50、最后在运移保护层的外部涂覆一层高分子聚合物，常温干燥以后形成悬浮托举层。
进一步的技术方案是，所述膨胀堵水层和悬浮托举层的厚度均为0.05毫米。
进一步的技术方案是，所述高分子聚合物是通过四元共聚得到水膨体后加入引发剂和高效交联剂聚合后形成的。
本发明具有以下有益效果：本发明解决了压裂过程中支撑剂的输送及回流问题，并且对油气藏开采前中期提高疏水导流能力及后期控制出水有明显的帮助。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为施工数据图。
图中所示：1-核心支撑层，2-堵水膨胀层，3-疏水导气层，4-运移保护层，5-悬浮托举层。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明的一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒，包括带有倒钩的核心支撑层1、膨胀堵水层2、疏水导气层3、运移保护层4、悬浮托举层5，所述膨胀堵水层2包裹在所述核心支撑层1的外表面以及倒钩的根部，所述疏水导气层3包裹在所述膨胀堵水层2以及倒钩的外表面上，所述运移保护层4包裹在所述疏水导气层3的外表面上，其运移保护层4的外表面形成球形，所述悬浮托举层5包裹在所述运移保护层4的外表面上。
实施例1的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10、将铝矾土65％％、氧化硅15％、氧化铁13％、氧化钛5％、氟化铝2％质量比的组分来配料，通过研磨机进行粉碎、铸造模具制粒、固相烧结法制粒后筛选得到核心支撑层颗粒；
步骤S20、采用喷涂法将核心支撑层颗粒外表涂上一层膨胀堵水材料，在常温条件下风干后形成膨胀堵层；其膨胀堵水材料采用单体聚合的方法，将丙烯酸50％、5％的氢氧化钠溶液45％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.05％、5％过硫酸钾溶液2％、5％碳酸钠溶液1％、钠土1.95％质量比的组分通过混合、聚合、覆膜、干燥、筛分等步骤加工而成；
步骤S30、按照Cu[CH3(CH2)10COO]245％、二乙烯基硅烷30％、乙基乙烯基二氟硅烷20％、双氧水5％质量比的组分配比制得疏水导气溶液，再将疏水导气溶液直接喷涂到膨胀堵水层及核心支撑层的倒钩表面，常温固化后形成疏水导气层；
步骤S40、对苯二甲酸二甲酯55.91％、1,4-丁二醇44.09％质量比的组分通过200℃条件下酯反应、255℃条件下缩聚反应生成的一种高分子聚合物—聚对苯二甲酸丁二醇酯，再采用喷涂法使聚对苯二甲酸丁二醇酯均匀的包裹颗粒直到倒钩被完全包裹，在50℃温度下烘干后形成运移保护层；
步骤S50、最后在运移保护层的外部涂覆一层将丙烯酰胺50％、丙烯酸39％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6％、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯4％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5％、过硫酸铵0.5％质量比的组分通过四元共聚得到水膨体后加入引发剂和高效交联剂聚合后形成的高分子聚合物，常温干燥以后形成悬浮托举层。
实施例2
如图1所示，本发明的一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒，包括带有倒钩的核心支撑层1、膨胀堵水层2、疏水导气层3、运移保护层4、悬浮托举层5，所述膨胀堵水层2包裹在所述核心支撑层1的外表面以及倒钩的根部，所述疏水导气层3包裹在所述膨胀堵水层2以及倒钩的外表面上，所述运移保护层4包裹在所述疏水导气层3的外表面上，其运移保护层4的外表面形成球形，所述悬浮托举层5包裹在所述运移保护层4的外表面上。
实施例2的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10、将铝矾土67％、氧化硅13％、氧化铁12％、氧化钛5％、氟化铝3％质量比的组分来配料，通过研磨机进行粉碎、铸造模具制粒、固相烧结法制粒后筛选得到核心支撑层颗粒；
步骤S20、采用喷涂法将核心支撑层颗粒外表涂上一层膨胀堵水材料，在常温条件下风干后形成膨胀堵层；其膨胀堵水材料采用单体聚合的方法，将丙烯酸47％、5％的氢氧化钠溶液48％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.05％、5％过硫酸钾溶液1％、5％碳酸钠溶液2％、钠土1.95％质量比的组分通过混合、聚合、覆膜、干燥、筛分等步骤加工而成；
步骤S30、按照Cu[CH3(CH2)10COO]242％、二乙烯基硅烷33％、乙基乙烯基二氟硅烷21％、双氧水4％质量比的组分配比制得疏水导气溶液，再将疏水导气溶液直接喷涂到膨胀堵水层及核心支撑层的倒钩表面，常温固化后形成疏水导气层；
步骤S40、对苯二甲酸二甲酯60％、1,4-丁二醇40％质量比的组分通过200℃条件下酯反应、255℃条件下缩聚反应生成的一种高分子聚合物—聚对苯二甲酸丁二醇酯，再采用喷涂法使聚对苯二甲酸丁二醇酯均匀的包裹颗粒直到倒钩被完全包裹，在50℃温度下烘干后形成运移保护层；
步骤S50、最后在运移保护层的外部涂覆一层将丙烯酰胺48％、丙烯酸42％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸7％、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯2％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.4％、过硫酸铵0.6％质量比的组分通过四元共聚得到水膨体后加入引发剂和高效交联剂聚合后形成的高分子聚合物，常温干燥以后形成悬浮托举层。
将上述实施例1和2制备得到的颗粒分别应用在水气藏压裂施工中时，其颗粒的悬浮托举层5最先接触水，高分子聚合物会快速溶胀，颗粒周围形成较为稳定的水化层，充满支撑剂颗粒之间的空间，使颗粒能够在压裂液中很好的悬浮并且均匀的分布；并且颗粒在其托举作用下随着水力压裂流动，不会出现沉降分层，在输送到达指定位置后可注入破胶剂释放出支撑剂；
又因运移保护层4不溶于有机溶剂，在52℃以上的热水中长期浸泡可使其水解，可以保证压裂过程中核心支撑层的倒钩不提前发生勾连，直到到达地层后，运移保护层4在地层高温水条件下发生水解，使核心支撑层1的倒钩显露出来；
当核心支撑层1的倒钩显露出来后，相邻颗粒的倒钩使其相互连接在一起，并且部分倒钩在压力作用下嵌入地层，可较好地满足稳定缝口、防止支撑剂回流且保持高导流能力；
此时颗粒的最外层为疏水导气层3，其疏水导气层3可以在有水气藏开采的前中期产水量不大时具有良好的导流能力，起到疏水导气的作用，并且配合油管产出的工作相互协调，把地层产液完全排出井口，有效地减少了气层因“水侵”、“水锁”、“水敏性矿物膨胀”等原因造成的井底附近积液现象，可以获得较高的开采速度和采收率；
当有水气藏由于地层存在横向和纵向上渗透率的非均质性，地层水会沿着高渗透率夹层和裂缝窜入井眼，导致气井出水，严重时可形成油井水淹的问题，当地层出水严重时将包裹在膨胀堵水层2外部的疏水导气层3被冲刷掉后，然后膨胀堵水层2可以在裂缝中快速膨胀，封堵裂缝，阻止水体流入井筒，从而达到调剖、堵水的效果。
如图2所示，将实施例制备的颗粒用于T2-21井的施工，其具体为，由生产数据可知T2-21井在2019年3月12日-2019年5月18日期间日平均产气量为0.08万方/天，平均产水量为51方/天为较为严重的水锁气井。为恢复气井产水能力，在5月19日关井进行了覆膜砂压裂施工，施工周期46天。7月4日开井生产后产水量在第三天明显下降，并且气产量恢复正常，说明近井带地层水已被排出，地层疏水导气能力大幅度提高。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，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做出些变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)

1.一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒，其特征在于，包括带有倒钩的核心支撑层(1)、膨胀堵水层(2)、疏水导气层(3)、运移保护层(4)、悬浮托举层(5)，所述膨胀堵水层(2)包裹在所述核心支撑层(1)的外表面以及倒钩的根部，所述疏水导气层(3)包裹在所述膨胀堵水层(2)以及倒钩的外表面上，所述运移保护层(4)包裹在所述疏水导气层(3)的外表面上，其运移保护层(4)的外表面形成球形，所述悬浮托举层(5)包裹在所述运移保护层(4)的外表面上；
所述核心支撑层(1)由以下质量百分比的组分组成：铝矾土65％～70％、氧化硅12％～15％、氧化铁10％～13％、氧化钛3％～5％、氧化铝2～4％；
所述膨胀堵水层(2)由以下质量百分比的组分组成：丙烯酸45％～50％、氢氧化钠溶液45％～50％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01％～0.05％、过硫酸钾溶液1％～2％、碳酸钠溶液1％～2％、钠土1％～2％；所述氢氧化钠溶液、过硫酸钾溶液、碳酸钠溶液的浓度均为5％；膨胀堵水层(2)是采用单体聚合的方法，通过混合、聚合、覆膜、干燥、筛分步骤加工而成；
所述疏水导气层(3)由以下质量百分比的组分组成：Cu[CH3(CH2)10COO]240％～45％、二乙烯基硅烷30％～35％、乙基乙烯基二氟硅烷20％～25％、双氧水3％～5％；
所述运移保护层(4)由以下质量百分比的组分组成：对苯二甲酸二甲酯55.91％～62.38％、1,4-丁二醇37.62％～44.09％；运移保护层(4)为通过200℃条件下酯反应、255℃条件下缩聚反应生成的一种高分子聚合物—聚对苯二甲酸丁二醇酯；
所述悬浮托举层(5)由以下质量百分比的组分组成：丙烯酰胺46％～50％、丙烯酸39％～43％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6％～10％、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯2％～4％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.1％～1％、过硫酸铵0.1％～1％；悬浮托举层(5)为通过四元共聚得到水膨体后加入引发剂和高效交联剂聚合后形成的高分子聚合物。
2.一种权利要求1所述用于有水气藏的智能控水导气颗粒在有水气藏压裂施工中的应用。
3.一种权利要求1所述用于有水气藏的智能控水导气颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10、将原材料按比配料，通过研磨机进行粉碎、铸造模具制粒、固相烧结法制粒后筛选得到核心支撑层颗粒；
步骤S20、采用喷涂法将核心支撑层颗粒外表涂上一层膨胀堵水层，在常温条件下风干；
膨胀堵水层是采用单体聚合的方法，通过混合、聚合、覆膜、干燥、筛分等步骤加工而成；
步骤S30、按照Cu[CH3(CH2)10COO]240％～45％、二乙烯基硅烷30％～35％、乙基乙烯基二氟硅烷20％～25％、双氧水3％～5％质量比的组分配比制得疏水导气溶液，再将疏水导气溶液直接喷涂到膨胀堵水层及核心支撑层的倒钩表面，常温固化后形成疏水导气层；
步骤S40、采用喷涂法使运移保护材料均匀的包裹颗粒直到倒钩被完全包裹，在50℃温度下烘干后形成运移保护层；
运移保护材料为通过200℃条件下酯反应、255℃条件下缩聚反应生成的一种高分子聚合物—聚对苯二甲酸丁二醇酯；
步骤S50、最后在运移保护层的外部涂覆一层通过四元共聚得到水膨体后加入引发剂和高效交联剂聚合后形成的高分子聚合物，常温干燥以后形成悬浮托举层。
4.根据权利要求3所述的一种用于有水气藏的智能控水导气颗粒的制备方法，其特征在于，所述膨胀堵水层和悬浮托举层的厚度均为0.05毫米。
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