CN110945102B - 通过使用表面改性减轻凝析物堆积 - Google Patents

通过使用表面改性减轻凝析物堆积 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于减轻凝析物堆积的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法和系统涉及改变凝析气藏的井眼附近的岩层的润湿性。

Description

通过使用表面改性减轻凝析物堆积
对相关申请的交叉引用
本申请要求2017年7月20日提交的美国临时专利申请62/534,927的优先权，其全部内容在此参考并入。
发明领域
本发明总体上涉及用于减轻凝析物堆积的方法和系统。
背景技术
凝析气藏含有大量的气态和液态凝析物储备，它们对于全球范围内日益增长的能源资源的需求至关重要。在凝析气藏中，当储层中只有一个相(即气相)时，储层初始压力通常大于露点压力。在生产过程中，生产井中的井底压力最终下降到小于露点的值。结果，重烃(例如，分子量大于30g/mol的重烃)冷凝成液相。该液相通常积聚在井眼附近区域的孔隙中，从而导致通常所说的“凝析物堆积”。凝析液会由于毛细作用力而被捕获，或者由于液体流动性较差而被保留在岩石中。井眼周围的这种凝析物堵塞会导致井的生产率降低两倍或更多倍。
已经开发出了几种技术来试图减少凝析物堆积。其中一种技术涉及用再循环气体来将储层压力保持为大于露点压力。然而，可再循环气体的体积是有限的，并且该方法并不总是能够将储层压力保持为足够高。其他的方式包括钻水平井和水力压裂。这些临时性的解决方案需要钻井设备，故而成本很高。因此，需要改进的方法和系统来减轻凝析物堆积。
发明概述
本申请提供了用于减轻井眼附近的凝析物堆积的策略。本申请的实施方案包括用于改变岩层润湿性从而减轻凝析物堆积的方法和系统。在一些实施方案中，所述方法涉及用颗粒(例如，纳米颗粒)结合岩层化学预处理来对岩层进行形态学改性。
在一个方面，本申请提供了用于减轻凝析气藏的井眼附近凝析物堆积的方法，该方法包括：使凝析气藏井眼附近的岩层与聚合物溶液接触。在一些实施方案中，所述聚合物溶液包含具有第一净电荷的带电聚合物，从而形成改性的岩层，以及使所述改性的岩层与颗粒悬浮液接触。在一些实施方案中，所述颗粒悬浮液包含具有第二净电荷的带电颗粒，其中所述第一净电荷和第二净电荷是相反的。
在一些实施方案中，所述带电聚合物在所述聚合物溶液中带正电(阳离子聚合物)，并且所述带电颗粒在所述颗粒悬浮液中带负电(阴离子聚合物)。在一些实施方案中，所述带电聚合物包含多个胺基。在一些实施方案中，所述带电聚合物包含多个季铵基团。在一些实施方案中，所述带电聚合物为可季铵化的聚合物，其通过将乙烯基咪唑与乙烯基单体或丙烯酸单体或两者进行聚合制得。在一些实施方案中，所述带电聚合物为聚季铵盐。在一些实施方案中，所述带电聚合物为聚乙烯亚胺(包括聚乙烯亚胺的官能化衍生物)。在一些实施方案中，所述聚合物溶液的pH范围为约5至约10，例如，范围为约7至约10。在一些实施方案中，所述带电聚合物具有约120至约800,000克/摩尔范围(例如，约300至约10,000克/摩尔范围内)的数均分子量。在一些实施方案中，所述带电聚合物以约0.01体积％至约10体积％的范围(例如以约0.1体积％至约5体积％的范围)的量存在于所述聚合物溶液中。
在一些实施方案中，所述带电颗粒包括带负电的颗粒，例如带负电的二氧化硅、氧化锆或钛纳米颗粒。在一些实施方案中，所述带电颗粒部分由含氟基团进行改性。在一些实施方案中，所述带电颗粒具有约30纳米(nm)至约1000nm范围内(例如约30纳米(nm)至约500nm范围内)的平均直径。在一些实施方案中，所述带电颗粒以约0.01重量％至约10重量％的范围(例如约0.02重量％至约1.0重量％的范围)的量存在于所述颗粒悬浮液中。
在一些实施方案中，所述聚合物溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇(如松油醇、香叶醇、香茅醇、神经醇、薄荷醇、橙花醇、松节油、D-柠檬烯和法尼醇)、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂(乙二醇单正丙醚)、METHYL CARBITOLTM溶剂(二乙二醇单乙醚)、DOWANOLTMDPM乙二醇醚(二丙二醇甲醚)、DOWANOLTMPnP乙二醇醚(丙二醇正丙醚)，及其组合。在一些实施方案中，所述颗粒悬浮液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂、METHYL CARBITOLTM溶剂、DOWANOLTMDPM乙二醇醚、DOWANOLTMPnP乙二醇醚，及其组合。在一些实施方案中，所述第一和第二颗粒悬浮液包含相同的溶剂或溶剂组合。
在一些实施方案中，所述带电聚合物包含多个带正电的胺基，例如，聚乙烯亚胺，并且所述带电颗粒为带负电的颗粒，例如，氟化二氧化硅颗粒。
在一些实施方案中，所述岩层在与所述聚合物溶液接触之前带负电。在一些实施方案中，所述岩层为砂岩层。
在一些实施方案中，所述方法还包括使所述改性岩层与包含表面活性剂的表面活性剂溶液接触。在一些实施方案中，所述方法还包括在使所述改性岩层与所述颗粒悬浮液接触之前，使所述岩层与包含表面活性剂的表面活性剂溶液接触。在一些实施方案中，所述方法还包括在使所述改性岩层与所述颗粒悬浮液接触之时使所述岩层与包含表面活性剂的表面活性剂溶液接触。在一些实施方案中，所述方法还包括在使所述改性岩层与所述颗粒悬浮液接触之后使所述岩层与包含表面活性剂的表面活性剂溶液接触。在一些实施方案中，所述表面活性剂以约0.1重量％至约10重量％的范围的量存在于所述表面活性剂溶液中。在一些实施方案中，所述表面活性剂溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂、METHYLCARBITOLTM溶剂、DOWANOLTMDPM乙二醇醚、DOWANOLTMPnP乙二醇醚，及其组合。
在另一个方面，本申请提供了用于减轻凝析气藏井眼附近的凝析物堆积的系统，所述系统包括：第一容器或聚合物溶液源，所述聚合物溶液包含具有第一净电荷的带电聚合物；和第二容器或颗粒悬浮液源，所述颗粒悬浮液包含具有第二净电荷的带电颗粒。在一些实施方案中，第一净电荷和第二净电荷是相反的，以及管道将所述聚合物溶液和所述颗粒悬浮液引入凝析气藏的井眼附近的相同岩层。
在一些实施方案中，所述系统还包括第三容器或表面活性剂溶液源和管道，所述表面活性剂溶液包含表面活性剂，所述管道用于将所述表面活性剂溶液引入凝析气藏的井眼附近的岩层。
在另一个方面，本申请提供了经化学处理的岩层，其通过本申请中描述的方法制得。在一些实施方案中，所述经化学处理的岩层是全憎性的。在一些实施方案中，所述经化学处理的岩层比未处理的岩层具有更高的水油液滴流动性。在一些实施方案中，经化学处理的岩层比未处理的岩层具有更大的气体相对渗透率(Krg)。在一些实施方案中，相对于未处理的岩层，经化学处理的岩层在气体相对渗透率方面具有高达约5.0倍的改进。在一些实施方案中，相对于未处理的岩层，经化学处理的岩层具有更大的液态冷凝物相对渗透率(Kro)。在一些实施方案中，相对于未处理的岩层，经化学处理的岩层在液态冷凝物相对渗透率方面具有高达约5.0倍的改进。在一些实施方案中，去离子水在经化学处理的岩层的表面上的接触角的范围为约60度至约160度。在一些实施方案中，2重量％的氯化钾(KCl)水溶液在经化学处理的岩层的表面上的接触角的范围为约60度至约160度。在一些实施方案中，癸烷在经化学处理的岩层的表面上的接触角的范围为约40至约160度。
定义
为了使本申请更容易理解，如下定义了本申请中使用的某些术语。以下术语和其他术语的其它定义可能示于整个说明书中。
如本申请中所用，术语“包含(comprise)”和该术语的变体，例如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”，并不旨在排除其他添加物、组分、整数或步骤。在本申请中，当提供范围时包括端点。在本申请中，除非上下文另有明确说明，否则术语“一种”可以理解为表示“至少一个”。
缔合：在一些实施方案中，如果两个或多个实体直接或间接地相互作用，使得它们彼此物理接近和/或保持物理接近，则它们在物理上彼此“缔合”。在一些实施方案中，彼此物理缔合的两个或更多个实体彼此共价连接；在一些实施方案中，彼此物理缔合的两个或更多个实体没有彼此共价连接，而是非共价缔合，例如通过以下方式非共价缔合：氢键、范德华相互作用、疏水性相互作用、静电相互作用，及其组合。
在井眼附近：如本申请中所用，术语“在井眼附近”是指在井眼里或井眼周围的岩层区域。在一些实施方案中，“在井眼附近”是指可能正在发生或潜在地会发生凝析物堆积的区域。在一些实施方案中，“在井眼附近”是指距井眼小于约35米(m)的距离(例如，距井眼小于约30、小于约25、小于约20、小于约15、小于约10或小于约5米)。
纳米颗粒：如本申请中所用，术语“纳米颗粒”是指具有最高约1,000nm的平均横截面(例如平均直径)的颗粒。在一些实施方案中，所述平均横截面通过动态光散射(DLS)(例如，基于通过光子相关光谱法测得的散射强度分布)测得。在一些实施方案中，纳米颗粒具有小于300nm的平均直径，例如，小于约100nm的平均直径。
全憎性：如本申请中所用，术语“全憎性”是指表面对于水相以及油或烃相不会润湿。在一些实施方案中，全憎性表面排斥一种或多种液相，从而改善气体相对渗透率或液体相对渗透率，或气体和液体两者的相对渗透率。
基本上：如本文所用，术语“基本上”是指以全部或接近全部的程度或地步展示感兴趣的特征或性能的定性条件。
附图简述
图1描绘了测量水和癸烷在已经用本申请所述方法处理过的玻璃表面和砂岩表面上的接触角。所述表面经过了官能化聚乙烯亚胺(fPEI)和85nm纳米颗粒的处理。
图2描绘了测量癸烷在已经用本申请所述方法处理过的砂岩表面上的接触角。所述表面经过了135nm纳米颗粒或180nm纳米颗粒的处理。
图3是显示未氟化(“粗制”)的和氟化的纳米颗粒的粒度分布图。
图4是描绘在根据本申请提供的化学处理前后，气体注入期间的压降图。
发明详述
在整个说明书中，在将方法描述为具有、包括或包含特定步骤时，或在将系统描述为具有、包括或包含特定组分时，可以设想，存在其它根据本发明所述的方法，所述方法基本上由所叙述的处理步骤组成或由所叙述的处理步骤组成，以及存在根据本发明所述的系统，所述系统基本上由所叙述的组分组成或由所叙述的组分组成。
应当理解，只要保持方法或系统可以使用，步骤的顺序或执行某些动作的顺序就无关紧要。而且，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。
在本申请中，例如在背景技术部分中提及任何出版物，并不意味着承认该出版物对任何权利要求而言都是现有技术。背景技术部分的给出仅出于清楚的目的，并不意味着对任何权利要求而言是对现有技术的描述。
本申请涵盖了这样的见解，即对井眼附近岩层进行的某些化学处理可用于通过减小生产气体期间的压降来提高来自储层的气体和凝析物生产率。此外，在一些实施方案中，本申请提供了这样的见解：其允许对具有独特物理化学特性的某些岩层(例如，砂岩层)进行改进的化学处理。在一些实施方案中，本申请中提供的化学处理改变了岩层的润湿性。例如，在某些实施方案中，本申请所述的化学处理降低了岩层对水或油的润湿性。在一些实施方案中，通过为岩层提供表面粗糙度来降低岩层对水或油的润湿性。或者或另外，可以通过减少岩层的表面自由能来降低岩层对水或油的润湿性。
在一些实施方案中，根据本申请所述方法进行化学处理的岩层具有净电荷(例如，负电荷)。在一些实施方案中，所述岩层为砂岩层。在一些实施方案中，所述砂岩层包含石英、长石或粘土。
使岩层改性的方法
在某些实施方案中，本申请提供的方法使用聚合物溶液来使凝析气藏井眼附近的岩层改性。在一些实施方案中，所述聚合物溶液包含带电聚合物，例如，带正电的聚合物(阳离子聚合物)。
在一些实施方案中，所述带电聚合物包含多个胺基。在一些实施方案中，所述带电聚合物包含多个季铵基团。在一些实施方案中，所述带电聚合物是可季铵化聚合物，其通过将乙烯基咪唑与乙烯基单体或丙烯酸单体或两者进行聚合制得。在一些实施方案中，所述带电聚合物为聚季铵盐。在一些实施方案中，所述带电聚合物为聚乙烯亚胺(包括聚乙烯亚胺的官能化衍生物)。在一些实施方案中，所述带电聚合物(例如，聚乙烯亚胺的官能化衍生物)包含能够与岩层形成共价键的官能团。
在一些实施方案中，聚合物溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇(如松油醇、香叶醇、香茅醇、神经醇、薄荷醇、橙花醇、松节油、D-柠檬烯和法尼醇)、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂(乙二醇单正丙醚)、METHYL CARBITOLTM溶剂(二乙二醇单乙醚)、DOWANOLTMDPM乙二醇醚(二丙二醇甲醚)、DOWANOLTMPnP乙二醇醚(丙二醇正丙醚)，及其组合。
在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约0.01至约10体积％的量存在于所述聚合物溶液中。在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约0.1至约10体积％的量存在于所述聚合物溶液中。在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约1至约10体积％的量存在于所述聚合物溶液中。在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约0.01至约5体积％的量存在于所述聚合物溶液中。在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约0.1至约5体积％的量存在于所述聚合物溶液中。在一些实施方案中，带电聚合物以范围为约1至约5体积％的量存在于所述聚合物溶液中。不希望受任何特定理论的束缚，所使用的特定浓度可能取决于岩层的渗透率。
在一些实施方案中，聚合物溶液的pH范围为约5至约10。在一些实施方案中，聚合物溶液的pH范围为约7至约10(例如范围为约8至约10或约8至约9.5)。在一些实施方案中，将pH调节剂(例如，HCl)加入到聚合物溶液中以调节所述聚合物溶液的pH。
在一些实施方案中，带电聚合物具有约120至约800,000克/摩尔范围内(例如约300至约10,000克/摩尔范围内)的数均分子量。
使改性的岩层织构化的方法
在某些实施方案中，本申请提供的方法使用颗粒(例如纳米颗粒)来为改性的岩层提供粗糙度或低表面能。在一些实施方案中，纳米颗粒可以与改性的岩层缔合。在一些实施方案中，纳米颗粒在与所述改性的岩层接触的颗粒悬浮液中是带电的。例如，纳米颗粒在所述颗粒悬浮液中带正电。
在一些实施方案中，纳米颗粒在某些溶剂或溶液中包含净电荷。在一些实施方案中，纳米颗粒的净电荷为负。在一些实施方案中，纳米颗粒的净电荷与聚合物的净电荷相反。
在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含选自下组的材料：金属、半金属(在导带底部和价带顶部之间具有很小的重叠的材料)、非金属、金属、半金属和非金属的氧化物、硼化物、碳化物、硫化物和氮化物，及其组合。在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含金属氧化物。在一些实施方案中，所述纳米颗粒是或包含二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锗、氧化铝、五氧化钽、氧化锌，或其组合。在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含二氧化硅。在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含聚合物。例如，在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含基于聚苯乙烯或甲基丙烯酸酯的聚合物。
在一些实施方案中，纳米颗粒的表面被氟化。在一些实施方案中，纳米颗粒为氟化的二氧化硅纳米颗粒。在一些实施方案中，纳米颗粒是或包含氟化的聚合物材料，例如，氟化的基于聚苯乙烯或甲基丙烯酸酯的聚合物。
在一些实施方案中，纳米颗粒具有约30nm至约500nm范围内的平均直径。在一些实施方案中，纳米颗粒具有约100nm至约500nm范围内的平均直径。在一些实施方案中，纳米颗粒具有约100nm至约400nm范围内的平均直径。
在一些实施方案中，使纳米颗粒悬浮液与改性的岩层接触。在一些实施方案中，纳米颗粒以范围为约0.01至约10重量％的量存在于悬浮液中。在一些实施方案中，纳米颗粒以范围为约0.01至约5重量％的量存在于悬浮液中。在一些实施方案中，纳米颗粒以范围为约0.01至约1重量％的量存在于悬浮液中。在一些实施方案中，纳米颗粒以范围为约0.01至约0.5重量％的量存在于悬浮液中。在一些实施方案中，纳米颗粒以范围为约0.05至约0.5重量％的量存在于悬浮液中。
在一些实施方案中，纳米颗粒悬浮液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇(如松油醇、香叶醇、香茅醇、神经醇、薄荷醇、橙花醇、松节油、D-柠檬烯和法呢醇)、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂(乙二醇单正丙醚)、METHYL CARBITOLTM溶剂(二乙二醇单乙醚)、DOWANOLTMDPM乙二醇醚(二丙二醇甲醚)、DOWANOLTMPnP乙二醇醚(丙二醇正丙醚)，及其组合。
在一些实施方案中，本申请提供的方法包括使包含表面活性剂的表面活性剂溶液与岩层接触。在一些实施方案中，可以在使纳米颗粒与所述改性的岩层缔合之前，施加包含所述表面活性剂的所述溶液。在一些实施方案中，可以在使纳米颗粒与所述改性的岩层缔合之后，施加包含所述表面活性剂的所述溶液。在一些实施方案中，可以将所述纳米颗粒悬浮液和所述表面活性剂溶液同时施加至所述岩层。在一些实施方案中，当被施加到所述岩层时，所述表面活性剂被包括在所述纳米颗粒悬浮液中。
在一些实施方案中，所述表面活性剂改变了所述岩层的表面。在一些实施方案中，所述表面活性剂增强了所述聚合物、纳米颗粒或两者对所述岩层的表面的粘附。在一些实施方案中，所述表面活性剂使所述聚合物、纳米颗粒或两者稳定在所述岩层的表面上。
在一些实施方案中，所述表面活性剂与所述岩层缔合。例如，所述表面活性剂可以与所述岩层表面上的羟基相互作用。在一些实施方案中，所述表面活性剂可以与羟基缔合。另外或或者，表面活性剂可与纳米颗粒一起提供额外的全憎性。在一些实施方案中，所述表面活性剂与用于改性岩石表面而施加的带电聚合物缔合。在一些实施方案中，所述表面活性剂提供了用于缔合纳米颗粒的额外的正电荷。在一些实施方案中，所述表面活性剂协助聚合物与岩层的缔合。
在一些实施方案中，所述表面活性剂可以是阳离子的、非离子的或两性的。在一些实施方案中，所述表面活性剂包括氟化的表面活性剂、聚合的表面活性剂、氟化的聚合表面活性剂或其组合。在一些实施方案中，所述表面活性剂选自下组：奥替尼啶二盐酸盐、西曲溴铵(cetrimonium bromide)(CTAB)、西吡氯铵(cetylpyridinium chloride)(CPC)、苯扎氯铵(benzalkonium chloride)(BAC)、苄索氯铵(benzethonium chloride)(BZT)、双十八烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基溴化铵(dioctadecyldimethylammonium bromide，DODAB)、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇乙氧基化物(aliphatic alcohol ethoxylates)、脂肪族烷基胺乙氧基化物(aliphatic alkylamine ethoxylates)、脱水山梨糖醇酯及其乙氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、全氟辛酸(perfluorooctanoicacid,PFOA)、全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonate,PFOS)、全氟己烷磺酸(perfluorohexane sulfonic acid,PFHxS)、全氟壬酸(perfluorononanoic acid,PFNA)、全氟癸酸(perfluorodecanoic acid,PFDA)、椰油酰胺基丙基甜菜碱(cocamidopropylbetaine)、椰油酰胺基丙基磺基甜菜碱(cocoamidopropyl sultaine)、酰胺基磺基甜菜碱、金葡糖苷(auroamphoglycinate)、二羟乙基牛脂基甘氨酸盐(dihydroxyethyl tallowglycinate)、异硬脂酰基两性丙酸酯(isostearoamphopropionate)、N,N-(二甲基铵)丁酸金酯(auryl-N,N-(dimethylammonio)butyrate)、月桂基-N,N-(二甲基)-甘氨酸甜菜碱(lauryl-N,N-(dimethyl)-glycinebetaine)、3-[(3-胆酰胺丙基)二甲基铵]-1-丙磺酸盐(3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate)、3-([3-胆酰胺丙基]二甲基铵)-2-羟基-1-丙磺酸盐(3-([3-cholamidopropyl]dimethylammonio)-2-hydroxy-1-propanesulfonate)、N,N-(二甲基)丙磺酸金酯(auryl-N,N-(dimethyl)-propanesulfonate)、3-(4-叔丁基-1-吡啶基)-1-丙烷磺酸盐(3-(4-tert-butyl-1-pyridinio)-1-propanesulfonate)、3-(1-吡啶基)-1-丙烷磺酸盐(3-(1-pyridinio)-1-propanesulfonate)、3-(苄基二甲基铵基)丙烷磺酸盐(3-(benzyl-dimethylammonio)propanesulfonate)，及其组合。
在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约0.1至约10重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约0.5至约10重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约1至约10重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约5至约10重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约0.1至约5重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约0.1至约3重量％的量存在于溶液中。在一些实施方案中，表面活性剂以范围为约0.1至约1重量％的量存在于溶液中。
在一些实施方案中，表面活性剂溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇(如松油醇、香叶醇、香茅醇、神经醇、薄荷醇、橙花醇、松节油、D-柠檬烯和法呢醇)、PROPYL CELLOSOLVETM溶剂(乙二醇单正丙醚)、METHYL CARBITOLTM溶剂(二乙二醇单乙醚)、DOWANOLTMDPM乙二醇醚(二丙二醇甲醚)、DOWANOLTMPnP乙二醇醚(丙二醇正丙醚)，及其组合。
经化学处理的岩层的特性
在一些实施方案中，已经用聚合物溶液改性并用颗粒悬浮液织构化的岩层(“经化学处理的岩层”)以某些特性表征。
在一些实施方案中，经化学处理的岩层是全憎性的。在一些实施方案中，经化学处理的岩层相对于未处理的岩层具有更大的液滴流动性(水滴和油滴，例如，水的液滴和癸烷的液滴)。在一些实施方案中，经化学处理的岩层的表面可能在能量上更亲气体而不亲水或油，从而减少了孔隙内液相的堆积、截留、或压降。
在一些实施方案中，可以用液态凝析物相对渗透率(Kro)、气体相对渗透率(Krg)或两者来确定处理的有效性。相对渗透率(Kr)为多相流中特定流体的有效渗透率(Ke)与绝对渗透率(Ka)的比值。绝对渗透率是多孔介质的特性，并且通过测量经单相流体饱和的介质的渗透率以此来代表介质传输流体的能力。
在一些实施方案中，所述单相流体可以是具有一个相的任何流体(例如，气体或液体)。在一些实施方案中，所述单相流体可以是氮气、水、烃或2重量％的KCl水溶液。在某些实施方案中，可以从如下所示的达西方程计算出绝对渗透率：
Figure BDA0002372189850000111
其中Qs为单相流体的流速(立方厘米/分钟(cm3/min))，μs为单相流体的粘度(厘泊(cP))，L为岩心样品的长度(cm)，A为岩心样品的横截面(平方厘米(cm2))，ΔP为贯穿岩心样品的压降(大气)。
在某些实施方案中，在稳态条件下，岩心样品中液态凝析物的有效渗透率(Keo)和气体的有效渗透率(Keg)可以根据如下所示的达西方程算得：
Figure BDA0002372189850000112
Figure BDA0002372189850000113
其中Qo为液态凝析物的流速(cm3/min)，Qg为气体的流速(cm3/min)，μo为液态凝析物的粘度(cP)，以及μg为气体的粘度(cP)。在一些实施方案中，使用化学处理之后和之前的液态凝析物(或气体)的相对渗透率的比率来计算相对渗透率的改进因数并确定处理是否成功。
在一些实施方案中，液态凝析物和气体的相对渗透率可以通过实施例3中所描述的步骤测得。
在一些实施方案中，烃的混合物可用于测量液态凝析物和气体的相对渗透率。在一些实施方案中，所述混合物包含一种或多种饱和烃。在一些实施方案中，所述饱和烃的碳原子数范围为1至40。在一些实施方案中，所述混合物包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷和十二烷。例如，实施例3中的表4显示了用于测量液态凝析物和气体的相对渗透率的烃混合物的示例性组分。在一些实施方案中，相对于未处理的岩层，经化学处理的岩层具有更大的气体相对渗透率(Krg)。在一些实施方案中，相对于未经处理的岩层，经化学处理的岩层在气体相对渗透率方面的改进因数高达约5.0、高达约4.5、高达约4.0、高达约3.5、高达约3.0、高达约2.5、高达约2.0、高达约1.9、高达约1.8、高达约1.7、高达约1.6、高达约1.5、高达约1.4、高达约1.3、高达约1.2或高达约1.1。
在一些实施方案中，相对于未处理的岩层，经化学处理的岩层具有更大的液态凝析物相对渗透率(Kro)。在一些实施方案中，相对于未经处理的岩层，经化学处理的岩层在液态凝析物相对渗透率方面的改进因数高达约5.0、高达约4.5、高达约4.0、高达约3.5、高达约3.0、高达约2.5、高达约2.0、高达约1.9、高达约1.8、高达约1.7、高达约1.6、高达约1.5、高达约1.4、高达约1.3、高达约1.2或高达约1.1。
在一些实施方案中，去离子水在经化学处理的岩层的表面上的接触角在约60至约160度、约90至约160度或约120至约160度的范围内。
在一些实施方案中，2重量％的氯化钾(KCl)水溶液在经化学处理的岩层的表面上的接触角在约60至约160度、约90至约160度或约120至约160度的范围内。
在一些实施方案中，癸烷在经化学处理的岩层的表面上的接触角在约40至约160度、约45至约160度或约50至约160度的范围内。
在一些实施方案中，经化学处理的岩层表现出分级的粗糙度。在一些实施方案中，经化学处理的岩层具有第一特征长度(例如，微米级的岩层固有表面粗糙度或孔径)和第二特征长度(纳米颗粒平均直径，例如，纳米级的)，其中所述第一特征长度和所述第二特征长度基本上不同，从而产生分级的粗糙度。
用于岩层的化学处理的系统
在一些实施方案中，一种用于减轻凝析气藏井眼附近的凝析物堆积的系统，所述系统包括：第一容器或聚合物溶液源(例如，所述聚合物溶液包含具有第一净电荷的带电聚合物)，第二容器或颗粒悬浮液源(例如，所述颗粒悬浮液包含具有第二净电荷的带电颗粒)，和管道，所述管道用于将所述聚合物溶液和所述颗粒悬浮液引入凝析气藏的井眼附近的同一岩层。
在一些实施方案中，用于减轻井眼附近的凝析物堆积的系统将聚合物溶液引入岩层中。在一些实施方案中，调节流速从而为聚合物溶液中的聚合物提供足够多的时间来与岩层缔合以形成改性的岩层。
在一些实施方案中，用于减轻井眼附近的凝析物堆积的系统将颗粒悬浮液引入岩层中。在一些实施方案中，调节流速从而为颗粒悬浮液中的颗粒(例如，纳米颗粒)提供足够多的时间来与改性的岩层缔合以形成经化学处理的岩层。
在一些实施方案中，系统通过将聚合物溶液和颗粒悬浮液引入到井眼中，或者将它们注入到井眼周围的区域中，从而将所述聚合物溶液和颗粒悬浮液引入到井眼附近的岩层中。在一些实施方案中，由于井眼与岩层之间的压力差，聚合物溶液和颗粒悬浮液可例如通过岩层自身中的孔隙流过井眼到达岩层。在一些实施方案中，可将聚合物溶液和颗粒悬浮液注过井眼，然后可将所述聚合物溶液和所述颗粒悬浮液输送至井眼周围的区域。
在一些实施方案中，可经由挠性管或牛头管将聚合物溶液和颗粒悬浮液注入生产油管柱。在一些实施方案中，可以使用相同或不同的导管在分开的阶段注入聚合物溶液和颗粒悬浮液。
实施例
为了可以更充分地理解本申请，示出了以下实施例。应当理解，这些实施例仅出于说明性目的，而不以任何方式解释为是限制性的。
实施例1：砂岩的表面改性
本实施例描述了根据本申请的某些实施方案对砂岩表面的改性。将给出示例性过程。
氟化二氧化硅纳米颗粒(F-二氧化硅纳米颗粒)的合成
采用
Figure BDA0002372189850000141
工艺制备了二氧化硅纳米颗粒。使用氢氧化铵作为催化剂，在乙醇溶剂中合成了二氧化硅纳米颗粒。合成了四批二氧化硅纳米颗粒，其平均直径为85nm、135nm、180nm和375nm。将100微升(μL)的97％1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷添加到20毫升(mL)的粗制纳米颗粒悬浮液中进行表面改性。根据纳米颗粒的尺寸，粗制二氧化硅纳米颗粒的浓度范围为约5毫克/毫升(mg/mL)至约13mg/mL。表面氟化反应在室温下进行8小时。
通过以9000转/分钟(RPM)离心20分钟，将F-二氧化硅纳米颗粒洗涤两次，然后重悬于乙醇中，形成F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液。
砂岩的表面改性
从大块的压裂中获得砂岩碎片。将石头在去离子水中冲洗一次，以除去任何碎屑，然后将其放入含有50mL乙醇的100mL烧杯中。将500μL在异丙醇中的50％三甲氧基甲硅烷基丙基改性的聚乙烯亚胺添加到该溶液中。该表面改性过程于室温下在不搅拌的条件下进行过夜。第二天将溶液倒出，将石头碎片依次用乙醇和水洗涤并干燥。由于砂岩表面通常带有负电荷，而fPEI在其表面上带有正电荷，因此fPEI可能会由于共价力而吸附在砂岩表面上。
纳米织构化的表面改性
为了获得具有层级粗糙度的砂岩表面，将经过了官能化聚乙烯亚胺(fPEI)改性的石头碎片与F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液(约1.3重量％)以两种方式接触。第一种方法涉及将F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液的液滴直接施加到干燥的表面上，并使悬浮液被吸入石块中。第二种方法涉及将石头碎片在F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液中浸泡10分钟，从悬浮液中去除石头碎片，然后洗涤(先用乙醇，然后用水，每种一次)并干燥。由于F-二氧化硅纳米颗粒带有负电荷，因此它们与fPEI改性的砂岩表面相互作用。
实施例2：表征
本实施例描述了根据本申请的某些实施方案进行的用以表征表面改性的砂岩和二氧化硅纳米颗粒的实验。
接触角测量
使用Ramé-hart精密接触角测角仪在室温和室压下测量了接触角。
将一滴液体(水或癸烷)放在玻璃和砂岩表面上，其均用fPEI和F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液处理过。接触角由液相追踪其轮廓测得。如图1所示，在用fPEI和F-二氧化硅纳米颗粒处理之前，刚断裂的砂岩表面未经受任何打磨(filing)或抛光(polishing)。为了使接触角测量中的误差最小化，将处理过的砂岩置于沙床上，以便可以优化平面度。在图1中，使用了具有85nm平均直径的F-二氧化硅纳米颗粒。对于图2中报告的数据，将破裂的砂岩表面磨平以产生平坦表面，然后将癸烷液滴放置在处理过的表面上。
二氧化硅大小分布
通过使用
Figure BDA0002372189850000152
二氧化硅合成在异丙醇(IPA)中制备了375nm的二氧化硅纳米颗粒样品。然后通过旋转蒸发仪将样品交换至正丁醇内，并通过动态光散射(DLS)表征纳米颗粒的大小。通过以1:100的稀释因子在去离子水中稀释粗制纳米颗粒，以及类似地以1:100的稀释因子将F-二氧化硅纳米颗粒在正丁醇中稀释来进行DLS的测量。在一个实施例中，粗制纳米颗粒具有382.50nm的平均直径(由通过光子相关光谱法测得的散射强度分布得出)，1.99nm的标准误差和3.45nm的标准偏差(参见表1和图3)。氟化纳米颗粒具有402.06nm的平均直径，2.8nm的标准误差，和4.85nm的标准偏差(参见表2和图3)。
表1
未氟化(“粗制”)纳米颗粒的大小分布
Figure BDA0002372189850000151
Figure BDA0002372189850000161
表2
氟化纳米颗粒的大小分布
样品编号 平均直径(nm) 多分散性
1 405.87 0.008
2 403.71 0.021
3 396.60 0.115
实施例3：Coreflood实验
本实施例提供了证明岩心砂岩样品在根据本申请所述的处理之后压降减小的结果。
本实施例中使用的圆柱形岩心砂岩样品是从德克萨斯州的一个凝析气藏井眼中通过钻探岩层获得的。岩心砂岩样品的直径为1.5英寸，并且岩心砂岩样品的长度为6英寸。在测量之前，将样品在150℃(302°F)的烤箱中干燥2天，直至样品完全干燥。使用数字天平称重样品以获得样品的干重。将干燥的样品在真空下用2重量％的KCl水溶液饱和24小时。
用于测量处理前后压降减小的过程如下：
1.以不同的流速(Q)将2重量％的KCl水溶液注入砂岩岩心样品中。对于每种流速，记录稳定后的压降(ΔP)，示于表3中。将横跨岩心样品的压降和其他参数如流速、粘度以及岩心砂岩样品的横截面积和长度应用于达西方程，以计算样品的绝对渗透率。计算Q/A和ΔP/L，并绘制Q/A与ΔP/L的关系图。曲线的斜率(Ka/μs)为0.0145。μs为0.893cP，Ka为13.0。
表3
不同Q条件下的ΔP测量值，计算Ka的Q/A和ΔP/L
Figure BDA0002372189850000162
Figure BDA0002372189850000171
2.在氮气注入的条件下将岩心样品放置过夜，以置换水并产生隙间水饱和以及模拟凝析气藏条件。该条件可以类似于通常为储层井下条件的压力和温度的实验条件(例如，温度为约300°F，压力为约3000psi至6000psi)。
3.然后将烃气混合气流(以5mL/分钟)注入岩心样品中，以获得处理前的压降曲线。本实施例中使用的烃气混合物的组分总结在表4中。该气体混合物的组分能使岩心样品内部的烃液体冷凝，并模拟多孔介质中气体和液体凝析物的两相流动。
表4
烃气混合物的组分
Figure BDA0002372189850000172
4.然后将100mL(或3个孔体积，其中所述“孔体积”为一个岩心样品中孔空间的总体积)的三甲氧基甲硅烷基丙基改性的聚乙烯亚胺溶液(2体积％的丁醇溶液，以2mL/分钟)注入岩心样品中。在完成了100mL注射后，留下岩心样品过夜。多余的体积从岩心样品的“底部”流出。
5.将100mL(或3个孔体积)的根据实施例1中的方法制备的F-二氧化硅纳米颗粒悬浮液(0.065重量％的丁醇溶液，以1mL/分钟)注入用官能化的PEI改性的岩心样品中。悬浮液中的F-二氧化硅纳米颗粒的平均直径为375nm。表面改性过程进行了整夜。
6.将与步骤3中使用的相同的烃气混合气流(以5mL/分钟)注入岩心样品中，以获得处理后的压降曲线以及气体和液体凝析物的相对渗透率。
7.比较处理前后的压降曲线。
在图4中示出了压降曲线。在处理之前的注气过程中，压降平均为约48磅力/平方英寸(psi)。在处理之后的注气过程中，压降平均为约34.4psi(与处理前的压降相比减小了28.3％)。
该处理还能够使气体相对渗透率提高1.4倍，以及使液态凝析物的相对渗透率提高1.4倍。例如在“化学处理的岩层的属性”部分中所述，相对渗透率为烃混合物中气体或液体凝析物的有效渗透率与绝对渗透率的比值。与步骤1中讨论的绝对渗透率类似，有效渗透率根据Darcy方程算得。
实施例4：pH的效应
本实施例显示了在本申请的某些实施方案中调节官能化的PEI溶液的pH的效应。
用1.0M HCl调节了fPEI溶液的pH值。将0到100μL的1.0M HCl溶液添加到10mLfPEI的丁醇溶液中，然后记录在约7至约9范围内的pH值。然后在添加F-二氧化硅颗粒之后马上以及在添加F-二氧化硅颗粒6小时后观察所得溶液的浊度。在一些实施方案中，在较低pH下观察到浊度增加，这可能是由于fPEI与F-二氧化硅纳米颗粒之间的相互作用增加所致。不受限制，当pH降低时，由于表面电荷增加，F-二氧化硅纳米颗粒可以更牢固地粘附于fPEI。实际上，在非碱性pH值下，fPEI带很高的正电荷，而二氧化硅颗粒带很高的负电荷。
其它实施方案
先前描述了本申请的某些实施方案。然而，明确指出，本申请不限于那些实施方案，而是意在将对本申请中明确描述的内容的添加和修改也包括在本申请的范围内。并且，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本申请中描述的各个实施方案的特征并不相互排斥，并且可以以各种组合和排列的形式存在，即使没有明确表达出这种组合和排列也是如此。在已经描述了减轻凝析物堆积的方法的某些实施方式的条件下，对于本领域的技术人员现在将变得显而易见的是，可以使用包括了本申请的概念的其他实施方式。因此，本申请不应限于某些实施方式，而应仅受所附权利要求的精神和范围的限制。

Claims (21)

1.一种用于减轻凝析气藏的井眼附近的凝析物堆积的方法，所述方法包括：
使凝析气藏的井眼附近的砂岩层与聚合物溶液接触，从而形成改性的砂岩层，其中所述聚合物溶液包含带正电的聚合物，其中所述带正电的聚合物包含多个胺基或包含多个季铵基团或通过将乙烯基咪唑与乙烯基单体进行聚合制得；和
使所述改性的砂岩层与颗粒悬浮液接触，其中所述颗粒悬浮液包含带负电的纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物通过将乙烯基咪唑与丙烯酸单体进行聚合制得。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物为聚季铵盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物为聚乙烯亚胺。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物为聚乙烯亚胺的官能化衍生物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物溶液的pH范围为5至10。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物具有120至800,000克/摩尔范围的数均分子量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物以0.01体积%至10体积%的范围的量存在于所述聚合物溶液中。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述带负电的纳米颗粒包括二氧化硅、氧化锆或钛纳米颗粒。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述带负电的纳米颗粒包括基于聚苯乙烯或甲基丙烯酸酯的聚合物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述带负电的纳米颗粒是氟化的。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述带负电的纳米颗粒具有30nm至500nm范围内的平均直径。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述带负电的纳米颗粒以0.01重量%至10重量%的范围的量存在于所述颗粒悬浮液中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇、乙二醇单正丙醚、二乙二醇单乙醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚，及其组合。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒悬浮液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇、乙二醇单正丙醚、二乙二醇单乙醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚，及其组合。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物溶液包含一种溶剂或溶剂组合且所述颗粒悬浮液包含相同的溶剂或溶剂组合。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述带正电的聚合物为聚乙烯亚胺，并且所述带负电的纳米颗粒为氟化二氧化硅颗粒。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述砂岩层在与所述聚合物溶液接触之前带负电。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述改性的砂岩层与包含表面活性剂的表面活性剂溶液接触。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂以0.1重量%至10重量%的范围的量存在于所述表面活性剂溶液中。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂溶液包含选自下组的溶剂：乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、2-丁氧基乙醇、丁基卡必醇、戊醇、己醇、萜烯醇、乙二醇单正丙醚、二乙二醇单乙醚、二丙二醇甲醚、丙二醇正丙醚，及其组合。
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