CN112143477B - 一种硅酸盐堵剂体系及其应用方法 - Google Patents

一种硅酸盐堵剂体系及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅酸盐堵剂体系及其应用方法，该硅酸盐堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，化学剂水溶液包括：硅酸盐2‑16wt％，水溶性高分子聚合物0.005‑0.3wt％，橡胶颗粒0.02‑0.5wt％，余量为水；其中，水溶性高分子聚合物为部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇和黄原胶中的至少一种。本发明通过向化学剂水溶液中添加橡胶颗粒，橡胶颗粒通过架桥、堆积，可使化学剂水溶液在大的裂缝、孔喉处形成的凝胶具有更高的强度、刚性和抗冲刷性；通过添加水溶性高分子聚合物，使得其穿插在硅酸盐凝胶体型结构当中，进而提高凝胶的弹性和强度。

Description

一种硅酸盐堵剂体系及其应用方法
技术领域
本发明属于油田开发技术领域，更具体地，涉及一种硅酸盐堵剂体系及其应用方法。
背景技术
无论是水驱、化学驱、还是CO2驱技术，不可避免的要面对驱替流体波及效率低的问题。硅酸凝胶的优点在于价廉且能进入地层小空隙，在高温下较稳定。硅酸凝胶的主要缺点是胶凝时间短，而且地层温度越高，它的胶凝时间越短。Lakatos认为硅酸盐油水井处理技术的主要缺点是：凝胶脆且易碎；易脱水收缩；由于脱水收缩，封堵效率随时间而改变；处理液进入深度有限；胶凝时间短；硅酸盐易于形成沉淀而不是凝胶；碱性硅酸盐产生离子交换，与高价金属离子产生沉淀；硅酸盐可改变界面性质，强化了地下胶体化学过程。
1922年，Hill最早提出把水溶性硅酸盐溶液注入地层以提高采收率。过去几十年，水溶性硅酸盐广泛用于油井堵水，水井调剖、抑制气锥等方面。例如：匈牙利从20世纪70年代中期开始广泛研究和现场应用硅酸凝胶堵剂，1980-1981年对Algyo-2油田的西北区进行了先期实验，并于1982年开始使用硅酸类无机堵剂，截止到1987年，共处理了16口油井，处理井含水率大于80％；到1991年共增产原油95000t，平均含水率降低了20％以上，一次处理平均增加5000t，投资回报率大于40％，整个项目的综合效益相当高。中原油田实施水井调剖15井次，平均油压由措施前的18.5MPa上升为18.9MPa，注入量由措施前的98.7m3/d下降为91.2m3/d，对应21口油井中15口见效，平均单井日产油从4.1t上升为5.7t，综合含水从92.5％下降到90.1％，累计增油2906t。冀东油田开展了3口井的堵水作业，措施效果明显，累计增油4290t，累计降水14800m3。G34-23井注入堵剂20m3后试压合格，含水下降3％，累计增油520t，降水2100m3；G56-20-1井注入堵剂25m3后，累计增油1760t，降水4200m3；G108-7井注入堵剂15m3后，累计增油2010t，降水8500m3。Vinot总结了水溶性硅酸盐没能得到更广泛应用的4个原因，他认为对油藏条件下硅酸盐胶凝机理理解不够导致。
目前，硅酸凝胶的应用主要存在的问题是：生成的凝胶的封堵强度和刚性不够，难以满足大孔道封堵要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅酸盐堵剂体系，使得生成的硅酸盐凝胶具有良好的封堵强度和刚性，能够满足孔道封堵要求；进而提高驱替流体的波及效率，提高原油采收率。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种硅酸盐堵剂体系，该硅酸盐堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；
所述引发剂为CO2；
以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：硅酸盐2-16wt％，水溶性高分子聚合物0.005-0.3wt％，橡胶颗粒0.02-0.5wt％，余量为水；其中，所述水溶性高分子聚合物为部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇和黄原胶中的至少一种。
本发明的另一方面提供上述硅酸盐堵剂体系的应用方法，该应用方法包括：
(1)向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；
(2)任选的重复步骤(1)；如果重复步骤(1)，则在每次重复进行步骤(1)的操作前，先注入隔离液。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
(1)本发明通过向化学剂水溶液中添加橡胶颗粒，橡胶颗粒通过架桥、堆积，可使化学剂水溶液在大的裂缝、孔喉处形成的凝胶具有更高的强度、刚性和抗冲刷性；进而提高驱替流体的波及效率，提高原油采收率；通过添加水溶性高分子聚合物，使得水溶性高分子聚合物分子穿插在硅酸盐凝胶体型结构当中，进而提高凝胶的弹性和强度。
(2)本发明通过向目标油藏中分别注入化学剂水溶液和CO2引发剂，使得在CO2运移过程中与化学剂水溶液接触，引发化学反应形成固态凝胶，使凝胶体系在高渗透储层中形成，从而封堵储层高渗流通道，使后续驱替流体绕流，达到扩大后续注入驱替流体的波及效率的目的，从而提高采收率。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的一方面提供一种硅酸盐堵剂体系，该硅酸盐堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；
所述引发剂为CO2；
以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：硅酸盐2-16wt％，水溶性高分子聚合物0.005-0.3wt％，橡胶颗粒0.02-0.5wt％，余量为水；其中，所述水溶性高分子聚合物为部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇和黄原胶中的至少一种。
本发明中，引发剂CO2和化学剂水溶液是各自独立存在的，在应用时，再分别注入油藏。
本发明中，单独的硅酸盐凝胶强度、刚度较差，并且比较脆，本发明通过在硅酸盐溶液中添加橡胶颗粒，这些橡胶颗粒通过架桥、堆积，可使化学剂在大的裂缝、孔喉处形成凝胶时具有更高的强度、刚度和抗冲刷性；通过引入水溶性的高分子聚合物，能够提高生成的凝胶的弹性、韧性和强度。通过CO2来引发硅酸凝胶，由于CO2更容易穿透隔离液，所以凝胶生成更容易些，而且凝胶的生成更有选择性，即CO2窜到的地方硅酸盐溶液才会到那里，CO2窜过来时就把大孔道堵住了。
本发明中，部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)为本领域常规的部分水解聚丙烯酰胺，能够通过商购获得；黄原胶是由糖类经黄单胞杆菌发酵，产生的胞外微生物多塘，为油田常用化学剂，能够通过商购获得；橡胶颗粒为本领域任何常规橡胶通过破碎获得，例如可以为由废弃橡胶破碎所得；所述化学剂水溶液中的水为自来水、去离子水、河水、湖水、油田回注水或模拟油田回注水；例如，所述模拟油田回注水可以为模拟盐水。
本发明中，CO2引发化学剂水溶液生成硅酸盐凝胶的作用机理为：CO2与化学剂水溶液接触后使得溶液的pH值由碱性向中性、酸性转变，使得化学剂水溶液中的硅酸盐发生以下反应：反应式1和反应式2在碱性条件下发生，反应式3在中性条件下发生，反应式4和5在酸性条件下进行；体系的碱性越强反应式1进行的速度越慢，体系的酸性越强反应式5进行的速度越慢。
Figure BDA0002112363600000041
Figure BDA0002112363600000051
根据本发明，优选地，所述引发剂和化学剂水溶液在油藏条件下的体积比为1：10-3：1，优选为1：5-2：1。
本发明中，所述油藏条件为本领域任何常规油藏条件，例如温度为30-140℃，压力大于10MPa。
根据本发明，优选地，所述硅酸盐为4-10wt％，优选为6-8wt％。
根据本发明，优选地，所述水溶性高分子聚合物为0.01-0.1wt％，优选为0.02-0.08wt％。
根据本发明，优选地，所述橡胶颗粒为0.05-0.2wt％。
本发明中，橡胶颗粒的粒径根据油藏条件进行优选；优选为油藏裂缝宽度的1/3至2/3或油藏吼喉半径的1/3至2/3。
根据本发明，优选地，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的至少一种，优选为硅酸锂。
根据本发明，优选地，所述硅酸盐的模数≥1，优选为2-4，进一步优选为3-3.5。
本发明中，所述硅酸盐的原料为固态或液态；优选为液态，例如水玻璃。
本发明中，硅酸盐的模数为硅酸盐中的二氧化硅与金属氧化物的摩尔比。
根据本发明，优选地，所述化学剂水溶液的制备方法包括：将硅酸盐水溶液、水溶性高分子聚合物水溶液和任选的水混合均匀，然后与所述橡胶颗粒混合均匀，得到所述化学剂水溶液。
本发明中，作为一种优选实施方式，所述化学剂水溶液的制备方法包括：(1)分别配置硅酸盐水溶液和水溶性高分子聚合物水溶液；(2)将所述硅酸盐水溶液、所述水溶性高分子聚合物水溶液和任选的水混合均匀，然后与所述橡胶颗粒混合均匀，得到所述化学剂水溶液。
本发明中，所述CO2为气态或液态；优选为液态。
本发明的另一方面提供上述硅酸盐堵剂体系的应用方法，该应用方法包括：
(1)向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；
(2)任选的重复步骤(1)；如果重复步骤(1)，则在每次重复进行步骤(1)的操作前，先注入隔离液。
根据本发明，优选地，所述隔离液为水、乙醇、甲醇、甘油、白油、矿物油和柴油中的至少一种。
本发明中，根据储层厚度、渗流通道比例等参数计算堵剂用量，然后向目标油藏中分别注入化学剂水溶液、隔离液和引发剂CO2引发凝胶的生成。
以下通过实施例进一步说明本发明：
以下各实施例和对比例所用的部分水解聚丙烯酰胺(重均分子量为1800万)均购自北京恒聚化工集团有限责任公司；黄原胶均购自北京化学试剂有限公司；聚乙二醇均购自北京化学试剂有限公司；橡胶颗粒为利用废弃橡胶在实验室破碎所得，橡胶颗粒的粒径为0.3mm。
以下各实施例和对比例配置化学剂水溶液所用的水均为模拟油田回注水，所述模拟油田回注水为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
实施例1
本实施例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：1模硅酸钠6wt％，部分水解聚丙烯酰胺0.05wt％，橡胶颗粒0.03wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的1模硅酸钠水溶液A1，配制0.1wt％的部分水解聚丙烯酰胺水溶液B1，取等质量的A1、B1溶液搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
实施例2
本实施例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：3.3模硅酸钠6wt％，黄原胶0.08wt％，橡胶颗粒0.02wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的3.3模硅酸钠水溶液A2，配制0.2wt％的黄原胶B2，以质量份数计，取溶液A250份、溶液B240份和水10份，搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
实施例3
本实施例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：3.4模硅酸锂6wt％，黄原胶0.05wt％，聚乙二醇0.002wt％，橡胶颗粒0.1wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的3.4模硅酸锂水溶液A3，配制黄原胶和聚乙二醇的混合水溶液B3，其中，黄原胶的质量浓度为0.2wt％，聚乙二醇的质量浓度为0.008wt％；以质量份数计，取A350份、溶液B325份和水25份，搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
实施例4
本实施例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：3模硅酸钠8wt％，黄原胶0.01wt％，橡胶颗粒0.05wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的3模硅酸钠水溶液A4，配制0.05wt％的黄原胶水溶液B4，以质量份数计，取A466.7份、溶液B420份和水13.3份，搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
实施例5
本实施例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：2模硅酸钠8wt％，部分水解聚丙烯酰胺0.05wt％，橡胶颗粒0.02wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的2模硅酸钠水溶液A5，配制0.2wt％的部分水解聚丙烯酰胺水溶液B5，以质量份数计，取A566.7份、溶液B525份和水8.3份，搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
对比例1
本对比例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：1模硅酸钠6wt％，部分水解聚丙烯酰胺0.05wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的1模硅酸钠水溶液A1，配制0.1wt％的部分水解聚丙烯酰胺水溶液B1，取等质量的A1、B1溶液搅拌下混合均匀。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
对比例2
本对比例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：3.3模硅酸钠6wt％，黄原胶0.08wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的3.3模硅酸钠水溶液A2，配制0.2wt％的黄原胶B2，以质量份数计，取A250份、溶液B240份和水10份，搅拌下混合均匀。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
对比例3
本对比例提供一种硅酸盐堵剂体系，该堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；所述引发剂为CO2；以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：3.3模硅酸钠6wt％，橡胶颗粒0.02wt％，余量为水；其中，所述引发剂和化学剂水溶液的用量为油藏条件下的体积比1:4。
其中，化学剂水溶液的制备方法为：配制12wt％的3.3模硅酸钠水溶液A2，以质量份数计，取A250份和水50份，搅拌下混合均匀，然后将橡胶颗粒均匀分散其中。
油藏A的温度为70℃，向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；所述隔离液为质量浓度为0.5％的氯化钠水溶液。
测试例1
根据封堵前后渗透率变化计算以上实施例和对比例1的油藏封堵率；具体测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002112363600000111
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (15)

1.一种硅酸盐堵剂体系，其特征在于，该硅酸盐堵剂体系包括：引发剂和化学剂水溶液；
所述引发剂为CO2；
以化学剂水溶液的总重量计，所述化学剂水溶液包括：硅酸盐2-16wt％，水溶性高分子聚合物0.005-0.3wt％，橡胶颗粒0.05-0.2wt％，余量为水；其中，所述水溶性高分子聚合物为部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇和黄原胶中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述引发剂和化学剂水溶液在油藏条件下的体积比为1：10-3：1。
3.根据权利要求2所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述引发剂和化学剂水溶液在油藏条件下的体积比为1：5-2：1。
4.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐为4-10wt％。
5.根据权利要求4所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐为6-8wt％。
6.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述水溶性高分子聚合物为0.01-0.1wt％。
7.根据权利要求6所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述水溶性高分子聚合物为0.02-0.08wt％。
8.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐为硅酸锂。
10.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐的模数≥1。
11.根据权利要求10所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐的模数为2-4。
12.根据权利要求11所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述硅酸盐的模数为3-3.5。
13.根据权利要求1所述的硅酸盐堵剂体系，其中，所述化学剂水溶液的制备方法包括：将硅酸盐水溶液、水溶性高分子聚合物水溶液和任选的水混合均匀，然后与所述橡胶颗粒混合均匀，得到所述化学剂水溶液。
14.权利要求1-13中任意一项所述的硅酸盐堵剂体系的应用方法，其特征在于，该应用方法包括：
(1)向油藏中分别依次注入所述化学剂水溶液、隔离液和所述CO2；
(2)任选的重复步骤(1)；如果重复步骤(1)，则在每次重复进行步骤(1)的操作前，先注入隔离液。
15.根据权利要求14所述的应用方法，其中，所述隔离液为水、乙醇、甲醇、甘油、白油、矿物油和柴油中的至少一种。
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