CN114672290A - 一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系及其使用方法，所述凝胶体系以重量百分数计由以下原料混合制得：将部分水解聚丙烯酰胺、酚醛树脂、磁性纳米颗粒混合搅拌均匀制得凝胶基液；本发明制得的磁性纳米颗粒凝胶体系通过在凝胶中引入磁性纳米颗粒一并注入地层，利用地层渗透率差异，只加热凝胶基液大量存在的高渗透层，精确定位并促使高渗透层中的凝胶基液成胶，而不影响低渗透层，解决了当前凝胶体系堵剂的无差别封堵对低渗储层造成伤害的问题，实现了针对高渗透层的选择性封堵，且磁性纳米颗粒的加入可以增强凝胶强度及稳定性，进而有效提高对裂缝或大孔道等窜流通道的封堵能力，实现调剖堵水成功率和有效期的大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系及其使用方法。
背景技术
油藏开采初期，通过地层天然的能量进行驱动，但随着油藏开采的进行，地层流体逐渐被采出，导致地层压力降低、能量减弱，需要人工补充能量，以保持或恢复油藏压力，达到提高油藏采收率的目的。目前常用的补充地层能量的技术有注水开采技术、注气开采技术等。
随着油藏注水开采的不断进行，由于地层的非均质性、流体流速的差异、以及套管破损等原因，油井见水问题日益严重。随着注水量不断增加，注入水很容易沿高渗层突进，形成水流优势通道，造成注入水波及体积减小、油井产量降低。同时，油井出水可能造成油井出砂、油井停喷、形成死油区、设备腐蚀、采油成本增加等问题。因此，控制油井产水和降低油井含水率是油田开发过程中必须及时解决的问题，是油田开发一项重要的任务。
针对油田含水率高的问题，目前常采用注水井调剖和油井堵水技术来控制水流优势通道、降低含水率和提高产量。但无论是油井堵水还是水井调剖，最常用的调剖堵水剂是聚合物凝胶。凝胶调剖堵水方法的一个主要缺点是，凝胶不仅在高渗层(目的层)中成胶，而且在低渗层中也成胶。尽管相较于高渗层而言，进入低渗层的凝胶基液较少，但仍然不利于低渗层的后续采油。因此，在地层中精确控制凝胶成胶，有利于解除其对低渗层的伤害，达到提高调剖堵水成功率和有效期的目的。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，以利用其在地层特定位置精确成胶的使用方法，实现选择性封堵高渗透层的目的。
本发明的技术方案是，一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，以重量百分比计，各组分组成如下：
部分水解聚丙烯酰胺 0.5-1.5％
酚醛树脂 0.8-1.2％
磁性纳米颗粒 0.2-0.3％
其余量为水，且各组分总量为100％。
本发明的一种实施方式在于，所述部分水解聚丙烯酰胺水解度在20-30％之间，分子量为1500-2500万。
本发明的一种实施方式在于，所述磁性纳米颗粒为Fe3O4-NP、ZnO-NP、γ-Fe2O3、Co-Fe2O4、Ni-Fe2O4、Mn-Fe2O4中的一种或多种的组合。
本发明的一种实施方式在于，所述水的矿化度为5000mg/L—100000mg/L。
同时，本发明给出了前述选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系的制备方法，包括以下步骤：
将所述部分水解聚丙烯酰胺加入所述水中充分搅拌至均匀分散，之后加入所述酚醛树脂以及所述磁性纳米颗粒，充分搅拌形成磁性纳米凝胶基液，即得所述磁性纳米颗粒凝胶体系。
此外，本发明还提出了一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系的使用方法，主要包括以下步骤：
(1)向地层注入前述磁性纳米凝胶凝胶体系；
(2)测量地层中不同层位的磁信号强弱，结合前期测井资料，确定高渗透层的精确位置；
(3)对高渗透层中的凝胶基液进行定位加热，促使凝胶基液成胶；
(4)成胶完成后开井返排，排出未成胶的凝胶基液。
进一步的，步骤(1)中所述地层温度在30-90℃之间。
进一步的，步骤(3)中对所述高渗透层中凝胶基液进行定位加热的装置为电磁仪。
本发明的技术效果在于：
1、本发明在凝胶中引入磁性纳米颗粒注入地层，利用地层渗透率差异，只加热凝胶基液大量存在的高渗透层，精确定位并促使高渗透层中的凝胶基液成胶，而不影响低渗透层，解决了当前凝胶体系堵剂的无差别封堵对低渗储层造成伤害的问题，实现了针对高渗透层的选择性封堵。
2、开井返排低渗层中未成胶的凝胶基液，解除了调剖堵水过程对低渗层的伤害，有利于后续低渗层的开采。
3、磁性纳米颗粒的加入可以增强凝胶强度及稳定性，进而有效提高对裂缝或大孔道等窜流通道的封堵能力，实现调剖堵水成功率和有效期的大幅度提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明中凝胶体系封堵性能测试示意图；
图2为本发明中岩心内部的成胶情况示意图；
图3为本发明中将凝胶体系注入地层时的示意图；
图4为本发明中对凝胶体系进行定位加热时的示意图；
图5为本发明中凝胶体系成胶完成后返排时的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
向200mL、矿化度为70000mg/L的油田注入水中加入一定量水解度25％、分子量1800万的部分水解聚丙烯酰胺，在400r/min的条件下搅拌至部分水解聚丙烯酰胺充分吸水溶胀并均匀分散，之后向溶液中先后加入酚醛树脂和磁性纳米颗粒Fe3O4-NP，持续搅拌30min至均匀，得到凝胶基液，其中，部分水解聚丙烯酰胺重量占凝胶基液总重量的0.8％，酚醛树脂重量占凝胶基液总重量的1.0％，磁性纳米颗粒Fe3O4-NP重量占凝胶基液总重量的0.2％。
实施例2
制备方法和原料用量与实施例1中方法基本相同，区别在于磁性纳米颗粒Fe3O4-NP重量占凝胶基液总量的0.3％。
实施例3
制备方法和原料用量与实施例1中方法基本相同，区别在于磁性纳米颗粒为ZnO-NP。
实施例4
制备方法和原料用量与实施例1中方法基本相同，区别在于磁性纳米颗粒为ZnO-NP，且其重量占凝胶基液总量的0.3％。
对比例1
制备方法和原料用量与实施例1中方法基本相同，区别在于凝胶基液中未加入任何磁性纳米颗粒。
为了进一步说明本发明的技术效果，本发明还给出了上述部分实施例在实际应用中的相关表征和性能效果测试。
一、凝胶体系强度性能测试：
取实施例1-4及对比例1中的凝胶基液各15mL，在30、60、90和110℃的条件下加热，观察其成胶时间与基于凝胶强度目测代码法所得出的成胶强度，具体如表1所示：
表1凝胶体系性能测试
从表1可以看到，本发明的凝胶体系在30℃低温条件下几乎不成胶，在60℃中温条件下成胶时间长，强度低，在90℃条件下成胶时间也较长，这些特点有助于解除低渗层污染，而当加热至100℃以上后，凝胶成胶速度有明显提升；当对进入了足够量凝胶基液的高渗层采用磁加热时，可使得高渗层的温度迅速上升，而同时期低渗层中的凝胶基液依然保持油藏本身较低的温度条件，成胶速度缓慢，可顺利返排，从而解除低渗层污染，最终实现选择性封堵。
同时，与对比例比较成胶强度后可知，在加入磁性纳米颗粒后，凝胶成胶的强度也有明显增加，有效提升了凝胶的稳定性。
二、凝胶体系封堵性能测试：
根据某油藏的地质特征，选用400mD左右的岩心，沿直径剖开岩心进行人工造缝，设置裂缝宽度为2.5mm，实验过程中使用矿化度为70000mg/L的油田注入水。
实验步骤如下：
(1)以1mL/min的速率对岩心进行一次水驱，测量模型的孔隙体积以及造缝后的渗透率大小；
(2)采用实施例2中的凝胶体系，以0.5mL/min的注入速度向岩心中注入1PV的凝胶基液；
(3)将岩心放置于核磁共振岩心分析仪中，施加2000kHz的振荡磁场，使得凝胶基液中的磁性纳米颗粒产生热量，驱使岩心内部温度上升至100℃左右，实现对岩心内部的加热，持续加热岩心60h后，分别对岩心进行2PV、3PV、4PV以及5PV的后续水驱，对比不同注入流体冲刷凝胶体系后，其封堵性能的改变情况。
岩心每注入0.2PV后，压力的变化情况如图1所示；不同后续水驱量下，岩心裂缝的封堵情况如表2所示。
表2不同后续水驱量驱替后岩心封堵率的变化情况
由表2中的结果以及图2中岩心内部的凝胶基液成胶情况可以看到，采用磁感应振荡对含有磁性纳米颗粒的凝胶基液进行加热可有效促进其成胶，且凝胶基液成胶后在裂缝中依然具有较好的稳定性，耐冲刷能力强，在后续水驱高达5PV时，仍能保持92.85％的封堵率。
本发明还提出了上述选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系的使用方法，具体包括以下步骤：
(1)向地层注入前述磁性纳米凝胶基液；
纳米凝胶基液是由磁纳米颗粒与的凝胶溶液混合制得的，从而具有一定的磁性，同时凝胶在地层中由于渗透率的差异，将以不同的速度流入不同的储层，如图3所示，较大量的磁纳米颗粒凝胶基液将进入高渗透层当中。
(2)测量地层中不同层位的磁信号强弱，结合前期测井资料，确定高渗透层的精确位置；
由于高渗透层中存在较多的磁性纳米颗粒，因此将磁探测仪沿井筒垂直下放，测量渗透层磁信号的强弱，并结合前期油藏测井资料、地质资料等，准确定位出高渗透层的位置。
(3)对高渗透层中的凝胶基液进行定位加热，促使凝胶基液成胶；
参见图4，确定高渗透层的具体位置后，将电磁仪沿井筒下放至高渗透层处产生电磁振荡，此时高渗透层中填充有磁纳米凝胶基液，受电磁振荡影响促使未成胶的磁纳米凝胶基液产生热量，使其温度升至100℃以上，在50-60h之间即可实现稳定成胶，从而准确封堵高渗层。
(4)成胶完成后开井返排，排出未成胶的凝胶基液。
如图5所示，对高渗层实现封堵后，低渗透层中的凝胶基液并未开始成胶，因此进行开井返排地层中未成胶的凝胶基液，解除对低渗层的伤害。对于不加热的常规低渗透层，其温度一般在30-90℃之间，由前述表1可以看到，成胶时间多在100h之后，因此，该时间与高渗透层中受到加热的磁纳米凝胶基液的成胶时间之差即是返排解除对低渗透层伤害的窗口时间。
综上所述，本发明在传统的封堵凝胶中加入了磁性纳米颗粒，使其获得磁性响应的能力，允许其通过测量地层不同位置处的磁性强弱，结合前期测井资料、取心资料等，明确高渗层的位置；通过电磁仪精确加热高渗层处的凝胶基液，促使其成胶，达到只封堵高渗层的效果，显著提高了调剖堵水成功率和有效期；开井返排低渗层中未成胶的凝胶基液，解除低渗层的损害，对后续低渗储层的开采具有重要意义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，其特征在于，以重量百分比计，各组分组成如下：
部分水解聚丙烯酰胺0.5-1.5％
酚醛树脂0.8-1.2％
磁性纳米颗粒0.2-0.3％
其余量为水，且各组分总量为100％。
2.根据权利要求1所述的一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，其特征在于：所述部分水解聚丙烯酰胺水解度在20-30％之间，分子量为1500-2500万。
3.根据权利要求1所述的一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，其特征在于：所述磁性纳米颗粒为Fe3O4-NP、ZnO-NP、γ-Fe2O3、Co-Fe2O4、Ni-Fe2O4、Mn-Fe2O4中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系，其特征在于：所述水为矿化度5000mg/L—100000mg/L的油田注入水。
5.根据权利要求1所述的选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述部分水解聚丙烯酰胺加入所述水中充分搅拌至均匀分散，之后加入所述酚醛树脂以及所述磁性纳米颗粒，充分搅拌至均匀形成磁性纳米凝胶基液，即得所述磁性纳米颗粒凝胶体系。
6.一种选择性封堵磁性纳米颗粒凝胶体系的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向地层注入权利要求5中所述的磁性纳米凝胶基液；
(2)测量地层中不同层位的磁信号强弱，结合前期测井资料，确定高渗透层的精确位置；
(3)对高渗透层中的凝胶基液进行定位加热，促使凝胶基液成胶；
(4)成胶完成后开井返排，排出未成胶的凝胶基液。
7.根据权利要求6所述的磁性纳米颗粒凝胶体系的使用方法，其特征在于：步骤(1)中所述地层的温度在30-90℃之间。
8.根据权利要求6所述的磁性纳米颗粒凝胶体系的使用方法，其特征在于：步骤(3)中对所述高渗透层中的凝胶基液进行定位加热的装置为电磁仪。
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