CN115029116A - 一种泡沫凝胶及含其的氮气泡沫凝胶体系和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泡沫凝胶及含其的氮气泡沫凝胶体系和应用方法，所述泡沫凝胶包括以下按质量百分比计的组分：泡沫液40‑60％；凝胶40％～60％。所述氮气泡沫凝胶体系，包括上述泡沫凝胶和氮气。该适用于底水油藏控水驱油型氮气泡沫凝胶体系通过氮气泡沫的选择性封堵，氮气泡沫在气液重力分异后上升游离到油藏顶部形成气顶，增加地层的弹性势能，起到压制底水作用，并将液体凝胶的封堵作用；固体堵水材料架桥性能结合起来，有效地控制含水率上升，延长低含水率采收期的特点。
Description
技术领域
本发明属于油田化学领域，具体涉及一种泡沫凝胶及含其的氮气泡沫凝胶体系和应用方法。
背景技术
底水油藏在国内外分布广泛，储量丰富。底水的存在为油藏开发提供了驱动能量，但是由于钻井过程中储层污染，采用爆燃、压裂、酸化完井导致沟通底水，或开采过程中生产参数过大，导致底水缓慢上升。尤其对于隔夹层不明显，底水和储层直接接触的油藏，底水锥进较为突出，开发过程中含水率快速上升，甚至出现暴性水淹，导致整体采收率较低。
采用凝胶堵水是油田储层降低含水最常见的技术措施。目前，针对底水油藏，人工隔板法存在油水界面位置确定困难，隔板半径的计算要求较高，实施难度较大，其次，凝胶的选择性较差，易堵死通道后造成产液量和产油量同时降低，增油效果不显著。由于交联过程中脱水收缩，有效期有限，应用效果不佳。
泡沫体系具有阻力系数高，封堵能力强；选择性强，可智能识别高渗通道等特点，但单一的泡沫属于热力学不稳定体系，为了保持控水措施后的有效期，提供一种氮气泡沫凝胶体系是十分必要的。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明的目的一是提供一种泡沫凝胶，采用纳米改性颗粒与凝胶协同稳泡作用，提高泡沫的稳定性；采用柔性凝胶颗粒与液体凝胶复合，提高封堵的长期有效性。
为了控制底水油藏底水锥进导致的油井含水率高，本发明的目的二是提供了一种氮气泡沫凝胶体系，该氮气泡沫凝胶体系具有发泡性能好、封堵效果好、驱油性能强、有效时间长等优点。
本发明的目的三是提供了上述氮气泡沫凝胶体系的应用方法，采用氮气凝胶体系凝胶组分-氮气泡沫凝胶-氮气凝胶体系凝胶组分的三组段塞式注入方式，可以减少油井生产过程中氮气的采出。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种泡沫凝胶，包括以下按质量百分比计的组分：泡沫液40-60％；凝胶40％～60％。
进一步地，所述泡沫液由以下质量百分比的组分组成：表面活性剂0.5-1％，稳定剂0.1％-3％，余量为蒸馏水。
作为进一步地优选方案，所述表面活性剂为全氟己基磺酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。
作为进一步地优选方案，所述稳定剂为活性纳米材料、氧化石墨的一种或二者的混合物。
进一步地，所述凝胶由以下质量百分比的组分组成：增稠剂0.1-0.5％：调节剂0.1-1.5％，余量为蒸馏水。
作为进一步地优选方案，所述增稠剂由A组分和B组分按照(1～10)：(10～1)的质量比混合而成，其中A组分为黄原胶、刺槐豆胶、卡拉胶中的一种或多种，B组分为柔性凝胶颗粒。
作为进一步地优选方案，所述调节剂为戊二醛、环氧氯丙烷、1，6-六亚甲基二胺、己二醇肼中的一种或多种。
一种氮气泡沫凝胶体系，包括上述泡沫凝胶和氮气，所述氮气的含量为24000-100000标立方米，泡沫凝胶的含量为400-500立方米。
作为进一步地优选方案，所述氮气为液氮或膜制氮。
一种氮气泡沫凝胶体系的应用方法，该应用方法采用氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分-氮气泡沫凝胶体系-氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分的三组段塞式注入方式。
具体地，所述氮气泡沫凝胶体系的应用方法，包括以下步骤：
S1.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-8m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h；
S2.通过泡沫发生器，将氮气、泡沫凝胶以一定的体积比组合注入；
S3.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-5m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
作为进一步地优选方案，所述S2中氮气与泡沫凝胶注入排量在地面体积比为(60-250)：1，注入压力小于15MPa。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的泡沫凝胶具有在矿化度110000mg/L，温度80℃，抗凝析油含量20％，发泡效率大于75％，在非驱替条件下，泡沫无法重复生成，因而在较低含油饱和度通道中，泡沫稳定性增加，从而提高封堵效果。
2、由于重力分异作用，气液分离后，液体含有表面活性剂，因此，本发明所述的氮气泡沫凝胶体系具有较低的表面性能状态，可降低油水界面张力、改变油藏润湿性，提高采收率。
3、本发明采用纳米改性颗粒与凝胶协同稳泡作用，凝胶可提高泡沫液膜粘度的方式降低液膜排液率，纳米改性颗粒属于固体颗粒，可在泡沫液膜上吸附，增加气-液-固界面稳定，提高泡沫的稳定性。
4、采用柔性凝胶颗粒与液体凝胶复合，固液耦合条件下，封堵长期效果更好。柔性凝胶颗粒属于有机固体颗粒，具有可变性、柔韧性、膨胀性，可在大尺寸通道中运移、架桥、封堵。柔性凝胶颗粒化学稳定性好，不易破碎，即使在液体凝胶失效条件下，仍然稳定存在，提高封堵的长期有效性。
5、本发明采用氮气凝胶体系凝胶组分-氮气泡沫凝胶-氮气凝胶体系凝胶组分的三组段塞式注入方式，首先注入的氮气凝胶体系凝胶组分段塞可以封堵大孔道的，降低注入液量的滤失，降低后续氮气泡沫的无效运移。氮气泡沫凝胶作为主体可提供增能、驱替上部底水下移的作用；最后的氮气凝胶体系凝胶组分作为封口段塞，可以减少油井生产过程中氮气的采出。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例说明如后。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，实施例中采用的实施条件可以根据具体实验环境做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。本发明中所提及的制备方法如无特殊说明则均为常规方法。
下述实施例中提及的所有原料如无特别说明均从公开的商业途径获得。
本发明提供了一种泡沫凝胶，包括以下按质量百分比计的组分：泡沫液40-60％；凝胶40％～60％。
进一步地，所述泡沫液由以下质量百分比的组分组成：表面活性剂0.5-1％，稳定剂0.1％-3％，余量为蒸馏水。
作为进一步地优选方案，所述表面活性剂为全氟己基磺酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种。
作为进一步地优选方案，所述稳定剂为活性纳米材料、氧化石墨的一种或二者的混合物。
进一步地，所述凝胶由以下质量百分比的组分组成：增稠剂0.1-0.5％：调节剂0.1-1.5％，余量为蒸馏水。
作为进一步地优选方案，所述增稠剂由A组分和B组分按照(1～10)：(10～1)的质量比混合而成，其中A组分为黄原胶、刺槐豆胶、卡拉胶中的一种或多种，B组分为柔性凝胶颗粒。
作为进一步地优选方案，所述调节剂为戊二醛、环氧氯丙烷、1，6-六亚甲基二胺、己二醇肼中的一种或多种。
本发明所述泡沫凝胶具有在矿化度110000mg/L，温度80℃，抗凝析油含量20％，发泡效率大于75％，在非驱替条件下，泡沫无法重复生成，因而在较低含油饱和度通道中，泡沫稳定性增加，从而提高封堵效果。
除此之外，本发明采用纳米改性颗粒与凝胶协同稳泡作用，凝胶可提高泡沫液膜粘度的方式降低液膜排液率，纳米改性颗粒属于固体颗粒，可在泡沫液膜上吸附，增加气-液-固界面稳定，提高泡沫的稳定性。
采用柔性凝胶颗粒与液体凝胶复合，固液耦合条件下，封堵长期效果更好。柔性凝胶颗粒属于有机固体颗粒，具有可变性、柔韧性、膨胀性，可在大尺寸通道中运移、架桥、封堵。柔性凝胶颗粒化学稳定性好，不易破碎，即使在液体凝胶失效条件下，仍然稳定存在，提高封堵的长期有效性。
本发明还提供了一种氮气泡沫凝胶体系，包括上述泡沫凝胶和氮气，所述氮气的含量为24000-100000标立方米，泡沫凝胶的含量为400-500立方米。
需要说明的是，在目标储层所在的温度和压力条件下，氮气和泡沫凝胶的体积比为0.8:1-1:1.5。
作为进一步地优选方案，所述氮气为液氮或膜制氮。
本发明还提供了一种氮气泡沫凝胶体系的应用方法，该应用方法采用氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分-氮气泡沫凝胶体系-氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分的三组段塞式注入方式。首先注入的氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分段塞可以封堵大孔道的，降低注入液量的滤失，降低后续氮气泡沫的无效运移。氮气泡沫凝胶体系作为主体可提供增能、驱替上部底水下移的作用；最后的氮气泡沫凝胶体系中的凝胶组分作为封口段塞，可以减少油井生产过程中氮气的采出。
具体地，所述氮气泡沫凝胶体系的应用方法，包括以下步骤：
S1.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-8m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h；
S2.通过泡沫发生器，将氮气、泡沫凝胶以一定的体积比组合注入；
S3.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-5m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
作为进一步地优选方案，所述S2中氮气与泡沫凝胶注入排量在地面体积比为(60-250)：1，注入压力小于15MPa，且氮气的注入速度为800-2000Nm3/min。
实施例1：
本实施例提供了一种适用于底水油藏控水驱油型氮气凝胶体系，包括氮气50000标方，泡沫凝胶530方。
需要说明的是，目标储层所在的温度(65℃)和压力(14.71MPa)条件下，氮气和泡沫凝胶的体积比约为0.8:1。
进一步地，所述泡沫凝胶包括质量百分含量为50％的泡沫液和质量百分含量为50％的凝胶。
具体地，所述泡沫液由以下质量百分比的组分组成：表面活性剂1％：稳定剂0.5％，余量为蒸馏水。其中表面活性剂由全氟己基磺酸钾、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱按1:1的质量比组成；所述稳定剂为活性纳米材料(优选南京天行新材料有限公司生产的活性纳米材料)。
具体地，所述凝胶由以下质量百分比的组分组成：增稠剂0.3％：调节剂0.2％，余量为蒸馏水。其中，所述增稠剂由刺槐豆胶与柔性凝胶颗粒按照2:1的质量比组成，所述柔性凝胶颗粒为长庆化工集团生产的PEG凝胶；所述调节剂为戊二醛。
上述适用于底水油藏控水驱油型氮气泡沫凝胶体系的应用方法，包括以下步骤：
(1)通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气凝胶体系中的凝胶50m3，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
(2)通过泡沫发生器，将氮气、泡沫凝胶以125:1的体积比注入，注入压力小于15MPa。
(3)通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气凝胶体系中的凝胶80m3，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
实施例2
本实施例提供了一种适用于底水油藏控水驱油型氮气凝胶体系，包括氮气35000标方，泡沫凝胶267方。
需要说明的是，目标储层所在的温度(71℃)和压力(16.67MPa)条件下，不考虑液体的体积变化，氮气体积采用气体压缩方程由标态换算至储层压力温度下体积后，氮气和泡沫凝胶的体积比约为1:1。
进一步地，所述泡沫凝胶包括质量百分含量为40％的泡沫液和质量百分含量为60％的凝胶。
具体地，所述泡沫液由以下质量百分比的组分组成：表面活性剂0.8％：稳定剂0.9％，余量为蒸馏水。其中表面活性剂由全氟己基磺酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚按2:1的质量比组成；所述稳定剂为氧化石墨材料(优选江苏先丰纳米材料科技有限公司生产的活性纳米材料)。
具体地，所述凝胶由以下质量百分比的组分组成：增稠剂0.4％：调节剂0.3％，余量为蒸馏水。其中，所述增稠剂由黄原胶、刺槐豆胶、柔性凝胶颗粒按照2:1:1的质量比组成，所述柔性凝胶颗粒为长庆化工集团生产的PEG凝胶。所述调节剂为戊二醛。
上述适用于底水油藏控水驱油型氮气泡沫凝胶体系的应用方法，包括以下步骤：
(1)通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气凝胶体系中的凝胶组分20m3，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
(2)通过泡沫发生器，将氮气、泡沫凝胶以169:1的体积比注入，注入压力小于15MPa。
(3)通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气凝胶体系中的凝胶组分40m3，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
实施例3
以地层水(矿化度121321mg/L)作为基液，20％凝析油条件下，按照实施例1中配制的凝胶泡沫体系，100ml基液，采用Warning Blender法(5000r/min)评价其发泡能力和半衰期，评价结果如表1所示。
| 发泡高度(mL) | 451 |
| 析液半衰期(min) | 23 |
| 泡沫半衰期(min) | 305 |
将石英砂按照不同配比填制填砂岩心模型，称取干重；将填砂岩心模型抽真空4h后，饱和地层水(矿化度121321mg/L)，称取湿重，计算孔隙体积；测水测渗透率；饱和地层原油，计算初始含油饱和度So；用模拟地层水作驱替液，水驱至综合含水85％，计算水驱采收率Rw；
(1)注入凝胶泡沫液体系，正向驱替1PV，然后反向水驱至不出油为止，计算水驱采收率，具体如下：
(2)注入地层水；正向驱替1PV，然后反向水驱至不出油为止，计算水驱采收率，具体如下：
实验温度65℃，回压2MPa，注入速度1.4m/d，原油黏度52mPa·S，气液比均为l：l。
根据上述实验结果，可以看到本发明的氮气泡沫凝胶体系具有较好的封堵性能，和地层水驱替相比，可以提高采收率。
综上所述，本发明所述的底水油藏控水驱油型氮气泡沫凝胶，通过氮气泡沫的选择性封堵，氮气泡沫在气液重力分异后上升游离到油藏顶部形成气顶，增加地层的弹性势能，起到压制底水作用，并将液体凝胶的封堵作用；固体堵水材料架桥性能结合起来，有效地控制含水率上升，延长低含水率采收期的特点。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种泡沫凝胶，其特征在于，包括以下按质量百分比计的组分：泡沫液40-60％；凝胶40％～60％。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫凝胶，其特征在于，所述泡沫液由以下质量百分比的组分组成：表面活性剂0.5-1％，稳定剂0.1％-3％，余量为蒸馏水。
3.根据权利要求2所述的一种泡沫凝胶，其特征在于：所述表面活性剂为全氟己基磺酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱中的一种或多种；
所述稳定剂为活性纳米材料、氧化石墨的一种或二者的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫凝胶，其特征在于，所述凝胶由以下质量百分比的组分组成：增稠剂0.1-0.5％：调节剂0.1-1.5％，余量为蒸馏水。
5.根据权利要求4所述的一种泡沫凝胶，其特征在于：所述增稠剂由A组分和B组分按照(1～10)：(10～1)的质量比混合而成，其中A组分为黄原胶、刺槐豆胶、卡拉胶中的一种或多种，B组分为柔性凝胶颗粒；
所述调节剂为戊二醛、环氧氯丙烷、1，6-六亚甲基二胺、己二醇肼中的一种或多种。
6.一种氮气泡沫凝胶体系，其特征在于，包括氮气和泡沫凝胶，其中泡沫凝胶为权利要求1-5任意一项所述的泡沫凝胶，所述氮气的含量为24000-100000标立方米，泡沫凝胶的含量为400-500立方米。
7.根据权利要求6所述的一种氮气泡沫凝胶体系，其特征在于：所述氮气为液氮或膜制氮。
8.一种氮气泡沫凝胶体系的应用方法，其特征在于，该应用方法采用氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分-氮气泡沫凝胶体系-氮气泡沫凝胶体系中凝胶组分的三组段塞式注入方式。
9.根据权利要求8所述的一种氮气泡沫凝胶体系的应用方法，其特征在于，所述应用方法具体包括以下步骤：
S1.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-8m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h；
S2.通过泡沫发生器，将氮气、泡沫凝胶以一定的体积比组合注入；
S3.通过工具油管，向目标储层射孔段注入氮气泡沫凝胶体系中的凝胶50-150m3，注入速度3-5m3/h，清水顶替凝胶至地层内，关井反应4h。
10.根据权利要求9所述的一种氮气泡沫凝胶体系的应用方法，其特征在于：所述S2中氮气与泡沫凝胶注入排量在地面体积比为(60-250)：1，注入压力小于15MPa。
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