CN115093600B - 一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系及其应用 - Google Patents

一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系及其应用。所述深部调驱体系由自交联自适应凝胶、氮气和起泡剂在水中制成；自交联自适应凝胶由酮类聚合物和酰肼类聚合物通过动态酰腙键形成；微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系中，以水的量为100％计，其余组分的含量如下：自交联自适应凝胶0.4～2％；起泡剂0～0.8％，但不为零；气液体积比为1～5：1～20，气液体积比是根据气体PVT公式计算为地层压力、温度条件下的气液比。由于自交联自适应凝胶的良好流变性，本发明深部调驱体系能够始终保持泡沫体系的泡沫运移、破灭、再生的特性；可根据需要调整自交联自适应凝胶的浓度使得体系具有“堵”、“调”、“驱”不同的功能。

Description

一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系及其应用
技术领域
本发明涉及一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系及其应用，涉及油田调剖堵水用剂技术领域。
背景技术
储层非均质性是油田开发的主要矛盾之一。油层非均质性使水驱或化学驱波及系数降低，造成注水或注剂无效循环，从而导致最终采收率较不高。当前调堵剂中应用最多的是化学交联凝胶调剖体系，如冻胶、预交联凝胶颗粒及弱凝胶等，其在现场取得了较好的调堵效果。泡沫凝胶是一种气体均匀分散在凝胶中的分散体系，一般是由高分子聚合物溶液、交联剂(有机酚醛类、无机铬、硼等)、起泡剂、稳泡剂等在气体作用下发泡形成的，泡沫凝胶的出现进一步增强的凝胶类调剖堵剂的强度，它是在传统凝胶的基础上伴注气体形成的，凝胶的超强空间网状结构进一步增强了泡沫的液膜厚度和强度，加上泡沫的贾敏效应，使得泡沫凝胶是一种理想的选择性堵水调剖体系。
目前，所使用的泡沫凝胶体系的里的凝胶为化学交联凝胶，它是聚合物在交联剂、助交联剂等添加剂的作用下，形成具有一定强度的空间网状结构的胶状物质。如中国专利申请(CN102604606A)提供的是一种双酚醛树脂、乳酸铬两种交联剂形成的化学交联凝胶，中国专利申请(CN104342095B、CN108203579A、CN103834376B)均提供的是一种以有机铬为交联剂形成的化学交联凝胶，中国专利申请(CN108219761A)提供的是一种酚醛树脂为交联剂形成的化学交联凝胶。
以上泡沫凝胶中凝胶成分采用的均为化学交联凝胶，所以存在以下风险：无机类化学交联凝胶成胶快，易封堵在近丼地带，有机类化学交联凝胶成胶慢，地层深部成胶效果下降；高渗透带渗流速度快，成胶变慢，未成胶就远离目标位置；高剪切下聚合物分子量降低，胶体强度和弹性均下降；吸附及色谱分离导致组成发生变化，长时间渗流后成胶不能保证；成胶后不可逆性导致深入性差，长效稳定性差，易老化脱水破胶；化学交联凝胶强度大，成胶后形成的泡沫凝胶为刚性膜，流动性差，使得泡沫凝胶失去了泡沫运移、破灭、再生的特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系，其依靠超强分子间作用力形成具有一定强度的空间网状结构；因为其交联方式的特殊性，自交联自适应凝胶同时还能具有良好的回复性和愈合性能，该凝胶组分单一，不需要添加交联剂和助交联剂即有凝胶的特性。
本发明利用自交联自适应凝胶的超强流变性和凝胶特性，在气液比较低的条件下依旧有很强的封堵性能，在此基础上形成微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系，可根据需要选择体系在地层中的气液比，具有更强的深部运移能力和剖面调整能力。
本发明微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系保留了泡沫体系运移、破灭、再生的特性。
具体地，本发明提供的微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系由自交联自适应凝胶、氮气和起泡剂在水中制成；
所述自交联自适应凝胶由酮类聚合物和酰肼类聚合物(两种聚合物的质量比为1：1)通过动态酰腙键形成；
所述微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系中，以所述水的量为100％计，其余组分的含量如下：
自交联自适应凝胶0.4～2％；起泡剂0～0.8％，但不为零；气液体积比为1～5：1～20，所述气液体积比是根据气体PVT公式计算为地层压力、温度条件下的气液比；
本发明中，气液比在1：3～20之间为微泡凝胶，气液比在1～5：1～3之间为泡沫凝胶。
本发明体系中的氮气，可根据油田现场条件选择自生气反应体系或制氮机供气。
具体地，所述酮类聚合物的结构式如式Ⅰ所示：
式Ⅰ中，x、y和z表示聚合度，x：y：z＝1.00：0.001～0.2：0.02～0.1。
所述酮类聚合物由丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸经自由基聚合得到；
所述自由基聚合的温度为40～60℃，时间为4～8h；
所述丙烯酰胺、所述双丙酮丙烯酰胺与和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1.00：0.001～0.2：0.02～0.1。
具体地，所述酰肼类聚合物的结构式如式Ⅱ所示：
式Ⅱ中，m和n表示聚合度，m：n＝10～100：1。
所述酰肼类聚合物由丙烯酰胺和丙烯酸甲酯的自由基聚合的产物与己二酸二酰肼经肼解反应得到；
所述自由基聚合的温度为40～60℃，时间为4～8h；
所述肼解反应的温度为80℃，时间为12～48h；
所述丙烯酰胺、所述丙烯酸甲酯与所述己二酸二酰肼的摩尔比为10～100：1：1。
具体地，所述起泡剂为阴离子起泡剂、两性起泡剂或非离子起泡剂；
所述阴离子起泡剂为硫酸盐型起泡剂、羧酸盐型起泡剂、磺酸盐型起泡剂或双子型起泡剂；
所述硫酸盐型起泡剂具体可为十二烷基硫酸钠或脂肪醇醚硫酸钠；所述羧酸盐型起泡剂具体可为聚醚羧酸钠或N-酰基氨基羧酸钠；所述磺酸盐型起泡剂具体可为石油磺酸钠或烷基苯基磺酸钠；
所述两性起泡剂为十六烷基二羟乙基氧化胺、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十二烷基甜菜碱、十八烷基羟丙基磺基甜菜碱、十八烷基磺酸甜菜碱或椰油酰胺甜菜碱；
所述非离子起泡剂为烷基糖苷型起泡剂或氟碳型起泡剂；
所述烷基糖苷型起泡剂具体可为APG0810或APG0814，所述氟碳型起泡剂具体可为全氟磺酸钠或全氟羧酸钠。
本发明提供的微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系能够用于油田深部调剖调驱。
本发明微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系降低油水界面张力至1×10- 2mN/m以下，具备一定的提高洗油效率的作用。
本发明微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系适用于地层温度45℃～100℃、渗透率达50×103μm2的高渗透层
本发明具有如下有益技术效果：
①相比传统化学交联凝胶，自交联自适应凝胶无需添加交联剂，无成胶过程，保证体系在地层运移中始终是凝胶状态；②该体系不仅具备“堵”的功能，由于起泡剂的加入还具备一定的提高洗油效率的作用；③由于自交联自适应凝胶的加入，该体系的可用气液比范围较大，可根据现场需要灵活选择；④气源可选择自生气体系和制氮机，使得现场施工工艺选择更加灵活；⑤由于自交联自适应凝胶的良好流变性，该体系能够始终保持泡沫体系的泡沫运移、破灭、再生的特性；⑥可根据需要调整自交联自适应凝胶的浓度使得体系具有“堵”、“调”、“驱”不同的功能。
附图说明
图1是本发明实施例3中自交联自适应凝胶(质量浓度0.4％)的状态图。
图2是本发明实施例3中泡沫自交联自适应凝胶体系在常温常压下的状态图。
图3是本发明实施例4中不同强度泡沫自交联自适应凝胶体系泡沫性能。
图4是本发明实施例5中所用物模实验装置流程模拟图。
图5和图6是本发明实施例5中微泡/泡沫自交联自适应凝胶调剖实验分流曲线图
图7是本发明微观驱替实验流程示意图及可视化平板模型。
图8-图10是本发明的微泡/泡沫自交联自适应凝胶在模型中运移变化图(依次为液膜滞后现象、缩颈分离现象和液膜分断现象)。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、酮类聚合物的制备
称取10.0g丙烯酰胺、485.9mg双丙酮丙烯酰胺和2.5g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于250mL去离子中，用氢氧化钠溶液将pH调至6～7，置于装有电动搅拌的500mL带支管圆底烧瓶中，抽真空通N2三次除氧。用注射器打入5mg预先用去离子水溶解的引发剂2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(AIBA)，0.1mg七水合硫酸亚铁，0.1mg乙二胺四乙酸二钠盐、0.5mg过硫酸铵，冰浴反应4h后加热至55℃反应2h。反应结束后溶液变为胶装，绞碎后烘干即得到酮类聚合物。其平均结构式如式Ⅰ所示，其中，x：y：z＝1：0.1：0.05。
实施例2、酰肼类聚合物的制备
称取10.0g丙烯酰胺用250mL水溶解，量取260μL丙烯酸甲酯加入其中，置于装有电动搅拌的250mL带支管圆底烧瓶中，抽真空通N2三次除氧。用注射器打入5mg预先用去离子水溶解的引发剂2,2’-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(AIBA)，加热至55℃反应6h。加入0.5g己二酸二酰肼，搅拌溶解后加热至80℃反应24h。反应结束后通过旋转蒸发蒸出溶液中的水，即得目标酰肼类聚合物。其平均结构式如式Ⅱ所示，m：n＝1：0.05。
实施例3、自交联自适应凝胶、微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系的状态
1、将实施例1制备的酮类聚合物和实施例2制备的酰肼类聚合物按质量比1：1配制质量浓度为0.4％的自交联自适应凝胶，具有化学凝胶的“吐舌”现象，如图1所示，表明所制备的自交联自适应凝胶无需添加交联剂的情况下具有很强的增粘特性，表观上具备凝胶的“吐舌”现象。
2、采用上述制备的自交联自适应凝胶制备泡沫自交联自适应凝胶体系：烧杯中加入模拟水搅拌，转速400r/min，加入0.6wt％自交联自适应凝胶，搅拌40min，加入0.4wt％脂肪醇醚硫酸钠，将上述液体转移至高速搅拌器(转速2000～3000r/min)，搅拌至体积增大为液体体积的2～5倍即可。
常温常压下，制备的泡沫自交联自适应凝胶体系的状态如图2所示，可以看出，形成的泡沫细腻均一绵密，且可以拉伸倒挂，保留了自交联自适应凝胶的弹性
实施例4、用于堵、调、驱不同功能的泡沫自交联自适应凝胶体系的配制
配制11组泡沫自交联自适应凝胶体系液相，自交联自适应凝胶质量浓度分别为0.10wt％、0.15wt％、0.20wt％、0.25wt％、0.30wt％、0.35wt％、0.40wt％、0.45wt％、0.50wt％、0.55wt％、0.6wt％，起泡剂0.50wt％。
搅拌均匀后，参照《注蒸汽泡沫提高石油采收率室内评价方法》评价体系的发泡、稳泡能力，采用流变仪测试泡沫自交联自适应凝胶体系的界面黏度、耗能模量G"与储能模量G'，泡沫综合指数＝3/4×发泡体积×泡沫半衰期。不同强度泡沫凝胶体系泡沫性能见图3。具体数据见表1。
所用配制水矿化度9374.13mg/L，离子组成(单位mg/L)为：Na++K+3091.96、Ca2+276.17、Mg2+158.68、CO32-14.21、HCO3-311.48、SO42-85.29、Cl-5436.34。
由表1和图3所示可以看出，随着自交联自适应凝胶浓度的增加，泡沫的性能发生变化，总体上稳定性、粘弹性均在增强，且在自交联自适应凝胶2000mg/L、5000mg/L，附近会发生明显的性能突变，不同强度的泡沫(微泡)自交联自适应凝胶适用“堵、调、驱”不同功能。
表1不同强度泡沫自交联自适应凝胶泡沫性能、体相和界面粘弹性能
实施例5、微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系剖面调整作用
四层层间非均质实验模型：渗透率：10000mD/5000mD/1500mD/500mD；级差：20倍；变异系数：0.8963；厚度：2.3cm/2.3cm/1cm/1cm；
实验用水：模拟地层矿化水，矿化度9374.13mg/L；
实验用油：海上某油田原油与航空煤油按体积比7:2混合配制，粘度为70mpa.s；
实验装置流程见图4。微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系剖面调整数据见表2，实验曲线图见图5和图6。
驱替实验步骤：
a)配制地层水备用；
b)根据设计的渗透率条件，填制渗透率级差的填砂管模型，称取干重；
c)饱和地层水，称取湿重，计算孔隙度；
d)水驱，分别测量高低渗填砂管的水测渗透率；
e)分别按设计要求饱和模拟原油，饱和完成后熟化12h，并联填砂管；
f)用地层水驱替，流量设定为3m/d，记录并联填砂管两端压力变化及分流量变化，分别水驱至含油饱和度为(从高渗到低渗)含油饱和度：15％/30％/50％/65％；
g)地层水驱替并联填砂管稳定后，注入一定体积的微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系，注入速度3m/d，记录并联填砂管两端压力变化及分流量变化；
h)将并联填砂管在65℃条件下恒温2h；
i)进行后续水驱，后续水驱速度3m/d，记录填砂管两端压力变化及分流量变化情况。
由表2、图5(注入量0.6PV、气液比2:5、物理凝胶浓度0.5％)和图6(注入量0.6PV、气液比1:1、物理凝胶浓度0.5％)所示可以看出，微泡/泡沫自交联自适应凝胶具有较好的剖面调整能力，气液比越高，封堵效果越好，剖面调整能力越强。
表2微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系剖面调整实验数据
实施例6、微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系在多孔介质中的形态变化观察
实验条件部分同实施例5，整个微观驱替实验流程包括三个部分：泵注系统、微观可视驱油模型、图像及压力采集系统。装置示意图见图7。
注入微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系配方：自交联自适应凝胶0.6wt％，起泡剂(脂肪醇醚硫酸钠)0.4wt％，气液比2：5。
泡沫流体是一种气体为分散相的分散体系，其中的气相与液相分别运移，而地层孔隙结构复杂，情况多变，所以当其在多孔介质中流动时，会在地层中进行再生，通过实验记录的录像观察和分析可知，微泡/泡沫自交联自适应凝胶体系在多孔介质中具备泡沫同样的再生的机理：液膜滞后(见图8)、缩颈分离(见图9)和液膜分断(见图10)。

Claims (7)

1.一种微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系，由自交联自适应凝胶、氮气和起泡剂在水中制成；
所述自交联自适应凝胶由酮类聚合物和酰肼类聚合物通过动态酰腙键形成；
所述微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系中，以所述水的量为100%计，其余组分的含量如下：
自交联自适应凝胶 0.4~2%；起泡剂 0~0.8%，但不为零；气液体积比为1~5：1~20，所述气液体积比是根据气体PVT公式计算为地层压力、温度条件下的气液比；
所述酮类聚合物的结构式如式Ⅰ所示：
式Ⅰ
式Ⅰ中，x、y和z表示聚合度，x：y：z=1.00：0.001~0.2：0.02~0.1；
所述酰肼类聚合物的结构式如式Ⅱ所示：
式Ⅱ
式Ⅱ中，m和n表示聚合度，m：n=10~100：1。
2.根据权利要求1所述的微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系，其特征在于：所述酮类聚合物由丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸经自由基聚合得到；
所述自由基聚合的温度为40~60 oC，时间为4~8 h；
所述丙烯酰胺、所述双丙酮丙烯酰胺与和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1.00：0.001~0.2：0.02~0.1。
3.根据权利要求1或2所述的微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系，其特征在于：所述酰肼类聚合物由丙烯酰胺和丙烯酸甲酯的自由基聚合的产物与己二酸二酰肼经肼解反应得到；
所述自由基聚合的温度为40~60 oC，时间为4~8 h；
所述肼解反应的温度为80 oC，时间为12~48 h；
所述丙烯酰胺、所述丙烯酸甲酯与所述己二酸二酰肼的摩尔比为10~100：1：1。
4.根据权利要求1或2所述的微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系，其特征在于：所述起泡剂为阴离子起泡剂、两性起泡剂或非离子起泡剂；
所述阴离子起泡剂为硫酸盐型起泡剂、羧酸盐型起泡剂或磺酸盐型起泡剂；
所述两性起泡剂为十六烷基二羟乙基氧化胺、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、十二烷基甜菜碱、十八烷基羟丙基磺基甜菜碱、十八烷基磺酸甜菜碱或椰油酰胺甜菜碱；
所述非离子起泡剂为烷基糖苷型起泡剂或氟碳型起泡剂。
5.权利要求1-4中任一项所述微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系在油田深部调剖调驱中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系降低油水界面张力至1×10-2mN/m以下。
7.根据权利要求5或6所述的应用，其特征在于：所述微泡/泡沫自交联自适应凝胶深部调驱体系适用于地层温度45℃~100℃、渗透率达50×103μm2的高渗透层。
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