CN116081617A - 超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和应用 - Google Patents

超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和应用 Download PDF

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CN116081617A CN202310067190.8A CN202310067190A CN116081617A CN 116081617 A CN116081617 A CN 116081617A CN 202310067190 A CN202310067190 A CN 202310067190A CN 116081617 A CN116081617 A CN 116081617A
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Abstract

本发明涉及油田化学领域,公开了超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和应用。所述组合物包括无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂;其中,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种;所述有机酸选自C1‑C5的一元酸;所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2‑C8的二元酸和C2‑C8的多元酸中的至少一种。采用该组合物或方法制备的可膨胀石墨体系,能够在温度高达240℃、矿化度达30万mg/L的超深层油气藏湿相环境中,实现有限程度的膨胀,保证膨胀后的高强度,可以在地层中保持长期稳定,对超深层油气藏窜流通道具有高封堵率,实现超深层储层非均质高效调控。

Description

超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及油田化学,具体涉及一种超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和应用。
背景技术
随着全球油气工业的发展,油气勘探由中浅层逐渐转向深层和超深层),深层超深层油气将成为我国油气重要的增长点。井深(≥4500m)、超高温(≥130℃)、超高盐(≥10万mg/L)、高地应力的苛刻油藏条件是大多数深层超深层油气藏开发面临的难点。注气、注水是深层超深层油气藏补充能量开采的最主要方式,但由于储层非均质(油气储层在漫长的地质历史中,经历了沉积、成岩及后期构造作用的综合影响,使储层的空间分布及内部的各种属性都存在极不均匀的情况)绝对存在,注水、注气必然面临水/气窜问题。因此,高效调控窜流通道是深层超深层油气藏治理水/气窜的重要技术手段。受苛刻油气藏条件的影响,窜流通道调控对调控剂的要求更高。现有的调控剂基本满足了深层油气藏(井深为4500m-6000m)的窜流通道调控,但对于超深层油气藏(井深≥6000m),温度更高(高达240℃)、矿化度更大(高达30万mg/L),其中的窜流通道调控面临重大挑战。传统的有机类调控剂如聚合物胶类高温高盐脱水严重、稳定性差,泡沫体系有效期短;无机类调控体系如黏土运移性差、水泥固化时间短、措施风险大。因此,研发耐超高温、抗超高盐、注得进、走得远、控得住的调控剂是深层超深层油气藏窜流通道调控的亟待攻克的难题。
CN113897189A公开了一种适用于高温高盐缝洞型油藏调剖的冻胶体系,由AM/AMPS共聚物,非离子聚丙烯酰胺,乌洛托品,对苯二酚以及余量水同时成胶时间可控,受地层水稀释作用组成小,该体系在130℃,22万mg/L的条件下具有良好的稳定性和成胶强度,在考察的试验条件下具有良好的应用潜力。但并不涉及更高温度(≥130℃)、高矿化度(≥22万mg/L)的超深层油藏条件下的需求。
CN111217367A公开了一种油藏调剖堵水用多元复合插层的低温可膨胀石墨体系及其制备方法和应用,该体系由多元复合插层用组合物对石墨进行插层处理所得,其中,所述多元复合插层用组合物含有无机酸、有机酸和插层增强剂,其中,所述插层增强剂含有碱金属卤化物和阳离子表面活性剂。该石墨体系能够在130-200℃下膨胀,耐盐10万-30万mg/L,具有高膨胀倍数和长期稳定性等特点,能够在超深层油气藏中实现长期的调剖堵水。该体系能够满足深层油气藏调剖堵水的技术需求,降低了临界膨胀温度,但也不涉及更大井深、更高温度的超深层油气藏储层非均质调控。
CN104927825B公开了一种耐温耐盐冻胶分散体氮气泡沫复合调驱体系。该体系包括气相和液相,气相是氮气,液相由起泡剂、稳泡剂和配液水组成,能够耐温130℃、耐矿化度17万mg/L、耐钙离子1万mg/L、耐镁离子1万mg/L。但也不涉及更高温度(≥130℃)、更高矿化度(≥17万mg/L)的油藏条件下的需求,且现场施工比较复杂,难以满足超深层油气藏储层非均质调控的需求。
CN115044356A公开了一种适用于高温高盐油藏的调剖剂及其制备方法。该体系由沉淀剂,一、二级沉淀控制剂和配液水组成,沉淀主剂是可溶性硅酸盐,沉淀控制剂由芳烷基苯磺酸钠与羟基乙叉二膦酸钠组成。对该体系在143℃、3万mg/L的沉淀及封堵效果进行了评价,但未涉及更高温度和矿化度油藏的效果评价。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术在超深层油气藏储层窜流通道调控中适应性差的问题,提供一种超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法和应用。采用该方法制备的湿相可膨胀改性石墨体系,能够在温度高达240℃、矿化度达30万mg/L的超深层油气藏湿相环境中,实现有限程度的膨胀,保证膨胀后对窜流通道具有高封堵性能和长期稳定性,现场应用时操作简单,更适于大规模的现场作业。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种插层石墨用组合物,所述组合物包括无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂;
其中,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种;
所述有机酸选自C1-C5的一元酸;
所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2-C8的二元酸和C2-C8的多元酸中的至少一种。
本发明第二方面提供一种制备湿相可膨胀改性石墨控水体系的方法,该方法包括:
(1)将无机强酸、石墨和氧化剂进行接触,并在超声环境下进行第一反应;
(2)将步骤(1)的产物,和有机酸进行第二反应;
(3)将步骤(2)的产物,和膨胀剂接触,得到湿相可膨胀改性石墨控水体系。
本发明第三方面提供如上所述的方法制得的湿相可膨胀改性石墨控水体系。
本发明第四方面提供如上所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系在超深层油气藏中作为控水剂的应用。
本发明第五方面提供一种超深层油气藏中窜流通道调控的方法,该方法包括:将含有如上所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液注入地层,并关井。
相对比于现有技术,本发明优点如下:
(1)本发明的湿相可膨胀改性石墨控水体系可耐高温240℃、可抗高盐30万mg/L,能够实现有限度的膨胀(湿相环境中可膨胀3-10倍),保证了膨胀后颗粒的强度,并具有长期稳定性,在超深层油气藏窜流通道调控能够获得较高的封堵率。并且该湿相可膨胀改性石墨控水体系具备自润滑、柔软性的特点,满足注得进、走得远、控得住的要求。
(2)本发明的湿相可膨胀改性石墨控水体系制备方法具有工艺简单,原材料来源广、价格便宜的特点,还可利用不同平均粒径的天然鳞片石墨制备不同平均粒径的湿相可膨胀改性石墨控水体系。
(3)可根据储层孔喉或裂缝发育情况,通过应用本发明提供的不同平均粒径的湿相可膨胀改性石墨控水体系的段塞组合实现对超深层油气藏窜流通道的调控。
(4)采用本发明的湿相可膨胀改性石墨控水体系时,现场配液简单,可利用清水配液也可利用达标的回注水配液,适用于大规模的现场作业。
附图说明
图1是实施例1的湿相可膨胀改性石墨控水体系在老化20天前后的宏观效果对比图;
图2a-2c是实施例2的通过扫描电镜观察的天然鳞片石墨(2a)、刚制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系(2b)以及老化20天后(2c)的湿相可膨胀改性石墨控水体系的微观形貌图;
图3是实施例3的湿相可膨胀改性石墨控水体系的采收率曲线图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面,本发明提供了一种插层石墨用组合物,所述组合物包括无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂;
其中,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种;
所述有机酸选自C1-C5的一元酸;
所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2-C8的二元酸和C2-C8的多元酸中的至少一种。
其中,所述强酸满足酸度系数pKa<0,弱酸满足pKa>4。
本发明的发明人在研究中发现,采用如上所述的无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂制备插层石墨,可以得到耐高温(高达240℃)、抗高盐(高达30万mg/L)、湿相环境中具有有限度膨胀力(湿相环境中可膨胀3-10倍),从而保证了膨胀后的可膨胀改性石墨控水体系的强度和长期稳定性,在超深层油气藏中具有获得较高的封堵率。能够理解的是,如果膨胀倍数太大,膨胀后的强度会较弱,而本发明的组合物能够使得实现有限度的膨胀,膨胀倍数可控,保证了膨胀后的强度。
根据本发明,优选的,过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸氢钾中的至少一种。
根据本发明,优选的,所述弱酸选自柠檬酸和/或草酸,更优选为草酸。
根据本发明,优选的,过硫酸盐和弱酸的重量比为(0.3-1.5):1,更优选为(0.5-1):1。
根据本发明,优选的,过硫酸盐和弱酸分别以缓释胶囊的形式存在。过硫酸盐以过硫酸盐缓释胶囊的形式存在,弱酸以弱酸释胶囊的形式存在,两者是分开储存的。本发明的发明人在研究中进一步发现,如果采用上述缓释胶囊的形式,能够使得过硫酸盐和弱酸缓慢释放,从而进一步使得湿相可膨胀改性石墨控水体系在地层中的膨胀更可控。能够理解的是,缓释胶囊中的弱酸,以弱酸的固体颗粒的形式存在。缓释胶囊的平均粒径大小可以为10-500μm,缓释胶囊中过硫酸盐(或弱酸)的有效含量可以≥70重量%。缓释胶囊可以市购获得。
根据本发明,优选的,所述无机强酸为选自硫酸、硝酸、盐酸和高氯酸中的至少一种,更优选为硝酸和高氯酸。优选地,硝酸和高氯酸的重量比为1:0.5-2,更优选为1:0.6-0.8。
根据本发明,优选的,所述氧化剂高锰酸钾、高锰酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、氯酸钾、氯酸钠、高氯酸钾和高氯酸钠中的至少一种,更优选为高锰酸钾。
根据本发明,优选的,所述有机酸选自甲酸和/或乙酸,更优选为乙酸。乙酸优选以冰乙酸形式提供。
根据本发明,优选的,所述无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂的重量比为100:(1-10):(10-100):(10-100),优选为100:(2-7.5):(12-75):(12-75),更优选为100:(2.5-3.5):(15-25):(15-50)。
本发明第二方面提供一种制备湿相可膨胀改性石墨控水体系的方法,该方法包括:
(1)将无机强酸、石墨和氧化剂进行接触,并在超声环境下进行第一反应;
(2)将步骤(1)的产物,和有机酸进行第二反应;
(3)将步骤(2)的产物,和膨胀剂接触,得到湿相可膨胀改性石墨控水体系。
本发明的发明人发现,无机强酸和氧化剂发生对(天然鳞片)石墨氧化,能够将石墨内部结构的片层打开,将无机强酸插入到石墨片层结构中,特别是其中的超声条件,能够搅拌的更加均匀、混合更充分、进一步确保混合无死角。在和有机酸进行第二反应时,有机酸插入到石墨片层,强化了膨胀效果。在和膨胀剂接触后,得到的物料在超深层油气藏湿相环境中,会逐渐膨胀。特别是当使用的膨胀剂以缓释胶囊的形式存在时,能够缓慢膨胀,膨胀更可控,并且可以实现湿相可膨胀改性石墨体系在地层中的深部运移,封堵效果更好。其中,缓释胶囊的平均粒径大小可以为10-500μm,缓释胶囊中过硫酸盐(或弱酸)的有效含量可以≥70重量%。缓释胶囊可以市购(如可以从青岛华杰硅碳科技有限公司)获得。
按照上述方法,制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系具有耐高温(高达240℃)、抗高盐(高达30万mg/L)、在超深层油气藏湿相环境中能够实现有限度的膨胀能力,具有较高的封堵率。但优选的,相对于100重量份的石墨,无机强酸的用量为200-800重量份,更优选为300-700(例如,可以为300、350、400、430、450、480、500、520、550、580、600、620、650、680、700以及以上任意两个数值形成的范围及范围内的值)重量份。如此能够进一步保证制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系的上述性能。能够理解的是,无机强酸一般以无机强酸溶液的形式提供,溶液中无机强酸的含量满足如上所述的范围。其中,硝酸优选为以浓硝酸的形式提供,其浓度为97-99重量%,通常为98重量%,高氯酸优选以浓高氯酸形式提供,其浓度为70-73重量%,通常为72重量%。
根据本发明,优选的,所述无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂的重量比为100:(1-10):(10-100):(10-100),优选为100:(2-7.5):(12-75):(12-75),更优选为100:(2.5-3.5):(15-25):(15-50)。
优选的,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种。
优选的,所述有机酸选自C1-C5的一元酸。
优选的,所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2-C8的二元酸和C2-C8的多元酸中的至少一种。
根据本发明,优选的,所述石墨选自天然鳞片石墨,所述天然鳞片石墨的平均粒径优选为230-500μm(例如,可以为230μm、250μm、280μm、300μm、310μm、330μm、350μm、380μm、400μm、420μm、450μm、480μm、500μm),更优选为250-400μm)。
根据本发明,优选的,步骤(1)中,第一反应的条件包括:温度为10-30℃,时间为30-100min。
更优选的,第一反应的条件包括:温度为15-25℃(例如,可以为15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃以及以上任意两个数值形成的范围及范围内的值),时间为40-70min(例如,可以为40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min以及以上任意两个数值形成的范围及范围内的值)。
根据本发明,优选的,第一反应的条件还包括:超声功率为80-110W,超声频率为35-45kHz。
根据本发明,优选的,步骤(1)中,所述接触的方式为:将无机强酸和石墨混合后,再引入氧化剂。加入氧化剂时,速度可以稍慢些(如在50-350rpm的搅拌条件下,在0.8-2min之内将氧化剂完全加入),使得氧化剂可以和无机强酸与石墨的溶液更加充分的混合接触,取得更好的氧化插层效果。能够理解的是,开始加入氧化剂时,反应就开始进行,第一反应的时间从刚开始加入氧化剂时计算。
根据本发明,优选的,步骤(2)中,第二反应的条件包括:温度为10-30℃,时间为10-60min。
更优选的,第二反应的条件包括:温度为15-25℃,时间为15-45min。
优选的,第二反应的方式包括:将步骤(1)的产物和有机酸混合,然后在200-400rpm的条件下搅拌3-6min,再静置至结束。可以向步骤(1)的产物中缓慢加入有机酸(如在200-400rpm的搅拌条件下,在1-2min之内将有机酸完全加入)。有机酸一般以有机酸的水溶液(其中有机酸的浓度可以为97-99重量%)的形式使用。第二反应的时间从刚开始加入有机酸时计算。
根据本发明,在第二反应结束后,可以将物料进行水洗和干燥。水洗可以是进行抽滤水洗至pH约为7;干燥可以在烘箱进行中,温度可以为50-70℃,时间可以为20-36h。
其中,为了实现对超深层油气藏窜流通道的沿程调控,不同段塞最好使用不同平均粒径大小的湿相可膨胀改性石墨控水体系(膨胀剂缓释胶囊会逐渐溶解,这里的平均粒径指的是第二反应后的产物,即石墨部分),因此优选地,该方法还包括:在和膨胀剂接触前,将步骤(2)的产物进行粉碎和筛分。粉碎可以通过超微粉碎机粉碎进行,不同的粒径的可通过不同目数的筛网进行筛分获得,其粉碎后的平均粒径,可以根据具体的油气藏条件和不同段塞所需要的平均粒径来决定,并且由于不同段塞需要的平均粒径不同,可以将物料分为多个部分,每个部分粉碎的平均粒径根据适用的段塞决定。粉碎机的具体操作也不受特别的限制,只要能够实现上述粉碎即可,例如分级电机频率可以为5-50Hz,粉碎时间可以为15-35s。
其中,将第二反应得到的产物,和膨胀剂接触的具体方式不受特别的限制,例如可以在15-35℃(如室温)下,采用卧式混合机将上述两者混合搅拌至均匀。能够理解的是,将以上两者进行接触后并不会直接发生膨胀。该湿相可膨胀改性石墨控水体系特别适用于超深层油气藏湿相中,因此也可以称为超深层油气藏湿相可膨胀改性石墨控水体系。
第三方面,本发明提供了如上所述的方法制得的湿相可膨胀改性石墨控水体系。
第四方面,本发明提供了如上所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系在超深层油气藏中作为控水剂的应用。
本发明提供的可膨胀石墨体系特别适合于在温度为150-240℃、矿化度达30万mg/L、井深大于6000m的超深层油气藏的环境中,作为控水剂,进行窜流通道调控。
第五方面,本发明还提供了一种超深层油气藏中窜流通道调控的方法,该方法包括:将含有如上所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液注入地层,并关井。
优选的,注入地层的方法包括:将所述控水工作液依次按照预处理段塞、主体段塞、保护段塞和顶替段塞注入到地层。
优选的,注入至预处理段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的5-10%。
优选的,注入至主体段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的60-80%。
优选的,注入至保护段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的5-10%。
优选的,关井时间为3-5天。
控水工作液的配制可以按照如下的方法进行:在10-40℃下,将配液水(清水或油田达标的回注水)和湿相可膨胀改性石墨控水体系在搅拌下进行混合,得到控水工作液。如可以向配液水中边搅拌边加入湿相可膨胀可膨胀改性石墨控水体系,然后再搅拌3-8min至充分均匀,搅拌的速度可以为50-400rpm,配液水和湿相可膨胀改性石墨控水体系的重量用量比可以为100:(0.5-1.5)。
当超深层油气藏注水或注气窜流时,采用上述控水工作液。其中,利用上述控水工作液的具体方法可以包括如下步骤:
(1)利用Carman-Kozeny理论公式(见《油层物理学(第三版)》,李爱芬著)与颗粒“三分之一”架桥封堵理论(见Experience Using Microbubbles-Aphron Drilling Fluidin Mature Reservoirs of Lake Maracaibo),计算所需湿相可膨胀改性石墨控水体系的平均粒径(这里的平均粒径指的是第二反应后的产物,即石墨部分);
(2)利用封窜剂用量球体体积计算模型(所述模型见《西达里亚油田耐温耐盐性调驱剂的研究》中所述的经验公式法调剖量计算模型),计算设计所需控水工作液的总注入量;
(3)预处理段塞:向地层中注入含有通过步骤(1)计算得到的粒径范围的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液,注入量为控水工作液设计总注入量的5-10%。本领域技术人员清楚,若压力爬坡梯度达到预设压力提升值的10-20%可转注下一段塞,若小于预设压力提升值的5-10%,也可适当增大湿相可膨胀改性石墨控水体系的平均粒径;
(4)主体段塞:向地层中注入含通过步骤(1)计算(或和步骤(3)调整过的)得到的粒径的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液,注入量为设计总注入量的60-80%;
(5)保护段塞:向地层中注入含有通过步骤(1)计算的大粒径的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液,注入量为设计总注入量的5-10%;
(6)顶替段塞:向地层中注入配液水(清水或油田达标的回注水),注入量为设计总注入量的1-5%;
(7)关井3-5天;
(8)开井恢复生产。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中,所使用的技术手段,如无特殊说明,均为本领域常规技术手段;所使用的试剂,如无特殊说明,均可通过商业途径获得,或按照常规实验方法配置而得。
除非特别说明,天然鳞片石墨,购自青岛华泰石墨股份有限公司。
以下实施例中,草酸缓释胶囊(平均粒径为200μm)、过硫酸铵缓释胶囊(平均粒径为100μm)和过硫酸钾缓释胶囊(平均粒径为300μm),购自青岛华杰硅碳科技有限公司,有效含量>70重量%。
由于根据理论公式计算了针对测试例1中的适用的物料的粒径(见测试例1中的步骤(1)),因此实施例1-10和对比例1-2中,步骤(2)中的干燥结束后均先进行:将物料分三部分,分别通过超微粉碎机剪切粉碎和筛分,一部分粉碎筛分至平均粒径20μm,一部分粉碎筛分至平均粒径30μm,另一部分粉碎筛分至平均粒径为40μm。实施例11-12中干燥后的物料则不进行此步骤。
实施例1
用于说明本发明提供的湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法
(1)将400重量份的无机强酸和100重量份的天然鳞片石墨进行搅拌混合,再缓慢加入10重量份的氧化剂(在300rpm的搅拌条件下,在1min之内将氧化剂完全加入),并置于18℃的超声波环境(功率为100W,超声频率为40kHz)中,至第一反应总时间为50min。
(2)在15℃下,将100重量份的有机酸缓慢加入(在300rpm的搅拌条件下,在1.5min之内将有机酸完全加入)步骤(1)的产物中,再搅拌3min(300rpm)后静置反应至第二反应总时间为45min,然后将所得产物抽滤水洗至pH值为7,再在60℃的烘箱中干燥24h。
(3)室温条件下,将步骤(2)的产物,与200重量份的膨胀剂混合搅拌均匀,得到湿相可膨胀改性石墨控水体系。
上述的天然鳞片石墨平均粒径为250μm,无机强酸以无机强酸溶液的形式使用,该溶液为浓硝酸和高氯酸的组合(其中浓硝酸的浓度为98重量%;高氯酸的浓度为72重量%),氧化剂为重铬酸钾,有机酸为甲酸(以甲酸浓度为98重量%的水溶液形式使用),膨胀剂为过硫酸钾缓释胶囊和草酸缓释胶囊,并且过硫酸钾和草酸的重量比为0.6:1。
实施例2
用于说明本发明提供的湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法
(1)将600重量份的无机强酸和100重量份的天然鳞片石墨进行搅拌混合,再缓慢加入20重量份的氧化剂(在300rpm的搅拌条件下,在1min之内将氧化剂完全加入),并置于25℃的超声波环境(功率为100W,超声频率为40kHz)中,至第一反应总时间为60min。
(2)在25℃下,将100重量份的有机酸缓慢加入(在300rpm的搅拌条件下,在1.5min之内将有机酸完全加入)步骤(1)的产物中,再搅拌5min(230rpm)后静置反应至第二反应总时间为30min,然后将所得产物抽滤水洗至pH值为7,再在60℃的烘箱中干燥24h。
(3)室温条件下将步骤(2)的产物与200重量份的膨胀剂混合搅拌均匀,得到湿相可膨胀改性石墨控水体系。
上述的天然鳞片石墨平均粒径为300μm,无机强酸以无机强酸的溶液的形式使用,该溶液为浓硝酸和高氯酸的组合(其中浓硝酸的浓度为98重量%,高氯酸的浓度为72重量%),氧化剂为高锰酸钾,有机酸为乙酸(以乙酸浓度为98重量%的水溶液形式使用),膨胀剂为过硫酸钾缓释胶囊和草酸缓释胶囊,并且过硫酸钾和草酸的重量比为1:1。
实施例3
用于说明本发明提供的湿相可膨胀改性石墨控水体系及其制备方法
(1)将650重量份的无机强酸和100重量份的天然鳞片石墨进行搅拌混合,再缓慢加入20重量份的氧化剂(在300rpm的搅拌条件下,在1min之内将氧化剂完全加入),并置于20℃的超声波环境(功率为100W,超声频率为40kHz)中,至第一反应总时间为40min。
(2)在20℃下,将100重量份的有机酸缓慢加入(在300rpm的搅拌条件下,在1.5min之内将有机酸完全加入)步骤(1)的产物中,搅拌6min(380rpm)后静置反应至第二反应总时间为15min,然后将所得产物抽滤水洗至pH值为7,再在60℃的烘箱中干燥24h。
(3)室温条件下,将步骤(2)的产物与100重量份的膨胀剂混合搅拌均匀,得到可膨胀石墨体系。
上述的天然鳞片石墨平均粒径为400μm,无机强酸以无机强酸溶液的形式使用,该溶液为浓硝酸和高氯酸的组合(其中浓硝酸的浓度为98重量%,高氯酸的浓度为72重量%),氧化剂为高锰酸钾,有机酸为乙酸(以乙酸浓度为98重量%的水溶液形式使用),膨胀剂为过硫酸铵缓释胶囊和草酸缓释胶囊,并且过硫酸铵和草酸的重量比为0.8:1。
实施例4
按照实施例2的方法,不同的是,不使用草酸缓释胶囊,膨胀剂全部为过硫酸钾缓释胶囊(200重量份)。
实施例5
按照实施例2的方法,不同的是,关闭超声。
实施例6
按照实施例2的方法,不同的是,步骤(1)中,将无机强酸、天然鳞片石墨和氧化剂同时混合(即不采用将无机强酸和石墨混合后,再引入氧化剂的方式)。
实施例7
按照实施例2的方法,不同的是,第一反应的温度为40℃,时间为30min;第二反应的温度为40℃,时间为65min。
实施例8
按照实施例2的方法,不同的是,天然鳞片石墨为100重量份,无机强酸为1000重量份(其中硝酸与高氯酸的浓度没有改变),氧化剂为50重量份,乙酸为500重量份,膨胀剂为400重量份(其中的过硫酸钾和草酸的重量比仍为1:1)。
实施例9
按照实施例2的方法,不同的是,膨胀剂仍为200重量份,但其中过硫酸钾和草酸的重量比为2:1。
实施例10
按照实施例2的方法,不同的是,过硫酸钾和草酸并不以缓释胶囊的形式存在,而是直接以化合物的颗粒的形式存在。
实施例11
按照实施例2的方法,不同的是,天然鳞片石墨的平均粒径为50μm。
实施例12
按照实施例2的方法,不同的是,天然鳞片石墨的平均粒径为100μm。
对比例1
将20重量份的氧化剂、600重量份的无机强酸和100重量份的有机酸混合,而后加入100重量份的天然鳞片石墨,于25℃条件下反应60min;所得的产物去离子水洗至pH值为7,抽滤脱水,在60℃烘箱中干燥24h。将干燥后的物料与200重量份的膨胀剂混合搅拌均匀,得到可膨胀石墨体系。
上述所述的天然鳞片石墨初始平均粒径为300μm,无机强酸以无机强酸溶液的形式使用,该溶液为浓硝酸和高氯酸的组合(其中浓硝酸的浓度为98重量%,高氯酸的浓度为72重量%),强氧化剂为高锰酸钾,有机酸为乙酸,膨胀引发剂为过硫酸钾和草酸微胶囊(重量比为1:1)。
对比例2
按照实施例2的方法,不同的是,不进行步骤(3)。
本发明的发明人发现,采用实施例1的产品,在240℃,矿化度30万mg/L的油藏条件下,老化20天后的膨胀前后的宏观效果对比见图1(左边为膨胀前,右边为膨胀后)。从中可以看出明显的体积膨胀。
其中,图2a-2c是扫描电镜图,图2a是实施例2中所采用的天然鳞片石墨的微观形貌图,图2b是实施例2刚制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系产品的微观形貌图,图2c是实施例2的产品,在油藏条件为200℃,矿化度30万mg/L油藏条件下,老化20天后的微软形貌图,可以看出天然鳞片石墨具有规整的片状结构;刚制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系产品表面变得不规则,附着大量盐离子;老化20天后,石墨变为块状颗粒,体积增加明显。
并且,本发明的发明人还发现,采用实施例1-12的产品,在240℃条件下,矿化度30万mg/L的油藏条件下,老化5天后膨胀3-10倍,膨胀倍数在相对较为可控的范围内,从而也保证了膨胀后的颗粒仍具有合适的强度。
测试例1
取以上各实施例和对比例制备的湿相可膨胀改性石墨控水体系,分别按照如下方法制备控水工作液:在25℃下,向蒸馏水中边搅拌(50rpm)边加入可膨胀石墨体系,加入后再搅拌5min至充分均匀,其中蒸馏水和可膨胀石墨体系的重量用量比为100:1。得到控水工作液。
取实施例1-10和对比例1-2的各控水工作液,分别按照如下的窜流通道的岩心模拟超深层油气藏窜流通道调控方法,测定封堵率等参数(见表1):
(1)利用Carman-Kozeny理论公式(见《油层物理学(第三版)》,李爱芬著)与颗粒“三分之一”架桥封堵理论(见Experience Using Microbubbles-Aphron Drilling Fluidin Mature Reservoirs of Lake Maracaibo),计算预处理段塞、主体段塞和保护段塞所需湿相可膨胀改性石墨控水体系的平均粒径(平均粒径指的是第二反应后的产物,即石墨部分)分别为20μm、30μm和40μm;
(2)利用封窜剂用量球体体积计算模型,计算所需控水工作液的注入量为9mL;
(3)预处理段塞:向地层中注入含平均粒径为20μm的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液,注入量为控水工作液的设计总注入量的5%;
(4)主体段塞:向地层中注入含平均粒径为30μm的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液,注入量为设计总注入量的80%;
(5)保护段塞:向地层中注入含平均粒径为40μm的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水液,注入量为总设计注入量的10%;
(6)顶替段塞:向地层中注入矿化度为30万mg/L的配液水,注入量为设计总注入量的5%。
(7)将岩心置于水热反应釜中并加入矿化度为30万mg/L的模拟水,放入240℃烘箱中加热5天;
(8)取出后继续进行岩心模拟驱油流动实验(包括封堵率的测定和采收率测定)。
对于实施例11-12的控水工作液,仍按照上述方法操作,不同仅在于,由于没有对湿相可膨胀石墨控水体系进行剪切,因此不同段塞中采用的控水工作液中的石墨的平均粒径是相同的。并且,也按照上述方法操作,不同仅在于,将湿相可膨胀石墨控水体系替换为实施例2中的天然鳞片石墨,如此获得了表1中的天然鳞片石墨对应的数据。
封堵率的测定方法为:(1)将岩心预先饱和地层水;(2)向岩心中注入1PV(PV指岩心的孔隙体积)模拟水,记录注入压力P1;(2)向岩心中注入9mL控水工作液,记录最终注入压力P2,计算得到封堵率。
水驱采收率参数的测定方法为:(1)将岩心预先饱和模拟油;(2)向岩心中注入模拟水直至采出液中的含水率达98%,记录水驱采收率;(3)向岩心中注入9mL控水工作液;(4)进行后续水驱直至采出液中含水率达98%,记录注入控水体系后采收率,并计算采收率增值。
表1
Figure BDA0004062549850000181
Figure BDA0004062549850000191
Figure BDA0004062549850000201
Figure BDA0004062549850000211
可以看出,采用本发明提供的湿相可膨胀改性石墨控水体系,特别是在特定步骤以及反应条件、物料特性和用量等的情况下制备的控水体系,用于超深层油气藏中窜流通道调控中,能够在地层中实现深部运移,并获得较高的封堵率。
如上实验中,使用实施例3对应的控水工作液时,其采收率变化曲线见图3。从图中可以看出,水驱初始阶段注入压力逐渐上升,出口段开始产油,当注入压力达到一定值时,出口端同时产出油和水,同时含水率急剧上升,最终达到100%,此时岩心内还有大量剩余油,随后注入1PV注入液,老化5天后继续水驱,注入压力随之上升,同时含水率大幅下降,出口段继续产油。随着水驱进行,采收率最终达到59.9%,采收率增值为19.7%,岩心渗透率下降73.5%。其余实施例也具有类似的降水增油效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种插层石墨用组合物,其特征在于,所述组合物包括无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂;
其中,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种;
所述有机酸选自C1-C5的一元酸;
所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2-C8的二元酸和C2-C8的多元酸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中,过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸氢钾中的至少一种;
和/或,所述弱酸选自柠檬酸和/或草酸;
和/或,过硫酸盐和弱酸的重量比为(0.3-1.5):1,更优选为(0.5-1):1;
和/或,过硫酸盐和弱酸分别以缓释胶囊的形式存在。
3.根据权利要求1所述的组合物,其中,所述无机强酸为选自硫酸、硝酸、盐酸和高氯酸中的至少一种,优选为硝酸和高氯酸;
和/或,所述氧化剂高锰酸钾、高锰酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、氯酸钾、氯酸钠、高氯酸钾和高氯酸钠中的至少一种,更优选为高锰酸钾;
和/或,所述有机酸选自甲酸和/或乙酸,更优选为乙酸。
4.根据权利要求1或3所述的组合物,其中,所述无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂的重量比为100:(1-10):(10-100):(10-100),优选为100:(2-7.5):(12-75):(12-75),更优选为100:(2.5-3.5):(15-25):(15-50)。
5.一种制备湿相可膨胀改性石墨控水体系的方法,其特征在于,该方法包括:
(1)将无机强酸、石墨和氧化剂进行接触,并在超声环境下进行第一反应;
(2)将步骤(1)的产物,和有机酸进行第二反应;
(3)将步骤(2)的产物,和膨胀剂接触,得到湿相可膨胀改性石墨控水体系。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,相对于100重量份的石墨,无机强酸的用量为200-800重量份,优选为300-700重量份;
优选的,所述无机强酸、氧化剂、有机酸和膨胀剂的重量比为100:(1-10):(10-100):(10-100),优选为100:(2-7.5):(12-75):(12-75),更优选为100:(2.5-3.5):(15-25):(15-50);
优选的,所述氧化剂选自高锰酸盐、重铬酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的至少一种;
优选的,所述有机酸选自C1-C5的一元酸;
优选的,所述膨胀剂含有过硫酸盐和弱酸,所述弱酸选自C2-C8的二元酸和C2-C8的多元酸中的至少一种;
和/或,所述石墨选自天然鳞片石墨,所述天然鳞片石墨的平均粒径优选为230-500μm,更优选为250-400μm。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中,步骤(1)中,第一反应的条件包括:温度为10-30℃,时间为30-100min;
优选的,第一反应的条件包括:温度为15-25℃,时间为40-70min;
和/或,步骤(1)中,所述接触的方式为:将无机强酸和石墨混合后,再引入氧化剂。
8.根据权利要求5或6所述的方法,其中,步骤(2)中,第二反应的条件包括:温度为10-30℃,时间为10-60min;
优选的,第二反应的条件包括:温度为15-25℃,时间为15-45min;
优选的,第二反应的方式包括:将步骤(1)的产物和有机酸混合,然后在200-400rpm的条件下搅拌3-6min,再静置至结束;
优选的,该方法还包括:在和膨胀剂接触前,将步骤(2)的产物进行粉碎和筛分。
9.权利要求5-8中任意一项所述的方法制得的湿相可膨胀改性石墨控水体系。
10.权利要求9所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系在超深层油气藏中作为控水剂的应用。
11.一种超深层油气藏中窜流通道调控的方法,其特征在于,该方法包括:将含有权利要求9所述的湿相可膨胀改性石墨控水体系的控水工作液注入地层,并关井。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,注入地层的方法包括:将所述控水工作液依次按照预处理段塞、主体段塞、保护段塞和顶替段塞注入到地层;
优选的,注入至预处理段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的5-10%;
优选的,注入至主体段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的60-80%;
优选的,注入至保护段塞的控水工作液占待注入控水工作液的总量的5-10%;
优选的,关井时间为3-5天。
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