CN117025189A - 蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 - Google Patents
蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117025189A CN117025189A CN202311004813.3A CN202311004813A CN117025189A CN 117025189 A CN117025189 A CN 117025189A CN 202311004813 A CN202311004813 A CN 202311004813A CN 117025189 A CN117025189 A CN 117025189A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silica sol
- bentonite
- steam
- ammonium
- agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 title claims abstract description 83
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000010795 Steam Flooding Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 34
- 230000005465 channeling Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 229910000281 calcium bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 11
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 7
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 6
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical group [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 5
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 claims description 5
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 14
- 239000003129 oil well Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 70
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 34
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 16
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- -1 ammonium ions Chemical class 0.000 description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 7
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000002981 blocking agent Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 3
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 3
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- VHSHLMUCYSAUQU-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxypropyl methacrylate Chemical compound CC(O)COC(=O)C(C)=C VHSHLMUCYSAUQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical group [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004176 ammonification Methods 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 238000001935 peptisation Methods 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N silanol Chemical compound [SiH3]O SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 210000004127 vitreous body Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/50—Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
- C09K8/504—Compositions based on water or polar solvents
- C09K8/5045—Compositions based on water or polar solvents containing inorganic compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
一种蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶‑铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法，所述硅溶胶‑铵基膨润土调堵封窜剂采用碱性硅溶胶为主剂、铵基膨润土作为凝胶固化剂，其中，按照质量百分含量组成如下：碱性硅溶胶8％～10％；铵基膨润土0.5％～1.0％；水余量；步骤是：将碱性硅溶胶、铵基膨润土和水在室温下搅拌10min，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。优点是：具有良好的耐高温性能，非常适用于蒸汽吞吐井的调堵、封窜。
Description
技术领域
本发明属于采油化学品领域，特别涉及一种蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法。
背景技术
目前国内稠油主要采用蒸汽吞吐开采方式。由于大部分稠油区块已进入了高轮次、低压开采的中后期开发阶段，油井受油层非均质性因素影响，井间汽窜现象日益严重，高渗透层重复吸汽，而中渗透层无法有效动用，造成热能浪费，吞吐效果逐渐变差，需要采取调剖措施。但由于这类油井一部分采用机械筛管完井工艺，筛管完井油井使用调堵封窜剂必须为非颗粒状态的溶液或低粘度溶胶并,且具有适当的耐高温性能。
目前，常用且效果较好的调堵封窜剂有两种：一种以橡胶粉、粉煤灰、树皮粉等为主的固相颗粒调堵封窜剂，该系列调剖剂因颗粒状态不能通过机械筛管进入地层，从而筛管完井油井无法应用；另一种为有机高分子HPMA冻胶，尽管具有较好的注入性，但这种冻胶耐温能力较差，在超过150℃条件下将很快分解消失，因此不能满足国内稠油蒸汽吞吐开采方式及蒸汽驱井。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的耐高温性的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特殊之处是：
所述硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂采用碱性硅溶胶为主剂、铵基膨润土作为凝胶固化剂，其中，按照质量百分含量组成如下：
碱性硅溶胶 8％～10％；
铵基膨润土 0.5％～1.0％；
水余量。
进一步的，碱性硅溶胶SiO2≥35％，pH值＝9-10，Na2O≤0.3％。
本发明采用的铵基膨润土采用干法挤压铵化改性，挤压改性过程中，除了必须具备一定浓度的铵离子外，还必须施加一定的剪切应力，使聚结的膨润土颗粒被碾碎，甚至一层一层的推开晶层，增加天然钙基膨润土的表面积，加速铵阳离子交换钙离子的过程；挤压过程中，一部分机械能转变为热能，使膨润土的温度升高、促进了NH4 +阳离子与Ca2+的交换过程；挤压还可使蒙脱石晶体结构遭到破坏，产生断键，暴露出来的硅离子、铝离子以及氧离子，有利于膨润土的吸附能力增加；断键同时增加了膨润土颗粒表面的负电荷，使铵化改性进行较为完全，最佳NH4 +离子浓度是保证交换反应顺利进行的必要条件，添加的铵离子浓度必须大于Ca2+浓度才能使天然钙基膨润土铵改性完全。
进一步的，所述铵基膨润土凝胶固化剂的制备包括以下步骤：
(1)钙基膨润土原料改性
将天然钙基膨润土原料送入第一对辊挤压机对辊挤压，同时喷入质量浓度为4.5％铵盐水溶液，第一辊挤压机将钙基膨润土的层叠结构挤碎剥离，并使NH4 +与膨润土的Ca2+进行交换反应；然后，将经第一台对辊机对辊挤压的物料送入第二对辊挤压机对辊挤挤压，使NH4 +与Ca2+的交换改性反应；
(2)陈化
对辊机挤压两次后的物料在室温下放置陈化30d；
(3)晾晒烘干
将陈化后的物料晾晒至含水25％±2％，250℃下烘干至含水12％±1％，这个烘干温度可以保证未交换进入晶层间的(NH4)2CO3充分分解，以免这些NH4 +在硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂在进入地层前或注入过程中即发生凝胶作；
(4)粉碎
将烘干后的物料粉碎至325目，得粉末状铵基膨润土凝胶固化剂。
进一步的，所述铵盐为碳酸铵。
进一步的，所述碳酸铵的加入量为天然钙基膨润土质量的3％～8％。
另一方面，一种蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法，其具体步骤是：将碱性硅溶胶、铵基膨润土和水在室温下搅拌10min，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。
进一步的，搅拌温度为25℃±5℃。
本发明的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂施工工艺可选用笼统注入，利用井内的注采管柱，注入硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂；施工简单，不动管柱，施工时只需控制好施工注入压力和排量即可。这种注入方式就是利用地层的不均质的渗透率；工作液注入时，由于高渗透层的流动阻力小，所以工作液主要进入高渗透层；通常高渗透层是高含水层，正是需要调堵剂在其中起封堵作用，因此可利用地层不同的渗透率，达到硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜选择性注入的目的；笼统调驱主要针对井况复杂的注采井，施工时通过控制注入压力和注入量来实现调堵目的；即降低高渗透层的吸收能力，启动低渗透层的吸收能力，从而提高波及系数。
以碱性硅溶胶为主剂，常温条件下高度稳定，不会自行发生凝胶固化反应，可长期稳定储存；碱性硅溶胶颗粒为球形，直径在1-100nm之间，其微观结构中粒子内部为由无定形二氧化硅组成的不规则三维网络结构，粒子表面为硅醇(-Si-OH)所覆盖，硅溶胶组成为Na2O.nSiO2.mH2O，在水的作用下会发生水解，产生游离的氢氧化钠，氢氧化钠的进一步电离，使硅溶胶溶液显碱性反应。同样硅溶胶中因水解而析出的硅酸凝胶，能被它自己的氢氧化钠所胶溶，变成溶解性硅酸盐并电离，生成一系列简单和复杂离子，由此形成复合与游离的胶团。因此，硅溶胶是一个复杂的体系，它的溶液是一种既具有胶体的特征，又具有溶液特征的胶体溶液。在这种体系中，胶粒中心部分的胶核，是二氧化硅的聚集体，有很强的吸附性。胶液中被电离出的一些SiO3 2-和OH-等阴离子被胶核所吸附，同时又有若干Na+离子被吸附在SiO3 2-和OH-等阴离子周围组成直径1-100nm胶粒；胶核所吸附的SiO3 2-和OH-离子和—部分较近的Na+离子形成吸附层，使胶粒带负电，在胶粒周围还松弛地吸附了一部分相反电荷的Na+离子，这部分Na+离子形成了扩散层；
碱性硅溶胶中含有大量微小相互离散的二氧化硅的固相粒子，粒子与介质间具有极大的表面积，因而有很大的表面能，热力学角度是不稳定的。然而，动力学角度看，溶胶在一定条件下稳定还是凝聚取决于粒子间两种主要作用力，即粒子间的范德华引力和粒子间的静电斥力。两者都是位能的函数，粒子间综合作用的总位能与距离的关系表明，总位能在距离粒子表面一定距离出现能量峰，即能垒，粒子间要发生碰撞聚合必须越过这个能垒。在一般情况下，硅溶胶溶液中粒子的布朗运动能不足以翻越能垒，因此动力学角度的硅溶胶是稳定的，可能长时间保持稳定。
铵基膨润土是由天然钙基膨润土与铵化剂离子交换反应而得，作为凝胶固化剂；膨润土的主要成分蒙脱石属层状结构的硅铝酸盐矿物，它是由两个Si-O四面体片夹一层Al-O(OH)八面体片所组成的2:1型结构。由于四面体中Si4+部分被Al3+置换，八面体中的Al3+部分被Mg2+，Fe2+，Zn2+等置换而产生负电荷，需要通过在层间吸附可交换性阳离子来平衡，自然界大多引入Ca2+离子形成钙基膨润土。铵化剂与钙基膨润土混合时，铵离子即被交换进入蒙脱石的晶层结构中形成铵基膨润土；
所述铵基膨润土是用NH4 +离子将天然钙基膨润土中可置换的Ca2+等置换出来生成铵基基膨润土，其反应机理为：
Ca2+-膨润土+(NH4)2CO3→2NH4 +-膨润土+CaCO3。
碱性硅溶胶中和掉其所吸附的OH-或加入足够多电解质时，使ζ电位降低，斥力下降，能垒下降，粒子容易翻越能垒而相互结合，使溶胶凝聚。而在铵基膨润土与硅溶胶溶液混合注入地层时，晶层间的铵离子再与硅溶胶溶液中钠离子交换而从晶层间释放出来，随即铵离子水解产生的酸中和硅溶胶中的氢氧化钠将导致硅溶胶凝胶固化，实现地层封堵的目的。
本申请硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂凝胶和硬化机理，可简单划分成两个步骤：第一个步骤：硅酸凝胶的产生；第二个步骤：硅酸凝胶的脱水和聚合。硅酸凝胶的形成过程决定了硅溶胶的凝胶和硬化过程。硅溶胶溶液是碱金属硅酸盐，硅溶胶的水解反应如下：Na2O.nSiO2+(2n+1)H2O→2Na2O+nSi(OH)4
由于硅溶胶水解而生成的氧化钠对硅酸凝胶的胶溶作用，会使其重新生成硅酸盐，因此上述水解反应处于可逆状态中，这种状态有利于硅溶胶的稳定，此时硅溶胶水溶液的pH值一般在8.5-10.5之间。硅溶胶的稳定性随溶液的pH值而变化，pH值越大，硅溶胶聚合速率越小；当pH＞10.5时，实际上无聚合作用，即稳定性最大，反之随着pH值的减小，硅溶胶的聚合作用越来越大，直至pH值降为2-4-时，硅溶胶的粒子从原来带负电变为带正电，此时硅溶胶溶液呈酸性，又有重新有较好的稳定性。硅溶胶溶液之所以在pH值8.5-10.5时最稳定，是因为此时硅溶胶粒子表面所带电荷密度大，ζ电位高，粒子间斥力作用占优势，不会相互碰撞而凝胶，从而可长时间保持稳定状态。当pH值降至5-7时，粒子表面所带电荷减少，ζ电位下降，粒子就容易发生碰撞产生凝胶。因此，当硅溶胶溶液中有酸性物质存在时，可将水解反应生成的NaOH中和，而使溶液中碱度下降，从而使硅溶胶溶液的稳定性遭到破坏，聚合作用加剧，硅酸凝胶便不断从溶液中析出和聚合。
铵基膨润土晶层中的NH4 +在硅溶胶溶液中与硅溶胶电离的Na+离子进行交换反应而从膨润土晶层进入溶液中，交换出来的NH4 +进行水解反应，其离子反应式为：MMT-NH4 ++Na+→MMT-Na++NH4 +
NH4 ++H2O→NH3+H3O+
即当硅溶胶溶液与铵基膨润土混合后会逐渐有酸生成，这些酸与硅溶胶溶液的碱发生中和反应，其离子反应式为：
OH-+H3O+→2H2O
因此，随着反应的不断进行，混合液中的碱度便不断下降，平衡持续右移。所以，本申请铵基膨润土的作用在于：
(1)使混合液中Na2O含量减小，阻止析出的硅酸凝胶重新被碱胶溶；
(2)破坏硅溶胶溶液的稳定条件，使其随混合液中的碱度的下降而使硅酸凝胶不断从溶液中析出和凝聚。从而使硅溶胶与铵离子不断水解，反应也就不断进行，其总的化学反应可简单表示成：
Na2O.nSiO2+2MMT-NH4 ++(n+1)H2O→2MMT-Na++nSi(OH)4+2NH3
随着反应时间的延长，凝胶不断增多，颗粒周围的胶体层加厚，原先的悬浊液逐渐变为含有大量水的冻胶状物质，之后渐渐硬化成坚硬的整体。
硅溶胶溶液中加入铵基膨润土后，当碱度逐渐下降到容易引起硅酸凝胶开始聚合的条件时，硅酸凝胶的单个粒子便逐步聚合而凝胶，并随着聚合过程的不断进行，形成硅酸凝胶的聚合体。凝胶中不稳定的-Si-OH基，逐渐形成稳定的-Si-O-Si-体形网状的冻胶结构，这种结构可以长时期存在，对地层窜流通道形成封堵。此后在地层温度长期作用下，硅酸凝胶不断脱水而收缩，逐渐转变成刚性结构。实际上这个过程是相当缓慢的，尤其最后的脱水硬化过程更慢。
本发明首次将铵基膨润土作为碱性硅溶胶的凝胶固化剂引进到硅溶胶中，研发出一种崭新的调堵封窜油田化学品，同时解决了高温井尤其筛管井的调堵封窜难题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂性能做进一步说明。
本发明实施例1使用的铵基膨润土是以辽宁建平钙基膨润土和泰兴市实验化工厂产工业碳酸铵为原料制备；
实施例2-实施例4的硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的配制是以实施例1制备的铵基膨润土和济南首越化工科技有限公司商品碱性硅溶胶为原料，其中碱性硅溶胶指标为SiO2≥35％，pH值＝9-10，Na2O≤0.3％。
实施例2-实施例4中凝胶时间以密封罐中硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂失去流动性判定；凝胶强度采用上海保圣实业发展有限公司产TA.GEL凝胶强度测仪测定。
实施例1
(1)钙基膨润土原料改性
将建平沙海天然钙基膨润土原料送入第一对辊挤压机对辊挤压，同时喷入质量浓度为4.5％铵盐水溶液，第一辊挤压机将钙基膨润土的层叠结构挤碎剥离，并使NH4 +与膨润土的Ca2+进行交换反应；然后，将经第一台对辊机对辊挤压的物料送入第二对辊挤压机对辊挤挤压，使NH4 +与Ca2+的交换改性反应；
(2)陈化
对辊机挤压两次后的物料在室温下放置陈化30d；
(3)晾晒烘干
将陈化后的物料晾晒至含水25％，250℃下烘干至含水12％，这个烘干温度可以保证未交换进入晶层间的(NH4)2CO3充分分解，以免这些NH4 +在硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂工作液在进入地层前或注入过程中即发生凝胶作；
(4)粉碎
将烘干后的物料粉碎至325目，得粉末状铵基膨润土凝胶固化剂。
实施例2
按质量百分含量：8％碱性硅溶胶、0.5％实施例1制备的铵基膨润土和91.5％自来水的比例称取各物料，室温(25℃)搅拌10min后，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。
蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂凝胶强度测试：
将蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂分别在40℃、80℃、120℃、200℃恒温加热，其凝胶时间分别为：162h、54h、24h、9h；凝胶强度分别为1.31kg/cm2、1.54kg kg/cm2、2.40kgkg/cm2、2.87kg kg/cm2。
实施例3
按质量百分含量：10％碱性硅溶胶、0.5％实施例1制备的铵基膨润土和89.5％自来水的比例称取各物料，室温(25℃)搅拌10min后，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。
蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂凝胶强度测试：
将蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂分别在40℃、80℃、120、200℃恒温加热，其凝胶时间分别为：120h、35h、15h、5h；凝胶强度分别为1.851kg kg/cm2、2.63kg kg/cm2、3.41kg kg/cm2、3.87kg kg/cm2。
实施例4
按质量百分含量：10％碱性硅溶胶、1.0％实施例1制备的铵基膨润土和89％自来水的比例称取各物料，室温(25℃)搅拌10min后，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂凝胶强度测试：
将蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂分别在40℃、80℃、120、200℃恒温加热，其凝胶时间分别为：85h、27h、12h、3h；凝胶强度分别为2.51kg kg/cm2、3.37kg kg/cm2、3.95kgkg/cm2、4.37kg kg/cm2。
本发明的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂施工工艺可选用笼统注入，利用井内的注采管柱，注入硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其优点效果如下：
1、施工过程的安全性
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂常温条件下化学性质十分稳定，铵基膨润土铵离子的释放受与钠离子交换反应速率的制约往往是缓慢的，故在注入过程中不会发生凝胶反应，不会出现“闪凝”失控现象。在注入过程和进入地层后，有足够的稳定时间，可以保证足够的注入量，以及保证在注入后有充裕的清洗及施工工具的回收时间。
2、良好的可置入性
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂为水溶液，其主剂硅溶胶的粒径一般为1-100nm，而铵基膨润土是由天然纳米材料膨润土转换而来，保留了层状结构和易剥离性，这些都保证硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂顺利通过筛管进入地层，不会有颗粒类调堵剂因架桥堆积，无法通过筛管的情况。另外，硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂浆液的粘度较低，室温条件下(20℃)，硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂浆液初始黏度低于＜3mPa.s，含量较低的硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂粘度与纯水相当，而且配制后在常温常压的地面条件下至少可以保持5d没有明显变化。硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂浆液的良好注入性能，可以使用常规调剖泵、水泥车等常规注入设备进行注入施工。
3、稠化和凝胶固化时间的可调节性
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂在常温常压的地面条件下不会自行凝胶固化。特殊的凝胶固化剂和一定的温度是启动其凝胶固化反应的两个基本条件。因此，可以通过温度和凝胶固化剂，来控制硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂浆液在地层中的凝胶和固化速度，其凝胶时间可以在若干小时的范围内调节。因此，硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂完全可以满足各种规模的调剖、封窜作业。
4、地层采出液通道恢复
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂固化后的弹性凝胶在地层温度作用下会慢慢释放出包含的水分，体积会逐渐收缩，最终形成坚硬透明的玻璃状粘接物将地层沙牢固地粘接在一起。凝胶逐渐收缩意味着地层采出通道得到恢复，这恰好满足蒸汽吞吐技术对调堵剂的要求。同时，凝胶体积的收缩过程也意味着它的调堵功能基本结束，转而底层渗透率逐渐恢复，因而，该调堵封窜剂对油层伤害很小。
5、良好的耐温性
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂发生凝胶反应后首先生成弹性无机冻胶体型结构，结构的各质点间以化学键形式结合，无机溶胶和大量水分填充其中。这种冻胶结构中的溶胶粒子之间，在凝胶固化剂和地层温度作用下会逐渐发生交联反应形成新的-Si-O-Si-化学键，致使冻胶中化学键密度逐渐增加，质点间平均距离逐渐缩短，导致冻胶中的水分被逐渐驱赶出来，冻胶的体积逐渐减小，硬度逐渐增大，随着受热时间的推移而进入凝胶阶段，直至进入最终的玻璃体阶段，完成了整个变化过程；但是，无论硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂处在上述冻胶、凝胶和玻璃体中哪一个阶段，都不会出现HPAM冻胶极易被温度降解的情况，即使是注汽的高温下也是如此，高温绝不会使它分解消失。因此，这种材料具有良好的耐高温性能，非常适用于蒸汽吞吐井的调堵、封窜。
6、可解除性
硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜沙剂最初形成的冻胶可溶解在强碱溶液中，故若施工后发现错误，可注入强碱溶液立即解除所生成的冻胶封堵；这种材料由碱性硅溶胶和纳米铵基膨润土混合组成，施工时能够顺利通过机械筛管进入高渗孔道，在地层温度下首先凝胶固化成无机弹性凝胶整体封堵物，无机弹性凝胶在地层温度持续作用下会慢慢收缩，收缩率可达到80-90％以上，最终形成坚硬透明的玻璃状薄膜层，并将地层沙牢固地粘接在一起。因此，这种材料初期它大体积冻胶对窜流通道实施封堵，起到调整剖面的作用；随着时间的推移，凝胶体积渐渐收缩，封堵作用逐渐下降，逐渐将封堵的地层产液通道释放出来；最终它又凝固为坚硬的玻璃状薄层将地层沙牢固地粘接在一起，最大限度的降低对地层污染，避免对地层产生永久性伤害。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特征是：
所述硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂采用碱性硅溶胶为主剂、铵基膨润土作为凝胶固化剂，其中，按照质量百分含量组成如下：
碱性硅溶胶 8％～10％；
铵基膨润土 0.5％～1.0％；
水余量。
2.根据权利要求1所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特征是：碱性硅溶胶SiO2≥35％，pH值＝9-10，Na2O≤0.3％。
3.根据权利要求1所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特征是：所述铵基膨润土凝胶固化剂的制备包括以下步骤：
(1)钙基膨润土原料改性
将天然钙基膨润土原料送入第一对辊挤压机对辊挤压，同时喷入质量浓度为4.5％铵盐水溶液，第一辊挤压机将钙基膨润土的层叠结构挤碎剥离，并使NH4 +与膨润土的Ca2+进行交换反应；然后，将经第一台对辊机对辊挤压的物料送入第二对辊挤压机对辊挤挤压，使NH4 +与Ca2+的交换改性反应；
(2)陈化
对辊机挤压两次后的物料在室温下放置陈化30d；
(3)晾晒烘干
将陈化后的物料晾晒至含水25％±2％，250℃下烘干至含水12％±1％；
(4)粉碎
将烘干后的物料粉碎至325目，得粉末状铵基膨润土凝胶固化剂。
4.根据权利要求3所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特征是：所述铵盐为碳酸铵。
5.根据权利要求4所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂，其特征是：所述碳酸铵的加入量为天然钙基膨润土质量的3％～8％。
6.根据权利要求1所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法，其特征是：将碱性硅溶胶、铵基膨润土和水在室温下搅拌10min，置于密封罐中，得到蒸汽吞吐及蒸汽驱井用调堵封窜剂。
7.根据权利要求6所述的蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法，其特征是：搅拌温度为25℃±5℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311004813.3A CN117025189A (zh) | 2023-08-10 | 2023-08-10 | 蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311004813.3A CN117025189A (zh) | 2023-08-10 | 2023-08-10 | 蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117025189A true CN117025189A (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=88636771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311004813.3A Pending CN117025189A (zh) | 2023-08-10 | 2023-08-10 | 蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117025189A (zh) |
-
2023
- 2023-08-10 CN CN202311004813.3A patent/CN117025189A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5355954A (en) | Utilizing drilling fluid in well cementing operations | |
| CN110945103A (zh) | 包覆的二氧化硅粒子 | |
| WO2009141007A1 (de) | Pfropf-copolymer, verfahren zu dessen herstellung und seine verwendung | |
| CN103694976B (zh) | 一种酸化压裂用纤维暂堵剂 | |
| CN104927816B (zh) | 一种有机调剖剂及其制备方法与用途 | |
| CN116218491B (zh) | 一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液 | |
| CN113736435B (zh) | 一种钻井液用纳米微乳液封堵剂及其制备方法 | |
| CN111100555A (zh) | 一种表面具有疏水性的水性渗透自愈型高聚物改性沥青防水涂料及其制备方法和应用 | |
| CN103525247A (zh) | 调色专用封闭底漆 | |
| CN107915455A (zh) | 灌浆填充用的复合悬砂剂及其制备和使用方法 | |
| US11873225B2 (en) | Modified montmorillonite self-repairing agent and preparation method and use thereof | |
| CN104326712A (zh) | 一种自保温砂浆 | |
| CA3023343A1 (en) | Methods of strengthening and consolidating subterranean formations with silicate-aluminum geopolymers | |
| CN105062447B (zh) | 一种热采封窜剂及其制备方法 | |
| CN117025189A (zh) | 蒸汽吞吐及蒸汽驱井用硅溶胶-铵基膨润土调堵封窜剂的制备方法 | |
| CN108675705A (zh) | 一种含油污泥封窜组合物、含油污泥封窜剂及其制备方法、应用 | |
| CN109370558B (zh) | 一种适用于油气储层暂堵压裂工艺的暂堵剂及地层水封堵方法 | |
| CN115477519B (zh) | 一种高抗渗盾构隧道同步注浆材料、制备及使用方法 | |
| CN101265059A (zh) | 低粘度、高渗透溶液型注浆材料 | |
| WO2022060657A1 (en) | Methods of making hydraulic fracturing fluids and use thereof | |
| AU2020357915A1 (en) | Fluid for stabilising solids | |
| RU2150573C1 (ru) | Состав для временной изоляции продуктивного пласта | |
| WO2018046764A1 (de) | Dämmmasse | |
| JP4757428B2 (ja) | 地盤固結用アルカリ性シリカ、その製造装置および地盤固結材 | |
| RU2810661C1 (ru) | Бентонитовый структурообразователь для строительства, затрубного инъектирования и щитовой проходки туннелей |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |