CN117868767B

CN117868767B - 一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法

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Publication number: CN117868767B
Application number: CN202410281931.7A
Authority: CN
Inventors: 刘明嘉; 葛际江; 陈伟雄; 李嘉苏
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2024-03-13
Filing date: 2024-03-13
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2044-03-13
Also published as: CN117868767A

Abstract

本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法。所述方法包括：火烧油层产生的烟道气发生气窜后，准备封堵气窜；配制成胶液；注入成胶液，根据地层参数计算成胶液的注入总体积，将成胶液泵入目标地层；焖井成胶：注入成胶液后实施焖井措施，利用火烧油层产生的烟道气和地层温度的作用下，等待成胶液反应固化成胶，提前在易发生气窜地带、高渗层占位，形成阻力区；实现封堵后再次火烧油层。本发明的方法解决了天然低分子聚合物低温成胶难的技术问题，成胶时间可控、热稳定性良好，防止了稠油热采后期因火烧油层而发生烟道气气窜的问题，并起到储存捕捉并利用CO₂的效果。

Description

一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法

技术领域

本发明属于油田开采技术领域，具体涉及一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法。

背景技术

火烧油层是稠油油藏蒸汽吞吐后有效的接替技术，因具有受边底水影响小，采收率高、成本低的技术优势而受青睐。但实际生产过程中也发现地层的非均质性会导致发生严重的烟道气气窜，影响油井的正常开采，最终影响油田的生产效益。基于上述油田现状，需要针对性的研发高性能堵剂来封堵烟道气气窜。调研发现，目前油田现场使用广泛的调堵剂仍存在以下研究难点：一是调堵剂需要具有较好的注入能力，二是堵剂在储层条件下应具有较好稳定性，包括可以耐高温、耐受氧气、二氧化碳等烟道气体后仍保持稳定的能力；三是调堵剂在高温下应具有较长的成胶时间，为注入深部地层留有足够时间，不会发生施工事故；四是堵剂在目标地层应具有较高的封堵能力，可以达到治理汽窜的目的。

目前封堵高温汽窜的成熟体系是栲胶冻胶和聚合物冻胶。但栲胶近年来成本骤升，难以满足大剂量使用，且使用的醛类交联剂有毒，不符合油田HSE规定。常规聚合物冻胶不耐氧气，烟道气氧气含量虽然低，但由于高分子合成聚合物本身不耐氧气的性质，聚合物冻胶很容易在高温高压的烟道气环境中快速失效、失去封堵性能。

天然低分子聚合物冻胶耐温性能好并且具有成本低的优势，但是低温成胶难，往往要加入额外的酸性催化剂促进成胶，注入地层后容易改变油藏环境；强碱弱酸盐也可以促进成胶，但不利与成胶液配方中需要在碱性条件下良好分散的粘土颗粒配伍，否则无法发挥强化冻胶高温下稳定性的作用。因此，迫切需要一种新的方法，既能吸收利用烟道气、又能形成低成本冻胶，从而调剖地层、抑制烟道气发生的气窜，并最终达到可以提高稠油采收率的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，以克服现有技术中的至少一项问题。

采用的具体技术方案为：

一种利用烟道气形成冻胶以提高稠油采收率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）火烧油层：在注入井注入压缩空气，通过电加热促使地层稠油燃烧，当火烧油层在地下处于燃烧状态时，原油燃烧产生的烟道气发生气窜后，准备封堵气窜；

（2）配制成胶液：所述成胶液的原料按重量份为：碱木素8%~14％，水溶性酚醛树脂0.8％~1.4％，微米级粘土硅铝酸盐颗粒3％~5％，余量为水，各组分之和为100％；

（3）注入成胶液：根据地层参数计算成胶液的注入总体积，将成胶液泵入目标地层；

（4）焖井成胶：注入成胶液后实施焖井措施，利用火烧油层产生的烟道气和地层温度的作用下，等待成胶液反应固化成胶，提前在易发生气窜地带、高渗层占位，形成阻力区；

（5）实现封堵后，再次注入压缩空气并电加热达到地层稠油长期燃烧的条件，在火烧油层持续进行的过程中，生成的耐温耐酸的天然低分子碱木素冻胶抑制烟道气气窜。

优选的，在步骤（1），判定火烧油层在地下处于燃烧状态的标准是，地下温敏传感器反馈温度数据持续高于300~360℃。

优选的，根据地层参数设计碱木素冻胶成胶液的注入总体积，计算公式为：

V=kπR²HΦ；

式中：V——堵剂用量，单位为m³；

K——修正系数，高渗通道所占比例，需封堵的窜层占射孔厚度的20%～60%；气窜主要是部分高渗低压层，并非油层的全部通道；

R——封堵半径，单位为m；

H——封堵产层长度，单位为m；

Φ——油层平均孔隙度，%。

计算公式中相关参数取值或设计如下：

区块属于典型厚层块状稠油油藏，埋深1510～1590 m，孔隙度20～26%，油层平均有效厚度67.7m，50℃脱气原油粘度2000～4000厘泊，石油地质储量7452万吨，蒸汽吞吐标定采收率23.6%，属于中低渗储存，k取0.3；根据GS3618块、GS3块、GS246块前期施工经验，成胶液总体封堵半径设计为油井周围5 m；需要注入堵剂250~300 m³ 。

优选的，需要在室温下使用带有搅拌杆的泵车将成胶液泵入地层，调节泵入速率，实现成胶液在深部地层的运移速度为2.5～3 m/d。

优选的，所述碱木素为天然低分子成胶剂，其相对分子质量小于3000。

碱木素与栲胶结构类似，但价格低廉，并配合水溶性酚醛树脂为交联剂来制备成胶液，形成用于在烟道气存在条件下成胶性能优异且成胶后可以封堵烟道气气窜的冻胶，以此解决碱木素低温不成胶、堵剂原料成本高和冻胶不耐高温高压烟道气条件的技术难题。

优选的，微米级粘土硅铝酸盐颗粒的粒径为100~1000 nm。

在一般水的pH值条件下，碱木素、粘土颗粒和水溶性酚醛树脂都带有负电性，由于静电斥力使得水溶性酚醛树脂和粘土颗粒难以接近碱木素分子上酚羟基的邻位，导致交联难以发生，而烟道气组分中的CO₂溶解在成胶液中可以形成碳酸并电离出H⁺，进而降低成胶液的pH，并屏蔽掉树脂交联剂、碱木素分子和粘土颗粒之间的静电斥力，促进三者的接触并促进交联密度提高，而高压下氧气溶解量虽然也增加，但对天然低分子碱木素分子无影响，这是天然低分子聚合物的性能决定的，与高分子合成聚合物不耐氧气的性能完全相反。

pH的显著下降可以有效的促进冻胶成胶；而氧气溶解量虽然也增加，但对天然低分子碱木素分子无影响，这是天然低分子聚合物的性能决定的，与高分子合成聚合物不耐氧气的性能完全相反。

优选的，所述步骤（4）中，火烧油层产生的烟道气压力范围为0.1~20 MPa，成胶温度为火烧油层前缘带150~200℃的地带。火烧油层中心温度在300℃以上。

优选的，所述步骤（4）中，成胶时间为15~144 h。

在本技术方案中，利用地层高温高压下的条件、烟道气中的二氧化碳在水溶液中溶解性强并导致成胶液从弱碱性转为弱酸性这一特点，在储存捕捉并利用二氧化碳的同时还可以解决天然低分子聚合物低温成胶难的技术问题，该天然低分子冻胶剂在高温高压并伴有烟道气存在的条件下，形成的冻胶成胶时间可控、具有良好的热稳定性，适用于调剖烟道气驱油藏或封堵火烧油层过程中发生的烟道气气窜。油田上经常使用烟道气的情况有以下两种：一种是锅炉排放的尾气用来驱地下稠油；第二种情况是在井口向地下输入氧气，然后点火进行火烧油层也会产生烟道气。两种情况烟道气来源完全不同，但由于长期开采导致的地层亏空、以及地层的渗透率极差导致了气体分布不均，气窜严重，因此都需要冻胶堵剂针对性封堵。而天然低分子碱木素冻胶在含有烟道气的条件下成胶性能增强，通过封堵高渗层从而有效的对地层剖面进行了调堵，进而提高了注入空气的有效利用率，改善了火烧油层的开发效果。

在注入堵剂、进行施工之前，应针对性的调查“油井的生产史”，针对气窜高发区、易发区、潜在区提前注入碱木素冻胶堵剂，利用冻胶成胶前流度低、可以注入地层深度的优势对火烧油层过程中发生烟道气气窜的位置“提前占位”；并发挥遇见烟道气性能增强、封堵作用强和外力协助气体转向的多重调剖作用来改善开采效果。在现场实施后得到的反馈数据显示，同未实施注入碱木素冻进行调剖措施的油井相比，施工井的原井段、后补井之间发生明显的压力变化，两口井之间吸气差异变小。证明碱木素冻胶发挥了封堵烟道气气窜的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的方法解决了天然低分子聚合物低温成胶难的技术问题，该天然低分子冻胶剂在高温高压并伴有烟道气存在的条件下，成胶时间可控、具有良好的热稳定性，规模化应用还可以起到储存捕捉并利用二氧化碳的效果。

碱木素冻胶在地层的存在抑制了烟道气气窜，冻胶自身耐温耐酸的特性也有效阻挡了地下热流的窜进，并在地下与烟道气中酸性组分反应促进冻胶强度增加，起到调剖地层非均质性、促进烟道气转向，最终采油井正常生产，提高了稠油采收率。

碱木素价格低廉，水溶性酚醛树脂来源广，生产工艺和设备简单，价格低廉，可以大剂量使用，从而降低天然低分子冻胶的生产成本，为油田进行稠油开采降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所使用的化学试剂没有特别说明，均常规购买。

实施例1。

如图1所示，一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，包括如下步骤：

（1）火烧油层：在注入井注入压缩空气，通过电加热促使地层稠油燃烧，当原油燃烧产生的烟道气发生严重气窜后，准备封堵气窜；

（3）注入成胶液：按照计算的指定体积，将成胶液泵入目标地层，运移速度为3m/d；

（4）焖井成胶：注入成胶液后实施焖井措施，预留30 h，利用地层温度令成胶液固化成胶，提前在易发生气窜地带、高渗层占位，形成阻力区；

（5）实现封堵后，继续火烧油层开采稠油。

在地层中适当位置安装适宜的温敏传感器，判定火烧油层成功在地下处于燃烧状态的标准是，地下温敏传感器反馈温度数据持续高于315.56℃。

根据地层参数设计碱木素冻胶成胶液的注入总体积，计算公式为：

V=kπR²HΦ；

式中：V——堵剂用量，单位为m³；

R——封堵半径，单位为m；

H——封堵产层长度，单位为m；

Φ——油层平均孔隙度，%。

GS3618块、3块、246块等1977年投入开发，1984年开始蒸汽吞吐，1987年达到年产油112.4万吨历史最高峰，随着蒸汽吞吐进入高轮次，地层压力不断降低等原因，产量持续递减。后续开始转变开发方式，使用火驱开发试验并逐步扩大规模，近年年实施对外合作开发，目前处于火驱开发阶段。目开发过程中出现气窜问题，影响稠油开采。使用碱木素冻胶作为调剖堵剂，从油井注入堵剂800 m³实施封堵，随后进行正常生产。第一次完成注气井调剖后生产数据表明，火烧驱油可以提高采收率13.03%，先导试验区可增加可采储量89.5万吨。此外，同未实施调剖措施的其他井组相比，本井的原井段、后补井段间吸气差异减小，稳定生产时间增加，起到了增加效益的作用。

测试例1：

实验室模拟一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，以配置10%碱木素成胶液，水溶性酚醛树脂用量为1%，使用3%粘土颗粒作为强化剂的天然低分子冻胶为例进行详细阐述。

配制100 g的成胶液，在烧杯中加入10 g碱木素，加入86 g的水，搅拌使碱木素完全溶解，加入1 g水溶性酚醛树脂、3g微米级粘土颗粒，搅拌均匀，使其充分混合，余量加水，搅拌30 min，即得到本发明所述的碱木素冻胶成胶液。将其注射于安瓿瓶中，并将安瓿瓶放在带有通气管线的高温罐，通入0.1 MPa烟道气，成胶时间为144 h，测得成胶液pH为8.1。

随后密封高温罐，采用接近地层火烧油层的温度，放置于180℃（火烧油层前沿带温度）恒温气浴烘箱测定其成胶特性。

测试例2：

改变通入烟道气的压强，通入0.5 MPa烟道气，成交时间为108 h，测得成胶液pH为7.2。其他未述及的地方同实施例2。

测试例3：

改变通入烟道气的压强，通入1 MPa烟道气，成交时间52 h，测得成胶液pH为6.4。其他未述及的地方同实施例2。

测试例4：

改变通入烟道气的压强，通入3 MPa烟道气，成交时间为30 h，测得成胶液pH为5.6。其他未述及的地方同实施例2。

测试例5：

改变通入烟道气的压强，通入5 MPa烟道气，成交时间为26 h，测得成胶液pH为5.2。其他未述及的地方同实施例2。

测试例6：

改变通入烟道气的压强，通入10 MPa烟道气，成交时间为15 h，测得成胶液pH为4.8。其他未述及的地方同实施例2。

表1为测试例1-6中10%碱木素、1%树脂形成的冻胶通入不同压力烟道气热处理后性能评价。

通入烟道气的压力/MPa	成胶时间/h	弹性模量（强度,180℃，3d）/Pa	脱水率（180℃，200d）/%
				0.1	144	178	15
0.5	108	226	7.8
				1	52	287	3.9
3	30	310	5.5
				5	26	396	3.8
10	15	484	3.3

。

由表1可知，高温下形成的冻胶强度随着通入烟道气的压力增加而增加，冻胶的成胶时间和脱水率则随烟道气的压力增加而减小。这是因为通入烟道气的压力增大，溶液pH下降，消除了树脂的负电性，利于树脂与成胶剂发生交联反应，即pH的显著下降可以有效的促进冻胶成胶，缩短成胶时间而随着溶液pH下降，交联速率和交联程度也随之增加。因此最终形成的冻胶强度随着通入烟道气的压力增加而增加。实际应用中，地层压力一般达不到10 MPa（正常地层压力0.01 MPa/m，10 MP的地层深约千米以上）。

建议使用10%（质量分数）的碱木素和1%（质量分数）的水溶性树脂作为最优配方使用，此时冻胶成胶时间足够（＞1d）地面设备将大剂量成胶液注入目标地层，冻胶强度属于高强度冻胶（＞10 Pa定义为强冻胶），且热稳定极好（脱水率＜8%）。上述性能满足油田的使用需求。

与现有技术相比，不加酸性催化剂的碱木素-水溶性酚醛树脂体系在180℃下4d不成胶，120℃~150℃热处理7d也不能成胶。究其原因，是因为在一般水pH值条件下，碱木素和水溶性酚醛树脂都带有负电性（碱木素的分子式中带有酚羟基，水溶性酚醛树脂中带有羟甲基），由于静电斥力使得水溶性酚醛树脂难以接近碱木素酚羟基的邻位，导致交联难以发生。本发明利用地层高温高压下的条件下、烟道气中的二氧化碳在水溶液中溶解性强，成胶液的pH一旦溶解了CO₂便会降低，进而导致成胶液从弱碱性转为弱酸性。这一特点，消除了成胶液中树脂由于电离而与碱木素分子具有排斥性的影响，即成胶剂和交联剂之间的静电斥力消除，进而利于交联剂中羟甲基和成胶剂中酚羟基邻位的氢发生缩合反应，形成网状结构并最终成胶。此外，烟道气的组分含有＜3%的氧气，高温高压下溶解的氧气含量则会增加，但对碱木素分子无影响，这是天然低分子聚合物的性能决定的，与高分子合成聚合物不耐氧气的性能完全相反。与常规的HPAM（聚丙烯酰胺）冻胶不耐氧气、接触氧气后分子链就会在氧自由基攻击下不断断裂的现象截然不同，树脂交联的天然碱木素聚合物形成冻胶后不会因为氧气的存在造成性能变化。该类型冻胶反而是一种性能与氧气、氮气无关；在二氧化碳存在与高温高压条件下强度与稳定性性能都增强的一类调剖剂。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（2）配制成胶液：所述成胶液的原料按重量份为：碱木素8%~14％，水溶性酚醛树脂0.8％~1.4％，微米级粘土硅铝酸盐颗粒3％~5％，余量为水，各组分之和为100％；其中，碱木素为天然低分子成胶剂，其相对分子质量小于3000；

（3）注入成胶液：需要在室温下使用带有搅拌杆的泵车将成胶液泵入地层，调节泵入速率，实现成胶液在深部地层的运移速度为2.5～3 m/d；

根据地层参数计算成胶液的注入总体积，将成胶液泵入目标地层的计算公式为：

V=kπR²HΦ；

式中：V——堵剂用量，单位为m³；

K——修正系数，高渗通道所占比例，需封堵的窜层占射孔厚度的20%～60%；

R——封堵半径，单位为m；

H——封堵产层长度，单位为m；

Φ——油层平均孔隙度，%；

（5）实现封堵后，再次火烧注入压缩空气并电加热达到地层稠油长期燃烧的条件，在火烧油层持续进行的过程中，生成的耐温耐酸的天然低分子碱木素冻胶抑制烟道气气窜。

2.根据权利要求1所述的一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，其特征在于，在步骤（1）中，判定火烧油层在地下处于燃烧状态的标准是，地下温敏传感器反馈温度数据持续高于300~360℃。

3.根据权利要求1所述的一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，其特征在于，微米级粘土硅铝酸盐颗粒的粒径为100~1000 nm。

4.根据权利要求1所述的一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，其特征在于，所述步骤（4）中，火烧油层产生的烟道气压力范围为1~20 MPa，成胶温度为火烧油层前缘带150~200℃的地带。

5.根据权利要求1所述的一种利用烟道气形成冻胶提高稠油采收率的方法，其特征在于，步骤（4）中，成胶液的成胶时间为15~144 h。