CN104140801B - 一种铝凝胶调驱剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝凝胶调驱剂及其制备方法。其特点是采用铝盐为凝胶生成剂，通过添加助剂和缓凝剂配制成适合不同油藏条件的系列产品。体系在高温条件发生化学反应生成的铝凝胶对高渗层具有封堵的作用，反应同时产生CO₂，既能补充地层能量，还能驱替剩余油，因此同时具备了调和驱的双重作用。由于具有基液粘度低，在低渗透高钙镁油藏具有良好的注入性；在70～130℃条件成胶时间3～192h之间可调；凝胶粘度在390～150000mPa·s之间可调；成胶过程只受油藏温度和体系PH值变化的影响；能够满足低渗透高温高盐油藏深部调驱的需要。

Description

一种铝凝胶调驱剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝凝胶调驱剂及其制备方法，属油田化学剂及油气开采调剖技术领域。

背景技术

低渗透油藏已经形成一定规模，并且今后这样的目标将越来越多，具不完全统计：我国新探地质储量约70%以上为低渗储量，主要分布在长庆、大庆、吉林、新疆、中原等油区。在油田开发过程中，注水开发是补充地层能量、提高原油采收率最经济和有效的方法。由于地层的非均质性，注水开发过程中往往会形成高渗条带，注入水常沿高渗透层流动而很快从油井流出，形成无效循环，使得油井产出液含水率急剧上升，造成水淹，水驱采收率下降，不仅严重影响了水驱效率，而且对产出液的处理以及集输管道的防护都造成一系列负面影响，严重影响着开发成本。

为解决上述问题，常用的解决方法是实施调剖调驱技术处理。国内外化学调剖剂的种类很多，主要分为三大类：

第一类是以水泥、搬土为主剂的无机颗粒类，由于颗粒的注入性限制，该类产品只适合中高渗油藏使用。

第二类是聚合物凝胶调剖剂，其中最有代表性的是HPAM-高价金属离子（如Al(III)、Cr(III)、和Zr(IV)体系）和HPAM-有机酚醛体系。这些以高分子聚合物为主剂的调剖剂由于受主剂耐温抗盐性限制，无论采用哪种交联体系，由于聚合物其分子本身的局限性，高温分子链容易断裂，有效期短，也只适用于温度低于90℃的油藏。

第三类是无机凝胶类，ZL200910002405.8公开了一种无机凝胶调驱剂，由水玻璃7-8%、CO(NH₂)₂1％-2％、HCL2％-3％和水80％-90％混合而成，这种无机凝胶调驱剂具有耐高温、高矿化度的性能特点；ZL200410029654.3公开了一种无机延迟硅酸凝胶堵调剂，由5～15％的水玻璃、0.1～0.6％的乙酸乙酯、0.1～3％的乙酰胺、0.1～0.3％的乙醇、其余为水混合而成，这种体系既可用于70℃以下，更能用于70～110℃温度下进行单液法油水井的堵水调剖。这类由水玻璃为主剂的无机硅凝胶体系由于遇钙、镁离子即迅速反应发生沉淀，造成近井堵塞，无法实现大剂量的注入，难以进行深部调驱。ZL200910113623.9公开了一种延迟沉淀颗粒凝胶调剖剂及其生产方法，该调驱剂由5%至30%的铁铝类金属盐、1%至10%的乌洛托品和余量的水构成，采用单液法混合方式注入地下的高渗透层，利用地层温度使乌洛托品在高温下逐步分解成氨水和甲醛，氨水与铁铝类金属盐反应生成氢氧化铝等沉淀，逐步封堵高渗透层。但是该调驱剂在80℃时成胶时间低于5小时，随着温度升高成胶时间会变小，难以应用到更高温度油藏条件，并且该调驱剂中铁铝类金属盐使用浓度在10-20%，使用成本较高。ZL00103532.0公开了一种延缓交联深度调剖剂，由阴离子型聚合物、乌洛托品、苯酚、草酸组成，其特征是配方按其重量比为：阴离子型聚丙烯酰胺，分子量>1000万，水解度25-30%，乌洛托品：苯酚：草酸=0.15-0.5%：0.4-0.8%：0.1-0.3%：0.1-0.2%；再按上述配方重量比配成0.7-2.5%的水溶液。该发明使用浓度低，成胶时间和粘度均较高。但是，该调剖剂配方中含有聚丙烯酰胺不能应用到高温（大于100℃）和高钙镁离子（>2000mg/L）油藏条件下。

虽然现有的高渗油藏调剖调驱方法很多，技术也相对较成熟，但由于我国中原、新疆、胜利等低渗透油田具有高温高盐、高钙镁离子的特点，对堵剂既要求耐温抗盐、抗钙镁，同时又必须满足可注入性的要求，现有技术适应性差。

发明内容

本发明的目的克服上述调剖调驱体系在耐温、抗盐、抗钙镁和可注入性等方面存在的缺陷，提供一种铝凝胶调驱剂，可满足高温高盐、高钙镁油藏条件的调驱施工，能够控制其成胶时间和强度。

本发明的第二个目的是提供一种铝凝胶调驱剂的制备方法。

本发明通过以下技术方案加以实现：一种铝凝胶调驱剂，由凝胶生成剂，助剂，缓凝剂和水按以下用量混合而成：

各组分的质量浓度分别为：凝胶生成剂2～7%，助剂1.5～7%，缓凝剂0.1～0.2％，其余为水。

所述的凝胶生成剂为三氯化铝或硫酸铝中的一种或两种。

所述的助剂为CO(NH₂)₂或NH₄HCO₃；

所述的缓凝剂为硝酸铵或柠檬酸中的一种或两种。

所述的水是总矿化度为0～25×10⁴mg/l标准盐水。

一种铝凝胶调驱剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）在带有搅拌装置的混合容器中先加入水，按总质量100％计，加入质量浓度为1.5～7%的助剂，搅拌溶解，形成助剂备用；

（2）在步骤（1）中得到的助剂中，按总质量100％计，加入质量浓度2～7%的凝胶生成剂、0.1～0.2%的缓凝剂搅拌至全部溶解，即得到基液粘度低，并同时具有不同成胶时间和凝胶强度的一种铝凝胶调驱剂；

所述的凝胶生成剂为三氯化铝或硫酸铝中的一种或两种。

所述的助剂为CO(NH₂)₂或NH₄HCO₃。

所述的缓凝剂为硝酸铵或柠檬酸中的一种或两种。

本发明的有益效果：采用以铝盐为主剂，通过添加助剂和缓凝剂调配出铝凝胶调驱剂系列配方，其体系在70～130℃、矿化度≤25×10⁴mg/l油藏环境条件成胶时间3～192h，凝胶粘度390～150000mPa.s，130℃条件凝胶稳定时间大于300天，成胶过程只受油藏温度和体系PH值变化的影响，其它条件不限，体系还同时具有基液粘度小于1.12mPa.s，遇钙镁离子不发生沉淀，可以有效解决低渗透油藏的注入性问题。在凝胶生成的同时还产生CO₂，是一种有效的驱油剂，可以降低原油粘度和使原油体积膨胀，提高驱油效率；弱碱性氨水还与原油中的有机酸(例如环烷酸、沥青酸)作用，可以就地生成石油羧酸盐类表面活性剂。因此同时具备了调和驱的双重作用，可作为高温高盐高钙镁低渗透油藏深部调驱剂使用，既能封堵高渗透孔道，还能补充地层能量，达到驱替剩余油提高采收率目的。

附图说明：

附图1为本发明实施例1得到的铝凝胶调驱剂热稳定性测试；

附图2为本发明实施例1得到的铝凝胶调驱剂岩心注入性评价；

附图3为本发明实施例1得到的铝凝胶调驱剂岩心的封堵效果；

附图4为本发明实施例1得到的铝凝胶调驱剂在密闭岩心中反应压力的变化。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

（1）将2g的CO(NH₂)₂加入到93g盐水（总矿化度12×10⁴mg/L，钙4000mg/L，镁1000mg/L）中，搅拌溶解，形成助剂备用。

（2）在助剂中加入5g结晶三氯化铝，搅拌至完全溶解，得到一种铝凝胶调驱剂。

将上述铝凝胶调驱剂装入100ml耐高温具塞玻璃管中，密封后将高温管放入不同温度的恒温箱中，发生如下反应并生成凝胶。

在油藏高温条件下助剂发生如下水解反应：

CO(NH₂)₂+3H₂O=NH₄HCO₃+NH₃H₂O

凝胶生成剂在弱碱性条件下发生如下反应：

Al³⁺+3HCO₃ ^-=Al(OH)₃+3CO₂

Al³⁺+3NH₃H₂O=Al(OH)₃+3NH₄ ⁺

弱碱性氨水与原油中有机酸发生如下反应：

R-COOH+NH₃H₂O=R-COONH₄+H₂O

采用实施例1相同的方法测定不同温度铝凝胶调驱剂的成胶时间和凝胶粘度，结果如表1所示。

表1 不同温度铝凝胶调驱剂成胶时间和凝胶粘度

以上实验说明本发明制备的铝凝胶调驱剂在温度70～130℃范围内随温度升高，成胶时间缩短，生成的凝胶粘度增大。

实施例2

（1）将2g的NH₄HCO₃加入到93g盐水（总矿化度12×10⁴mg/L，钙4000mg/L，镁1000mg/L）中，搅拌溶解，形成助剂备用。

（2）在助剂中加入5g结晶三氯化铝，0.1g柠檬酸，搅拌溶解可得到一种缓凝型铝凝胶调驱剂。

将上述铝凝胶调驱剂分装于耐温耐压钢筒中，密封后置放于130℃恒温箱中，定期取出并测定凝胶粘度，

在油藏高温条件下助剂发生如下水解反应：

凝胶生成剂在弱碱性条件下发生如下反应：

Al³⁺+3HCO₃ ^-=Al(OH)₃+3CO₂

Al³⁺+3NH₃H₂O=Al(OH)₃+3NH₄ ⁺

弱碱性氨水与原油中有机酸发生如下反应：

R-COOH+NH₃H₂O=R-COONH₄+H₂O

结果显示所生成的凝胶在130℃高温下保持长期稳定，实验结果见附图1。

实施例3～10：步骤与实施例1或2相同，反应物及用量如表2所示。

表2 一种铝凝胶调驱剂反应物及用量配比实施例

将本实施例1～10所得无机铝凝胶调驱剂采用布式旋转粘度计测定基液粘度，结果见表3。

将本实施例1～10所得无机铝凝胶调驱剂装入100ml耐高温具塞玻璃管中，密封后将高温管放入恒定温度的电热恒温鼓风干燥箱中进行反应，开始计时，当高温管中的溶液由透明转白至不流动后，视为已生成凝胶，此时记录下成胶时间并用布式旋转粘度计测定凝胶粘度，结果见表3。

表3 一种铝凝胶调驱剂成胶时间和凝胶粘度测定

将按实施例1配制的铝凝胶调驱剂在油藏物理模拟实验装置上进行岩心驱替实验。设置实验温度为130℃，用总矿化度12×10⁴mg/L，钙4000mg/L，镁1000mg/L盐水饱和驱替人造岩心，同时打回压至25MPa，以相同速度注入盐水和铝凝胶调驱剂，通过注入压力变化考察铝凝胶调驱剂注入性（见附图2），由附图2可见，本发明得到的一种铝凝胶调驱剂在模拟岩心中具有很好的注入性，其原因是本发明得到的一种铝凝胶调驱剂与水的粘度基本相同，因此没有注入阻力，不会使注入压力升高。

将上述注入了铝凝胶调驱剂的岩心两端关闭，在130℃候凝至形成凝胶，同时记录密闭***反应过程***压力的变化，考察体系反应时对***压力的影响（结果见附图3）。由附图3可见，随铝凝胶调驱剂在高温高压密闭岩心中发生反应，***压力会升高。分析原因是：反应过程中产生了气体（主要是CO₂），除少部分溶解到溶液中，大部分气体占据空间的作用使密闭***压力增加。

将上述在高温高压密闭条件下反应完成后的岩心采用相同驱替速度继续用盐水驱替，考察岩心封堵效果（结果见附图4）。由附图4可见，岩心两端压差初始水驱0.06MPa，封堵后最高2.18MPa，经0.5PV后续水驱，压差1.5MPa。岩心封堵率96%。本发明得到的一种铝凝胶调驱剂在高温高压条件成胶后对岩心具有较强的封堵能力，且耐冲刷性较好。

由表1-3和附图1-4实施例可以看出，本发明所述的一种铝凝胶调驱剂具有基液粘度低、注入性好，耐高温、耐盐和抗钙镁能力强，成胶时间和凝胶强度可以根据需要调整等特点，凝胶生成的同时还产生CO₂，具备了调和驱的双重作用，能够满足低渗透高温高盐油藏深部调驱的需要。

对比例：为了进一步阐述本发明的特点，将本发明与ZL200910113623.9（一种延迟沉淀颗粒凝胶调剖剂及其生产方法）进行对比。步骤与实施例1或2相同，反应物及用量和成胶时间及凝胶粘度如表4所示。

表4 本发明与ZL200910113623.9对比情况

由表4可见，本发明一种铝凝胶调驱剂与ZL 200910113623.9（一种延迟沉淀颗粒凝胶调剖剂及其生产方法）从成胶时间和成胶强度可以看出，本发明在高温高矿化度条件下，成胶时间长，并且可控。在配方含量类似或者含量少的情况下，成胶强度比ZL200910113623.9大，说明本发明成胶时间可控，成胶粘度较高，能够用于深部调驱。

Claims (2)

1.一种铝凝胶调驱剂，其特征在于：由铝盐凝胶生成剂、助剂、缓凝剂和水混合而成；各组分的质量浓度分别为：铝盐凝胶生成剂2～7%，助剂1.5～7%，缓凝剂0.1～0.2%，其余为水；

所述的铝盐凝胶生成剂为三氯化铝、硫酸铝中的一种或两种；

所述的助剂为CO(NH₂)₂或NH₄HCO₃；

所述的缓凝剂为硝酸铵、柠檬酸中的一种或两种。

2.一种铝凝胶调驱剂的制备方法，其特征在于：采用以下步骤实现：

第一步，按总质量100％计，将1.5～7%的助剂加入到水中，搅拌溶解，形成助剂备用；

第二步，在上述助剂中加入2～7%的铝盐凝胶生成剂、0.1～0.2%缓凝剂搅拌至全部溶解；

所述的铝盐凝胶生成剂为三氯化铝、硫酸铝中的一种或两种；

所述的助剂为CO(NH₂)₂或NH₄HCO₃；

所述的缓凝剂为硝酸铵、柠檬酸中的一种或两种。