CN108441196A - 一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体6～10％，丙烯酸1.0～2％，N.N‑亚甲基双丙烯酰胺0.02～0.03％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。该调剖剂属于地下合成凝胶调剖剂，其注入粘度低、进入水窜通道后可反应生成高强度凝胶，所得凝胶具有较高的强度和较好的弹性变形特性，能有效控制裂缝(尤其对不稳定裂缝)扩张变形引起的水窜，达到封堵水窜通道、改变水驱方向、提高注水驱油效率的目的，且涉及的制备成本低、施工快捷、安全可靠，环境友好，具有重要的经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于石油开采领域，具体涉及一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂及其制备方法和应用。
背景技术
调剖技术是注水开发油田的一种控水稳产、增产技术，主要用于封堵水窜通道，提高注水驱油效率。对于注水开发油田，一旦注入水向某油井快速水窜，就会引起油井水淹、产量下降、含水升高，注水驱油效率就会大大降低，裂缝及大孔道引起的水窜问题尤其明显。
注入水沿裂缝快速水窜是鄂尔多斯盆地各油田存在的主要问题。为了抑制裂缝水窜、提高注水开发效果。长庆油田各采油厂相继开展了化学堵水和化学调剖技术研究。主要以复合调驱技术为主，该技术以聚合物弱凝胶、搬土胶、预交联颗粒、水泥为主体，采用多段赛、低排量、大剂量施工工艺实现深部调剖，现场见到一定的效果。但也存在一些问题：1)工艺中水泥浆段赛的运用增加了施工风险、管柱下到油层下部容易引起事故，管柱太浅下部油层容易被埋死；2)对于严重水窜井无法控制水窜，只能关闭敏感方向油井；3)无法解决强水窜和裂缝扩张二次水窜问题。针对坪北油田微裂缝在压力作用不稳定特性，必须研究一种高强度高弹性凝胶调剖，利用高强度凝胶的变形特性来抑制裂缝扩张，使凝胶在压力作用下压缩变形后紧贴扩张的裂缝壁面，避免了高强度刚性堵剂(变形性差)在压力上升后裂缝继续扩张引起的继续水窜现象。
发明内容
本发明的目的是针对油田不稳定裂缝水窜等问题，提供一种注入粘度低、进入水窜通道后可反应生成高强度凝胶的地下合成凝胶调剖剂，该凝胶具有较高的强度和较好的弹性变形特性，能有效控制裂缝扩张变形引起的水窜，达到封堵水窜通道、改变水驱方向、提高注水驱油效率的目的，且涉及的制备成本低、施工快捷，安全可靠，环境友好，具有重要的经济和环境效益。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体6～10％，丙烯酸1.0～2％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02～0.03％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
针对不同水窜程度，可选择下述不同优选配方：
1)针对弱水窜井，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体6～7％，丙烯酸1.0％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
2)针对强水窜井，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体9～10％，丙烯酸2.0％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
3)根据环境气温变化选择引发剂浓度：气温高时降低引发剂量来控制反应速度，引发剂过硫酸胺一般采用0.08％，夏季采用0.06％，冬季采用0.10％。
更优选的，所述用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂配方中还可添加0.02～0.03％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，所述用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂中，各组分及其所占质量百分比为：丙烯酰胺单体6～10％，丙烯酸1.0～2％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02～0.03％，过硫酸胺0.06～0.1％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0.02～0.03％，余量为水；将丙烯酰胺单体、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配合使用，并在交联剂和引发剂的作用下，可有效提升所得调剖剂地下合成过程中的抗高价离子性能，并有效提升地层原位反应所得凝胶的强度。
所述调剖剂主要用于封堵注水过程中引起的裂缝水窜，可有效抑制现有调剖工艺中容易因局部浓度过高引起的快速聚合现象，控制无效注水问题、提高注水效率，适合于地层温度低于50℃以下的低温地层注水井调剖施工；此外，所述调剖剂具有较好的弹性变形特性和强度，能够在压力作用下紧贴裂缝壁面，避免了因注水压力提高、裂缝扩张后调剖剂与裂缝壁面脱离而形成新的水窜现象。
本发明还提供了一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂的制备方法，按此方法配液可以避免局部浓度过高引起的暴聚和地面及管线内聚合的风险；调剖剂的制备方法包括如下步骤：
1)根据上述配比要求称取各组分，向称取水量1/2～2/3的水中缓慢加入丙烯酰胺单体和丙烯酸，搅拌混合均匀，得单体溶液；
2)向剩余称取水中加入N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸胺，搅拌混合均匀，得交联溶液；
3)用水泥车加喷射泵将聚丙烯酰胺粉剂吸入到第三配液罐中，补足清水(保护液中额外添加的清水)并循环均匀，即得保护液；
4)将单体溶液和交联溶液混合均匀，得所述地下合成凝胶调剖剂，在注入保护液后，将所得地下合成凝胶调剖剂注入待封堵地层裂缝处进行调剖处理。
上述方案中，所述保护液中，聚丙烯酰胺粉体所占质量百分比为0.4～0.6％
上述方案中，所述聚丙烯酰胺的分子量为400万～600万，水解度10～15％。
上述方案所得调剖剂属于地下合成凝胶调剖剂，对人造裂缝岩心封堵后突破压力梯度达到32MPa/m，现场试验后平均注水压力上升2MPa；在20℃下聚合反应时间超过7天，在50℃下反应时间大于4小时；所得凝胶具有较好的整体性、较高的强度和弹性变形特性，对裂缝(尤其不稳定裂缝)调剖效果较好；满足低温、裂缝井调剖的需要。
本发明还提供了一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂的应用，将调剖剂挤注与地层后反应进行调剖处理，具体调剖剂配液和挤注施工包括如下步骤：
i)根据配比要求，采用专用配液设备进行配液，所述专用配液设备包括第一配液罐和第二配液罐，第一配液罐和第二配液罐分别通过各自的油管依次与各自的离心水泵、流量计链接并与混合搅拌池相连；
ii)在搅拌池中放入清水，启动搅拌器、缓缓加入单体、丙烯酸，然后用水泥车或离心泵将搅拌池中的溶液泵入单体罐中，继续补足清水至调剖剂液量的1/2并循环均匀，得单体溶液；
iii)在搅拌池中放入清水，启动搅拌器、缓缓加入N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸胺，然后用水泥车或离心泵将搅拌池中的溶液泵入单体罐中，继续补足清水至调剖剂液量的1/2并循环均匀，得交联溶液；
iv)在第三配液罐中加入清水，然后加入聚丙烯酰胺粉剂，混合均匀得保护液；
v)调剖施工：按保护液-调剖剂-保护液-清水的段塞顺序进行调剖施工；挤完第一保护液段塞后开始配制并同时向地层挤入调剖剂，调剖剂配制方法是将单体溶液和交联溶液以相同流量泵入混合搅拌罐中混合均匀，然后用水泥车将搅拌罐中的调剖剂挤入到地层，然后依次挤入保护液和清水，关井反应，完成调剖施工。
vi)上述方案中，所述第一配液罐和第二配液罐中分别设置循环泵，引入单体溶液和交联溶液分别循环1.5h以上。
上述方案中，所述保护液中，聚丙烯酰胺粉体所占质量百分比为0.4～0.6％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明所述调剖剂及调剖工艺，通过优选合适的配方、配比，优化配液设备和方法、现场施工工艺，在保证调剖效果和注水效率的前提下，成功地将难于控制的聚合反应从地面应用到地下，克服了水环境、高价离子、酸碱度、氧化剂等因素的影响，且涉及的原料成本低、操作简便可靠，具有重要的工程应用价值。
2)本发明所述调剖剂为地下合成凝胶调剖剂，在20℃下聚合反应时间超过7天，在50℃下反应时间大于4小时，能够满足安全施工需要；形成的凝胶具有较好的整体性，有优异的强度和弹性变形特性，对裂缝具有良好的调剖效果，满足低温、裂缝井的调剖需要。
3)本发明所得调剖剂具有注入粘度低、反应后凝胶强度高、弹性变形性好(撤除外力作用后，快速恢复形状性能好)等优点，尤其对不稳定裂缝封堵效果好；且涉及的成本低、施工快捷，适合推广应用。
4)采用专用配液设备进行配液，可有效抑制因局部浓度过高引起的快速聚合现象，同时使配液和挤注有效结合，提高配液质量并降低施工风险，保证调剖处理有效性的同时提高调剖处理效率。
附图说明
图1为本发明一个实施例采用的专用配液设备结构示意图。
图2为本发明应用例所述地面管线连接示意图。
具体实施方式
为更好理解本发明，以下结合实施例对本发明予以进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比为：丙烯酰胺单体10％，丙烯酸2％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.08％，余量为水，配调剖剂20方；其制备方法包括如下步骤：
1)向8.0方清水中依次缓慢添加2000Kg丙烯酰胺单体和400Kg丙烯酸，然后补足清水至10方，搅拌混合均匀，得单体溶液；
2)将8.0方清水中依次添加4Kg N.N-亚甲基双丙烯酰胺和16Kg过硫酸胺，然后补足清水至10方，搅拌混合混合均匀，得交联溶液；
3)将所得单体溶液和交联溶液混合均匀，得低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂。
本实施例所得凝胶调剖剂的粘度为1.0mP.S；将其在温度为50℃、常压压力条件下反应3天后，所得凝胶如透明橡胶状，强度太高无法用粘度表征，通过裂缝岩心试验测得突破压力梯度为32MPa/m，在有效抑制因局部浓度过高引起的快速聚合现象的同时，可保证封堵效果，并显著降低制备成本；且所得凝胶弹性变形性好，撤除作用外力后立即恢复形状性能好。
实施例2
一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比为：丙烯酰胺单体6％，丙烯酸1％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.1％，余量为水，配调剖剂20方；其制备方法包括如下步骤：
1)向8方清水中依次缓慢添加1200Kg丙烯酰胺单体和200Kg丙烯酸，然后补足清水至10方，搅拌混合均匀，得单体溶液；
2)向8方清水中依次添加4Kg N.N-亚甲基双丙烯酰胺和20Kg过硫酸胺，然后补足清水至10方，搅拌混合混合均匀，得交联溶液；
3)将所得单体溶液和交联溶液混合均匀，得低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂。
本实施例所得凝胶调剖剂的粘度为1.0mP.S；将其在温度为50℃、常压压力条件下反应3天后，所得凝胶如透明橡胶状，强度太高无法用粘度表征，通过裂缝岩心试验测得突破压力梯度为24MPa/m，在有效抑制因局部浓度过高引起的快速聚合现象的同时，可保证封堵效果，并显著降低制备成本；且所得凝胶弹性变形性好，撤除作用外力后立即恢复形状性能好。
实施例3
一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比为：丙烯酰胺单体6％，丙烯酸1％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.1％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0.02％，余量为水，配调剖剂20方；其制备方法包括如下步骤：
1)向8方清水中依次缓慢添加1200Kg丙烯酰胺单体、200Kg丙烯酸和4Kg 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，然后补足清水至10方，搅拌混合均匀，得单体溶液；
2)向8方清水中依次添加4Kg N.N-亚甲基双丙烯酰胺和20Kg过硫酸胺，然后补足清水至10方，搅拌混合混合均匀，得交联溶液；
3)将所得单体溶液和交联溶液混合均匀，得低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂。
本实施例所得凝胶调剖剂的粘度为1.0mP.s；将其在温度为50℃、常压压力条件下反应3天后，所得凝胶如透明橡胶状，强度太高无法用粘度表征，通过裂缝岩心试验测得突破压力梯度为28MPa/m，在低单体浓度的条件下即可实现优异的凝胶强度，在有效抑制因局部浓度过高引起的快速聚合现象的同时，可保证封堵效果，并显著降低制备成本；且所得凝胶弹性变形性好，撤除作用外力后立即恢复形状性能好。
应用例1
将本发明所述地下合成凝胶调剖剂应用于注水开发油田，封堵水窜通道；其中用量设计为：保护液为单井20方，调剖剂40方；施工设计参数为：施工排量200-400L/min，施工压力≤14MPa；具体包括如下步骤：
i)根据配方要求，采用专用配液设备(结构示意图见图1)进行配液；其中调剖剂配方中各组分及其所占质量百分比为：丙烯酰胺单体10％，丙烯酸2％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.06％，余量为水；所述专用配液设备包括第一配液罐和第二配液罐，第一配液罐和第二配液罐分别通过各自的油管依次与各自的离心水泵、流量计链接并与混合搅拌池相连；
ii)向占总称取水量1/2的水中缓慢加入丙烯酰胺单体、丙烯酸，搅拌混合均匀，然后泵入第一配液罐中，启动设置在第一配液罐内的循环泵循环1.5h以上，得单体溶液备用；
iii)向剩余水中加入N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸胺，搅拌混合均匀，然后泵入第二配液罐中，启动设置在第二配液罐内的循环泵循环1.5h以上，得交联溶液备用；
iv)在第三配液罐中加入清水，然后加入聚丙烯酰胺(分子量为400万～600万)粉剂，混合均匀得保护液，保护液中聚丙烯酰胺粉体所占质量百分比为0.4～0.6％；
v)按正挤流程接好地面管线，清水试压合格后试挤5方，排量100～300L/min，测地层的吸收能力，同时测定关井压力下降曲线；
vi)将单体溶液和交联溶液以相同流量泵入混合搅拌罐中混合均匀，得地下合成凝胶调剖剂备用；
vii)挤堵施工，挤入顺序如下：15m3保护液——20～40m3地下合成凝胶调剖剂——5m3保护液——清水(油管容积+1～2)m3；
viii)关井反应5天，观察并记录井口压降情况；关井1小时内每10分钟记录一次压力，1～4小时内每1小时记录一次，随后4小时以上纪录一次(测试结果见表1)；
ix)反应结束后，原管柱按配注方案恢复注水。
现场试验后平均注水压力上升2MPa；所得凝胶在压力作用下压缩变形后紧贴扩张的裂缝壁面，避免了高强度刚性堵剂(变形性差)在压力上升后裂缝继续扩张引起的继续水窜现象，对不稳定裂缝封堵效果好。
表1调剖处理后关井压降数据记录表
| 关井时间 | 关井后压力,MPa |
| 0 | 11.5 |
| 10min | 10.0 |
| 20min | 9.0 |
| 30min | 8.8 |
| 40min | 8.6 |
| 50min | 8.4 |
| 60min | 8.3 |
| 1.5h | 8.2 |
| 2.0h | 8.1 |
| 3.0h | 8.0 |
| 4.0h | 7.9 |
| 8.0h | 7.8 |
| 14.0h | 7.8 |
| 36.0h | 7.8 |
| 48.0h | 7.8 |
| 96.0h | 7.8 |
| 120.0h | 7.8 |
应用例2
应用例2采用的调剖剂配方与应用例1大致相同，不同之处在于引发剂过硫酸铵所占质量百分比为0.08％，采用应用例2相同的调剖工艺适合于20℃左右气温下施工，应用例1所述配方适合于25℃以上气温下施工；所得凝胶具有较好的整体性、较高的强度和弹性变形特性，对裂缝调剖效果较好。
应用例3
应用例3采用的调剖剂配方与应用例1大致相同，不同之处在于丙烯酰胺单体所占质量百分比为6％，采用应用例1相同的调剖工艺，主要处理水窜不是太严重的水井调剖；如果***容许注水压力为10.0MPa，调剖井调剖前注水压力已经达到8.0MPa以上。在该注水条件下，如果配方中丙烯酰胺添加量选用11％，调剖处理后很可能因封堵过度而导致注不进水，达不到调剖效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体6～10％，丙烯酸1.0～2％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02～0.03％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体6～7％，丙烯酸1.0％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：丙烯酰胺单体9～10％，丙烯酸2.0％，N.N-亚甲基双丙烯酰胺0.02％，过硫酸胺0.06～0.1％，余量为水。
4.权利要求1～3任一项所述用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据配方要求称取各组分，向称取水量1/2～2/3的水中加入丙烯酰胺单体和丙烯酸，搅拌混合均匀，得单体溶液；
2)向剩余称取水中加入N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸胺，搅拌混合均匀，得交联溶液；
3)用水泥车加喷射泵将聚丙烯酰胺粉剂吸入配液罐中，加水并循环均匀，得保护液；
4)将单体溶液和交联溶液混合均匀，得所述地下合成凝胶调剖剂，在注入保护液后，将所得地下合成凝胶调剖剂注入待封堵地层裂缝处进行调剖处理。
5.权利要求1～3任一项所述用于低温、裂缝地层地下合成凝胶调剖剂的应用，其特征在于，应用于调剖处理，具体调剖剂配液和挤注施工包括如下步骤：
i)根据配比要求，采用专用配液设备进行配液，所述专用配液设备包括第一配液罐和第二配液罐，第一配液罐和第二配液罐分别通过各自的输液管依次与各自的离心水泵、流量计链接并与混合搅拌池相连；
ii)在搅拌池中放入清水，启动搅拌器，加入丙烯酰胺单体、丙烯酸，然后用水泥车或离心泵将搅拌池中的溶液泵入单体罐中，继续补足清水至调剖剂液量的1/2并循环均匀，得单体溶液；
iii)在搅拌池中放入清水，启动搅拌器、加入N.N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸胺，然后用水泥车或离心泵将搅拌池中的溶液泵入单体罐中，继续补足清水至调剖剂液量的1/2并循环均匀，得交联溶液；
iv)在第三配液罐中加入清水，然后加入聚丙烯酰胺粉剂，混合均匀得保护液；
v)调剖施工：按保护液-调剖剂-保护液-清水的段塞顺序进行调剖施工；挤完第一保护液段塞后，开始配制并同时向地层挤入调剖剂，调剖剂配制方法是将单体溶液和交联溶液以相同流量泵入混合搅拌罐中混合均匀，然后用水泥车将搅拌罐中所得调剖剂挤入到地层，再依次挤入保护液和清水，关井反应，完成调剖施工。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述第一配液罐和第二配液罐中分别设置循环泵，引入单体溶液和交联溶液后分别循环1.5h以上。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述保护液中，聚丙烯酰胺粉体所占质量百分比为0.4～0.6％。
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