專利名稱：一種觸變性高強度凝膠轉(zhuǎn)向劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高含水油田裂縫、特高滲透帶等竄流通道封堵的觸 變性高強度凝膠轉(zhuǎn)向劑。
技術(shù)背景注水開發(fā)是我國油田普遍采用的開發(fā)方式，目前僅東部油田年注水量就近7億m3，注水費用40多億元。但油藏中大量裂縫、高滲條帶等水流優(yōu)勢通 道的存在，導(dǎo)致注入水沿高滲優(yōu)勢通道低效或無效循環(huán)，引起油田高含水、 采油成本大幅上升等問題，形成資源的巨大浪費。通過調(diào)剖、深部液流轉(zhuǎn)向技術(shù)提高、改善水驅(qū)開發(fā)效果已成為目前老油 田開發(fā)工作的主體和重點。為有效控制油藏裂縫、高滲條帶等水流優(yōu)勢通道 的水竄，常采用凝膠類堵劑對其實施封堵，從而使水流轉(zhuǎn)向，提高注入水波 及體積，改善油藏整體水驅(qū)開發(fā)效果。以丙烯酰胺(AM)單體為主體，配合交聯(lián)劑、引發(fā)劑等，使其地下聚合 交聯(lián)形成高強度凝膠的方法是用于封堵該類水流優(yōu)勢通道的一種技術(shù)手段。 該條件下形成的凝膠強度高，為高分子聚丙烯酰胺凝膠的50 100倍，此外， 與地層結(jié)合緊密，抗沖刷能力強。但此類體系所涉及的原材料均為水溶性小分子，體系粘度很低，僅為1. 08 mPa，S，接近清水。體系低粘度、小分子的特性使體系具有易于泵注的優(yōu)點， 但也帶來相應(yīng)的缺點，艮P:(1)溶液在大孔道、高滲條帶中運移以及在地層條件下聚合交聯(lián)形成凝 膠的過程中，極易在油藏地層水作用下被稀釋，稀釋作用會引起單體溶液體 系各反應(yīng)組份比例的變化，從而導(dǎo)致單體溶液體系不能形成凝膠，或形成的凝膠性能降低，無法滿足設(shè)計要求，導(dǎo)致作業(yè)措施失敗或效果差；(2)體系容易過多的進入低滲的非目的層，造成不必要的地層污染，傷 害產(chǎn)層。目前，關(guān)于該體系的研究主要集中于克服溫度、礦化度對成膠過程的不 利影響上，體現(xiàn)在引發(fā)劑、緩凝劑的篩選等方面，但如何克服地層水稀釋作 用的不利影響，保證地下單體溶液體系最優(yōu)化反應(yīng)條件的實現(xiàn)，實現(xiàn)體系的 高效利用，同時防止體系對非目的層的污染尚缺乏有效的方法。單體溶液地下聚合體系的缺點來源于其低粘度的特性，因此克服該體系 缺點的一個可行思路在于提高成膠體系本身的粘度。溶液在大孔道、高滲條 帶中運移以及在地層條件下靜止、聚合交聯(lián)形成凝膠的過程中，本身的粘度 越高，就越能防止地層水的稀釋作用，也就越能降低其進入低滲非目的層的 能力，但過高的粘度又同時會為體系的泵注等帶來困難。鑒于上述考慮，理 想的體系應(yīng)該具有如下特性(1) 在泵注等高剪切的條件下，粘度低；(2) 在大孔道、高滲條帶中運移的低剪切條件以及在地層條件下靜止、 形成凝膠的過程，粘度高。(3) 體現(xiàn)在進入目的層帶后，借助地層溫度條件最終形成高強度的凝膠體。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種在單體溶液體系中加入一種觸變控制體系，形 成具有觸變特性的單體溶液體系和觸變控制體系均勻混合的觸變性高強度凝 膠轉(zhuǎn)向劑，達到單體溶液體系不受地層水稀釋，保證地下單體溶液體系最優(yōu) 化反應(yīng)條件的實現(xiàn)，降低單體溶液體系對低滲層的污染。本發(fā)明是在常規(guī)的由6%丙烯酰胺、0.05XN—N'亞甲基雙丙烯酰胺和 0. 004%過硫酸銨組成的單體溶液體系中，加入一種觸變控制體系。觸變控制體系的組成和濃度如下-黃原膠(XC): 0. 1 1%; 醋酸鉻0. 001 0. 1%;磷酸銨和磷酸二氫銨1:1的質(zhì)量比混合溶液，0. 025 0. 5%; 觸變控制體系、單體溶液體系和水按質(zhì)量總量為100%。本發(fā)明以相容性、觸變膠結(jié)構(gòu)恢復(fù)時間、觸變膠強度為主要指標(biāo)，提供 了組成觸變控制體系的黃原膠組分濃度，相應(yīng)的觸變交聯(lián)劑濃度等。 相容性包括兩方面的意義，其一是指觸變控制體系與常規(guī)的單體溶液體系能夠均勻混合，成為單一相；其二是指，觸變控制體系的存在不降低單體 溶液體系形成的凝膠的強度，理想的條件下，應(yīng)該可以起到增強凝膠強度的 作用。觸變膠強度是指觸變控制體系所形成的觸變?nèi)跄z體系的強度；觸變膠 結(jié)構(gòu)恢復(fù)時間是指凝膠在受到剪切、結(jié)構(gòu)受破壞后，重又處于低剪切或靜止 狀態(tài)即由注入時的高剪切狀態(tài)到大孔道、高滲條帶的低剪切狀態(tài)的時侯，結(jié) 構(gòu)恢復(fù)、粘度升高所需要的時間。觸變膠的強度以及觸變膠結(jié)構(gòu)恢復(fù)時間兩 個參數(shù)決定著觸變控制體系對單體溶液體系的保護效果。觸變膠強度越高、 結(jié)構(gòu)恢復(fù)時間越短，則單體溶液體系受地層水的影響越小。對于常規(guī)的由丙烯酰胺單體、有機交聯(lián)劑、引發(fā)劑、速度控制劑等組成 的單體溶液體系，其形成強凝膠反應(yīng)過程在大孔道和裂縫中是一次完成的，低粘度的成膠體系容易受到地層水的稀釋作用，同時堵劑容易進入相對低滲 孔道，對其產(chǎn)生傷害。而復(fù)合體系形成高強度凝膠的反應(yīng)過程則是分兩次完成。第一次反應(yīng)過 程發(fā)生在地面及井筒中，是觸變控制體系各組分間的反應(yīng)，形成的是觸變性 弱凝膠，使復(fù)合體系初始以高粘度狀態(tài)存在。開始施工即泵注時，體系開始 處于高剪切條件，此時，弱凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生物理狀態(tài)的破壞，粘度迅速降低，易于注入，進入裂縫、大孔道目標(biāo)位置后，復(fù)合體系重又處于低剪切或靜止?fàn)顟B(tài)，此時弱凝膠結(jié)構(gòu)迅速恢復(fù)，粘度重又升高。這時，油藏溫度下，高粘度觸變性弱凝膠保護下的單體溶液體系在大孔道和裂縫中開始聚合交聯(lián)，發(fā)生第二次反應(yīng)，最終形成高強度的凝膠轉(zhuǎn)向劑?？梢?，復(fù)合體系條件下，單體溶液體系的各組分間的反應(yīng)是在高粘度弱凝膠的保護下發(fā)生的，這保證了 單體溶液體系各反應(yīng)組份比例不因地層水的稀釋作用而發(fā)生變化，有效實現(xiàn)了對最優(yōu)反應(yīng)條件的控制。此外，大分子的觸變性弱凝膠鎖住了單體溶液體 系內(nèi)的小分子，使其進入低滲孔道的能力減弱，防止了其對低滲產(chǎn)層的傷害。發(fā)明中形成的新型觸變性高強度凝膠轉(zhuǎn)向劑，30 8(TC范圍內(nèi)，100s—1 剪切速率下，粘度為12.6 100.0mPa*S，易于注入及在油藏中流動；在裂縫、 大孔道中的低剪切狀態(tài)下，30min內(nèi)體系粘度可迅速回升50 100倍，強度為 G'為0.5 2Pa，可有效保護堵劑溶液體系不被水稀釋，保證堵劑體系各水溶 組分比例的穩(wěn)定。復(fù)合體系的最終成膠時間2 24小時可控，最終強度G'為 200 500Pa。
具體實施方式
實施例l以8(TC條件下的應(yīng)用為例。取(0. 3%黃原膠+ 0. 005%醋酸鉻+ 0. 003%磷酸銨和磷酸二氫銨混合溶 液)組成觸變體系，取(6%丙烯酰胺+0. 05%N—N'亞甲基雙丙烯酰胺+0. 004 %過硫酸銨)組成單體溶液體系，觸變控制體系、單體溶液體系和水質(zhì)量總 量為100%， 二者室溫下混合，形成均一、單相的復(fù)合體系，粘度為35. OmPa-S， 強度為0.01Pa。復(fù)合體系8CTC下放置30分鐘后，發(fā)生觸變控制體系各組份間的交聯(lián)反 應(yīng)，形成觸變性弱凝膠，粘度增大為4500 mPa'S左右，強度提高至0. 80Pa; 此時，對形成觸變性弱凝膠的體系施加100s—'的剪切速率，體系粘度迅速降低為37.5mPa'S，成為容易流動的液體；剪切后的體系靜止放置，粘度、強度則 又開始持續(xù)上升，30min后粘度達到4300 mPa.S左右，強度恢復(fù)至0. 75Pa， 說明30min后體系結(jié)構(gòu)基本得到了完全的恢復(fù)。將結(jié)構(gòu)恢復(fù)后的復(fù)合體系100ml放置于1000ml水溶液中，此時，觸變?nèi)?凝膠的體型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鎖住單體溶液聚合體系的各組份，在水溶液中保持較為 完整的形態(tài)。80°C下，3.5小時后，復(fù)合體系完成第二次交聯(lián)反應(yīng)，即單體 溶液聚合體系各組份間的反應(yīng)，形成高強度凝膠，強度G'為500Pa左右，該 強度高于單體溶液聚合體系單獨成膠時的強度(410Pa左右)。這說明，觸變 控制體系并未對單體溶液聚合體系的成膠強度造成負面影響；其次，觸變控 制體系有效保護了單體溶液聚合體系，可以防止地層水稀釋的負面影響。實施例2以6(TC條件下的應(yīng)用為例。取(0. 3%黃原膠+0. 01%醋酸鉻+0. 01%磷酸銨和磷酸二氫銨混合溶液) 組成觸變體系，取(6X丙烯酰胺+0.05XN-N'亞甲基雙丙烯酰胺+ 0.004X 過硫酸銨)組成單體溶液體系，觸變控制體系、單體溶液體系和水質(zhì)量總量 為100%， 二者60°C下混合，形成均一、單相的復(fù)合體系，粘度為35. 0 mPa-S， 強度為0.01Pa。復(fù)合體系6(TC下放置60分鐘后，發(fā)生觸變控制體系各組份間的交聯(lián)反 應(yīng)，形成觸變性弱凝膠，粘度增大為5000 mPa，S，強度提高至1. 8Pa左右； 此時，對形成觸變性弱凝膠的體系施加100s—i的剪切速率，體系粘度迅速降低 為37.5mPa，S，成為容易流動的液體；剪切后的體系靜止放置，粘度、強度則 又開始持續(xù)上升，30min后粘度達到4900 mPa*S左右，強度恢復(fù)至1. 75Pa 左右，說明30min后體系結(jié)構(gòu)基本得到了完全的恢復(fù)。將結(jié)構(gòu)恢復(fù)后的復(fù)合體系100ml放置于1000ml水溶液中，此時，觸變?nèi)跄z的體型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鎖住單體溶液聚合體系的各組份，在水溶液中保持較為完整的形態(tài)。60°C下，5.0小時后，復(fù)合體系完成第二次交聯(lián)反應(yīng)，即單體 溶液聚合體系各組份間的反應(yīng)，形成高強度凝膠，強度G'為500Pa左右，該 強度高于單體溶液聚合體系單獨成膠時的強度(410Pa左右)。這說明，觸變 控制體系并未對單體溶液聚合體系的成膠強度造成負面影響；其次，觸變控 制體系有效保護了單體溶液聚合體系，可以防止地層水稀釋的負面影響。實施例3以30。C條件下的應(yīng)用為例。取(0. 3%黃原膠+0. 02%醋酸鉻+0. 05%磷酸銨和磷酸二氫銨混合溶液) 組成觸變體系，取(6X丙烯酰胺+ 0.05XN—N'亞甲基雙丙烯酰胺+ 0. 15% 過硫酸銨)組成單體溶液體系，觸變控制體系、單體溶液體系和水質(zhì)量總量 為100%， 二者室溫下混合，形成均一、單相的復(fù)合體系，粘度為35.0mPa-S， 強度為0. OlPa。復(fù)合體系30。C下放置60分鐘后，發(fā)生觸變控制體系各組份間的交聯(lián)反 應(yīng)，形成觸變性弱凝膠，粘度增大為5000mPa，S，強度提高至1. 20Pa;此時， 對形成觸變性弱凝膠的體系施加100s—〗的剪切速率，體系粘度迅速降低為37. 5 mPa'S,成為容易流動的液體；剪切后的體系靜止放置，粘度、強度則又開始 持續(xù)上升，30min后粘度達到4900 mPa S左右，強度恢復(fù)至0. 75Pa，說明30min 后體系結(jié)構(gòu)基本得到了完全的恢復(fù)。將結(jié)構(gòu)恢復(fù)后的復(fù)合體系100ml放置于1000ml水溶液中，此時，觸變?nèi)?凝膠的體型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鎖住單體溶液聚合體系的各組份，在水溶液中保持較為 完整的形態(tài)。3CTC下，IO小時后，復(fù)合體系完成第二次交聯(lián)反應(yīng)，即單體溶 液聚合體系各組份間的反應(yīng)，形成高強度凝膠，強度G'為320Pa左右，該強 度高于單體溶液聚合體系單獨成膠時的強度(300 Pa左右)。這說明，觸變控制體系并未對單體溶液聚合體系的成膠強度造成負面影響；其次，觸變控制 體系有效保護了單體溶液聚合體系，可以防止地層水稀釋的負面影響。
權(quán)利要求
1. 一種觸變性高強度凝膠轉(zhuǎn)向劑，其特征在于它是由在由丙烯酰胺6％、N-N′亞甲基雙丙烯酰胺0.05％和過硫酸銨0.004％組成的單體溶液體系中加入由黃原膠0.1～1％、醋酸鉻0.001～0.1％和磷酸銨和磷酸二氫銨1∶1的質(zhì)量比混合溶液0.025～0.5％組成的觸變控制體系和水組成，觸變控制體系、單體溶液體系和水質(zhì)量總量為100％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高含水油田裂縫、特高滲透帶竄流通道封堵的觸變性高強度凝膠轉(zhuǎn)向劑，在由常規(guī)的丙烯酰胺單體組成的單體溶液體系中加入黃原膠(XC)0.1％～1％、醋酸鉻0.001～0.1％和磷酸銨和磷酸二氫銨混合溶液0.025～0.5％的觸變控制體系，其在30～80℃范圍內(nèi)，100s^-1剪切速率下，粘度為12.6～32.0MPa·S，在裂縫、大孔道中的低剪切狀態(tài)下，30min內(nèi)粘度可迅速回升50～100倍，強度G′為0.5～1Pa，可有效保護堵劑溶液體系不被水稀釋，保證堵劑體系各水溶組分比例的穩(wěn)定，最終成膠時間2～10小時可控，最終強度G′為200～500Pa。
文檔編號C09K8/60GK101250401SQ20081010296
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者劉戈輝, 劉玉章, 唐孝芬, 熊春明, 和 覃, 魏發(fā)林 申請人:中國石油天然氣股份有限公司