本發(fā)明屬于石油開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種凝膠封竄劑及其制備方法和封竄方法。
背景技術(shù)：
目前，各大油田稠油區(qū)塊主要采用蒸汽吞吐方式開(kāi)采。隨著蒸汽吞吐輪次的增加，地層存在大孔道或者優(yōu)勢(shì)通道，由于層內(nèi)和層間非均質(zhì)性增強(qiáng)，在注蒸汽的過(guò)程中出現(xiàn)油層縱向吸氣不均和蒸汽汽竄現(xiàn)象，導(dǎo)致注入蒸汽利用率降低，生產(chǎn)井含水快速上升，降低開(kāi)發(fā)效果。因此，注蒸汽前對(duì)油井進(jìn)行有效封竄是改善蒸汽吞吐效果的重要措施。
針對(duì)蒸汽吞吐井進(jìn)行封竄的研究比較多，其中最常用的封竄劑主要有無(wú)機(jī)顆粒類(lèi)高溫封竄劑、凝膠類(lèi)高溫封竄劑和泡沫高溫封竄劑；但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)存在一定的缺點(diǎn)，無(wú)機(jī)顆粒類(lèi)堵劑存在作用距離短和對(duì)地層傷害大的缺點(diǎn)，隨著人們對(duì)油井地層保護(hù)意識(shí)的不斷增加，該堵劑使用越來(lái)越少；凝膠類(lèi)高溫封竄劑存在耐溫性差的主要問(wèn)題；泡沫類(lèi)高溫封竄劑存在作用距離和有效期短的問(wèn)題。因此，三者比較，凝膠類(lèi)高溫封竄劑是研究的主要方向，因?yàn)樗谶M(jìn)行有效封堵的同時(shí)，也可以進(jìn)行有效解堵，對(duì)地層不造成傷害。
CN101255260A公開(kāi)了一種耐溫耐鹽交聯(lián)聚合物體系，其凝膠體系采用聚丙烯酰胺為主劑，三聚氰胺和甲醛為交聯(lián)劑，進(jìn)行成膠，適用于30℃-110℃地層的封堵。CN1103130A公開(kāi)了一種膨潤(rùn)土凝膠封堵劑，采用膨潤(rùn)土、聚丙烯酰胺、磺化酚醛樹(shù)脂等進(jìn)行成膠，適用于20℃-150℃地層的封堵；然而，蒸汽吞吐井注蒸汽時(shí)，井底溫度在250℃左右，因此，需要凝膠體系耐高溫，封堵能力強(qiáng)，才可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽的封竄。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)于凝膠類(lèi)高溫封竄劑存在的耐溫性差的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種凝膠封竄劑及其制備方法和封竄方法。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：
一種凝膠封竄劑，以重量百分比計(jì)，制備該凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.2％-0.4％
間苯二酚 0.01％-0.015％
三聚甲醛 0.25％-0.4％
苯酚 0.15％-0.25％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.02％-0.04％
余量的水。
上述凝膠封竄劑中，所述聚丙烯酰胺可以采用常規(guī)聚丙烯酰胺；優(yōu)選地，所述聚丙烯酰胺的分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％。
上述凝膠封竄劑中，優(yōu)選地，所述凝膠封竄劑的成膠溫度為60℃-90℃。
上述凝膠封竄劑中，優(yōu)選地，所述凝膠封竄劑的成膠時(shí)間為10h-72h。
上述凝膠封竄劑中，優(yōu)選地，所述凝膠封竄劑的成膠粘度為5000mPa·s-30000mPa·s。
本發(fā)明還提供上述凝膠封竄劑的制備方法，其包括以下步驟：
首先將聚丙烯酰胺加入到配液罐中，攪拌使其與水混合均勻；然后加入間苯二酚、三聚甲醛、苯酚、亞硫酸鈉和對(duì)苯二胺，攪拌混合均勻，得到凝膠封竄劑。
本發(fā)明還提供一種蒸汽吞吐井的封竄方法，其采用上述凝膠封竄劑，包括以下步驟：
步驟一，先向蒸汽吞吐井中注入重量百分比濃度為0.2％的聚丙烯酰胺溶液；
步驟二，然后再向蒸汽吞吐井中注入所述凝膠封竄劑。
上述封竄方法中，考慮到凝膠封竄劑在地層的吸附作用，注入凝膠封竄劑段塞前，先注入一定量的重量百分比濃度為0.2％的聚丙烯酰胺溶液作為犧牲段塞；根據(jù)實(shí)際操作，一般按照近井地帶0.5m-1m的驅(qū)替半徑進(jìn)行計(jì)算用量；計(jì)算公式按照?qǐng)A柱形體積公式，得出犧牲劑用量V1＝πr2HΦ，其中r為驅(qū)替半徑，m；H為地層有效厚度，m；Φ為地層孔隙度，％；
上述封竄方法中，優(yōu)選地，在步驟二中，對(duì)于中滲透率的地層，注入所述凝膠封竄劑采取先注入弱凝膠封竄劑、再注入強(qiáng)凝膠封竄劑的方式。
上述封竄方法中，所述中滲透率的地層指的是滲透率為50×10-3μm2-500×10-3μm2的地層。
上述封竄方法中，對(duì)于中滲透率的地層，注入凝膠封竄劑采取先注入弱凝膠封竄劑，由于其具有一定的流動(dòng)性，在一定壓力下可以進(jìn)入到地層孔道較深處，從而調(diào)整吸氣剖面；后續(xù)注入強(qiáng)凝膠封竄劑主要起到封堵地層和保護(hù)前端注入的弱凝膠封竄劑的作用。強(qiáng)凝膠具體用量按照封堵半徑來(lái)計(jì)算，對(duì)于直井來(lái)說(shuō)，一般的驅(qū)替半徑為1.5m-2.0m，利用圓柱形體積公式，得出強(qiáng)凝膠用量V2＝πr2HΦ，其中r為驅(qū)替半徑，m；H為地層有效厚度，m；Φ為地層孔隙度，％；弱凝膠用量V3＝凝膠封竄劑總用量V-強(qiáng)凝膠用量V2；計(jì)算凝膠封竄劑總用量V＝πr2HΦ(其中r為驅(qū)替半徑，m；H為地層有效厚度，m；Φ為地層孔隙度，％)時(shí)，在汽竄程度和施工經(jīng)費(fèi)的基礎(chǔ)上，用量盡可能大，調(diào)整驅(qū)替半徑一般不低于10m。
上述封竄方法中，所述驅(qū)替半徑指以油水井井筒中心為圓心，向井筒周?chē)由斓木嚯x。
上述封竄方法中，優(yōu)選地，以重量百分比計(jì)，制備所述弱凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.2％-0.25％
間苯二酚 0.01％-0.012％
三聚甲醛 0.25％
苯酚 0.15％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.02％
余量的水。
上述封竄方法中，優(yōu)選地，以重量百分比計(jì)，制備所述強(qiáng)凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.3％-0.4％
間苯二酚 0.012％-0.015％
三聚甲醛 0.35％
苯酚 0.2％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.03％-0.04％
余量的水。
上述封竄方法中，所述弱凝膠封竄劑的成膠粘度為5000mPa·s-10000mPa·s；所述強(qiáng)凝膠封竄劑的成膠粘度為10000mPa·s-30000mPa·s。
本發(fā)明提供的凝膠封竄劑中，在制備該凝膠封竄劑的原料組分中，間苯二酚和三聚甲醛作為交聯(lián)劑，苯酚作為增強(qiáng)劑，亞硫酸鈉作為除氧劑，對(duì)苯二胺作為高溫穩(wěn)定劑。聚丙烯酰胺作為配制凝膠的高分子物質(zhì)，溶液本身具有一定的粘度，在凝膠形成過(guò)程中通過(guò)交聯(lián)劑的作用，使其分子鏈形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增大其粘度。
本發(fā)明提供的封竄方法中，間苯二酚和苯酚都可與三聚甲醛通過(guò)反應(yīng)形成酚醛預(yù)聚體，通過(guò)酚醛預(yù)聚體中的-CH2OH與聚丙烯酰胺的酰胺基-CONH2發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而生成凝膠組分，在注入蒸汽前溫度較低，此時(shí)起主要反應(yīng)的交聯(lián)劑為間苯二酚，在地下部分成膠后首先封堵地層，防止后續(xù)藥劑發(fā)生竄流，注入蒸汽時(shí)，溫度升高，這時(shí)起主要作用的是苯酚和對(duì)苯二胺，通過(guò)藥劑間協(xié)同作用，形成耐高溫凝膠。
而且還原性較強(qiáng)的對(duì)苯二胺的加入，具有苯環(huán)和氨基的雙重性質(zhì)，通過(guò)-NH2與水解的聚丙烯酰胺的羧基-COOH和酚醛預(yù)聚體中的-CH2OH反應(yīng)，增強(qiáng)膠體交聯(lián)節(jié)點(diǎn)的剛性，使其耐溫性大幅提高。使用的三聚甲醛屬于固體顆粒，同甲醛相比，沒(méi)有刺激性氣味，能夠避免現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)施工人員和現(xiàn)場(chǎng)附近居民的危害，具有一定的環(huán)保性能。
本發(fā)明提供的凝膠封竄劑具有耐溫性強(qiáng)和封堵性強(qiáng)的特點(diǎn)，耐溫可達(dá)250℃，且耐溫2個(gè)月不脫水，封堵率大于85％，能夠大大提高蒸汽的利用效率，提高蒸汽吞吐井產(chǎn)量，且現(xiàn)場(chǎng)配制過(guò)程簡(jiǎn)單、易于操作。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
下述實(shí)施例中采用的聚丙烯酰胺為撫順龍鳳化工廠生產(chǎn)的，分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％；不同溫度下，不同重量百分比濃度的聚丙烯酰胺對(duì)應(yīng)的粘度如表1所示。
表1
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種凝膠封竄劑，以重量百分比計(jì)，制備該凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.4％(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)
間苯二酚 0.015％
三聚甲醛 0.4％
苯酚 0.25％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.04％
余量的水。
本實(shí)施例還提供制備上述凝膠封竄劑的方法，其包括以下步驟：
以重量百分比計(jì)，首先將0.4％的聚丙烯酰胺(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)加入到配液罐中，700r/min勻速攪拌1h，使其與水混合均勻；然后分別加入0.015％的間苯二酚、0.4％的三聚甲醛、0.25％的苯酚、0.04％的亞硫酸鈉和0.04％的對(duì)苯二胺，攪拌30min混合均勻，得到凝膠封竄劑。
經(jīng)測(cè)試，成膠溫度為：70℃；成膠時(shí)間為14h。
本實(shí)施例還提供一種蒸汽吞吐井的封竄方法，所述蒸汽吞吐井為冷家油田55-556油井，由于其平均地層滲透率656×10-3μm2，存在大孔道，非均質(zhì)性較強(qiáng)特點(diǎn)。
采用本實(shí)施例制備的凝膠封竄劑，首先向冷家油田55-556油井中注入一定量的重量百分比濃度為0.2％的聚丙烯酰胺(分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％)溶液，然后再注入本實(shí)施例的凝膠封竄劑。
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)冷家油田55-556油井實(shí)施注入凝膠封竄劑后，結(jié)果如表2所示，注汽壓力上升明顯，施工前后相比升高了3.8MPa，油井的平均產(chǎn)量由施工前2.5t/d變?yōu)?.9t/d，產(chǎn)液量下降，降水效果明顯。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供兩種凝膠封竄劑，一種是弱凝膠封竄劑，一種是強(qiáng)凝膠封竄劑，以重量百分比計(jì)，制備所述弱凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.25％(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)
間苯二酚 0.012％
三聚甲醛 0.25％
苯酚 0.15％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.02％
余量的水；
制備所述強(qiáng)凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.35％(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)
間苯二酚 0.015％
三聚甲醛 0.35％
苯酚 0.2％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.04％
余量的水。
本實(shí)施例還提供制備上述弱凝膠封竄劑的方法，其包括以下步驟：
以重量百分比計(jì)，首先將0.25％的聚丙烯酰胺(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)加入到配液罐中，700r/min勻速攪拌1h，使其與水混合均勻；然后分別加入0.012％的間苯二酚、0.25％的三聚甲醛、0.15％的苯酚、0.04％的亞硫酸鈉和0.02％的對(duì)苯二胺，攪拌30min混合均勻，得到弱凝膠封竄劑。
經(jīng)測(cè)試，成膠溫度為：60℃；成膠時(shí)間為47h。
本實(shí)施例還提供制備上述強(qiáng)凝膠封竄劑的方法，其包括以下步驟：以重量百分比計(jì)，首先將0.35％的聚丙烯酰胺(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)加入到配液罐中，700r/min勻速攪拌1h，使其與水混合均勻；然后分別加入0.015％的間苯二酚、0.35％的三聚甲醛、0.2％的苯酚、0.04％的亞硫酸鈉和0.04％的對(duì)苯二胺，攪拌30min混合均勻，得到強(qiáng)凝膠封竄劑。
經(jīng)測(cè)試，成膠溫度為：60℃；成膠時(shí)間為32h。
本實(shí)施例還提供一種蒸汽吞吐井的封竄方法，所述蒸汽吞吐井為冷家油田40-558、40-559和42-565油井，由于其平均地層滲透率191×10-3μm2，非均質(zhì)性強(qiáng)，因此設(shè)計(jì)段塞時(shí)分為弱凝膠封竄劑+強(qiáng)凝膠封竄劑的組合方式進(jìn)行注入，最大限度的對(duì)地層進(jìn)行封堵。
采用本實(shí)施例制備的弱凝膠封竄劑和強(qiáng)凝膠封竄劑，首先分別向冷家油田40-558、40-559和42-565油井中注入一定量的重量百分比濃度為0.2％的聚丙烯酰胺(分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％)溶液，接著注入本實(shí)施例的弱凝膠封竄劑，再注入本實(shí)施例的強(qiáng)凝膠封竄劑。
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)冷家油田40-558、40-559和42-565油井實(shí)施注入凝膠封竄劑后，結(jié)果如表2所示，注汽壓力上升明顯，施工前后相比，49-558油井壓力升高了0.8MPa，40-559油井壓力升高了1.7MPa，42-565油井壓力升高了1.5MPa，三個(gè)油井的平均產(chǎn)量由施工前1.1t/d變?yōu)?.73t/d，產(chǎn)液量下降，降水效果明顯。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供兩種凝膠封竄劑，一種是弱凝膠封竄劑，一種是強(qiáng)凝膠封竄劑，以重量百分比計(jì)，制備所述弱凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.2％(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)
間苯二酚 0.01％
三聚甲醛 0.25％
苯酚 0.15％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.02％
余量的水；
制備所述強(qiáng)凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.3％(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)
間苯二酚 0.012％
三聚甲醛 0.35％
苯酚 0.2％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.03％
余量的水。
本實(shí)施例還提供制備上述弱凝膠封竄劑的方法，其包括以下步驟：以重量百分比計(jì)，首先將0.2％的聚丙烯酰胺(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)加入到配液罐中，700r/min勻速攪拌1h，使其與水混合均勻；然后分別加入0.01％的間苯二酚、0.25％的三聚甲醛、0.15％的苯酚、0.04％的亞硫酸鈉和0.02％的對(duì)苯二胺，攪拌30min混合均勻，得到弱凝膠封竄劑。
經(jīng)測(cè)試，成膠溫度為：80℃；成膠時(shí)間為37h。
本實(shí)施例還提供制備上述強(qiáng)凝膠封竄劑的方法，其包括以下步驟：
以重量百分比計(jì)，首先將0.3％的聚丙烯酰胺(分子量1600萬(wàn)，固含量93.2％，水解度21.3％)加入到配液罐中，700r/min勻速攪拌1h，使其與水混合均勻；然后分別加入0.012％的間苯二酚、0.35％的三聚甲醛、0.2％的苯酚、0.04％的亞硫酸鈉和0.03％的對(duì)苯二胺，攪拌30min混合均勻，得到強(qiáng)凝膠封竄劑。
經(jīng)測(cè)試，成膠溫度為：80℃；成膠時(shí)間為14h。
本實(shí)施例還提供一種蒸汽吞吐井的封竄方法，所述蒸汽吞吐井為冷家油田41-平2油井，由于其平均地層滲透率81×10-3μm2，非均質(zhì)性強(qiáng)，因此設(shè)計(jì)段塞時(shí)分為弱凝膠封竄劑+強(qiáng)凝膠封竄劑的組合方式進(jìn)行注入，最大限度的對(duì)地層進(jìn)行封堵。
采用本實(shí)施例制備的弱凝膠封竄劑和強(qiáng)凝膠封竄劑，首先向冷家油田41-平2油井中注入一定量的重量百分比濃度為0.2％的聚丙烯酰胺(分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％)溶液，接著注入本實(shí)施例的弱凝膠封竄劑，再注入本實(shí)施例的強(qiáng)凝膠封竄劑。
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)冷家油田41-平2油井實(shí)施注入凝膠封竄劑后，結(jié)果如表2所示，注汽壓力上升明顯，施工前后相比升高了1.3MPa，油井的平均產(chǎn)量由施工前1.9t/d變?yōu)?.2t/d，產(chǎn)液量下降，降水效果明顯。
表2為油井注入凝膠封竄劑前后注汽壓力和產(chǎn)油產(chǎn)液量對(duì)比圖。采用實(shí)施例1-3提供的凝膠封竄劑，從2014年到2015年分別在冷家油田蒸汽吞吐井中應(yīng)用5井次，施工作業(yè)后，對(duì)應(yīng)油井注汽壓力壓力上升，降水增油效果明顯；階段累計(jì)增油1206.1t，累計(jì)降水15808m3，平均單井增油241.2t，平均單井降水3161.6m3，平均含水下降5％帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益。
表2
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供不同重量百分比濃度的聚丙烯酰胺(分子量為1600萬(wàn)，固含量為93.2％，水解度為21.3％)對(duì)制備的凝膠封竄劑的粘度的影響。
以重量百分比計(jì)，制備凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％
間苯二酚 0.015％
三聚甲醛 0.4％
苯酚 0.25％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0.04％
余量的水。
制備方法同實(shí)施例1-3。成膠溫度為70℃。結(jié)果如表3所示，表3為不同重量百分比濃度的聚丙烯酰胺制備的凝膠封竄劑的成膠粘度和時(shí)間對(duì)比圖。
表3
由表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：隨著聚丙烯酰胺重量百分比濃度的增加，成膠時(shí)間逐漸縮短，成膠粘度越來(lái)越高。原因在于，隨著聚丙烯酰胺濃度的增加，溶液中聚丙烯酰胺分子的數(shù)量也在增加，與交聯(lián)劑結(jié)合的節(jié)點(diǎn)增加，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的速度也就越快，數(shù)量也就越多，使得成膠時(shí)間減小，成膠粘度增加。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供不同重量百分比濃度的高溫穩(wěn)定劑對(duì)苯二酚對(duì)制備的凝膠封竄劑脫水量的影響。
以重量百分比計(jì)，制備凝膠封竄劑的原料包括：
聚丙烯酰胺 0.3％
間苯二酚 0.015％
三聚甲醛 0.4％
苯酚 0.25％
亞硫酸鈉 0.04％
對(duì)苯二胺 0％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％
余量的水。
制備方法同實(shí)施例1-3。成膠溫度為70℃，成膠后，放置于250℃的恒溫箱中，觀察不同時(shí)間下凝膠封竄劑的脫水情況，結(jié)果如表4所示，表4為不同重量百分比濃度的對(duì)苯二胺制備的凝膠封竄劑隨時(shí)間變化脫水量的影響。
表4
由表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：隨著高溫穩(wěn)定劑對(duì)苯二胺添加量的增加，并且隨著高溫時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠封竄劑的脫水量逐漸減少。原因在于：凝膠耐不耐溫主要看其形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，水分子被包裹在其立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，在高溫條件下，如果結(jié)構(gòu)被破壞，包裹在其內(nèi)部的水分子就釋放出來(lái)，膠體大量脫水，粘度下降，強(qiáng)度降低。本實(shí)施例提供的凝膠封竄劑具有耐溫性強(qiáng)和封堵性強(qiáng)的特點(diǎn)，耐溫可達(dá)250℃，且耐溫2個(gè)月不脫水，封堵率大于85％。
綜上所述，本發(fā)明提供的凝膠封竄劑具有耐溫性強(qiáng)和封堵性強(qiáng)的特點(diǎn)，耐溫可達(dá)250℃，且耐溫2個(gè)月不脫水，封堵率大于85％，能夠大大提高蒸汽的利用效率，提高蒸汽吞吐井產(chǎn)量，且現(xiàn)場(chǎng)配制過(guò)程簡(jiǎn)單、易于操作。