CN113528103A - 一种高角度水窜裂缝调剖组合物、高角度水窜裂缝调剖剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高角度水窜裂缝调剖组合物、高角度水窜裂缝调剖剂，属于调剖堵水技术领域。本发明的调剖组合物，包括以下重量份数的组分：聚丙烯酰胺类聚合物0.4～0.6份、交联剂0.3～0.5份、pH调节剂0.1～0.2份、固体颗粒增强剂1～2份。该调剖组合物中，聚丙烯酰胺类聚合物和交联剂在pH调节剂的作用下发生化学反应，生成具有稳定三维网络结构的聚合物冻胶，固体颗粒增强剂不仅能够增强三维网络结构强度，还能提高生成的聚合物冻胶的粘度，使得调剖过程中在高角度裂缝中不会发生指进现象，可有效充满高角度裂缝，实现对高角度裂缝整体的封堵，从而解决裂缝性致密油藏注入水沿裂缝水窜严重、高角度裂缝封堵困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高角度水窜裂缝调剖组合物、高角度水窜裂缝调剖剂，属于调剖堵水技术领域。
背景技术
致密低渗油藏受构造运动的影响，储层会挤压或拉伸，从而产生大量裂缝，当裂缝角度大于45°时，称为高角度裂缝。受裂缝角度影响，注入介质密度大于原油时，注入介质会沿裂缝底部指进，当注入介质密度小于原油时，注入介质会沿裂缝顶部指进。因此致密低渗裂缝性油藏在注水补充能量的过程中，往往会产生水窜严重的问题，注入水通过高角度裂缝在油水井间无效循环，水驱开发效果差。
调剖技术作为一项扩大注入水波及体积、改善水驱开发效果的重要技术措施，已经在国内外高含水油田得到成功应用，它是通过向地层中的高渗透层注入化学药剂，药剂凝固或膨胀后，降低油层的渗透率，迫使注入水增加对低含水部位的驱油作用的工艺措施。目前国内外各种调剖体系用的较多的化学药剂是聚合物凝胶体系。如现有技术中，中国专利文献CN102559159A公开了一种耐高温酚醛树脂弱凝胶调剖堵水剂，其是由部分水解聚丙烯酰胺通过其酰胺基与交联剂发生反应形成的调剖堵水剂，其中以质量百分比计，该调剖堵水剂包括乙烯按原料组成：部分水解聚丙烯酰胺0.25％～1.2％，交联剂0.2％～1％，添加剂0.01～1％，余量为水；其中交联剂为酚醛树脂，添加剂为无机铵盐。这种弱凝胶调剖堵水剂能够实现油层的深部调剖，但对于高角度裂缝发育的油藏，调剖堵水剂容易沿着裂缝底部指进，裂缝上部无法充满，导致高角度裂缝封堵效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高角度水窜裂缝调剖组合物，能够解决现有调剖剂对高角度水窜裂缝封堵效果差的问题。
本发明还提供了一种高角度水窜裂缝调剖剂，能够解决现有调剖剂对高角度水窜裂缝封堵效果差的问题。
为了实现以上目的，本发明的高角度水窜裂缝调剖组合物所采用的技术方案是：
一种高角度水窜裂缝调剖组合物，包括以下重量份数的组分：聚丙烯酰胺类聚合物0.4～0.6份、交联剂0.3～0.5份、pH调节剂0.1～0.2份、固体颗粒增强剂1～2份。
本发明的高角度水窜裂缝调剖组合物，适用于60～70℃的地层，在地层温度下聚丙烯酰胺类聚合物和交联剂在pH调节剂的作用下发生化学反应，生成具有稳定三维网络结构的聚合物冻胶，固体颗粒增强剂不仅能够增强三维网络结构强度，还能提高生成的聚合物冻胶的粘度，使得调剖过程中在高角度裂缝中不会发生指进现象，可有效充满高角度裂缝，实现对高角度裂缝整体的封堵，从而解决裂缝性致密油藏注入水沿裂缝水窜严重、高角度裂缝封堵困难的问题。采用本发明的高角度水窜裂缝调剖组合物制成的调剖剂具有成胶时间可调、封堵强度高、长期稳定性好的优点。
为了降低成本，优选的，所述聚丙烯酰胺类聚合物为分子含有如下重复单元的聚合物：
例如聚丙烯酰胺类聚合物可以为聚丙烯酰胺、疏水缔合的聚丙烯酰胺，此处的聚丙烯酰胺指非离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺中的一种或任意组合。为了在保证在较短时间内能够形成满足粘度要求的冻胶的同时，不至于成本增加太高，优选的，所述聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺。所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为1500万～1800万。所述阴离子型聚丙烯酰胺的水解度为10～20％。以阴离子型聚丙烯酰胺可以满足温度为70℃、矿化度为8～10万毫克每升的地层的封堵需要。进一步优选的，所述阴离子型聚丙烯酰胺的水解度为10～12％。
当然为了提高聚丙烯酰胺类聚合物的耐温抗盐能力，可以采用一些功能性基团替换上述重复单元中与氮原子连接的氢原子。所述功能性基团可以为甲基(-CH3)或乙基(-C2H5)等功能性基团，具有增加聚合物在高温盐水中的稳定性或抑制聚合物在高温盐水中水解的性能。
优选的，所述固体颗粒增强剂为纳微米级别固体颗粒，中值粒径D50为30nm～100μm。优选的，所述固体颗粒增强剂为膨润土和/或微硅粉。膨润土、微硅粉表面具有羟基基团，能够与聚合物未成键的酰胺基之间形成氢键，从而进一步增强形成的聚合物冻胶的强度。通常纳微米颗粒增强剂中值粒径越细越好，但粒径越小成本越高。为控制成本，优选的，所述固体颗粒增强剂的中值粒径D50为10～100μm，例如可为10～50μm。优选的，所述膨润土为钠基膨润土和/或钙基膨润土。
为了优化成胶时间和成胶强度，优选的，所述pH调节剂为胺类pH调节剂，如pH调节剂可以为多胺化合物。进一步优选的，所述胺类pH调节剂为四甲基乙二胺和/或聚氧化丙烯三胺。pH调节剂的作用是促进部分水解聚丙烯酰胺和交联剂的交联反应的进行，可以大大缩短成胶时间。通过在给定范围内调整pH调节剂的用量可以实现对成胶时间的调整。
常规技术中作为聚丙烯酰胺的交联剂均可作本发明的调剖组合物中的交联剂。优选的，所述交联剂为水溶性酚醛树脂交联剂。聚丙烯酰胺的酰胺基团可与酚醛树脂中的羟甲基脱去一分子水形成-CH2-NH-CO-基团，实现交联。酚醛树脂中羟甲基官能团的数量是影响交联时间的因素，羟甲基数量越多，反映在表观上酚醛树脂粘度越大。进一步优选的，所述水溶性酚醛树脂的粘度为3～10mPa·s。
受适用高角度裂缝的地层较高温度的影响，聚合物冻胶在封堵较长时间后容易失效。为了延长的高角度裂缝封堵的有效期，优选的，上述的高角度水窜裂缝调剖组合物，还包括高温稳定剂。所述高温稳定剂优选为纳米二氧化硅和/或纳米氧化锆。以纳米二氧化硅和/或纳米氧化锆作为高温稳定剂能够提高调剖剂的耐温耐盐性，从而显著延长的调剖剂对高角度裂缝封堵的有效期。优选的，所述高温稳定剂与阴离子型聚丙烯酰胺的质量比为0.2～0.3:0.4～0.6。所述高温稳定剂的中值粒径D50优选为10～30nm。
本发明的高角度水窜裂缝调剖剂采用的技术方案为：
一种高角度水窜裂缝调剖剂，由水和上述的高角度水窜裂缝调剖组合物组成。
本发明的高角度水窜裂缝调剖剂，相较于现有技术添加了固体颗粒增强剂，既能增大形成聚合物冻胶的强度，满足长期封堵高角度裂缝的强度要求；还可以调节体系粘度，防止调剖剂在高角度裂缝底部指进，从而提高裂缝充满度，保证高角度裂缝的有效封堵。
本发明的高角度水窜裂缝调剖剂可以采用包括如下方法进行制备：取水和高角度水窜裂缝调剖组合物的各组分，将聚丙烯酰胺类聚合物溶解在水中制成聚丙烯酰胺溶液，然后将高角度裂缝调剖剂的剩余组分与聚丙烯酰胺溶液混匀，即得。
本发明的高角度水窜裂缝调剖剂使用时，在施工现场制备后注入地层进行的调剖。
优选的，水与所述高角度水窜裂缝调剖组合物的质量比96.4～98:2～3.6。控制水和调剖组合物的质量比在上述范围，可以得到成胶前粘度为170mPa·s～300mPa·s的调剖剂，既满足注入要求，也满足充满裂缝的封堵要求。
具体实施方式
以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。
高角度水窜裂缝调剖组合物的实施例
高角度水窜裂缝调剖组合物的实施例中采用的水溶性酚醛树脂为购自山东达维石油技术有限公司的市售产品，粘度为5.5mPa·s，固含量为30％；采用的阴离子型聚丙烯酰胺为山东宝莫生物化工股份有限公司的市售产品。
实施例1
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量分数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.4份，交联剂0.3份，pH调节剂0.1份，高温稳定剂0.2份，固体颗粒增强剂1份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1500万，水解度为20％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为四甲基乙二胺；采用的高温稳定剂为纳米二氧化硅，中值粒径D50为10nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土，中值粒径D50为10μm。
实施例2
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.45份，交联剂0.35份，pH调节剂0.15份，高温稳定剂0.25份，固体颗粒增强剂1.5份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1600万，水解度为15％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为聚氧化丙烯三胺；采用的高温稳定剂为纳米二氧化硅，中值粒径D50为15nm；采用的固体颗粒增强剂为钙基膨润土，中值粒径D50为20μm。
实施例3
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量分数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.5份，交联剂0.4份，pH调节剂0.2份，高温稳定剂0.3份，固体颗粒增强剂2份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1700万，水解度为12％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为四甲基乙二胺；采用的高温稳定剂为纳米氧化锆，中值粒径D50为20nm；采用的固体颗粒增强剂为微硅粉，中值粒径D50为50μm。
实施例4
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.55份，交联剂0.45份，pH调节剂0.15份，高温稳定剂0.25份，固体颗粒增强剂1.5份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1800万，水解度为10％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为聚氧化丙烯三胺；采用的高温稳定剂为纳米氧化锆，中值粒径D50为30nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土，中值粒径D50为100μm。
实施例5
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.6份，交联剂0.5份，pH调节剂0.2份，高温稳定剂0.3份，固体颗粒增强剂2份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1600万，水解度为15％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为四甲基乙二胺；采用的高温稳定剂为纳米二氧化硅，中值粒径D50为20nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土和钙基膨润土，钠基膨润土和钙基膨润土的质量比为1:1；钠基膨润土的中值粒径D50为50μm，钙基膨润土的中值粒径D50为50μm。
实施例6
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.5份，交联剂0.45份，pH调节剂0.15份，高温稳定剂0.2份，固体颗粒增强剂1.5份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1600万，水解度为15％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为四甲基乙二胺；采用的高温稳定剂为纳米氧化锆，中值粒径D50为20nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土和微硅粉，钠基膨润土和微硅粉的质量比为1:0.5，钠基膨润土的中值粒径D50为50μm，微硅粉的中值粒径D50为50μm。
实施例7
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.4份，交联剂0.4份，pH调节剂0.2份，高温稳定剂0.3份，固体颗粒增强剂1份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1600万，水解度为15％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为聚氧化丙烯三胺；采用的高温稳定剂为纳米氧化锆，中值粒径D50为20nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土和硅微粉，钠基膨润土和微硅粉的质量比为1:1，钠基膨润土的中值粒径D50为50μm，微硅粉的中值粒径D50为50μm。
实施例8
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量份数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.5份，交联剂0.3份，pH调节剂0.15份，高温稳定剂0.25份，固体颗粒增强剂2份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1600万，水解度为15％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为聚氧化丙烯三胺；采用的高温稳定剂为纳米氧化锆，中值粒径D50为20nm；采用的固体颗粒增强剂为钠基膨润土、钙基膨润土和微硅粉，钠基膨润土、钙基膨润土和微硅粉的质量比为1:0.5:0.5，钠基膨润土的中值粒径D50为50μm，钙基膨润土的中值粒径D50为50μm，微硅粉的中值粒径D50为50μm。
实施例9
本实施例的高角度水窜裂缝调剖组合物，由以下重量分数的组分组成：聚丙烯酰胺类聚合物0.5份，交联剂0.4份，pH调节剂0.2份，固体颗粒增强剂2份；
采用的聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为1700万，水解度为12％；采用的交联剂为水溶性酚醛树脂；采用的pH调节剂为四甲基乙二胺；采用的固体颗粒增强剂为微硅粉，中值粒径D50为50μm。
高角度水窜裂缝调剖剂的实施例
实施例10
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例1的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为2:98。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取水和高角度水窜裂缝调剖组合物的各组分，将水加入容器中，然后在搅拌条件下缓慢加入部分水解聚丙烯酰胺，再搅拌1h，使其充分溶解，得到部分水解聚丙烯酰胺溶液；
2)然后在部分水解聚丙烯酰胺溶液中依次加入交联剂、pH调节剂、高温稳定剂和固体颗粒增强剂，搅拌均匀，即可得到本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂。
实施例11
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例2的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为2.7:97.3。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例12
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例3的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为3.4:96.6。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例13
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例4的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为2.9:97.1。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例14
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例5的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为3.6:96.4。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例15
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例6的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为2.8:97.2。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例16
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例7的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为2.3:97.7。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例17
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例8的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为3.2:96.8。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实施例18
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂，由实施例9的高角度水窜裂缝调剖组合物和水组成，高角度水窜裂缝调剖组合物和水的质量比为3.1:96.9。
本实施例的高角度水窜裂缝调剖剂的制备方法同实施例10。
实验例
分别对实施例10～18的高角度水窜裂缝调剖剂进行以下性能测试：
1)粘度测试：
采用流变仪对实施例10～18的高角度水窜裂缝调剖剂通进行粘度测试，测试结果见表1。
2)强度测试：
分别取实施例10～18的高角度水窜裂缝调剖剂100g放置于样品瓶中密封，然后放置于70℃恒温烘箱中老化72h，形成聚合物冻胶堵剂，利用流变仪对形成的聚合物冻胶堵剂进行弹性模型测试，测试结果见表1。
3)封堵性能测试：
采用平流泵分别将实施例10～18的高角度水窜裂缝调剖剂注入垂直放置的裂缝模型中，待裂缝模型出口端流出调剖剂时，停止注入，将裂缝模型两端密封后放置于70℃恒温烘箱中老化72h。然后继续水驱至压力稳定，测试其突破压力，测试结果见表1。
4)稳定性测试：
采用平流泵分别将实施例10～18的高角度水窜裂缝调剖剂注入垂直放置的裂缝模型中，待裂缝模型出口端流出调剖剂，停止注入，将裂缝模型两端密封后放置于70℃恒温烘箱中老化180d。然后继续水驱至压力稳定，测试其突破压力，测试结果见表1。
表1高角度水窜裂缝调剖剂性能测试结果
由表1可知，本发明的高角度水窜裂缝调剖剂成胶前粘度为172-298mPa·s，即满足注入要求，也满足充满裂缝的封堵要求。高角度水窜裂缝调剖剂强度为14.2-20Pa，为强冻胶。尤其是采用高温稳定剂后，封堵裂缝后突破压力梯度大于5MPa/m，满足裂缝封堵的强度要求。恒温180天后突破压力梯度仍大于4.5MPa，强度保留率在88％以上，高角度水窜裂缝调剖剂稳定性能好。
Claims (10)
1.一种高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：包括以下重量份数的组分：聚丙烯酰胺类聚合物0.4～0.6份、交联剂0.3～0.5份、pH调节剂0.1～0.2份、固体颗粒增强剂1～2份。
2.根据权利要求1所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述聚丙烯酰胺类聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺；所述阴离子型聚丙烯酰胺的分子量为1500万～1800万，水解度为10～20％。
3.根据权利要求1或2所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述固体颗粒增强剂为膨润土和/或微硅粉。
4.根据权利要求1所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述pH调节剂为胺类pH调节剂。
5.根据权利要求4所述高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述胺类pH调节剂为四甲基乙二胺和/或聚氧化丙烯三胺。
6.根据权利要求1或2所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述交联剂为水溶性酚醛树脂交联剂。
7.根据权利要求1或2所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：还包括高温稳定剂；所述高温稳定剂为纳米二氧化硅和/或纳米氧化锆。
8.根据权利要求7所述的高角度水窜裂缝调剖组合物，其特征在于：所述高温稳定剂与阴离子型聚丙烯酰胺的质量比为0.2～0.3:0.4～0.6。
9.一种高角度水窜裂缝调剖剂，其特征在于：由水和如权利要求1所述的高角度水窜裂缝调剖组合物组成。
10.根据权利要求9所述的高角度水窜裂缝调剖剂，其特征在于：水与所述高角度水窜裂缝调剖组合物的质量比96.4～98:2～3.6。
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