凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法

凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法。所述凍膠-纖維復合堵劑按重量百分比原料組分進行配制：聚丙烯酰胺0.10～0.40%、重鉻酸鉀0.05～0.40%、亞硫酸鈉0.10～0.30%、纖維0.05～0.20%，余量為水。本發明還提供了凍膠-纖維復合堵劑的制備方法。本發明的凍膠-纖維復合堵劑適用的地層環境為地層溫度30℃～90℃、Na+≤50000mg/L、Ca2+≤400mg/L、pH為5～9時；在上述地層環境中，凍膠-纖維復合堵劑體系的強度較高，對巖心的封堵率＞99%，后續水驅突破壓力梯度＞27MPa/m，適應于封堵存在大孔道和裂縫的地層。
【專利說明】凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法，具體地說涉及一種含有聚丙 烯酰胺、纖維的凍膠-纖維復合堵劑及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 碳酸鹽巖油田經過一定時間的開采后，油井含水不斷上升，有些井在短期內就出 現暴性水淹。油田大面積出水導致油田開發的整體效果變差，造成極大的經濟損失，因此需 要開展穩油控水措施以降低采出液的含水率。
[0003] 在碳酸鹽巖油田開發中后期，含水上升較快，水通常沿高滲透大孔道、微裂縫舌 進，而且這些高滲透裂縫孔道在垂直剖面上不能明顯劃分層段，因此不能采取簡單的機械 卡隔，因此化學堵水技術成為碳酸鹽油藏穩油控水的重要措施。
[0004] 由于碳酸鹽巖油藏的特殊性使得油井的出水規律不同于砂巖油藏，傳統單一的凍 膠體系不能適用于碳酸鹽巖大孔道裂縫高含水油藏。
[0005] CN102424748公布了一種油水井纖維調堵劑的使用方法，該油水井纖維調堵劑由 纖維、聚合物稠化劑、交聯劑和水組成，其使用方法是先用注入水分散，然后加入聚合物稠 化劑、交聯劑。該專利中未規定堵劑成分的范疇及具體成分，使用的纖維的長度為2?6mm。 由于上述專利中加入的纖維長度為2?6_，雖然能夠增加調剖體系的強度和對巖石表面 的附著力，但是其纖維尺寸過大，形成的調剖體系強度有限，不太適用于碳酸鹽巖大孔道裂 縫型高含水地層。


【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種凍膠-纖維復合堵 劑及其制備方法，其具有高強度、對巖石表面的附著力強、封堵效果好、價格低廉、普適性強 的特點，對存在大孔道及裂縫型油藏封堵優勢明顯，符合油田現場的需要。
[0007] 本發明提供了一種凍膠-纖維復合堵劑，按重量百分比該復合堵劑由以下組分組 成：
[0008] 聚丙烯酰胺 0.10?0.40% 重鉻酸鉀 0.05?0.40% 亞硫酸鈉 0.10?0.30% 纖維 0.05?0.20%
[0009] 其余為水。
[0010] 所述凍膠-纖維復合堵劑對巖心的封堵率大于99%。
[0011] 所述凍膠-纖維復合堵劑的后續水驅突破壓力梯度大于27MPa/m。
[0012] 所述聚丙烯酰胺為粘均分子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子 型聚丙烯酰胺。
[0013] 所述纖維為直徑為0· 15?0· 25mm的聚酯纖維。
[0014] 所述水礦化度的范圍為0?500mg / L。
[0015] 所述凍膠-纖維復合堵劑適用的地層環境為溫度范圍為30°C?90°C、 Na+ 彡 50000mg/L、Ca2+ 彡 400mg/L、pH 為 5 ?9。
[0016] 本發明還提供一種上述凍膠-纖維復合堵劑的制備方法，包括：
[0017] a)按上述重量百分比將聚丙烯酰胺溶解于水中并進行充分攪拌形成質量體積濃 度范圍為4000?6000mg / L的溶液；
[0018] b)將上述溶液在常溫下熟化3?6h ;
[0019] c)將步驟b)得到的溶液加水稀釋并進行充分攪拌；
[0020] d)按上述重量百分比依次向步驟c)得到的溶液中加入重鉻酸鉀、亞硫酸鈉、纖 維，并進行充分攪拌，得到所述凍膠-纖維復合堵劑。
[0021] 所述步驟c)中所述的攪拌條件為在溫度為20°C?60°C的條件下攪拌0. 5?lh。
[0022] 所述步驟d)中所述的攪拌條件為在溫度為20°C?30°C的條件下攪拌0. 5?lh。
[0023] 本發明的有益效果為：
[0024] 本發明的凍膠-纖維復合堵劑中的纖維可對凍膠顆粒起到很好的穩定作用，能夠 有效減小地層滲透率，增強凍膠等堵劑的封堵穩定性，對存在大孔道和裂縫型油藏封堵優 勢明顯，滿足油田現場的需要。其中，凍膠-纖維復合堵劑所適用的地層環境為：地層溫 度30°C?90°C、Na+彡50000mg/L、Ca 2+彡400mg/L，pH為5?9時；在上述地層環境中，凍 膠-纖維復合堵劑的強度較高，對巖心的封堵率> 99%，封堵效果好，后續水驅突破壓力梯 度 > 27MPa/m。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是現有技術真空突破壓力法測量裝置示意圖。
[0026] 圖2是實施例5中不同溫度條件下凍膠-纖維復合堵劑的交聯成膠強度曲線圖。
[0027] 圖3是實施例6與對照例中所使用的現有驅替實驗裝置流程示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 為了更好地理解本發明，以下結合實施例進一步闡述本發明的內容，但本發明的 內容不僅僅局限于下面的實施例。
[0029] 本發明的凍膠-纖維復合堵劑按重量百分比原料組成如下：聚丙烯酰胺0. 10? 0. 4%，重鉻酸鉀0. 05?0. 40%，亞硫酸鈉0. 10?0. 30%，纖維0. 05?0. 20%，其余為水。
[0030] 其中，聚丙烯酰胺為粘均分子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽尚子 型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為〇. 15?0. 25mm的聚酯纖維。
[0031] 在本發明中，將短纖維與聚合物凍膠復配使用，聚合物物凍膠溶液可以使纖維在 其中均勻分散，并將之攜帶進入地層；纖維在地層中形成網狀結構可對生成的聚合物凍膠 其穩定作用，增強其有效封堵性能。纖維注入地層后可在砂體中成三維亂向分布，微米級的 細纖維貫穿于裂縫之間，在孔隙和裂縫內形成三維網狀結構。"軟纖維"是一種帶支鏈的長 鏈陽離子聚合物，在水溶液中靠支鏈帶有的陽離子基團的電性作用而展開。當進入儲層后， 因地層巖石砂粒表面帶負電，這就使得帶正電的軟纖維支鏈可以吸附在砂粒上，從而在砂 粒之間形成"橋接式"網狀結構。當纖維形成的網狀結構與聚合物凍膠復配使用時，纖維可 對凍膠顆粒等起到很好的穩定作用，從而有效減小地層滲透率，增強凍膠等堵劑的封堵穩 定性。
[0032] 上述凍膠-纖維復合堵劑的制備方法，包括：
[0033] a)按上述質量份將聚丙烯酰胺溶解于水中并進行充分攪拌形成質量體積濃度范 圍為4000?6000mg / L的溶液；
[0034] b)將上述溶液在常溫下熟化3?6h ;
[0035] c)將步驟b)得到的溶液加水稀釋并進行充分攪拌；
[0036] d)按上述質量份依次向步驟c)得到的溶液中加入重鉻酸鉀、亞硫酸鈉、纖維，并 進行充分攪拌，得到所述凍膠-纖維復合堵劑。
[0037] 實施例1
[0038] 凍膠-纖維復合堵劑Pi的制備
[0039] 原料組成：凍膠-纖維復合堵劑Pi按重量百分比原料組分如下：聚丙烯酰胺 0. 18%，重鉻酸鉀0. 10%，亞硫酸鈉0. 20%，纖維0. 08%，其余為水。其中，聚丙烯酰胺為粘均分 子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為0. 15? 0. 25mm的聚酯纖維。
[0040] 制備方法：
[0041] 1)將1. 8g上述聚丙烯酰胺加到360ml水中攪拌均勻，配置成質量濃度為5000mg/ L的聚丙烯酰胺溶液，在常溫下熟化4?6h，配置成溶液&;
[0042] 2)在溶液Ai加640ml的水，將溶液Ai稀釋1. 56倍，并將稀釋1. 56倍后的溶液Ai 在常壓，20?50°C溫度條件下，攪拌0. 5h，配置成溶液A2 ;
[0043] 3)在上述溶液A2中依次加入lg的重鉻酸鉀、2g的亞硫酸鈉、0. 8g的纖維，在常壓， 20?30°C溫度條件下，轉速為300轉/分鐘的磁力攪拌器的攪拌下充分攪拌0. 5h，即得凍 膠-纖維復合堵劑Pi。
[0044] 上述凍膠-纖維復合堵劑Pi的性能測試結果為：
[0045] 常壓，溫度為50°C的條件下，巖心滲透率為4. 86 μ m2,若凍膠-纖維復合堵劑Pi注 入量為〇· 4PV時，巖心突破壓力梯度為27. 46MPa/m，巖心封堵率為99. 50%。
[0046] 巖心滲透率的數值采用水相滲透率測定方法，測試后依據達西定律計算得到的。
[0047] 封堵率定義為堵劑封堵前后水相滲透率的差值與該巖心原始水相滲透率的比值， 是衡量堵劑改變巖心原始滲透率能力的參數指標。封堵率反映了巖心封堵后水相滲透率的 降低程度，與殘余阻力系數一樣，都反應了堵劑的封堵能力。
[0048] 試驗中采用單管模型來進行測試。
[0049] 具體的試驗過程如下所述：
[0050] 首先將巖心抽真空飽和水，然后在0. 8mL/min的泵排量下向巖心中注入模擬地 層水，帶壓力穩定后記錄壓力，根據達西公式計算巖心的堵前滲透率。正向向巖心中注入 0. 2?0. 5PV的堵劑體系，將注入調驅劑的巖心放入一定溫度的水浴中，體系成膠后，在相 同溫度下，以〇. 8mL/min的泵排量反向測量巖心的堵后滲透率，由公式1計算封堵率；
[0051] E=(Kb-Ka) / KbX100%-公式（1)
[0052] 其中，公式1中E用于表示封堵率；Kb用于表示封堵前滲透率（μ m2) ;Ka用于表示 封堵后滲透率（μ m2)。
[0053] 實施例2
[0054] 凍膠-纖維復合堵劑P2的制備
[0055] 原料組成：凍膠-纖維復合堵劑P2按重量百分比原料組分如下：聚丙烯酰胺 0. 20%，重鉻酸鉀0. 15%，亞硫酸鈉0. 25%，纖維0. 10%，其余為水。其中，聚丙烯酰胺為粘均分 子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為0. 15? 0. 25mm的聚酯纖維。
[0056] 制備方法：
[0057] 1)將2g上述聚丙烯酰胺加到400ml水中攪拌均勻，配置成質量濃度為5000mg/L 的聚丙烯酰胺溶液，在常溫下熟化4?6h，配置成溶液氏；
[0058] 2)在溶液&加600ml的水，將溶液&稀釋2. 5倍，并將稀釋2. 5倍后的溶液&在 常壓，20?50°C溫度條件下，攪拌0. 5h，配置成溶液B2 ;
[0059] 3)在上述溶液B2中依次加入1. 5g的重鉻酸鉀、2. 5g的亞硫酸鈉、lg的纖維，在常 壓，20?30°C溫度條件下，轉速為300轉/分鐘的磁力攪拌器的攪拌下充分攪拌0. 5h，即得 凍膠-纖維復合堵劑P2。
[0060] 上述凍膠-纖維復合堵劑P2的性能測試結果為(測試方法同實施例1所述）：
[0061] 常壓，溫度為60°C的條件下，巖心滲透率為1. 48 μ m2,若凍膠-纖維復合堵劑P2注 入量為〇· 4PV時，巖心突破壓力梯度為29. 45MPa/m，巖心封堵率為99. 58%。
[0062] 實施例3
[0063] 凍膠-纖維復合堵劑P3的制備
[0064] 原料組成：凍膠-纖維復合堵劑P3按重量百分比原料組分如下：聚丙烯酰胺 0. 17%，重鉻酸鉀0. 12%，亞硫酸鈉0. 21%，纖維0. 12%，其余為水。其中，聚丙烯酰胺為粘均分 子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為0. 15? 0. 25mm的聚酯纖維。
[0065] 制備方法：
[0066] 1)將1. 7g上述聚丙烯酰胺加到340ml水中攪拌均勻，配置成質量濃度為5000mg/ L的聚丙烯酰胺溶液，在常溫下熟化4?6h，配置成溶液Q ;
[0067] 2)在溶液Q加660ml的水，將溶液Q稀釋2. 94倍，并將稀釋2. 94倍后的溶液Q 在常壓，20?50°C溫度條件下，攪拌0. 5h，配置成溶液C2 ;
[0068] 3)在上述溶液C2中依次加入1. 2g的重鉻酸鉀、2. lg的亞硫酸鈉、1. 2g的纖維，在 常壓，20?30°C溫度條件下，轉速為300轉/分鐘的磁力攪拌器的攪拌下充分攪拌0. 5h，即 得凍膠-纖維復合堵劑P3。
[0069] 上述凍膠-纖維復合堵劑P3的性能測試結果為(測試方法同實施例1所述）：
[0070] 常壓，溫度為50°C的條件下，巖心滲透率為0. 94 μ m2,若凍膠-纖維復合堵劑P3注 入量為〇· 4PV時，巖心突破壓力梯度為31. 78MPa/m，巖心封堵率為99. 76%。
[0071] 實施例4
[0072] 凍膠-纖維復合堵劑P4的制備
[0073] 原料組成：凍膠-纖維復合堵劑P4按重量百分比原料組分如下：聚丙烯酰胺 0. 13%，重鉻酸鉀0. 08%，亞硫酸鈉0. 16%，纖維0. 08%，其余為水。其中，聚丙烯酰胺為粘均分 子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為0. 15? 0. 25mm的聚酯纖維。
[0074] 制備方法：
[0075] 1)將1. 3g上述聚丙烯酰胺加到260ml水中攪拌均勻，配置成質量濃度為5000mg/ L的聚丙烯酰胺溶液，在常溫下熟化4?6h，配置成溶液Di ;
[0076] 2)在溶液Di加740ml的水，將溶液Di稀釋3. 85倍，并將稀釋3. 85倍后的溶液Di 在常壓，20?50°C溫度條件下，攪拌0. 5h，配置成溶液D2 ;
[0077] 3)在上述溶液D2中依次加入0. 8g的重鉻酸鉀、1. 6g的亞硫酸鈉、0. 8g的纖維，在 常壓，20?30°C溫度條件下，轉速為300轉/分鐘的磁力攪拌器的攪拌下充分攪拌0. 5h，即 得凍膠-纖維復合堵劑P4。
[0078] 上述凍膠-纖維復合堵劑P4的性能測試結果為(測試方法同實施例1所述）：
[0079] 常壓，溫度為45°C的條件下，巖心滲透率為1. 04 μ m2,若凍膠-纖維復合堵劑P4注 入量為〇· 4PV時，巖心突破壓力梯度為30. 58MPa/m，巖心封堵率為99. 66%。
[0080] 實施例5
[0081] 凍膠-纖維復合堵劑P5的交聯成膠強度測試試驗
[0082] 測試樣品：凍膠-纖維復合堵劑P5溶液。
[0083] 原料組成：凍膠-纖維復合堵劑P5按重量百分比原料組分如下：聚丙烯酰胺 0. 17%，重鉻酸鉀0. 09%，亞硫酸鈉0. 18%，纖維0. 08%，其余為水。其中，聚丙烯酰胺為粘均分 子量為1000?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺；纖維為直徑為0. 15? 0. 25mm的聚酯纖維。
[0084] 制備方法：
[0085] 1)將1. 7g上述聚丙烯酰胺加到340ml水中攪拌均勻，配置成質量濃度為5000mg/ L的聚丙烯酰胺溶液，在常溫下熟化4?6h，配置成溶液Ei;
[0086] 2)在溶液Ei加660ml的水，將溶液Ei稀釋2. 94倍，并將稀釋2. 94倍后的溶液Ei 在常壓，20?50°C溫度條件下，攪拌0. 5h，配置成溶液E2 ;
[0087] 3)在上述溶液E2中依次加入0. 9g的重鉻酸鉀、1. 8g的亞硫酸鈉、0. 8g的纖維，在 常壓，20?30°C溫度條件下，轉速為300轉/分鐘的磁力攪拌器的攪拌下充分攪拌0. 5h，即 得凍膠-纖維復合堵劑P5。
[0088] 試驗方法：
[0089] 將上述攪拌均勻的凍膠-纖維復合堵劑P5溶液分別倒入多個100ml的容量瓶中 并進行密封，將上述密封的容量瓶分別置于不同溫度條件下恒溫水浴，然后用如圖1所示 的真空突破壓力法實驗裝置測試在不同溫度條件下該凍膠-纖維復合堵劑P 5的成膠強度； 其中，圖1中，1表不比色管，2表不U型管，3表不橡皮管，4表不壓力表，5表不抽濾瓶，6表 示真空泵。
[0090] 試驗中具體測試了 7個溫度梯度的成膠強度，分別測試了 30°C、40°C、5(TC、6(rC、 70°C、8(TC、9(rC的成膠強度數據，每個溫度下的成膠強度測試采用了 3個樣品，每個樣品 分別測試3次，取其平均值，以溫度/ °C為橫坐標，突破真空壓力/ MPa為縱坐標，獲得如圖 2所示的從30°C _90°C的不同溫度條件下的凍膠-纖維復合堵劑P5溶液的交聯成膠強度的 曲線圖。
[0091] 表1分別列出了凍膠-纖維復合堵劑P5溶液在溫度為30°c、40°c、50°c、6(rc、 70°C、80°C、90°C下的突破真空強度（MPa)以及相應的粘度（mPa · s)。
[0092] 表1實施例5中凍膠-纖維復合堵劑P5的交聯成膠性能
[0093]

【權利要求】
1. 一種凍膠-纖維復合堵劑，按重量百分比該復合堵劑由以下組分組成： 聚丙烯酰胺 0.10?0.40% 重鉻酸鉀 0.05?0.40% 亞硫酸鈉 0.10?0.30% 纖維 0.05?0.20% 其余為水。
2. 根據權利要求1所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述凍膠-纖維復合堵劑 對巖心的封堵率大于99%。
3. 根據權利要求1所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述凍膠-纖維復合堵劑 的后續水驅突破壓力梯度大于27MPa/m。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述聚丙烯酰 胺為粘均分子量為1〇〇〇?1900萬，水解度為25%?30%的陽離子型聚丙烯酰胺。
5. 根據權利要求1-3中任一項所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述纖維為直 徑范圍為〇· 15?0· 25mm的聚酯纖維。
6. 根據權利要求1-3中任一項所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述水的礦化 度的范圍為0?500mg / L。
7. 根據權利要求1所述的凍膠-纖維復合堵劑，其特征在于，所述凍膠-纖維復合堵劑 適用的地層環境為溫度范圍為30°C?90°C、Na+彡50000mg/L、Ca 2+彡400mg/L、pH為5? 9〇
8. -種根據權利要求1-7中任一項所述的凍膠-纖維復合堵劑的制備方法，包括： a) 按上述重量百分比將聚丙烯酰胺溶解于水中并進行充分攪拌形成質量體積濃度范 圍為4000?6000mg / L的溶液； b) 將上述溶液在常溫下熟化3?6h ; c) 將步驟b)得到的溶液加水稀釋并進行充分攪拌； d) 按上述重量百分比依次向步驟c)得到的溶液中加入重鉻酸鉀、亞硫酸鈉、纖維，并 進行充分攪拌，得到所述凍膠-纖維復合堵劑。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中所述的攪拌條件為在溫度 為20°C?60°C的條件下攪拌0. 5?lh。
10. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟d)中所述的攪拌為在20? 30°C攪拌 0· 5 ?lh。
【文檔編號】C09K8/44GK104119849SQ201310143794
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2013年4月23日
【發明者】吳川, 張祖國, 蘇建政, 張汝生, 龍秋蓮, 趙修太, 王增寶 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院