CN111995995A - 一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂及制备方法，按质量百分比计包括：79～94.9％偶联剂改性基体颗粒、5～20％覆膜树脂、0.1～1％润滑剂；制备方法如下：步骤1：制备偶联剂改性基体颗粒；步骤2：将覆膜树脂研磨成粉末并与步骤1得到的偶联剂改性基体颗粒分别预热；步骤3：将润滑剂、步骤2中的覆膜树脂、偶联剂改性基体颗粒混合均匀，在120～180℃条件下加热；加热过程中每隔t时间将混合物取出，搅拌均匀后继续加热，0.5～1h后即可得到所需改善剂；本发明改善剂使用方便、作用机理巧妙，不需要其他任何配套用剂，仅利用地层高温与产出水冲刷作用即可提升体膨颗粒的非均质裂缝封堵效果。

Description

一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂及制备方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂及制备方法。

背景技术

裂缝油藏的储量占全世界已探明石油储量的50％以上，是全球能源供给的重要源泉。然而，裂缝油藏通常具有较强的非均质性，宽裂缝作为其油水流动的主力通道，容易对窄裂缝以及基质内的油水流动产生屏蔽作用。造成油藏注水波及体积小，水窜明显，原油采收率低。因此，利用化学堵剂提高宽裂缝内的流动阻力，进而增强窄裂缝与基质的动用程度，已成为裂缝油藏控水增油、提质增效的有力措施。

例如，李仁杰在《双重交联凝胶型堵剂的配方优选与选择性堵水机理研究》中报道了一种以超支化聚丙烯酰胺和有机铬作为地面一次交联体系，阳离子聚丙烯酰胺和酚醛树脂作为地下二次交联凝胶体系的多重交联凝胶进行非均质裂缝堵水。专利文件CN110628399公开了一种由第一反应型高聚物、聚合单体、交联剂、引发剂、非可溶性固体颗粒和聚合物溶液组成的裂缝封堵剂。这些裂缝封堵剂具有各自的封堵优势，但均需在地下形成最终胶体，这将带来成胶环境、成胶性能不可控，胶体耐盐抗盐能力有限等问题，并会增大裂缝封堵失败的风险。而地面成胶的体膨颗粒能在最佳成胶环境下使用最佳体系配方制得，其强度、粒径、膨胀倍数等均可人为调控。同时，体膨颗粒以三维网状结构进入地层，相比以线型结构进入地层的地下成胶体系，其抗温抗盐能力显著提升。因此近年来，体膨颗粒在裂缝控水中广泛应用

体膨颗粒进入出水宽裂缝后，在油藏条件下吸水膨胀、充填裂缝，可有效减小宽裂缝内的流动空间，增大其流动阻力。然而，由于体膨颗粒与裂缝壁面作用力较弱，且能够通过形变进入小于其自身尺寸的裂缝。所以当体膨颗粒尺寸、分流率等与裂缝性质不匹配时，其极易在堵水过程中从宽裂缝中突破，甚至可能扩大宽、窄裂缝中的流动阻力差异，加剧裂缝产液的非均质性。因此，改善体膨颗粒在宽裂缝中的驻留能力，降低其裂缝封堵效果对颗粒尺寸、分流率的依耐性，对拓宽体膨颗粒的应用范畴、提高裂缝油藏的控水效果具有积极意义。

发明内容

本发明即针对现有体膨颗粒在裂缝堵水中存在的问题提供一种能大幅提升体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的改善剂及制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，按质量百分比计包括：79～94.9％偶联剂改性基体颗粒、5～20％覆膜树脂、0.1～1％润滑剂。

进一步的，所述基体颗粒为石英砂、玻璃砂、火山石球、麦饭石球、陶瓷颗粒、核桃壳颗粒、杏仁壳颗粒中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。

进一步的，所述覆膜树脂为酚醛树脂、桐油改性酚醛树脂、萜烯酚醛树脂、固体环氧树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。

进一步的，所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例构成的混合物。

进一步的，所述润滑剂为硬脂酸钙和石蜡中的一种或两种构成的混合物。

一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备偶联剂改性基体颗粒；

步骤2：将覆膜树脂研磨成粉末并预热，同时将步骤1得到的偶联剂改性基体颗粒预热；

步骤3：将润滑剂、步骤2中的覆膜树脂、偶联剂改性基体颗粒混合均匀，在120～180℃条件下加热；加热过程中每隔t时间将混合物取出，搅拌均匀后继续加热，0.5～1h后即可得到所需改性剂。

进一步的，所述步骤1中的偶联剂改性基体颗粒制备过程如下：

S11：将偶联剂、水和醇在pH＝4～9条件下混合均匀，反应1～2h得到偶联剂水解液；

S12：将基体颗粒和偶联剂水解液按质量比为100:30～50混合反应2h；

S13：将得到颗粒过滤后烘干即可得到所需偶联剂改性基体颗粒。

进一步的，所述步骤2中覆膜树脂在40℃条件下预热10min，偶联剂改性基体颗粒在80～130℃条件下预热10min。

进一步的，所述醇为甲醇、乙醇中的一种或其混合物。

进一步的，所述偶联剂水解液中，按各组分体积百分比包括5～15％偶联剂、5～90％水、5～90％醇。

本发明的有益效果是：

(1)本发明为具有热敏性的耐盐抗盐高强度覆膜硬颗，地面低温下，改善剂表面由覆膜树脂形成的热塑性树脂膜稳定，可分散于水中注入；进入地层后，改善剂在裂缝内堆积，其表面热塑性树脂膜在地层高温下(80～150℃)软化，使得改善剂颗粒之间以及改善剂颗粒与裂缝壁面相互粘连、强烈作用；不需要任何辅助用剂，改善剂利用油藏高温与自身自然堆积即可将裂缝改质为流动能力显著降低的多孔介质；

(2)本发明在堵水作业时，改善剂在体膨颗粒之后注入，其可选择性进入出水宽裂缝；油井生产后，宽裂缝中的体膨颗粒在地层水冲刷下反向卡堵于改善剂颗粒间，突破压力梯度明显提高，并大于窄裂缝中体膨颗粒的突破压力梯度，从而可令裂缝产液剖面发生反转；巧妙结合改善剂与体膨颗粒在裂缝中的封堵行为特点，借力产出水冲刷，实现对体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的有效提升。

附图说明

图1为本发明实施例中改善剂对体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的影响实验装置图。

图2为本发明实施例中体膨颗粒对非均质裂缝封堵效果的示意图，a为体膨颗粒作用后的非均质裂缝岩心组，b为从宽裂缝中突破的体膨颗粒。

图3为本发明实施例中改善剂对体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的影响测试中，经体膨颗粒与改善剂联合作用后的非均质岩心组。

图中：1-平流泵，2-第一六通阀，3-第一压力表，4-第一岩心夹持器，5-第二岩心夹持器，6-第一量筒，7-第二量筒，8-第二六通阀，9-第二压力表，10-手动泵。

具体实施方式

下面具体的实施例和附图对本发明做进一步说明。

一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，按质量百分比计包括：79～94.9％偶联剂改性基体颗粒、5～20％覆膜树脂、0.1～1％润滑剂。偶联剂改性基体颗粒由基体颗粒与偶联剂水解反应得到。偶联剂水解液由偶联剂、水、醇组成。

基体颗粒为石英砂、玻璃砂、火山石球、麦饭石球、陶瓷颗粒、核桃壳颗粒、杏仁壳颗粒中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。覆膜树脂为酚醛树脂、桐油改性酚醛树脂、萜烯酚醛树脂、固体环氧树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例构成的混合物。润滑剂为硬脂酸钙和石蜡中的一种或两种构成的混合物。

一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备偶联剂改性基体颗粒；

步骤2：将覆膜树脂研磨成粉末并预热，同时将步骤1得到的偶联剂改性基体颗粒预热；

步骤3：将润滑剂、步骤2中的覆膜树脂、偶联剂改性基体颗粒混合均匀，在120～180℃条件下加热；加热过程中每隔t时间将混合物取出，搅拌均匀后继续加热，0.5～1h后即可得到所需改性剂。

步骤1中的偶联剂改性基体颗粒制备过程如下：

S11：将偶联剂、水和醇在pH＝4～9条件下混合均匀，反应1～2h得到偶联剂水解液；

S12：将基体颗粒和偶联剂水解液按质量比为100:30～50混合反应2h；

S13：将得到颗粒过滤后烘干即可得到所需偶联剂改性基体颗粒。

步骤2中覆膜树脂在40℃条件下预热10min，偶联剂改性基体颗粒在80～130℃条件下预热10min。

醇为甲醇、乙醇中的一种或其混合物。

偶联剂水解液中，按各组分体积百分比包括5～15％偶联剂、5～90％水、5～90％醇。

实施例1

按照以下步骤制备体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂；

步骤1：室温下，将6mLγ-氨基丙基三乙氧基硅烷、4ml水和40ml乙醇在pH＝9.0条件下混合均匀并反应2h，制得偶联剂水解液；将50g平均粒径为1mm的火山石球和25g偶联剂水解液在室温下混合并反应2h；然后将火山石球过滤后放入60℃烘箱中烘干5h，即得偶联剂改性基体颗粒。

步骤2：将15g萜烯酚醛树脂研磨成粉末并在40℃下预热10min，同时将84.6g偶联剂改性基体颗粒在130℃下预热10min。

步骤3：将经预热的萜烯酚醛树脂粉末、偶联剂改性基体颗粒和0.4g硬脂酸钙混合均匀，并放置在170℃恒温烘箱中加热；每隔10min将混合物从恒温箱中取出、搅拌均匀并再次放入，1h内即可得到本发明所需改善剂。

按以下实验条件对本实施例得到的改善剂的对体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的影响进行测试。

实验条件如下：

实验在温度130℃、矿化度19.8×10⁴mg/L条件下进行。实验用岩心为碳酸岩露头岩心(φ3.8×8cm)，将岩心沿轴线剖开，在其中一半上刻蚀凹槽，而后用AB胶将凹槽边缘的岩石粘合，即形成具有一定缝宽的裂缝。

实验步骤如下：

步骤1：将缝宽分别为1mm和4mm的非均质裂缝岩心组分别装入第一岩心夹持器4和第二岩心夹持器5中，按照图1所示装置连接。

步骤2：以2mL/min的速度从岩心入口端向其中注水，待岩心出口端产液稳定后测量两岩心堵前相对产液量。

步骤3：根据堵水前的相对产液量从岩心入口端分别向两岩心中共注入1FV浓度为16％的0.7mm体膨颗粒溶液。然后关闭第一岩心夹持器4和第二岩心夹持器5并将其从实验装置中取出垂向放置(出口端向下)，待体膨颗粒吸水膨胀40h后，将第一岩心夹持器4和第二岩心夹持器5重新接入实验装置。

步骤4：以2mL/min的速度从岩心入口端向其中注水，记录注水过程中的压力变化，计算体膨颗粒的突破压力梯度，并待岩心出口端产液稳定后测量经体膨颗粒处理后两岩心的堵后相对产液量。

步骤5：从第一岩心夹持器4和第二岩心夹持器5中取出两裂缝岩心清理干净，并将体积为宽裂缝体积20％的改善剂放置于宽裂缝岩心出口端。

步骤6：将两裂缝岩心再次同方向放入岩心夹持器，并重复步骤3～步骤4，测量经体膨胀颗粒与改善剂共同处理后的体膨颗粒突破压力梯度与堵后相对产液量。

从实验结果可以看出，宽窄裂缝的原始相对产液量比为82.8:17.2。如图2所示，仅采用0.7mm体膨颗粒处理时，因其尺寸较大，在窄裂缝中运移能力弱，体膨颗粒会在压力梯度达到7.63MPa/m后从宽裂缝中大量突破；并造成此后所有液量均从宽裂缝中产出，裂缝产液的非均质性增强。

注入改善剂后，如图3所示，体膨颗粒在宽裂缝中的运移难度明显提高，并大于其在窄裂缝中的运移难度，进而造成体膨颗粒在压力梯度达到18.75MPa/m时从窄裂缝中突破。此后，产液剖面发生反转，窄裂缝100％产液。可见，改善剂可有效提升大尺寸体膨颗粒封堵非均质裂缝的效果。

实施例2

按照以下步骤制备体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂：

步骤1：室温下，将5mLγ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、40ml水和5ml甲醇在pH＝4.0条件下混合均匀并反应2h，制得偶联剂水解液；将50g平均粒径为1mm的麦饭石球和20g偶联剂水解液在室温下混合并反应2h；然后将麦饭石球过滤后放入60℃烘箱中烘干5h，即得偶联剂改性基体颗粒。

步骤2：将10g固体环氧树脂研磨成粉末并在40℃下预热10min，同时将89.5g偶联剂改性基体颗粒在100℃下预热10min。

步骤3：将经预热的固体环氧树脂粉末、偶联剂改性基体颗粒和0.5g硬脂酸钙混合均匀，并放置在150℃恒温烘箱中加热；每隔10min将混合物从恒温箱中取出、搅拌均匀并再次放入，0.5h内即可得到本发明所需改善剂。

按照实施例1中的实验步骤测试本实施例制备得到的改善剂对体膨颗粒突破压力梯度与非均质裂缝相对产液量的影响。

其中本实验在110℃条件下进行，体膨颗粒尺寸为0.5mm，且在宽窄裂缝中的注入量比为3:2；其余实验条件与实施例1中的实验条件相同。

从实验结果可以看出，仅采用体膨颗粒处理时，因窄裂缝中体膨颗粒量大，宽窄裂缝的渗流阻力差异进一步扩大。体膨颗粒在压力梯度达到5.2MPa/m时从宽裂缝中突破，导致窄裂缝无法被启动。

注入改善剂后，体膨颗粒从宽裂缝中突破的阻力明显增大；当压力梯度达到7.24MPa/m时，体膨颗粒从窄裂缝中突破。此后，窄裂缝相对产液量高达100％。可见，利用改善剂可避免体膨颗粒分流率不当对非均质裂缝封堵效果的不利影响。

实施例3

按照以下步骤制备体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂：

步骤1：室温下，将5mLγ-氨基丙基三乙氧基硅烷、5ml水和40ml乙醇在pH＝9.0条件下混合均匀并反应2h，制得偶联剂水解液；将50g平均粒径为0.5mm的陶瓷颗粒和25g偶联剂水解液在室温下混合并反应2h；然后将陶瓷颗粒过滤后放入60℃烘箱中烘干5h，即得偶联剂改性基体颗粒。

步骤2：将10g酚醛树脂研磨成粉末并在40℃下预热10min，同时将89.7g偶联剂改性基体颗粒在80℃下预热10min。

步骤3：将经预热的酚醛树脂粉末、偶联剂改性基体颗粒和0.3g硬脂酸钙混合均匀，并放置在120℃恒温烘箱中加热；每隔10min将混合物从恒温箱中取出、搅拌均匀并再次放入，1h内即可得到本发明所需改善剂。

按照实施例1中的实验步骤测试本实施例制备得到的改善剂对体膨颗粒突破压力梯度与非均质裂缝相对产液量的影响。

其中本实验在90℃条件下进行，体膨颗粒尺寸为0.3mm，其余实验条件与实施例中的实验条件相同。

从实验结果可以看出，仅采用体膨颗粒处理，在压力梯度达到2.87MPa/m时，体膨颗粒即从窄裂缝中突破，可令窄裂缝的相对产液量达到100％。但是，体膨颗粒从宽裂缝中突破的压力梯度仅5.97MPa/m，若储层出水强度高，则宽裂缝与窄裂缝中的体膨颗粒都将被冲刷产出，裂缝的非均质性无法得到改善。

注入改善剂后，体膨颗粒从宽裂缝中突破的压力梯度高达36.53MPa/m。可见，在改善剂的协助下，小尺寸体膨颗粒在裂缝中的驻留能力显著提高，即使在高出水强度下也可令产液剖面发生反转。

本发明为具有热敏性的耐盐抗盐高强度覆膜硬颗，地面低温下，改善剂表面由覆膜树脂形成的热塑性树脂膜稳定，可分散于水中注入；进入地层后，改善剂在裂缝内堆积，其表面热塑性树脂膜在地层高温下(80～150℃)软化，使得改善剂颗粒之间以及改善剂颗粒与裂缝壁面相互粘连、强烈作用；不需要任何辅助用剂，改善剂利用油藏高温与自身自然堆积即可将裂缝改质为流动能力显著降低的多孔介质；在堵水作业时，改善剂在体膨颗粒之后注入，其可选择性进入出水宽裂缝；油井生产后，宽裂缝中的体膨颗粒在地层水冲刷下反向卡堵于改善剂颗粒间，突破压力梯度明显提高，并大于窄裂缝中体膨颗粒的突破压力梯度，从而可令裂缝产液剖面发生反转；巧妙结合改善剂与体膨颗粒在裂缝中的封堵行为特点，借力产出水冲刷，实现对体膨颗粒非均质裂缝封堵效果的有效提升。

本发明改善剂主体原料来源广、成本低、制备工艺简单、能耗小，具有广泛的油藏温度适应性，且性能基本不受矿化度影响。改善剂使用方便、作用机理巧妙，不需要其他任何配套用剂，仅利用地层高温与产出水冲刷作用即可提升体膨颗粒的非均质裂缝封堵效果。能够消除体膨颗粒尺寸、分流率不当对裂缝封堵带来的负面影响，可有效降低体膨颗粒的使用风险并拓宽其应用范畴。

Claims (10)

1.一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，其特征在于，按质量百分比计包括：79～94.9％偶联剂改性基体颗粒、5～20％覆膜树脂、0.1～1％润滑剂。

2.根据权利要求1所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，其特征在于，所述基体颗粒为石英砂、玻璃砂、火山石球、麦饭石球、陶瓷颗粒、核桃壳颗粒、杏仁壳颗粒中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，其特征在于，所述覆膜树脂为酚醛树脂、桐油改性酚醛树脂、萜烯酚醛树脂、固体环氧树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种及两种以上以任意比例构成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上以任意比例构成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙和石蜡中的一种或两种构成的混合物。

6.如权利要求1～5所述任一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制备偶联剂改性基体颗粒；

步骤2：将覆膜树脂研磨成粉末并预热，同时将步骤1得到的偶联剂改性基体颗粒预热；

步骤3：将润滑剂、步骤2中的覆膜树脂、偶联剂改性基体颗粒混合均匀，在120～180℃条件下加热；加热过程中每隔t时间将混合物取出，搅拌均匀后继续加热，0.5～1h后即可得到所需改善剂。

7.根据权利要求6所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的偶联剂改性基体颗粒制备过程如下：

S11：将偶联剂、水和醇在pH＝4～9条件下混合均匀，反应1～2h得到偶联剂水解液；

S12：将基体颗粒和偶联剂水解液按质量比为100:30～50混合反应2h；

S13：将得到颗粒过滤后烘干即可得到所需偶联剂改性基体颗粒。

8.根据权利要求6所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中覆膜树脂在40℃条件下预热10min，偶联剂改性基体颗粒在80～130℃条件下预热10min。

9.根据权利要求7所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，其特征在于，所述醇为甲醇、乙醇中的一种或其混合物。

10.根据权利要求7所述的一种体膨颗粒非均质裂缝封堵效果改善剂的制备方法，其特征在于，所述偶联剂水解液中，按各组分体积百分比包括5～15％偶联剂、5～90％水、5～90％醇。

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