一种氮气泡沫凝胶调堵剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种氮气泡沫凝胶调堵剂及其制备方法和应用，属于油田化学领域。该调堵剂包括：泡沫凝胶骨架以及分布在泡沫凝胶骨架中的氮气，泡沫凝胶骨架为向凝胶状物中通入氮气得到，该凝胶状物通过以下质量百分比的各组分发生交联反应制备得到：聚丙烯酰胺1.5％‑2.5％、起泡剂0.3％‑1％、稳泡剂1％‑3％、有机铬交联剂1.5％‑2.5％，余量为水；稳泡剂为羧甲基纤维素钠或者可溶性淀粉；氮气与泡沫凝胶骨架的体积比为70‑95：1。该调堵剂能够在30℃‑70℃的中低温油层进行封堵调剖，该氮气泡沫凝胶骨架的膜强度好，封堵效果好，能够大大提高原油的开采效率。

说明书

技术领域

本发明涉及油田化学领域，特别涉及一种氮气泡沫凝胶调堵剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着对油田开发的深入，地层能量将不断减少，原油的开采量下降。而且油层内由于油水、油气的不相容，以及油藏的非均质性造成储层间、储层内及储层平面动用不均，使油层内出现气锥，或者使相邻的油井之间产生汽窜通道，这使向油井内注入回注水的方式或者采用蒸汽吞吐的方式并不能大大提高原油的开采效率，而且气锥和汽窜的干扰还可能导致油井无法正常工作。目前可通过向油井内注入氮气泡沫调堵剂来封堵气锥、汽窜通道以及高渗透层，以均衡油藏储层，使回注水或者蒸汽作用的油层面积变大，以提高原油的开采效率。因此提供一种氮气泡沫调堵剂是十分必要的。

现有技术提供了一种用于稠油开采氮气泡沫凝胶复合暂堵剂。其中，凝胶组合物包括以下质量百分比的组分：1％部分水解聚丙烯酰胺、1.5％甲醛、0.5％对苯二酚，余量为水。该凝胶组合物及12g/L含有妥尔油脂肪酸钠的发泡剂形成泡沫凝胶，泡沫凝胶与氮气形成氮气泡沫凝胶复合暂堵剂。其中，氮气与泡沫凝胶的体积比为40-60:1。该氮气泡沫凝胶复合暂堵剂主要用作调剖剂，具有暂堵调剖性好、地层伤害小等特点。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的氮气泡沫凝胶暂堵剂在30℃-70℃时，因温度达不到交联反应的条件，不能成胶，故不适用于30℃-70℃的中低温油层。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种适用于封堵30℃-70℃中低温油层中的气锥、汽窜通道以及高渗透油层的氮气泡沫凝胶调堵剂及其制备方法和应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种氮气泡沫凝胶调堵剂，所述调堵剂包括：泡沫凝胶骨架以及分布在所述泡沫凝胶骨架中的氮气，所述泡沫凝胶骨架为向凝胶状物中通入所述氮气得到，所述凝胶状物通过以下质量百分比的各组分发生交联反应制备得到：聚丙烯酰胺1.5％-2.5％、起泡剂0.3％-1％、稳泡剂1％-3％、有机铬交联剂1.5％-2.5％，余量为水；所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠或者可溶性淀粉；所述氮气与所述泡沫凝胶骨架的体积比为70-95：1。

具体地，作为优选，所述起泡剂选自烷基苯磺酸钠、烷基苯硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的至少一种。

具体地，作为优选，所述可溶性淀粉为羟丙基淀粉醚和/或羧甲基淀粉钠。

具体地，作为优选，所述有机铬交联剂为乳酸铬和/或柠檬酸铬。

第二方面，本发明实施例还提供了上述调堵剂的制备方法，所述方法包括：

按照各组分的质量百分比，将聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水加入反应釜中搅拌均匀，然后将所述反应釜置于烘箱中静置得到凝胶状物，最后向所述凝胶状物中通入氮气，得到氮气泡沫凝胶调堵剂。

具体地，作为优选，所述烘箱中的温度为30℃-70℃。

具体地，作为优选，所述静置的时间为8-12h。

第三方面，本发明实施例还提供了上述调堵剂在中低温油田开采领域中的应用。

具体地，作为优选，将所述调堵剂应用于中低温油田开采领域包括：

步骤a、按照各组分的质量百分比，向目标油井内注入聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水的混合溶液，静置直至在油层中形成凝胶状物。

步骤b、然后向所述目标油井内注入氮气，使氮气通入到所述凝胶状物中，形成分布有所述氮气的泡沫凝胶骨架；其中，所述氮气与所述泡沫凝胶骨架的体积比为70-95：1。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂，在上述质量百分比的聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水形成的泡沫凝胶骨架和上述体积比的氮气的配合作用下，能够在30℃-70℃的中低温油层进行封堵调剖，该氮气泡沫凝胶骨架的膜强度好，封堵效果好，能够大大提高原油的开采效率。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种氮气泡沫凝胶调堵剂，该调堵剂包括：泡沫凝胶骨架以及分布在泡沫凝胶骨架中的氮气，其中，泡沫凝胶骨架为向凝胶状物中通入氮气得到，凝胶状物通过以下质量百分比的各组分发生交联反应制备得到：聚丙烯酰胺1.5％-2.5％、起泡剂0.3％-1％、稳泡剂1％-3％、有机铬交联剂1.5％-2.5％，余量为水；其中，稳泡剂为羧甲基纤维素钠或者可溶性淀粉；氮气与泡沫凝胶骨架的体积比为70-95：1。

以下就本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂中各组分的作用原理给予描述：

通过上述体积比的氮气和泡沫凝胶骨架的配合作用，可使氮气分布在泡沫骨架的任何孔隙中，以可形成密度低于原油的调堵剂，以使该调堵剂可位于油气界面，便于封堵大的气锥及汽窜通道。而且该氮气泡沫凝胶调堵剂易附着在油层的缝隙表面，不易渗透进入缝隙内，这使该调堵剂的封堵效果好，对油层伤害小。通过以上质量百分比的聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水的配合作用，可得到机械强度好的泡沫凝胶骨架。其中，羧甲基纤维素钠和可溶性淀粉可以稳定气泡的大小，还可以增加泡沫凝胶膜的强度，以使该氮气泡沫凝胶暂堵剂能够封堵大面积的气锥、汽窜通道或者裂缝，以提高原油的开采效率。而且该氮气泡沫凝胶调堵剂中由于有机铬交联剂在30℃-70℃的条件下便可使聚丙烯酰胺发生交联反应，故使该泡沫凝胶调堵剂适用于30℃-70℃的中低温油层，这提高了中低温油层原油的开采效率。

基于上述可知，本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂，在上述质量百分比的聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水形成的泡沫凝胶骨架和上述体积比的氮气的配合作用下，能够在30℃-70℃的中低温油层进行封堵调剖，氮气泡沫凝胶骨架的膜强度好，封堵效果好，能够大大提高原油的开采效率。

具体地，在本发明实施例中，用于制备泡沫凝胶骨架的聚丙烯酰胺的质量百分比为1.5％-2.5％，例如可以为1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％等，聚丙烯酰胺为形成泡沫凝胶骨架的主要成分，聚丙烯酰胺可形成三维网状结构的凝胶状物，为了使聚丙烯酰胺在交联剂、发泡剂以及氮气的作用下形成适宜大小的泡沫，优选平均分子量为1200万-1800万的聚丙烯酰胺。其中，起泡剂的质量百分比为0.3％-1％，例如可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％等；稳泡剂的质量百分比为1％-3％，例如可以为1％、1.5％、2％、2.5％、3％等；有机铬交联剂的质量百分比为1.5％-2.5％，例如可以为1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％等；氮气与泡沫凝胶骨架的体积比为70-95：1，例如可以为70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1。在上述各组分的配比作用下，可以得到膜强度好，大小适中的泡沫凝胶骨架。

具体地，在本发明实施例中，起泡剂为表面活性剂，能够在气-液界面上降低界面张力，促使氮气在聚丙烯酰胺和有机铬交联剂的交联物中形成气泡。作为优选，起泡剂选自烷基苯磺酸钠、烷基苯硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的至少一种，例如起泡剂可以选自上述几种起泡剂中的任意一种、两种或者全部三种的混合物。这几种起泡剂容易使聚丙烯酰胺和有机铬交联剂的交联物起泡，而且可溶性好，价格低廉，容易获取。

具体地，在本发明实施例中，稳泡剂能够减少液膜的排液速度，稳定泡沫，还可起到增强泡沫的膜强度的作用。其中，稳泡剂可以为表面活性剂，例如阴离子表面活性剂可以在泡沫凝胶的膜上形成两层离子吸附的双电层结构，当液膜变薄时，阴离子表面活性剂的离子间产生静电斥力，以阻碍离子间彼此接近，减少液膜的排液速度，稳定泡沫，而且表面活性剂吸附在泡沫凝胶的表面，还起到增强泡沫凝胶的膜的作用。作为优选，稳泡剂为羧甲基纤维素钠或者可溶性淀粉，其中，可溶性淀粉为羟丙基淀粉醚和/或羧甲基淀粉钠，即稳泡剂选自羧甲基纤维素钠、羟丙基淀粉醚、羧甲基淀粉钠中的任意一种、任意两种，或者全部三种的混合物，这几种稳泡剂的稳泡效果好，且属于天然高分子物质，对油层无害，原料容易获取。

具体地，在本发明实施例中，有机铬交联剂可以使聚丙烯酰胺交联形成凝胶状物，以便于后期形成泡沫凝胶状骨架。作为优选，有机铬交联剂为乳酸铬和/或柠檬酸铬，即有机铬交联剂为乳酸铬和柠檬酸铬中的任意一种或者两种的混合物，这两种交联剂容易使聚丙烯酰胺发生交联，且在30℃-70℃的中低温油层中可以发生交联反应。

作为优选，本发明实施例提供的用于形成泡沫凝胶状骨架的组分包括以下质量百分比的组分：聚丙烯酰胺1.5％-2.5％、烷基苯磺酸钠0.3％-1％、羧甲基纤维素钠1％-3％、乳酸铬1.5％-2.5％，余量为水。上述各组分的相互配合性好，便于形成膜强度好，封堵效果好的泡沫凝胶状骨架，且上述各组分的原料容易获取。

第二方面，本发明实施例还提供了上述氮气泡沫凝胶暂堵剂的制备方法，该方法包括：

按照各组分的质量百分比，将聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水加入反应釜中搅拌均匀，然后将反应釜置于烘箱中静置得到凝胶状物，最后向凝胶状物中通入氮气，得到氮气泡沫凝胶调堵剂。

上述氮气泡沫凝胶调堵剂的制备方法简单，得到的氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵效果好，能够减少气锥和汽窜通道的数量，能够提高原油的开采效率，可大规模推广使用。

各组分在混合搅拌均匀前可以先各自溶于适量的水中，然后再将各个溶液混合，但需使水的总质量在上述比例的范围内。

具体地，将聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水加入反应釜中搅拌均匀，然后将反应釜置于烘箱中静置，以使各组分发生交联反应，其中，烘箱中的温度为30℃-70℃，例如可以为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃等，在此温度范围内，便于有机铬交联剂促使聚丙烯酰胺发生交联反应，以形成凝胶状物。静置的时间为8-12h，例如可以为8h、9h、10h、11h、12h等，以使聚丙烯酰胺和有机铬交联剂完全发生交联反应，使形成的凝胶状物的强度好。

上述制备氮气泡沫凝胶调堵剂的方法是实验室的制备方法，可用于注入小型物质以封堵气孔、气锥、裂缝等，当在油田领域应用时，为了便于注入氮气泡沫凝胶调堵剂，需要先将制备该凝胶状物的上述各组分的混合溶液注入油层内，待静置使混合溶液成胶后，再向凝胶状物中通入氮气，以形成氮气泡沫凝胶调堵剂封堵气锥、汽窜通道或者裂缝等。

第三方面，本发明实施例还提供了上述氮气泡沫凝胶暂堵剂在中低温油田开采领域中的应用。

该氮气泡沫凝胶暂堵剂能够用于油田开采领域中，尤其是30℃-70℃的中低温油层，以封堵气锥、汽窜通道及高渗透性的油层等，使低渗透性油层中的原油能够被开采，大大提高了原油的开采效率。

具体地，将氮气泡沫凝胶调堵剂应用于中低温油田开采领域包括：

步骤101、按照各组分的质量百分比，向目标油井内注入聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水的混合溶液，静置至油层中形成凝胶状物。

步骤102、然后向目标油井内注入氮气，使氮气通入到凝胶状物中，形成分布有氮气的泡沫凝胶骨架；其中，氮气与泡沫凝胶骨架的体积比为70-95：1。

上述将氮气泡沫凝胶调堵剂应用于油田开采领域中的方法简单，便于推广使用。

其中，在步骤101中的静置时间为8-12h，以便于聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水在油层中形成凝胶状物。然后向目标油井内注入氮气，即向油层中的凝胶状物中注入氮气，以使凝胶状物和氮气形成氮气泡沫凝胶调堵剂。

需要说明的是，中低温油层的温度为30℃-70℃。对于上述目标油井来说，其内储层的温度也在30℃-70℃。在向目标油井内注入上述混合溶液和氮气的具体过程如下：

首先通过检验合格的外加厚油管将封隔器(如插管式封隔器)下至预定深度的油井内，以便于后期注入的混合溶液和氮气能够在目标油层处。然后通过法兰将T形高压三通接头、连续油管注入头等工具连接在井口大四通上，并将水泥车、配液池及辅助管线等连接到T形高压三通接头处进行试压，以不刺不漏为合格。然后将空气压缩机连接在连续油管作业车上的连续油管接头处，将泡沫发生器、特征接箍通过工具连接器连接在连续油管上，以便于向油井内注入氮气。在所有的设备和管线连接好后，首先将聚丙烯酰胺、起泡剂、稳泡剂、有机铬交联剂、水的混合溶液注入油井内，然后静置8-12h，以使混合溶液形成凝胶状物，进一步地通过连续油管和设置在连续油管上的空气压缩机和泡沫发生器将氮气注入凝胶状物中，以形成氮气泡沫凝胶调堵剂，进一步地对油层中的气锥、汽窜通道或者裂缝进行封堵。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例对氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵效果进行评价。具体的试验过程为：选取一个φ250×900的胶结岩心进行封气物模实验，首先将岩心固定在圆筒中部，然后从圆筒的左端注入空气，另一端装有10L的过渡容器，然后连接空气计量器，以每分钟20mL的速度通气3分钟后读数Q₁为60mL，然后将3倍岩心体积的用于制备凝胶状物的混合溶液注入该岩心内，然后向该圆筒中注入与凝胶状物的体积比为70:1的氮气，并在40℃的条件下静置10h，从圆筒的左端注入空气3分钟，读数Q₂为9mL，最后根据以下公式计算，获取该氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率：

其中，η为封堵率，％；Q₁为岩心被封堵前，注入岩心内的空气体积，单位为L；Q₂为岩心被封堵后，注入岩心内的空气体积，单位为L。

其中，用于制备凝胶状物的混合溶液包括：1.5kg聚丙烯酰胺、1.5kg乳酸铬、0.5kg烷基苯磺酸钠、1kg羧甲基纤维素钠、95.5kg水。

测试结果表明，上述氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率为85％。可见，本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂能够用于30℃-70℃的中低温油层中封堵气锥、汽窜通道或者裂缝，以提高原油的开采效率，能够满足现场的使用要求。

实施例2

本实施例对氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵效果进行评价。具体的试验过程与实施例1获取氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率的过程相同，不同之处在于：在50℃的条件下静置9h，然后向该圆筒中注入与凝胶状物的体积比为80:1的氮气，用于制备凝胶状物的混合溶液包括：2kg聚丙烯酰胺、2kg乳酸铬、0.5kg烷基苯磺酸钠、1kg羧甲基纤维素钠、94.5kg水。

测试结果表明，上述氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率为88％。可见，本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂能够用于30℃-70℃的中低温油层中封堵气锥、汽窜通道或者裂缝，以提高原油的开采效率，能够满足现场的使用要求。

实施例3

本实施例对氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵效果进行评价。具体的试验过程与实施例1获取氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率的过程相同，不同之处在于：在60℃的条件下静置8h，然后向该圆筒中注入与凝胶状物的体积比为85:1的氮气，用于制备凝胶状物的混合溶液包括：2.5kg聚丙烯酰胺、2.5kg乳酸铬、0.7kg烷基苯磺酸钠、1kg羧甲基纤维素钠、93.3kg水。

测试结果表明，上述氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率为90％。可见，本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂能够用于30℃-70℃的中低温油层中封堵气锥、汽窜通道或者裂缝，以提高原油的开采效率，能够满足现场的使用要求。

实施例4

本实施例对氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵效果进行评价。具体的试验过程与实施例1获取氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率的过程相同，不同之处在于：在65℃的条件下静置8h，然后向该圆筒中注入与凝胶状物的体积比为90:1的氮气，用于制备凝胶状物的混合溶液包括：2.5kg聚丙烯酰胺、2.5kg乳酸铬、1kg烷基苯磺酸钠、1.2kg羧甲基纤维素钠、92.8kg水。

测试结果表明，上述氮气泡沫凝胶调堵剂的封堵率为92％。可见，本发明实施例提供的氮气泡沫凝胶调堵剂能够用于30℃-70℃的中低温油层中封堵气锥、汽窜通道或者裂缝，以提高原油的开采效率，能够满足现场的使用要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。