专利名称：一种提高油田采收率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高油田采收率的方法，尤其涉及一种利用调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒来提高油田采收率的方法，属于石油开采技术领域。
背景技术：
随着油田的不断开发，油藏非均质性越来越严重，注入水大量冲刷，油层粘土和胶结物膨胀、溶蚀，微粒运移，出砂加重等均会造成地质非均质情况进一步恶化。在开发过程中往往表现出以下问题平面矛盾突出，平面注入水沿高渗透带突进形成水道；层间矛盾突出，产吸剖面不均勻，纵向上存在单层突进现象；地下原油粘度高，油水粘度比大，粘性指进现象严重等。目前，东部油田大多都已进入高含水期，如何提高高含水期的采收率是石油界普遍关注的问题。近年来，聚合物驱等三次采油措施虽取得了很好的效果，但还存在驱油成本高、现场实施难度大等问题；对于非均质严重、存在高渗透条带或“大孔道”的油藏，仍存在部分井窜聚严重的问题，影响了注聚效果，而且由于聚合物本身的局限性，使其在高温、高矿化度的地层中的有效粘度损失很大，往往达不到预期目的。三元复合驱技术在大庆等老油田也逐渐得到广泛的应用，三元复合驱利用表面活性剂降低界面张力的作用使毛细管力大幅度降低，油水达到混相流动，从而启动低渗透油藏中的残余油，但是三元复合驱技术与聚合物驱存在相似问题剪切变稀、受油藏条件影响，且聚合物驱与三元复合驱都会污染含油低渗透层，使后续水驱不能达到最好的效果。深部液流转向用调剖剂可以克服上述技术的不足，首先调剖剂可以封堵大孔道和高渗透层，迫使注入水进入低渗透残余油区，其次随着调剖深度的扩大，可以使注入水进入深部剩余油区，启动更多剩余油。目前常用调剖剂有两类，一是凝胶类，二是颗粒类。凝胶类调剖剂包括本体凝胶、弱凝胶和胶态分散凝胶。本体凝胶的功能主要是封堵近井地带的高强度水窜通道，由于形态为半固体状态，因此无法深入地层，适用于近井地带裂缝及高渗透层封堵；弱凝胶以分子内交联为主，分子间交联为辅，形成交联程度较弱的三维网络结构，具有本体凝胶的脱水的特点，有一定的完整性，可以流动，但是深入地层的距离有限，不能达到深部液流转向的作用；胶态分散凝胶是通过低浓度的聚合物和交联剂形成的非三维网络结构的凝胶体系，由于聚合物和交联剂的浓度低，分子间发生碰撞的机会少，不大可能形成分子间交联的三维网状结构，主要由分子内交联的聚合物分子线团构成的胶态粒子分散在水介质中，形成具有凝胶属性和胶体性质的热力学稳定体系，该体系没有整体性，没有形状，可以流动。胶态分散凝胶的特点是成本低，成胶时间长，适合深部调剖和驱油，不适合裂缝和大孔道，适用的油藏温度极限为94°C，清水配制，适应性差。颗粒类凝胶包括聚合物微球、体膨颗粒、柔性颗粒和微胶囊等，其采用预交联的方法具有很好的耐温耐盐、抗剪切的能力。聚合物微球的膨胀率受地层水矿化度的影响，膨胀后的微球的平均粒径为几十亚微米，封堵能力较弱；体膨颗粒可以根据不同的油藏条件进行粒径调整，膨胀倍数受地层水矿化度影响，使强度受影响较小，由于体膨颗粒粒径较大，因此深部液流转向的能力有限。柔性颗粒可在孔道中运移，变形通过，产生暂堵动态阻力， 有脉动现象，可以实现深部液流转向，柔性颗粒的比重可以根据油田注入水的比重进行调整，粒径可以根据油田地层“大孔道”和裂缝的大小进行调节。柔性颗粒可以在油藏深部形成动态封堵，但是对于近井由于水流高强度冲刷造成的裂缝和超高渗透层，必须使用高强度堵剂进行防窜作业，否则柔性转向剂提高采收率的效果也不能得到最大限度的发挥。综上所述，到目前为止，石油开采的堵水调剖技术中调剖、深部液流转向不能同步进行，未见到任何现有技术能够解决这一问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种提高油田采收率的方法，通过采用调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒来提高油田采收率，能够大大提高高含水期的油田的采收率。为达到上述目的，本发明首先提供了一种提高油田采收率的方法，其是一种采用调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒提高油田采收率的方法，其中，上述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒是由单体、稳定交联剂和非稳定交联剂经引发剂引发发生聚合交联所得到的本体凝胶经干燥研磨而成的凝胶颗粒。在本发明提供的上述提高油田采收率的方法中，优选地，本体凝胶是首先使用稳定交联剂和单体在引发剂的引发下进行预交联形成稳定交联颗粒，然后使用非稳定交联剂在引发剂的引发下对所形成的稳定交联颗粒进行再次交联而得到的本体凝胶。调整非稳定交联剂的添加量可以使预交联颗粒在特定油藏温度下，在指定时间内爆破成微颗粒，因此针对不同的油藏环境，采用不同浓度的非稳定交联剂，可以使预交联凝胶颗粒的水解时间和温度根据不同的油藏状况进行调整。
图1为本发明的预交联凝胶颗粒在油藏中的作用原理示意图。从图1中可以看出， 当预交联凝胶颗粒注入油藏后，膨胀的预交联凝胶颗粒在油层近井地带首先封堵大孔道和超高渗透层，使注入水进入低渗层区启动残余油，膨胀的预交联凝胶颗粒保持形状一段时间后会在油藏温度作用下分解为微米级凝胶颗粒和亚微米级凝胶颗粒。这种原位生成的微米级和亚微米级凝胶颗粒可以继续移动进入油藏深部，并且由于是在油层环境下以及指定爆破时间(爆破时间控制可以通过调整凝胶组分达到)后，凝胶颗粒才会降解成为微米级和亚微米级凝胶颗粒。图2为本发明的预交联凝胶颗粒的膨胀及分解的机理示意图。从图 2中可以看出，凝胶颗粒在地层水溶液中膨胀，在一定的地层温度和PH值条件下，非稳定交联断裂，颗粒变形成为微米级和亚微米级凝胶颗粒，能够提高波及效率。由此可以看出，本发明所提供的预交联凝胶颗粒能够实现近井地带高渗透层封堵和油藏深部液流转向的功能的结合。本发明所提供的提高油田采收率的方法中，预交联凝胶颗粒所采用的单体优选为丙烯酰胺，或者丙烯酰胺与丙烯酸和/或其它单体的混合物，其中，当采用丙烯酰胺与丙烯酸相混合时，二者的质量比可以控制为9 1，当采用其它单体时，其添加量与丙烯酸相同。 在上述组成中，以丙烯酰胺为主，同时可以根据需要加入一定比例的丙烯酸和/或其它单体，与丙烯酰胺发生共聚反应，可以使凝胶在一定时间内不降解、保持完整性。根据本发明的具体技术方案，优选地，上述所采用的其它单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠盐(AMPS)、甲基丙烯酸(methacrylic acid)、顺丁烯二酸(maleic acid) >2-1(2-Propenoic acid)、石黄丙基丙;I；希酸(sulfopropyl acrylic acid)、丙烯酸二甲氨基乙酉旨氯甲烧(dimethylaminoethylacrylate methyl chloride quaternary salt)和二甲基二烯丙基氯化铵(diallyldimethyl ammonium chloride)等中的一种或几种。根据本发明的具体技术方案，优选地，预交联凝胶颗粒所采用的稳定交联剂包括 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠盐、二乙烯基酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸三甲基丙烷三甲基酯和甲叉基双丙烯酰胺等中的一种或几种。根据本发明的具体技术方案，优选地，预交联凝胶颗粒所采用的非稳定交联剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene glycol diacrylate)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(polyethylene glycol dimethacrylat)、聚乙二醇，聚丙烯二醇二丙烯酸酉旨(polypropylene glycol diacrylate)、乙二酉享二丙；！；希酸酉旨(ethylene glycol diacrylate)、三甲酉享基丙烧三丙稀酸月旨(trimethylopropane trimethacrylate)、乙氧基三羟甲基三丙烯酸酯(ethoxylatedtrimethylol triacrylate)、乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯(ethoxylated pentaerythritol tetracrylate)以及它们的衍生物等中的一种或几种。根据本发明的具体技术方案，预交联凝胶颗粒所采用的引发剂优选为硫酸钾 (K2S2O8)、过硫酸铵和四甲基乙二胺(TMEDA)等中的一种或几种，更优选为过硫酸铵。上述引发剂用来对单体AM促发聚合反应，都为常规引发剂，引发剂的浓度也可以是常规用量。 在两次聚合交联过程中，每一次聚合交联时所述引发剂与所述单体的质量比均可以控制为 1 300-5000。根据本发明的具体技术方案，优选地，在预交联凝胶颗粒中，稳定交联剂与单体的比例为1 200-8000，该单体是指与该稳定交联剂发生聚合交联的单体。根据本发明的具体技术方案，优选地，在预交联凝胶颗粒中，非稳定交联剂与单体的质量比为1 300-3000，该单体是指与该非稳定交联剂发生聚合交联的单体。根据本发明的具体技术方案，优选地，在预交联凝胶颗粒中，引发剂与单体的质量比可以控制为1 300。根据本发明的具体技术方案，优选地，本发明所采用的预交联凝胶颗粒的粒径为 100-120 目，约 125-150 μ m。本发明所提供的聚合得到的预交联凝胶颗粒的水解温度范围较大，针对不同的油藏，可以具有不同的水解时间。本发明所提供的提高油田采收率的方法中，优选地，调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒是按照以下步骤制备的(1)将丙烯酰胺(当采用丙烯酸和其它单体时，可以一并加入)加入蒸馏水中充分溶解，得到质量百分比为10% -50%的单体第一溶液；(2)以蒸馏水为溶剂配制得到浓度为0. 01 % -0. 1 %的稳定交联剂溶液；(3)将稳定交联剂溶液加入单体第一溶液中(二者的比例可以通过稳定交联剂与单体的质量比确定，稳定交联剂和与其发生聚合交联的单体的质量比为1 200-8000)，得到第一混合溶液；(4)向第一混合溶液中注入氮气净化15-60分钟；
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(5)向经过氮气净化的第一混合溶液中加入引发剂，搅拌均勻后，放入45-80°C的恒温箱中保温5-12小时，得到成胶的凝胶块；(6)将凝胶块切成小块并干燥，得到稳定交联凝胶块；(7)将丙烯酰胺(当采用丙烯酸和其它单体时，可以一并加入)加入蒸馏水中充分溶解，得到质量百分比为10% -50%的单体第二溶液；(8)以蒸馏水为溶剂配制浓度为0. 1 % -1 %的非稳定交联剂溶液；(9)将非稳定交联剂溶液加入单体第二溶液中(二者的比例可以通过非稳定交联剂与单体的质量比确定，非稳定交联剂和与其发生聚合交联的单体的质量比为 1 200-8000)，搅拌2-4小时直到溶液完全均勻；(10)向溶液中注入氮气净化15-60分钟；(11)向溶液中加入0. Ig的引发剂，并搅拌2-4小时直到完全均勻，形成第二混合溶液；(12)将已经干燥的稳定交联凝胶块研磨成颗粒，得到稳定交联凝胶颗粒；(13)将稳定交联凝胶颗粒放入步骤(11)的第二混合溶液中，静置M小时；(14)将步骤(13)形成的混合溶液放入60°C的恒温箱中保温M小时，得到本体凝胶，干燥研磨之后得到调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒。在本发明提供的上述制备方法中，优选地，合成的本体凝胶重复进行3次膨胀、 净化、干燥的过程，以净化掉凝胶中的杂质，膨胀可以在蒸馏水中进行，然后使本体凝胶在 60°C下进行干燥，净化后的干燥本体凝胶研磨成小颗粒，经过筛制后得到干燥的凝胶颗粒， 然后该干燥的凝胶颗粒加入非稳定交联凝胶溶液中进行二次交联，二次交联形成的非稳定凝胶交联在稳定交联颗粒的外部，从而得到本体凝胶。根据本发明的具体技术方案，在将调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒注入油层中时，其具体操作可以按照本领域的常规注入方式进行，优选地，上述提高油田采收率的方法包括以下步骤在地面注入设备中使用注入水(注入水根据现场施工设备情况，采用回注污水或者清水)将调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒配制成稳定溶液，溶液浓度根据井下大孔道和高渗透层的规模确定，优选地，颗粒的质量百分比含量为0. 1%-0.6%ο 然后将稳定溶液注入高含水油层中。预交联凝胶颗粒进入高含水油层后，首先封堵近井地带的大孔道和超高渗透层，迫使注入水优先进入低渗透层残余油区启动残余油，封堵近井地带的毫米级预交联凝胶颗粒在地层温度的作用下经过设定的控制时间后爆破成微米级和亚微米级小颗粒，进入油藏深部，起到深部液流转向的作用。本发明提供提高油田采收率的方法将调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒用于高含水油田的调剖和深部液流转向，注入井下的方式及依据可以按照常规方式进行，具体涉及到以下公式和步骤1、理论计算1)放置深度放置深度是指凝胶流动前缘距离注入井的距离。计算公式如式(1)
权利要求
1.一种提高油田采收率的方法，其是一种采用调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒提高油田采收率的方法，其中，所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒是由单体、稳定交联剂和非稳定交联剂经引发剂引发发生聚合交联所得到的本体凝胶经干燥研磨而成的凝胶颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述本体凝胶是首先使用稳定交联剂和单体在引发剂的引发下进行预交联形成稳定交联颗粒，然后使用非稳定交联剂在引发剂的引发下对所形成的稳定交联颗粒进行再次交联而得到的本体凝胶。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述单体为丙烯酰胺或者丙烯酰胺与丙烯酸和/或其它单体的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述其它单体包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠盐、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸、2-丙烯酸、磺丙基丙烯酸、丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲烷和二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述稳定交联剂包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠盐、二乙烯基酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸三甲基丙烷三甲基酯和甲叉基双丙烯酰胺中的一种或几种；优选地，所述稳定交联剂与所述单体的质量比为 1 200-8000，所述单体是指与所述稳定交联剂发生聚合交联的单体。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述非稳定交联剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、聚丙烯二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、三甲醇基丙烷三丙稀酸脂、乙氧基三羟甲基三丙烯酸酯、乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯以及它们的衍生物中的一种或几种；优选地，所述非稳定交联剂与所述单体的质量比为 1 300-3000，所述单体是指与所述非稳定交联剂发生聚合交联的单体。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述引发剂为硫酸钾、过硫酸铵和四甲基乙二胺中的一种或几种；优选地，在两次聚合交联过程中，每一次聚合交联时所述引发剂与所述单体的质量比均为1 300-5000。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒的粒径为100-120目。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中，所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒是按照以下步骤制备的(1)将丙烯酰胺加入蒸馏水中充分溶解，得到质量百分比为10%-50%的单体第一溶液；(2)以蒸馏水为溶剂配制得到浓度为0.01% -0. 的稳定交联剂溶液；(3)将稳定交联剂溶液加入单体第一溶液中，得到第一混合溶液；(4)向第一混合溶液中注入氮气净化15-60分钟；(5)向经过氮气净化的第一混合溶液中加入引发剂，搅拌均勻后，放入45-80°C的恒温箱中保温5-12个小时，得到成胶的凝胶块；(6)将凝胶块切成小块并干燥，得到稳定交联凝胶块；(7)将丙烯酰胺加入蒸馏水中充分溶解，得到质量百分比为10%-50%的单体第二溶液；(8)以蒸馏水为溶剂配制浓度为0.1% -1%的非稳定交联剂溶液；(9)将非稳定交联剂溶液加入单体第二溶液中，搅拌2-4小时直到溶液完全均勻；(10)向溶液中注入氮气净化15-60分钟；(11)向溶液中加入0.Ig的引发剂，并搅拌2-4小时直到完全均勻，形成第二混合溶液；(12)将已经干燥的稳定交联凝胶块研磨成颗粒，得到稳定交联凝胶颗粒；(13)将稳定交联凝胶颗粒放入步骤(11)的第二混合溶液中，静置M小时；(14)将步骤(1 形成的混合溶液放入60°C的恒温箱中保温对小时，得到本体凝胶， 干燥研磨之后得到所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中，该方法包括以下步骤 在地面注入设备中使用注入水将所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒配制成稳定溶液，然后将稳定溶液注入高含水油层中，其中，在稳定溶液中，所述调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒的质量百分比含量为0. 1% -0. 6%。
全文摘要
本发明涉及一种提高油田采收率的方法。该提高油田采收率的方法是一种采用调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒提高油田采收率的方法，其中，调剖和深部液流转向双功能爆破型预交联凝胶颗粒是由单体、稳定交联剂和非稳定交联剂经引发剂引发发生聚合交联所得到的本体凝胶经干燥研磨而成的凝胶颗粒。在油藏开采作业中，当采用本发明提供的利用调剖和深部液流转向用的预交联凝胶颗粒提高油田采收率的方法时，可以实现调剖与深部液流转向的双重效果，同时可以通过调整稳定交联剂与非稳定交联剂的浓度来控制预交联凝胶颗粒的爆破时间，达到控制作业周期的目的。
文档编号C09K8/60GK102392627SQ20111036333
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者刘玉章, 周佳, 唐孝芬, 杨立民, 王家禄, 白宝君, 贾旭 申请人:中国石油天然气股份有限公司