一种粘土泡沫复合体系及用于油水井的应用方法和装置与流程

本发明涉及一种油田生产中的油水井堵水、调剖、封窜的工艺方法，特别涉及一种粘土泡沫复合体系及用于油水井的应用方法和装置。

背景技术：

原油开采中后期，边底水突进、热采井蒸汽窜流等开发矛盾越来越严重，影响了原油的采收率，专业人员对此采取了多种治理措施，取得了一定的效益，目前常用的堵水、调剖、封窜方法主要采用氮气泡沫、三相泡沫、冻胶类、树脂类、沉淀类、稠油类、无机复合颗粒等堵剂体系，上述工艺方法虽然取得了一定的效果，但普遍存在一定的局限性，其中有机类堵剂存在有效期短的缺点，并且受成本制约，只能在近井地带实现封堵，难以进行大剂量深部处理，制约了堵调工艺的措施效果。氮气泡沫成本较低，并且因为具有贾敏叠加效应和高视粘度的特点，可有效封堵高渗透层或大孔道，且随注入压力升高，可逐渐波及到中低渗地层中，有效提高波及系数。同时，由于泡沫驱体系具有乳化降粘作用和堵水不堵油的封堵特点，故被广泛应用于油藏堵调技术和化学驱提高采收率等领域。但氮气泡沫体系强度一般较弱，且在地层条件下（尤其是高温条件下）不稳定，容易发生破裂，因此封堵有效期会明显缩短。对于边水能量大、热采周期长的稠油油藏，措施效果越来越差。常规的三相泡沫是由固（纳米级颗粒）、液、气相经发泡而形成的分散体系混合体。三相泡沫的形成过程主要是：由于基液运动和表面间引力作用，固体颗粒和气泡出现相互接触的机会；由于固体颗粒向气泡逼近，固体颗粒与气泡间的普通水层被逐渐从夹缝中挤走，直至固体颗粒表面的水化层与气泡表面的水化层相互接触；在外加能作用下，水化层逐渐变薄形成水化膜。由于水化膜的不稳定性，固体颗粒和气泡进一步逼近，自由能降低，水化膜厚度自发变薄，固体颗粒自发向气泡逼近；水化膜进一步变薄直至破裂，固体颗粒与气泡接触并附着在气泡壁上形成三相泡沫。固相颗粒在泡沫液膜进行楔形排列，气泡plateau边界上的排液速率会明显减小，并成为气泡相互合并的障碍，增加液膜中流体流动的阻力，提高液膜粘弹性和强度，延长泡沫半衰期，三相泡沫体系的稳定性一般可达相应两相泡沫的10～30倍，相比两项泡沫有了较大程度的提高，但对于堵水、调剖、封窜工艺来讲，有效期远远达不到措施目的要求，并且纳米级固相颗粒成本高昂，特别对于当前低油价的形势下，应用受到了很大的制约。

因此，研发一种相对低廉、适应性强、应用范围广的堵调体系对于延缓油水井边底水突进、抑制热采井蒸汽窜流具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种粘土泡沫复合体系及用于油水井的应用方法和装置，本发明的粘土泡沫复合体系主要以粘土与超细油井水泥为主配浆，添加一定比例的分散剂和稳定剂，充入气体（氮气）和发泡剂（高温），通过三相泡沫发生器，形成长期稳定、均匀细腻的粘土泡沫复合体系，通过智能堵调泵和氮气车将该复合体系注入措施井。该体系具有较好的注入性，较强的封堵性及耐冲刷能力，良好的与地层配伍性，是一种很有前景的堵剂体系。在非均质地层中，该体系会优先进入高渗透层，在孔隙喉道内发生架桥和封堵，以实现液流的转向，扩大波及系数。其中的稳定剂硅酸钠还可在水泥水化过程中形成水化硅酸钙凝胶，可有效调节粘土水泥固化的速度，并可在一定程度上增加颗粒堆积体的抗渗能力。另外，该体系经200℃蒸汽驱后仍具有较好的封堵性能。

本发明提到的一种粘土泡沫复合体系，由浆液和气体均匀混合而成，其中浆液由以下质量百分数的组分组成：

（1）固体颗粒：钠基膨润土，5%～10%；

（2）固体颗粒：油井水泥，0.5%～5%；

（3）分散剂：naoh，0.5%-1%；

（4）起泡剂：十二烷基硫酸钠，0.5%～1.5%；

（5）稳定剂:硅酮酰胺，0.5‰-1.5‰；硅酸钠，模数2.4～3.3，0.25%～0.75%；

（6）余量为淡水；

另外，气体采用氮气，纯度≥95%，

其中，气体与浆液的比例按体积配比，结合地层压力，地下气浆比为2:1～1:1（v气体：v浆液）。

优选的，钠基膨润土的规格200～600目。

优选的，油井水泥的规格450～800目。

优选的，所述硅酸钠的模数为2.4～3.3。

本发明提到的一种粘土泡沫复合体系用于油水井的装置，包括氮气车（1）、智能堵调泵（2）、药剂计量泵（3）、药剂罐（4）、液下泵（5）、配料搅拌罐（6）、注入罐（7）、三相泡沫发生器（8），所述配料搅拌罐（6）通过液下泵（5）与注入罐（7）连接，注入罐（7）连接智能堵调泵（2），智能堵调泵（2）通过高压管线与三相泡沫发生器（8）连接，药剂罐（4）通过药剂计量泵（3）和高压管线连接到智能堵调泵（2）与三相泡沫发生器（8）之间的高压管线中，氮气车（1）通过高压管线连接三相泡沫发生器（8），三相泡沫发生器（8）由高压管线通过单流阀（9）与井口（10）连接。

本发明提到的一种粘土泡沫复合体系用于油水井的应用方法，包括以下步骤：

（1）配浆：

将分散剂naoh添加到配料搅拌罐（6）中，并添加淡水，启动搅拌器充分搅拌；

将钠基膨润土添加到配料搅拌罐（6）中充分搅拌；

将油井水泥、稳定剂硅酮酰胺、稳定剂硅酸钠依次均匀投放到配料搅拌罐（6）中搅拌熟化，搅拌熟化，然后通过液下泵（5）泵入到注入罐（7）中；

（2）注入：

依次启动智能堵调泵（2）、药剂计量泵（3）和氮气车（1），氮气车（1）排量控制气浆比，控制药剂计量泵（3）排量注入管线中；

熟化好的混合浆液、起泡剂、氮气经过高压管网进入三相泡沫发生器（8）充分混合，在三相泡沫发生器（8）的作用下，形成均匀、细腻、稳定的粘土泡沫复合体系，经三相泡沫发生器（8）出口注入井口（10）。

本发明提到的一种粘土泡沫复合体系用于油水井的应用方法，包括以下具体步骤：

（1）配浆：

将0.5%-1%的分散剂naoh按质量分数添加到配料搅拌罐中，并按质量分数添加淡水，启动搅拌器充分搅拌，使ph值≥10；

将5%～10%的钠基膨润土按质量分数均匀添加到配料搅拌罐中充分搅拌，至粘度达到28秒；

将0.5%～2%的油井水泥、0.5‰-1.5‰的稳定剂硅酮酰胺、0.25%～0.75%的稳定剂硅酸钠依次均匀投放到配料搅拌罐中搅拌熟化，搅拌熟化至浆液粘度29-30秒，然后通过液下泵泵入到注入罐中；

（2）注入：

依次启动智能堵调泵、药剂泵和氮气车，智能堵调泵的排量为6-8方/小时，氮气车排量控制气浆比在2:1～1:1（v气体：v浆液）之间，药剂计量泵的排量按所用药剂的质量分数0.5%～1.5%进行控制；

熟化好的混合浆液、起泡剂、氮气经过高压管网进入三相泡沫发生器充分混合，在三相泡沫发生器的作用下，形成均匀、细腻、稳定的粘土泡沫复合体系，经三相泡沫发生器出口注入井口。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.该工艺方法形成的粘土泡沫体系均匀细腻，具有可调的流动渗透性，并具有固相填充物的封堵和气相贾敏效应的双重封堵性能，可优先进入高渗层和因蒸汽冲刷引起的次生高渗通道，在孔隙喉道内发生架桥和封堵，实现液流的转向，扩大波及系数；其中，固相颗粒可增强液膜强度，同时体系中的发泡剂水溶液一方面可以改变地层岩石润湿性，另一方面可以降低稠油粘度，从而改善地层流体的流动性，起到降粘助排作用；

2.该体系在高渗带中不析水，在一定时间内可在油层温度或高温下固化成胶质状态（注入过程中不固化），固化成胶后将气体封闭，封堵强度高，体积长期不发生变化，可将高渗带封闭式堵塞；

3.该体系具有优异的耐高温、抗盐性能；

4.该体系中固相颗粒为常规普通产品，具有实施大剂量深部封堵的成本优势；

5.该体系配比灵活，可广泛适应于边水底入侵的中高渗油藏单井堵水、封窜、调剖和区块整体治理。

附图说明

附图1是本发明的注入装置的示意图；

附图2是本发明首次在油井中应用后第一口二线受效井的日度生产曲线图；

附图3是本发明首次在油井中应用后第二口二线受效井的日度生产曲线图；

上图中：氮气车1、智能堵调泵2、药剂计量泵3、药剂罐4、液下泵5、配料搅拌罐6、注入罐7、三相泡沫发生器8、单流阀9、井口10。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：本发明提到的一种粘土泡沫复合体系，由浆液和气体均匀混合而成，其中浆液由以下质量百分数的组分组成：

（1）固体颗粒：钠基膨润土，规格400目，10%；

（2）固体颗粒：油井水泥，规格450目，2%；

（3）分散剂：naoh，0.75%；

（4）起泡剂：十二烷基硫酸钠，1%；

（5）稳定剂:硅酮酰胺，1‰；硅酸钠，模数3，0.5%；

（6）余量为淡水；

其中，气体为氮气，纯度≥95%，

其中，气体与浆液的比例按体积配比，结合地层压力，地下气浆比为1.5:1（v气体：v浆液）。

本发明的复合体系的封堵机理主要由固相填充物的封堵、气相贾敏效应的封堵两部分组成，具有可调的流动渗透性，其中固体颗粒，可增强液膜强度，同时，体系中的发泡剂水溶液一方面可以改变地层岩石润湿性，另一方面可以降低稠油粘度，从而改善地层流体的流动性，起到降粘助排作用。

参照附图1，本发明提到的一种粘土泡沫复合体系用于油水井的注入装置，包括氮气车（1）、智能堵调泵（2）、药剂计量泵（3）、药剂罐（4）、液下泵（5）、配料搅拌罐（6）、注入罐（7）、三相泡沫发生器（8），所述配料搅拌罐（6）通过液下泵（5）与注入罐（7）连接，注入罐（7）连接智能堵调泵（2），智能堵调泵（2）通过高压管线与三相泡沫发生器（8）连接，药剂罐（4）通过药剂计量泵（3）和高压管线连接到智能堵调泵（2）与三相泡沫发生器（8）之间的高压管线中，氮气车（1）通过高压管线连接三相泡沫发生器（8），三相泡沫发生器（8）由高压管线通过单流阀（9）与井口（10）连接。

本发明提到的一种粘土泡沫复合体系用于油水井的应用方法，也就是本发明的粘土泡沫复合体系用于油水井堵水、调剖、封窜的工艺方法，包括以下具体步骤：

（1）配浆：

将0.75%的分散剂naoh按质量分数添加到配料搅拌罐（6）中，并添加淡水，启动搅拌器充分搅拌，使ph值为11；

将10%的钠基膨润土按质量分数均匀添加到配料搅拌罐（6）中充分搅拌，至粘度达到28秒；

将2%的油井水泥、1‰的稳定剂硅酮酰胺、0.5%、模数为3的稳定剂硅酸钠依次均匀投放到配料搅拌罐（6）中搅拌熟化，搅拌熟化至浆液粘度29秒，然后通过液下泵（5）泵入到注入罐（7）中；

（2）注入：

依次启动智能堵调泵（2）、药剂计量泵（3）和氮气车（1），智能堵调泵（2）的排量为6.5方/小时，氮气车（1）排量控制气浆比在1.5:1（v气体：v浆液）之间，药剂计量泵（3）的排量按所用药剂的质量分数1%进行控制；

熟化好的混合浆液、起泡剂、氮气经过高压管网进入三相泡沫发生器（8）充分混合，在三相泡沫发生器（8）的作用下，形成均匀、细腻、稳定的粘土泡沫复合体系，经三相泡沫发生器（8）出口注入井口（10）。

现场内部实验为：草109-p19井为一口因边水入侵的热采高含水井，措施前因含水99%停产，对应二线井草109-p18、草109-p1两口井受边水影响，含水均达到95%以上，2015年12月对草109-p19井实施粘土泡沫体系封堵边水，共注入混合浆液1200方，其中400目钠基膨润土120吨，450目油井水泥24吨，naoh9吨，硅酮酰胺1.2吨，硅酸钠6吨，发泡剂12吨，氮气144000方，气浆比1.5:1，折合地下体积3000方。转周生产后，二线井109-p18、草109-p1井受效显著，其中草109-p18井截止目前一个吞吐周期已生产360天，含水平均下降15%，已增产原油2650吨，峰值日油11吨，目前含水80%，日油7吨，继续生产；草109-p1井已生产两个吞吐周期，含水平均下降13%，已增产原油1100吨，目前含水82%，日油4.5吨，继续生产；至目前投入产出比已高达1:10，经济效益显著。

由于不同油藏的不同井地质特征各异，所以选用本发明进行处理时，需要进行针对性的配比，调整到最佳效果；另外，二线井草109-p18，其日度生产曲线图参照附图2；草109-p1井的日度生产曲线图参照附图3。

实施例2：本实施例与实施例1不同之处是：第二种粘土泡沫复合体系，由浆液和气体均匀混合而成，其中浆液由以下质量百分数的组分组成：

（1）固体颗粒：钠基膨润土，规格200目，5%；

（2）固体颗粒：油井水泥，规格450目，0.5%；

（3）分散剂：naoh，0.5%；

（4）起泡剂：十二烷基硫酸钠，0.5%；

（5）稳定剂:硅酮酰胺，0.5‰‰；硅酸钠，模数2.4，0.25%；

（6）余量为淡水。

其中，气体为氮气，纯度≥95%，

其中，气体与浆液的比例按体积配比，结合地层压力，地下气浆比为2:1（v气体：v浆液）。

另外，应用方法如实施例1，不再详述。

实施例3，本实施例与实施例1不同之处是：第二种粘土泡沫复合体系，由浆液和气体均匀混合而成，其中浆液由以下质量百分数的组分组成：

（1）固体颗粒：钠基膨润土，规格600目，10%；

（2）固体颗粒：油井水泥，规格800目，5%；

（3）分散剂：naoh，1%；

（4）起泡剂：十二烷基硫酸钠，1.5%；

（5）稳定剂:硅酮酰胺，1.5‰；硅酸钠，模数3.3，0.75%；

（6）余量为淡水。

其中，气体为氮气，纯度≥95%，

其中，气体与浆液的比例按体积配比，结合地层压力，地下气浆比为1:1（v气体：v浆液）。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。