渗透选择性堵剂及其制备方法和使用方法.pdf

本发明涉及一种渗透选择性堵剂，由以下重量配比的组分制成：400份水中加入由超细油井水泥10~20份和超细矿渣80~100份构成的主剂，增粘剂15~30份，促凝剂0~2份，缓凝剂0~2份，稳定剂1~10份；所述主剂的平均粒径为15~16μm。该渗透选择性堵剂稳定性良好，对水的矿化度适应范围宽，粘度较低，泵入性能良好，挤注入地层后选择性封堵大孔道，不进入中低渗地层，不损害地层和储层，耐高温性能良好。本发明还涉及该渗透选择性堵剂的制备方法和使用方法，使其能够更好的发挥封堵效果，做到堵而不死，并可用土酸解堵。

1.  一种渗透选择性堵剂，其特征在于，由以下重量配比的组分制成：400份水中加入由超细油井水泥10~20份和超细矿渣80~100份构成的主剂，增粘剂15~30份，促凝剂0~2份，缓凝剂0~2份，稳定剂1~10份；所述主剂的平均粒径为15~16μm。

2.  根据权利要求1所述的渗透选择性堵剂，其特征在于：所述主剂的粒径≤50μm。

3.  根据权利要求1所述的渗透选择性堵剂，其特征在于：所述增粘剂为锂铝硅酸盐。

4.  根据权利要求1所述的渗透选择性堵剂，其特征在于：所述促凝剂为亚硝酸盐。

5.  根据权利要求1所述的渗透选择性堵剂，其特征在于：所述缓凝剂为羟基羧酸盐。

6.  根据权利要求1所述的渗透选择性堵剂，其特征在于：所述稳定剂为丙烯基聚合物。

7.  一种如权利要求1所述的渗透选择性堵剂的制备方法，其特征在于：向水中先加入缓凝剂和促凝剂，搅拌溶解；在搅拌状态下加入增粘剂和稳定剂，使分散均匀；最后加入主剂，在搅拌状态下得到呈悬浮态的渗透选择性堵剂。

8.  一种渗透选择性堵剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，地层预处理，挤注前置液、清洗液；
步骤二，连续挤注如权利要求1所述的渗透选择性堵剂；
步骤三，挤注顶替液。

9.  根据权利要求8所述的渗透选择性堵剂的使用方法，其特征在于：在挤注清洗液之后、渗透选择性堵剂之前，挤注隔离液；在挤注渗透选择性堵剂之后、顶替液之前，挤注隔离液。

10.  根据权利要求9所述的渗透选择性堵剂的使用方法，其特征在于：所述隔离液由以下重量配比的组分制成：100份水中加入氢氧化钠1~5份，钠蒙脱土5~10份，六偏磷酸钠0.05~0.1份。

渗透选择性堵剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及一种渗透选择性堵剂，同时，本发明还涉及该渗透选择性堵剂的制备方法和使用方法。
背景技术
国内80%的油田都已进入到注水开发的方式开采，目前到了高含水开发阶段，据统计大部分油田的综合含水率高达80%以上，而一些老油田的综合含水率更是高达90%以上。油田长期注水开发，由于油藏的非均质性，油、水粘度上的差异和油水井组内的不平衡，必然导致注入水沿高渗透条带突入、窜流到生产井，向低渗透层波及程度低，导致注入水的循环效率低。人们一直寻求采用各种技术和手段来提高采油率，其中油井堵水、注水井调剖作为一种有效的技术手段得到了广泛的应用，如中国专利CN101451061B 涉及一种油泥砂固砂堵水调剖剂的研究，CN101898860B提供了一种含油泥无机复合调剖剂及其应用方法，CN103232838A 公开了一种水泥调堵剂的制备及其应用方法等等。但按常规方法堵水虽然可以控制无效产水，但也损失了大部分储量，而且伴随着部分井夹层水泥环被破裂，造成严重的层间串槽现象，封隔器失效，非选择性堵水技术受到了夹层水和出水层位不明确的限制。为了提高油井采油量，及时调整吸水剖面和产液剖面，充分封堵高含水层层内大孔道，解放层内低含水且低渗透油层，提高层内储量的动用是油田开发作业中必须解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种选择性高、稳定性好的渗透选择性堵剂。
为实现上述目的，本发明的渗透选择性堵剂，由以下重量配比的组分制成：400份水中加入由超细油井水泥10~20份和超细矿渣80~100份构成的主剂，增粘剂15~30份，促凝剂0~2份，缓凝剂0~2份，稳定剂1~10份；所述主剂的平均粒径为15~16μm。
渗透选择性堵剂的主剂由超细油井水泥和超细矿渣构成的富钙相和富硅相组成，富钙相的Ca-O，Mg-O键比富硅相的Si-O键弱得多，且具有庞大的内比表面积，和较高的热力学不稳定性，故富钙相的水硬活性高于富硅相；另一方面，富钙相又具有一定的动力学稳定性，必须克服一定的活化能才能使其破坏，因此主剂的活性是潜在的，在通常情况下，水分子的作用不足以克服富钙相的分解活化能，主剂和水混合，在其表面仅能发生轻微的水化反应，使其部分物质溶解和水化，形成C-S-H凝胶，但进一步水化被表面的低渗透保护膜所阻止。促凝剂的作用就是使主剂结构破坏，促进主剂再进行水化固化反应，克服富钙相的分解活化能，发生反应使富钙相溶解。富钙相的反应较为剧烈和迅速，而富硅相的反应则较为缓慢和持久，初期的水化以富钙相的迅速水化和解体并导致主剂玻璃体解体为主，其水化产物填充于原充水空间，脱离原先结构的富硅相则填充于富钙相水化产物的间隙中，随着富硅相水化反应的进行，其水化产物不断填充于先前的水化产物间隙内，使水化产物的结构更加致密。选择水泥和矿渣的混合浆体作为主剂原料，一方面可以克服单独浆体的弊端，如仅使用矿渣材料，强度低，突破压力低，会造成施工后承压能力差，突破时间变短，封堵施工后有效期缩短的问题；仅使用水泥容易在现场出现浆体不相容的问题，并容易污染井下的其他浆体，而且井下其他浆体中存在的盐或聚合物可能影响水泥的稠化时间，造成安全事故；另一方面，混合浆体为辅剂体系的选择提供了更丰富的范围，为保证施工安全提供更多便利。配制渗透选择性堵剂体系时，增粘剂用于调节体系的流动性能，稳定剂用于协助增粘剂确保体系的不分层、稳定性能，促凝剂与缓凝剂配合用于调节体系的固化时间，主剂与各类辅剂间的协同作用，使得常温下五种材料极其缓慢的发生着化学反应，当进入地层达到一定温度时化学反应加快，生成具有一定强度的硅酸盐固化体。其主要反应式如下：
3CaO·SiO₂+nH₂O=xCaO·SiO₂·yH₂O+(3-x)Ca(OH)₂
2CaO·SiO₂+nH₂O=xCaO·SiO₂·yH₂O+(2-x)Ca(OH)₂
终产物为硅酸盐物质，该物质结晶较大、胶结紧密，具有一定的强度，耐高温性能良好。
为使本发明的渗透选择性堵剂能够选择性的进入大孔道、高渗层，不进入中低渗地层，限定主剂的颗粒平均粒径为15~16μm，基于三分之二架桥理论，并利用主剂中矿渣在初期水化形成的无机凝胶，夹杂在堆积的颗粒其中可以很好的形成屏蔽层，防止堵漏浆向低渗透层内的继续灌入。获得的渗透选择性堵剂以液体状态选择性进入大孔道，不进入中低渗地层，在地层内水化、离子重聚，与大孔道中疏松砂粒及孔壁胶结，根据要求适当时间固化，封堵大孔道，达到调整储层不均匀性的目的，改变地层的非均质性，疏松地层重新固结，减少地层出砂几率，而且很少进入原始油层，对储层基本不会造成损害。
作为对上述方式的限定，所述主剂的粒径≤50μm。
作为对上述方式的限定，所述增粘剂为锂铝硅酸盐。
作为对上述方式的限定，所述促凝剂为亚硝酸盐。
作为对上述方式的限定，所述缓凝剂为羟基羧酸盐。
作为对上述方式的限定，所述稳定剂为丙烯基聚合物。
由于渗透选择性堵剂中主剂使用了水泥和矿渣两种与水反应固化的材料，在反应过程中，两者存在协同固化的情况，因此选择促凝剂和缓凝剂要考虑对两种材料的通用性才会达到最佳的使用效果。增粘剂、稳定剂的选择，要考虑主剂中水泥与地层粘土间会发生钙侵增加浆体稠度的情况，而且这种增稠还会表现为一定的触变性，即当浆体静置几分钟后稠度迅速增加，从而增加浆体在地层中滞留的能力，以防止浆体被地层中其它流体携带过多，保证封固的质量。
同时，本发明的渗透选择性堵剂的制备方法是，向水中先加入缓凝剂和促凝剂，搅拌溶解；在搅拌状态下加入增粘剂和稳定剂，使分散均匀；最后加入主剂，在搅拌状态下得到呈悬浮态的渗透选择性堵剂。
渗透选择性堵剂的制备过程中，根据各物料在体系中的作用限定了缓凝剂、促凝剂、增粘剂、稳定剂及主剂的加入顺序，使获得的渗透选择性堵剂具有最佳的性能及效果。
同时，本发明的渗透选择性堵剂的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，地层预处理，挤注前置液、清洗液；
步骤二，连续挤注如上所述的渗透选择性堵剂；
步骤三，挤注顶替液。
挤注渗透选择性堵剂前对地层进行预处理，再使用前置液、清洗液，挤注渗透选择性堵剂后再挤注顶替液。通过前置液清洗井筒、降低地层温度，清洗液清除孔道中的有机杂质，最后挤注顶替液按设计要求将堵剂顶替到设计位置完成挤注工艺。
作为对上述方式的限定，在挤注清洗液之后、渗透选择性堵剂之前，挤注隔离液；在挤注渗透选择性堵剂之后、顶替液之前，挤注隔离液。
为使本发明的渗透选择性堵剂发挥最佳的选择性封堵效果，延长封堵时效，使用渗透选择性堵剂前用隔离液将地层中的水推开，降低封堵剂被水稀释的程度，提前改善地层的胶结能力，并降低封堵剂遇到其它离子的风险，保证施工安全，而且使用隔离液后残余的碱也可以防止后续渗透选择性堵剂在底层被稀释后难以凝固的情况发生，提高封堵能力；挤注渗透选择性堵剂后再使用隔离液以保护渗透选择性堵剂固化，防止顶替液稀释导致堵剂固化不完全、返渣现象。通过前置、后置隔离液强化渗透选择性堵剂的封堵效果。
作为对上述方式的限定，所述隔离液由以下质量配比的组分制成：100份水中加入氢氧化钠1~5份，钠蒙脱土5~10份，六偏磷酸钠0.05~0.1份。
如上的隔离液可以高效配合本发明的渗透选择性堵剂发挥高选择性高稳定性的封堵效果。
综上所述，采用本发明的技术方案，获得的渗透选择性堵剂稳定性良好，在配置过程不会出现泌水和离析现象，对水的矿化度适应范围宽，粘度较低，泵入性能良好；挤注入地层后选择性封堵大孔道，不进入中低渗地层，改变地层的非均质性，重新固结疏松地层，不损害地层和储层，适用温度30~190℃，固化后抗温能力达到300℃以上，耐高温性能良好。该渗透选择性堵剂配合前置隔离液和后置隔离液的使用，能够更好的发挥封堵效果，可以做到堵而不死，并可用土酸解堵。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及几组渗透选择性堵剂，配方如下表所示：

按上表的配方，首先向清水中加入缓凝剂和促凝剂，搅拌溶解；在转速5000r/min的高速搅拌下加入增粘剂和稳定剂，使分散均匀；最后加入主剂，在转速13000r/min的高速搅拌下得到呈悬浮态的渗透选择性堵剂。
实施例二
本实施例涉及实施例一的渗透选择性堵剂的封堵效果检测，采用驱替岩心实验检测渗透率和封堵率。实验岩心为石英砂环氧树脂胶结人造岩心，几何尺寸为：高×宽×长=4.5×4.5×15cm，为模拟地层中大孔道形成情况，沿岩心长度方向钻孔，孔深分别3cm、6cm和9cm，孔径分别为0.8cm、1.6cm和2.5cm，在孔中填砂，砂粒粒径在35-40目之间。实验水驱过程注入速度为0.6mL/min。
实施例2.1
本实施例涉及单块岩心实验，操作步骤如下：
①.钻孔填砂前后岩心水测渗透率；
②.注入实施例1.1渗透选择性堵剂；
③.将岩心在实验条件下放置24小时；
④.水驱至压力稳定，计算渗透率和封堵率。
实验结果见下表：

从上表可以看出，在孔径相同条件下，随着孔长增加，封堵率增加；在孔长相同条件下，随孔径增加，封堵率增加。当孔长为9cm，孔径为2.5cm时，候凝24h后封堵率可达90.9%，表明本发明的渗透选择性堵剂具有良好的封堵能力，可用于封堵地层中水冲刷形成的大孔道。
实施例2.2
本实施例涉及双管并联实验，操作步骤如下：
①.钻孔填砂前后岩心水测渗透率；
②.由基质岩心和填砂岩心并联组成模型，注入实施例1.2渗透选择性堵剂；
③.将岩心在实验条件下放置24小时；
④.水驱至压力稳定，计算渗透率和封堵率。
高渗透率岩心实验结果见下表：

中渗透率岩心实验结果见下表：
 
低渗透率岩心实验结果见下表：

从上表可看出，对于单块岩心，填砂岩心封堵率高于基质岩心。对于填砂岩心，随着孔长增加，封堵率增加；在孔长相同条件下，随孔径增加，封堵率增加。对于整个模型，当孔长为9cm，孔径为2.5cm时，高渗透率岩心并联后的封堵率可达78.1%，表现出较强的封堵能力。
实施例2.3
本实施例涉及双管并联驱油实验，操作步骤如下：
①.钻孔填砂前后岩心水测渗透率；
②.岩心饱和油，计算含油饱和度；
③.由基质岩心和填砂岩心并联组成模型，水驱至含水98%；
④.将填砂岩心注入实施例1.3渗透选择性堵剂；
⑤.将填砂岩心在实验条件下放置24小时；
⑥.由基质岩心和填砂岩心并联组成模型，水驱至含水98%，计算采收率和分流率。
使用孔长为9cm，孔径为1.6cm的钻孔岩心，实验结果见下表：
 
从上表可以看出，水驱结束注渗透选择性堵剂后，模型各小层采收率呈现不同程度增加，其中基质岩心采收率增幅较大，填砂岩心采收率增幅较小。与水驱采收率相比较，调驱采收率增幅为18.2%，表现出较好的调剖效果。
实施例三
本实施例涉及实施例1.1的渗透选择性堵剂的现场实施效果。
施工前准备：
①.起出井内生产管柱、清蜡，丈量；
②.下刮削管柱，下冲砂管柱，清水冲砂至人工井底，循环洗井，达到进出口水质一致；
③.起冲砂管柱，下挤注管柱、安装井口，封隔器涨封，捞死芯子；
④.挤注设备运达井场，设备管线连接，按实施例1.1的配方配制渗透选择性堵剂；按100g水中加入氢氧化钠3g、钠蒙脱土6g、六偏磷酸钠0.08g的配方混合搅拌均匀，配制隔离液；以清水为前置液，十二烷基苯磺酸钠为清洗液，清水为顶替液进行施工。
施工工艺：
步骤一，水罐车、泵车到达现场，连接挤注管线，井口及地面管汇试压25MP；地层预处理，试挤清水5m³，测试地层吸收能力，挤注前置液、清洗液、隔离液；
步骤二，连续挤注渗透选择性堵剂，观察压力变化，若压力超过施工压力上限，停止挤注，等待压力扩散，若两次出现施工压力超过施工压力上限，停止挤注；
步骤三，挤注隔离液、顶替液，将渗透选择性堵剂推离井筒；顶替结束后，等待压力扩散（1-3h）后放压≤30min；使用作业机解封封隔器，上提管柱3-5根，正洗井2周，至进出口水质相同，关井候凝72h，完井。
现场施工参数如下：
井深：353米；
油层套管：159毫米（下深349米）；
油层位置：270.4-280.3米，厚度10米；
渗透率：1343毫达西；
孔隙度：30.4%;
含油饱和度：39.4%。
采油数据测试如下表所示：

由采油数据可以得出，渗透选择性堵剂的使用能够显著提高油田的驱采率，而且配以隔离液的使用，能够增强渗透选择性堵剂的封堵效果，减少跑渣现象。