CN111961458A - 油井控水用高分子材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油井控水用高分子材料，其由主剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂以及水组成；其质量百分比组成为：主剂20至30％，密度调节剂0.5至3％，引发剂0.02至0.05％，酸碱调节剂0.3至1.8％，余量为水；其制备方法为按质量百分比称取主剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂放入在水中充分溶解，常温下调节溶液pH至中性；然后向溶液中充氮气保护；再将该溶液加热反应；反应结束后造粒，得到分隔颗粒材料，即为成品；该材料是一种粒度与密度可调、耐高温、机械强度高、化学稳定性好的高分子颗粒；制备方法简单合理，成本低，可以广泛应用于有控水需求的油气井。

Description

油井控水用高分子材料

技术领域

本发明属于石油和天然气开采技术领域，尤其涉及一种油井控水 用高分子材料。

背景技术

在油气井生产过程中，无论是直井还是水平井，由于油藏自身存 在非均质特性，而且油水间的粘度差很大，这就导致了水会沿着渗透 率高的地层提前进入井筒，并迅速充满井筒的大部分空间，使油气井 产液的含水率大幅度升高，油产量大幅度下降。假设出水段渗透率为 出油段渗透率的6倍，油粘度为水粘度的100倍，那么根据达西定律 可知，一米段出水量将是油量的600倍，假设水平段长度300米，每 米产油0.5方，出水之前井口产油将是150方/天，高渗段出水之后， 一米产水将是300方。上述问题给油田生产带来了巨大的经济损失。 这里的油气井是指油气田开发中广义的生产井，包括油井、气井、天 然气井等。

为了解决含水快速升问题，现阶段主要采用化学堵水和机械卡水 两种方法，但是整体效果不理想，成功率偏低，增油效果有限。近几 年，有一种化学环空封隔技术，英文名称为ACP，工作原理是将一种 具有触变性流体注入到筛管与地层之间，通过快速成型为高强度固体， 可以将水平段分隔为3段，方便后续分段控制和精细管理，提高了油 井的管理水平，油井堵控水效果也有效提升。控水原理是将水平段分 成了几个相对独立的流动单位，每个流动单位下辅助应用AICD或者 ICD等控流装置，可以实现高产水段的低排量产液。相当于在地层中 安装了几个“油嘴”，可以控制油嘴的大小来实现产液的数量。但是 ACP分段层数有限，且有效期短(一般有效期只有2年)。因此有必 要研发一种新型材料。

高分子材料控水技术是先向油气井中下入限流阀管柱，在限流阀 管柱与井壁之间存在环空(上述环空是广义的环空，它不仅包括限流 阀管柱与外管柱或井壁之间的环空，还包括水泥环窜槽、筛管与井壁 间的环空、多孔管与井壁间的环空等)，然后再向上述环空中充填高 分子颗粒材料，并充填紧实形成具有一定渗透性的结构。这种结构具 有轴向流动阻力很大，而径向流动阻力很小的特性，不影响生产。颗 粒结构将油气井轴向分隔成了许多相对独立的生产区间，再结合限流 阀的控流作用，就实现了分段控流。

就分段技术中的分隔效果而言，使用高分子颗粒比使用封隔器的 效果更好。颗粒材料需要满足井下高温、高压、高强度挤压力的作用， 还需要耐油、耐水，很多情况下还要求耐强酸，而且还要求具有数年 到十几年的稳定性。而且还需要便于制造出达到要求的粒径。由于油 气井生产的特点，其对分隔介质还有其它苛刻要求：一方面，高分子 材料介质不能堵塞油气井，否则会造成油气井不产液而报废。另一方 面，高分子材料介质的渗透率不能太大、又不能太小，这样才能达到 径向阻力小、轴向阻力大而达到阻碍地层流体或注入流体沿油气井轴 向流动、同时允许地层流体或注入流体沿油气井径向渗流的目的。这就要求粒径在需要的范围之内。

无机封隔颗粒在市面上也是有潜在产品的，比如人造空心玻璃就 是其中一种。空心玻璃微珠是近年来发展起来的一种用途广泛、性能 优异的新型材料，该产品的主要成分是硼硅酸盐，粒度为10-250微 米、壁厚为1-2微米的空心球体。该产品具有质轻、低导热、强度高 和良好的化学稳定性等优点，经过特殊处理，具有亲油、憎水性能， 非常容易分散于树脂等有机材料中。空心玻璃微珠广泛用于玻璃钢、 人造大理石、人造玛瑙等复合材料中，具有明显的减轻重量和隔音保 温效果，使制品具有很好的抗龟裂性能和再加工性能。在航空、航天、 新型高速列车、豪华游艇、隔热涂料、保龄球等领域得到广泛应用， 并起到了独特的良好作用。空心玻璃微珠，是由无机材料构成的。按 化学成分有：二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等。其粒 径十到几百微米，为内部充斥CO2气体的封闭微型球体。并且具有质 轻、低导热、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优点。是人造大 理石、玻璃钢、原子灰、油漆、塑料、炸药、化工、建材等行业极好 的产品填充剂。

但是玻璃质的空心颗粒的密度为0.5-0.8g/cm³，由于分隔颗粒对 密度和粒径都有着较高的要求，人造空心玻璃球的造价太大，难以应 用于实际中。因此，如何生产出一种封隔效果较好，而制造成本又较 低的分隔颗粒，是油气开采的分段技术应用中一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种油井控水用高分子材料,以解决油气井 生产过程中含水快速升的技术问题。

为实现上述目的，本发明油井控水用高分子材料的具体技术方案 如下：

一种油井控水用高分子材料，其包括主剂、密度调节剂、引发剂、 酸碱调节剂及水；其质量百分比组成为：主剂20至30％，密度调节 剂0.5至3％，引发剂0.02至0.05％，酸碱调节剂0.3至1.8％，余量 为水。

前述的油井控水用高分子材料，其中，所述主剂为苯乙烯；所述 密度调节剂为白炭黑；所述引发剂为过硫酸铵或者亚硫酸氢钠；所述 酸碱调节剂为氢氧化钠或者盐酸；所述水为蒸馏水或自来水。

一种油井控水用高分子材料的制备方法，其按质量百分比称取主 剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂放入在水中充分溶解，在常温 下调节该溶液的pH至中性；然后向溶液中充氮气保护；再将该溶液 加热反应；反应结束后进行造粒，得到分隔颗粒材料，即为成品。

前述的油井控水用高分子材料的制备方法，其中，所述主剂的质 量百分比为20至30％，所述密度调节剂的质量百分比为0.5至3％， 所述引发剂的质量百分比为0.02至0.05％，所述酸碱调节剂的质量 百分比为0.3至1.8％，余量为水。

前述的油井控水用高分子材料的制备方法，其中，所述主剂为苯 乙烯、密度调节剂为白炭黑、引发剂为过硫酸铵或亚硫酸氢钠、酸碱 调节剂为氢氧化钠或盐酸、水为蒸馏水或自来水。

前述的油井控水用高分子材料的制备方法，其中，所述主剂、密 度调节剂、引发剂、酸碱调节剂的水溶液中，充氮气保护的时间为 20至40分钟，该溶液加热反应的温度为40至50℃，反应时间为4 至5小时。

前述的油井控水用高分子材料的制备方法，其中，所述造粒为现 有机械造粒工艺；所述分隔颗粒材料的颗粒密度为0.8至1.2g/cm³， 粒径为30至90目；优选的颗粒密度为1.00g/cm³，颗粒形状为球形。

本发明的有益效果是：该油井控水用高分子材料的分隔效果较好， 制备方法简单合理，生产制造成本较低；该材料颗粒可调，颗粒密度 为0.8至1.2g/cm³，粒径为30至90目；颗粒形状为球形。将该材料 填充到完井筛管与地层之间，防止水的轴向窜逸。该材料可增加分段 的数量，以更精细的控制每一段的产液量，从而提升增油的效果。该 材料与现有完井阶段充填的砾石的区别在于，该材料密度接近于水， 具有更好的携带型，可有效填充筛管与地层的环形空间；该材料粒径 更小，因而轴向上流动的阻力更大；该材料的硬度更高，耐酸碱能力 更强；颗粒粒径及密度可调，性能优势和成本优势突出。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面对本发明一种 油井控水用高分子材料做进一步详细的描述。

实施例：

称取20g苯乙烯、0.3g白炭黑、0.015g过硫酸铵、0.07g亚硫 酸氢钠以及余量的自来水，配制成100克水溶液；用氢氧化钠和盐酸， 调节该水溶液的pH为7；向水溶液中充氮气保护30分钟；然后将水 溶液加热至45℃，密闭反应4.5小时；得到的反应产物，再通过现 有造粒机剪切至理想粒径，即为本发明的油井控水用高分子材料。本 实施例选用颗粒密度为1.00g/cm³，粒径为30目，颗粒形状为球形。

对本发明实施例制备的油井控水用高分子材料性能评价：

1、水溶性、油溶性、耐酸性能评价。

取10g本实施例得到的产品，分别置于100g水、100g油样、100g 盐酸(浓度15％)中进行常温浸泡实验，浸泡10小时后，再次测量 颗粒的质量，计算颗粒产品在油水环境中的质量损失情况。实验结果 如表1所示。

表1颗粒材料水溶性、油溶性、耐酸性能评价

由实验结果可得，该样品在油、水以及酸液中具有很强的稳定性 能，质量基本不变。

2、耐压性能评价。

挤压会影响颗粒材料的形状，甚至发生破碎，影响产品性能，油 藏属于高压环境，因此有必要对颗粒材料进行耐压试验。向填砂管中 充满本实施例制备的颗粒材料，然后向填砂管中注水至高压18兆帕， 持续2小时。缓慢泄压至大气压后，取出材料，进行粒径测试实验， 称量该颗粒材料的质量，通过计算公式(1)计算颗粒材料的质量损 失情况，

公式Q＝(d₂-d₁)/d₁ (1)

式中，Q—质量损失系数，无因次；d₁和d₂—为初始和挤压后质 量，g。

实验结果如表2所示。

表2耐压性能评价

由实验结果可知，颗粒材料在高压环境中，挤压变形的情况基本 没有发生，表明该材料具有很强的耐压性能。

3、耐温性能评价。

高温环境会影响颗粒材料的球度和外形，最终影响筛管外环空的 填充效果，因此耐温性评价实验很重要。用特定的筛子，选取本实施 例制备的颗粒材料进行耐温性实验，取50g样品分别置于90℃、100℃、110℃、120℃、125℃、130℃高温反应釜中，恒温8小时，取出样品 重新过筛子，称取能通过筛子的颗粒材料的质量，实验结果如表3所 示。

表3颗粒材料耐温性能评价

由实验结果可得，随着环境温度的升高至125℃时，该样品在高 温环境中质量变化不大，形状变化不大。超过125℃时，该颗粒材料 形状有较大变化，为了保证该材料在地层中的长期稳定性，推荐该材 料的使用温度不超过125℃。

本发明实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘 述。

本发明油井控水用高分子材料的控水性能本质是，该材料由苯乙 烯通过双键结构发生自由基聚合反应形成，材料中含有苯环结构，苯 环属于六元环，其特殊形态结构可以增强材料的强度和耐酸碱性能， 当该材料进入到地层中时，完全可以承受地层的压力以及地层流体的 冲蚀，并且在后续地层进行酸化等措施作业时，也可以承受工作液的 腐蚀，不会发生溶蚀或者破碎现象。另外，该材料通过密度调节剂可 以实现接近于水的密度，通过水作为携带液就可以将颗粒材料注入到 地层，水到之处，颗粒材料即可填充，不会发生沉降到井筒的风险， 这样，一方面消除了颗粒材料随产出液产出的风险，另一方面可以提高颗粒材料在地层中的充填度。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人 员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征 和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以 对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离 本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的 限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保 护的范围内。

Claims (7)

1.一种油井控水用高分子材料，其特征在于，包括主剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂及水；其质量百分比组成为：主剂20至30％，密度调节剂0.5至3％，引发剂0.02至0.05％，酸碱调节剂0.3至1.8％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的油井控水用高分子材料，其特征在于，所述主剂为苯乙烯；所述密度调节剂为白炭黑；所述引发剂为过硫酸铵或者亚硫酸氢钠；所述酸碱调节剂为氢氧化钠或者盐酸；所述水为蒸馏水或自来水。

3.一种如权利要求1所述油井控水用高分子材料的制备方法，其特征在于，按质量百分比称取主剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂放入在水中充分溶解，在常温下调节该溶液的pH至中性；然后向溶液中充氮气保护；再将该溶液加热反应；反应结束后进行造粒，得到分隔颗粒材料，即为成品。

4.根据权利要求3所述的油井控水用高分子材料的制备方法，其特征在于，所述主剂的质量百分比为20至30％，所述密度调节剂的质量百分比为0.5至3％，所述引发剂的质量百分比为0.02至0.05％，所述酸碱调节剂的质量百分比为0.3至1.8％，余量为水。

5.根据权利要求3所述的油井控水用高分子材料的制备方法，其特征在于，所述主剂为苯乙烯、密度调节剂为白炭黑、引发剂为过硫酸铵或亚硫酸氢钠、酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸、水为蒸馏水或自来水。

6.根据权利要求3所述的油井控水用高分子材料的制备方法，其特征在于，所述主剂、密度调节剂、引发剂、酸碱调节剂的水溶液中，充氮气保护的时间为20至40分钟，该溶液加热反应的温度为40至50℃，反应时间为4至5小时。

7.根据权利要求3所述的油井控水用高分子材料的制备方法，其特征在于，所述造粒为现有机械造粒工艺；所述分隔颗粒材料的颗粒密度为0.8至1.2g/cm³，粒径为30至90目；优选的颗粒密度为1.00g/cm³，颗粒形状为球形。