一种氮气泡沫控水堵水剂及其使用方法与流程

本发明涉及油田油井控水堵水技术领域，特别涉及一种氮气泡沫控水堵水剂及其使用方法。

背景技术：

油田开发面临地层压力下降、层间矛盾突出等开发实际，油田对低渗、低压油田的开发改造，多采用常规压裂酸化技术，大部分油层不见效，部分问题是返排不彻底导致二次污染，使压裂酸化效果下降；其次是地层孔隙小，渗透率低，流体流动性差，挤入的流体侵入油层，造成乳堵、蜡堵及粘土膨胀等。寻求安全高效的酸化工艺技术，提高措施有效率成为急需。

为此，提出一种氮气泡沫控水堵水剂及其使用方法。

在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例希望提供一种氮气泡沫控水堵水剂及其使用方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种氮气泡沫控水堵水剂，所述堵水剂由以下原料制备而成：

所述原料按重量百分比为：酸液15-35％、起泡剂0.4-0.6％、稳泡剂0.6-0.8％、缓蚀剂0.9-1.3％、水化铝酸钙0.5-1％、木质酸磺酸钠0.5-1％、油溶性树脂颗粒2-3％、凝胶3-5％、羧甲基纤维素1-2％、纳米二氧化硅0.5-1.5％、二甲基二烯丙基氯化铵1.5-2.5％、稳定剂0.4-0.7％和氮气51.7-75.6％；

所述酸液为高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、氟化氢、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸和硼酸中的任意一种或多种混合；

所述堵水剂为将氮气通入酸液后形成的泡沫状酸性物质。

优选的：所述稳定剂为铁离子稳定剂。

优选的：所述缓蚀剂为铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑和聚天冬氨酸中的任意一种或多种混合。

优选的：所述起泡剂的型号为el-23。

优选的：所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白和多肽中的任意一种。

一种氮气泡沫控水堵水剂的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、原料混合：将酸液加入卧式搅拌机内，接着向卧式搅拌机内依次加入凝胶、羧甲基纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌45-55min，转速为120-160r/min，加入纳米二氧化硅，转速不变，继续搅拌20-30min，加入缓蚀剂和稳定剂，继续搅拌15-20min，加入起泡剂和稳泡剂，搅拌8-15min；

步骤二、起出井下生产管柱；

步骤三、下光油管至油层底界，向酸液内注入氮气，酸液与氮气混合反应，形成前置泡沫段、前置泡沫酸、主体泡沫酸和泡沫顶替液；

步骤四、挤入前置泡沫段；

步骤五、正挤前置泡沫酸；

步骤六、正挤主体泡沫酸；

步骤七、正挤后置泡沫顶替液，关井反应2.5-3.5天，放喷，排出残酸。

优选的：在所述步骤三中，使用氮气发生车以1000-1500m³/h的排量向酸液内注入氮气，注入时间为35-45min。

优选的：所述前置泡沫段为氮气与酸液混合反应后泡沫段上层的25-35％；

所述前置泡沫酸为氮气与酸液混合反应后酸液段上层的15-25％；

所述主体泡沫段为氮气与酸液混合反应后挤出前置泡沫酸后的剩余部分；

所述泡沫顶替液为氮气与酸液混合反应后挤出主体泡沫段后的剩余部分。

一种氮气泡沫控水堵水剂的应用，所述堵水剂用于大段碳酸岩和砂岩储层的酸化施工、滤失难以控制的储层、低压、低渗或水敏性储层和储层含油饱和度大于50％的储层。

本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

一、本发明堵水剂通过采用氮气通入酸液内，辅助添加稳泡剂、缓蚀剂、凝胶、羧甲基纤维素、纳米二氧化硅、二甲基二烯丙基氯化铵和稳定剂，具有良好的控滤失性能，对于低渗储层，施工时不需加降滤剂就能达到较好的降滤效果，可减轻储层损害，适用于低压低渗排液困难的储层改造，老井挖潜和低压井的增产措施，也能有效解决排液难、水敏性储层等特殊矛盾井的作业；

二、本发明堵水剂通过添加羧甲基纤维素增加膨胀倍率，纳米二氧化硅使堵水剂的耐腐蚀性能和耐盐性能得到增强，并且还能提高堵水剂的力学强度，避免堵水剂被轻易地冲刷脱落，提高堵水剂使用效果；

三、本发明堵水剂通过添加二甲基二烯丙基氯化铵，含有烃基基团，在油中溶解收缩，降低对油流的阻力；分子中还含有阳离子基团，能吸附于带负电的水湿砂砾岩孔隙界面，有效阻挡水的流动，提高堵水效果；

四、本发明堵水剂通过水化铝酸钙聚合凝胶，使得聚合物分子链上含有大量的羟基，具有良好的增稠、悬浮、分散、粘合、成膜和保护水分等特性，木质酸磺酸钠配合油溶性树脂颗粒被挤入并筒附近的近井地带时，在地层压力、温度作用下，能变软、变形，堵塞岩石孔隙，形成屏蔽，有效阻止地层水的产出。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的氮气泡沫控水堵水剂使用方法的流程图；

图2为本发明实验例一的氮气泡沫控水堵水剂中起泡剂在酸液中的起泡能力示意图；

图3为本发明实验例一的氮气泡沫控水堵水剂中起泡剂在酸液中的半衰期示意图；

图4为本发明实验例一的65℃下酸岩反应溶蚀量示意图；

图5为本发明实验例一的65℃下泡沫酸的缓蚀性能示意图；

图6为本发明实验例一的泡沫酸在饱和水和饱和油岩心中的分流实验缓蚀性能示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种氮气泡沫控水堵水剂，堵水剂由以下原料制备而成：

原料按重量百分比为：酸液15％、起泡剂0.4％、稳泡剂0.6％、缓蚀剂0.9％、水化铝酸钙0.5％、木质酸磺酸钠0.5％、油溶性树脂颗粒2％、凝胶3％、羧甲基纤维素1％、纳米二氧化硅0.5％、二甲基二烯丙基氯化铵1.5％、稳定剂0.4％和氮气72.6％；

酸液为盐酸、氟化氢；

水化铝酸钙聚合凝胶，使得聚合物分子链上含有大量的羟基，具有良好的增稠、悬浮、分散、粘合、成膜和保护水分等特性，木质酸磺酸钠配合油溶性树脂颗粒被挤入并筒附近的近井地带时，在地层压力、温度作用下，能变软、变形，堵塞岩石孔隙，形成屏蔽，有效阻止地层水的产出。

油溶性酚醛树脂为对苯基苯酚和对叔丁基酚制造。

羧甲基纤维素增加膨胀倍率，纳米二氧化硅使堵水剂的耐腐蚀性能和耐盐性能得到增强，并且还能提高堵水剂的力学强度，避免堵水剂被轻易地冲刷脱落，提高堵水剂使用效果；

二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)含有烃基基团，在油中溶解收缩，降低对油流的阻力；分子中还含有阳离子基团，能吸附于带负电的水湿砂砾岩孔隙界面，有效阻挡水的流动，提高堵水效果。

堵水剂为将氮气通入酸液后形成的泡沫状酸性物质。

本实施例中，具体的：稳定剂为铁离子稳定剂，与金属表面接触，会形成部分铁离子进入地层，随着酸岩反应的进行，酸液活性会逐渐降低，ph值升高。

本实施例中，具体的：缓蚀剂为铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐混合，使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零。同时还能保持金属材料原来的物理、力学性能不变。

本实施例中，具体的：起泡剂的型号为el-23。

本实施例中，具体的：稳泡剂为蛋白。

一种氮气泡沫控水堵水剂的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、原料混合：将酸液加入卧式搅拌机内，接着向卧式搅拌机内依次加入凝胶、羧甲基纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌45min，转速为160r/min，加入纳米二氧化硅，转速不变，继续搅拌20min，加入缓蚀剂和稳定剂，继续搅拌15min，加入起泡剂和稳泡剂，搅拌8min；

步骤二、起出井下生产管柱；

步骤三、下光油管至油层底界，向酸液内注入氮气，酸液与氮气混合反应，形成前置泡沫段、前置泡沫酸、主体泡沫酸和泡沫顶替液；

步骤四、挤入前置泡沫段；

步骤五、正挤前置泡沫酸；

步骤六、正挤主体泡沫酸；

步骤七、正挤后置泡沫顶替液，关井反应2.5天，放喷，排出残酸。

本实施例中，具体的：在步骤三中，使用氮气发生车以1000m³/h的排量向酸液内注入氮气，注入时间为35min。

本实施例中，具体的：前置泡沫段为氮气与酸液混合反应后泡沫段上层的25％；

前置泡沫酸为氮气与酸液混合反应后酸液段上层的15％；

主体泡沫段为氮气与酸液混合反应后挤出前置泡沫酸后的剩余部分；

泡沫顶替液为氮气与酸液混合反应后挤出主体泡沫段后的剩余部分。

一种氮气泡沫控水堵水剂的应用，堵水剂用于大段碳酸岩和砂岩储层的酸化施工、滤失难以控制的储层、低压、低渗或水敏性储层和储层含油饱和度大于50％的储层。

实施例二

如图1所示，本发明实施例提供了一种氮气泡沫控水堵水剂，堵水剂由以下原料制备而成：

原料按重量百分比为：酸液35％、起泡剂00.6％、稳泡剂0.8％、缓蚀剂1.3％、水化铝酸钙1％、木质酸磺酸钠1％、油溶性树脂颗粒3％、凝胶5％、羧甲基纤维素2％、纳米二氧化硅1.5％、二甲基二烯丙基氯化铵2.5％、稳定剂0.7％和氮气46.7％；

酸液为高氯酸、氢碘酸、硫酸；

堵水剂为将氮气通入酸液后形成的泡沫状酸性物质。

本实施例中，具体的：稳定剂为铁离子稳定剂。

本实施例中，具体的：缓蚀剂为铬酸盐。

本实施例中，具体的：起泡剂的型号为el-23。

本实施例中，具体的：稳泡剂为聚丙烯酰胺。

一种氮气泡沫控水堵水剂的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、原料混合：将酸液加入卧式搅拌机内，接着向卧式搅拌机内依次加入凝胶、羧甲基纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌55min，转速为120r/min，加入纳米二氧化硅，转速不变，继续搅拌30min，加入缓蚀剂和稳定剂，继续搅拌20min，加入起泡剂和稳泡剂，搅拌15min；

步骤二、起出井下生产管柱；

步骤三、下光油管至油层底界，向酸液内注入氮气，酸液与氮气混合反应，形成前置泡沫段、前置泡沫酸、主体泡沫酸和泡沫顶替液；

步骤四、挤入前置泡沫段；

步骤五、正挤前置泡沫酸；

步骤六、正挤主体泡沫酸；

步骤七、正挤后置泡沫顶替液，关井反应3.5天，放喷，排出残酸。

本实施例中，具体的：在步骤三中，使用氮气发生车以1500m³/h的排量向酸液内注入氮气，注入时间为35min。

本实施例中，具体的：前置泡沫段为氮气与酸液混合反应后泡沫段上层的35％；

前置泡沫酸为氮气与酸液混合反应后酸液段上层的25％；

主体泡沫段为氮气与酸液混合反应后挤出前置泡沫酸后的剩余部分；

泡沫顶替液为氮气与酸液混合反应后挤出主体泡沫段后的剩余部分。

一种氮气泡沫控水堵水剂的应用，堵水剂用于大段碳酸岩和砂岩储层的酸化施工、滤失难以控制的储层、低压、低渗或水敏性储层和储层含油饱和度大于50％的储层。

实验例一

实验材料：十二烷基硫酸钠起泡剂k12、起泡剂1227、十六烷基三甲基溴化铵和烷基酚聚氧乙烯醚的复配物起泡剂el-23、十二烷基二甲基甜菜碱bs-12、烷基酚聚氧乙烯醚op-10，均为工业级。

实验配液用水为虎狼峁油田长6地层水，矿化度为80g/l，⁴cl^-的质量浓度³为48867mg/l，hco^-的质量浓度为142mg/l，k 、na 的质量浓度和为25506mg/l，ca² 的质量浓度为3502mg/l，mg² 质量浓度为1375mg/l，so^2-的质量浓度为741mg/l，水型为cacl2型；用取自虎狼峁油田长6层，天然油砂制作人造岩心进行驱替实验，4块人造岩心(长度分别为60mm，直径为25mm)的渗透率分别为356×10^-3、322×10^-3、120×10^-3、15×10^-3μm²。

泡沫性能评价：用高速搅拌器，在量杯中加入100ml一定浓度的起泡剂溶液，高速(>1000r/min)搅拌一定时间后停止，立刻读取泡沫体积，然后记录从泡沫中析出50ml，液体所需的时间，作为泡沫的半衰期。

岩心分流实验：采用并联的方式连接高、低渗透率岩心，用3％nh4cl水溶液驱替岩心，测量压力和各岩心的分流量，注入速度为4.5ml/min；用驱替泵将氮气和起泡液泵入泡沫发生器，利用泡沫驱替岩心，起泡液注入速度为1.5ml/min，氮气注入速度为3.0ml/min，记录驱替压力变化过程以及不同时间泡沫液体组分的分流量。

如图2-3所示：起泡剂的浓度越大，起泡体积越大，但是当起泡剂浓度达到一定值时起泡体积变化不大；随着起泡剂浓度增加，表面黏度增大而使得半衰期开始增加，而后继续增大起泡剂浓度，起泡体积增大，并且液膜表面起泡剂浓度过大，密度过大，从而使液膜排液趋势增加，最后引起泡沫酸稳定性降低；综合考虑起泡剂的起泡体积和半衰期，在长6地层温度和矿化度条件下，复合型起泡剂el-23的效果较好，且浓度为0.6％时，起泡性能和稳泡性能最好，因此优选出实施例一酸液配方为盐酸 氟化氢 起泡剂el-23。

如图4所示：测试了泡沫酸、土酸与石英砂反应的溶蚀量，实验过程中搅拌器不停地搅拌，泡沫酸能够始终保持发泡状态，维持了泡沫酸的稳定，酸岩反应开始阶段反应速度较快，溶蚀量增加较快，随着反应的进行，酸浓度逐渐降低，反应速度也随之降低，相同反应时间下泡沫酸的溶蚀量要低于土酸的溶蚀量，泡沫酸具有良好的缓速酸化作用；这主要是因为，泡沫酸具有很高的表观黏度，约为6.6～530mpa·s，而土酸的黏度只有1～3mpa·s，高黏度束缚了泡沫酸中h 的运动，有利于降低泡沫酸同岩石的反应速度；h 在泡沫酸中的传质过程与在土酸中不同，h 存在于泡沫的外相中，即泡沫壁上，h 的传质必须沿着泡沫壁进行，这样就使h 的扩散路径复杂化，减缓了h 的传质过程，减慢了泡沫酸的反应过程，达到缓速的作用；泡沫酸的缓速作用能有效防止酸岩反应都发生在靠近井壁的地带，有利于实现深部酸化，达到较深的穿透距离。

如图5所示：测试了泡沫酸、土酸对n80钢的溶蚀量，在反应时间内反应速度基本保持恒定，相同反应时间下，本泡沫酸的腐蚀量要低于土酸的腐蚀量，本泡沫酸具有良好的缓蚀作用。

如图6所示：用渗透率为356×10^-3μm²的饱和油人造岩心和渗透率为320×10^-3μm²的饱和水人造岩心并联，进行泡沫驱替，饱和油岩心的分流量远高于饱和水岩心的分流量，这说明泡沫具有封堵水层的能力；对于油水同层或存在水层的油层，利用泡沫选择性封堵含水层，将酸液转向油层，防止酸化后含水量升高。

实验例二

本发明还提供了采用本发明堵水剂对某油井进行堵水控水的另一个实验例：某油井地层压力系数较低(0.85)，洗井不返出洗井液，井漏较严重，油层埋深在1550m～1700m；泡沫酸配方：盐酸 起泡剂 稳泡剂 缓蚀剂 铁离子稳定剂 纳米二氧化硅 凝胶 二甲基二烯丙基氯化铵 氮气。

施工规模：泡沫酸量45m³，泡沫密度在0.6～0.8，最高施工压力17.4mpa，施工一次成功。

关井反应0.5h后，自喷返排出残酸18m³。

该井措施前日产油9t，含水10％，措施后日产油25.97t，含水6％～10％；生产一个月仍稳产在22t～25t，月增产油473t，取得了明显的增产效果；同时由于泡沫酸密度低，滤失低，作用距离长，与常规酸化对比可节约酸液量1/3，仅该油井可节约酸液20m³，直接酸液费用节约2万元。

实验例三

本发明还提供了采用本发明氮气泡沫控水堵水剂及其使用方法对某油田内的多个油井进行控水堵水的数据，如表1所示

表1泡沫均匀酸化解堵试验效果

实验例四

在某油田中注聚驱实施两个井组，单井平均注入:水化铝酸钙750m³、木质酸磺酸钠750m³、油溶性树脂颗粒300m³、凝胶450m³、羧甲基纤维素150m³、纳米二氧化硅75m³、二甲基二烯丙基氯化铵225m³，掺杂泡沫酸液4850m³。

对比调剖前后注入井和对应油井生产动态，见到了较好的效果。

两口井组平均油压由6.2mpa上升到12.9mpa，上升了6.7mpa，有效期大于18个月。

两口井组对应油井8口，8口井均见到增油效果，累计增油90688t。

参照实验例一、实验例二、实验例三和实验例四数据可知，通过采用本发明堵水剂及其使用方法对油井进行控水堵水，具有液柱压力低、返排能力强、粘度高、滤失小、裂缝长、对地层损害小、酸液有效作用距离长、施工简便、综合成本较低、经济效益高等特点。

本发明粘度较高，在10mpa·s～100mpa·s之间，有利于降低酸液滤失和酸岩反应速度；

滤失低，在低渗透储层中，比一般液体滤失系数低两个数量级；在高渗透储层中，与胶凝酸滤失系数相近；

管内流动摩阻小、排液速度快；只需10h即可排出90％左右的液体；携带酸不溶物能力强、缓速效果好，对储层损害小。

羧甲基纤维素增加膨胀倍率，纳米二氧化硅使堵水剂的耐腐蚀性能和耐盐性能得到增强，并且还能提高堵水剂的力学强度，避免堵水剂被轻易地冲刷脱落，提高堵水剂使用效果；

二甲基二烯丙基氯化铵含有烃基基团，在油中溶解收缩，降低对油流的阻力；分子中还含有阳离子基团，能吸附于带负电的水湿砂砾岩孔隙界面，有效阻挡水的流动，提高堵水效果。

水化铝酸钙聚合凝胶，使得聚合物分子链上含有大量的羟基，具有良好的增稠、悬浮、分散、粘合、成膜和保护水分等特性，木质酸磺酸钠配合油溶性树脂颗粒被挤入并筒附近的近井地带时，在地层压力、温度作用下，能变软、变形，堵塞岩石孔隙，形成屏蔽，有效阻止地层水的产出。

本发明适用于低压低渗排液困难的储层改造，老井挖潜和低压井的增产措施，也能有效解决排液难、水敏性储层等特殊矛盾井的作业；由于泡沫具有良好的控滤失性能，对于低渗储层，施工时不需加降滤剂就能达到较好的降滤效果；泡沫酸含液量低，助排性能好，对于水敏性储层，采用泡沫酸酸化还可减轻储层损害；另外，泡沫酸中的泡沫可阻止h 向岩石表面的传递，降低酸岩反应速度，泡沫酸酸化可获得较大的酸液有效作用距离。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。