一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用方法
阅读说明：本技术 一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用方法 (In-situ gas-generating foaming gel system for carbonate reservoir and application method thereof ) 是由 金发扬 周顺明 李翔 徐景亮 郑玉飞 宋书渝 高士博 于 2020-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用方法,该体系由释气剂,缓释剂,起泡剂,聚合物,交联剂,稳定剂等组成,体系注入地层后,释气剂在地层温度条件下与碳酸盐岩油藏岩石发生热化学反应,释放出二氧化碳气体,产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫,泡沫继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶体系。由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应,原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物,本发明公开的原位生气起泡凝胶体系可以沿程与岩石反应,从而能够运移进入地层深部,在油水界面上自动铺展并封堵窜流通道,从而启动低渗层和扩大波及系数,进而大幅度提高油藏采收率。(The invention discloses an in-situ gas-generating foaming gel system of a carbonate reservoir and an application method thereof. Because carbonate minerals capable of reacting with the gas release agent and generating carbon dioxide gas in situ exist in the rock framework of the carbonate reservoir, the in-situ gas-generating foaming gel system disclosed by the invention can react with the rock along the way, so that the gas can be transported to enter the deep part of the stratum, and a channeling channel is automatically spread and plugged on an oil-water interface, so that a low permeability layer is started, the sweep efficiency is expanded, and the recovery ratio of the reservoir is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系提高采收率的方法，属于三次采油技术领域。
背景技术
目前，由于油藏储层渗透率低，层间和层内非均质性严重以及原油粘度大等因素，大部分油藏在水驱之后仍有接近60％的储量未被采出。注CO2驱是针对这一情况的重要解决手段之一，可有效提高采收率。但是由于CO2气源的匮乏，输送难以及对油井设备腐蚀等问题，Kh.Kh.Gumersky等就提出了油层内自生CO2技术来克服这一困难。
油层内自生CO2技术就是向油层内注入各种化学药剂，在地层温度下注入的化学药剂之间发生热化学反应，释放出大量的CO2气体，使原油膨胀降粘，降低油水界面张力等，进而提高原油采收率。目前现有的层内自生CO2技术主要是通过生气剂和释气剂在地层下发生化学反应或者生气剂的热分解来产生大量二氧化碳，再与起泡剂相互作用形成泡沫前缘向前运移，从而驱替地层原油，但其最大的问题是基液在地面配制好注入地层后，温度一旦升高到生气剂和释气剂的反应温度，其反应速度快，直接在近井地带就反应完毕，极易造成气窜，且生成的泡沫在地层条件下稳定性较差，作用距离较短，导致作用效果不佳。针对这一情况，在泡沫调堵体系和凝胶调堵体系的基础上，一些学者又提出了泡沫凝胶调堵技术，利用凝胶来增强泡沫的稳定性，且气体分散在泡沫骨架中被凝胶包裹，能在一定程度上防止气窜。如专利CN108203579公开了一种氮气泡沫凝胶调堵剂及其制备方法和应用，利用氮气产生泡沫然后与凝胶复合。该方法形成的泡沫凝胶稳定性较好，具有较好封堵效果，但由于是从地面注入大量氮气，仍具有气窜风险，且很大一部分气体在注入过程中由于气窜不能充分反应产生泡沫与凝胶复合，导致效果变差，且地面生泡的方式成本极高，空气分离器及空气压缩机的成本过高，其占地面积过大，制约了其在海上油田等空间狭小的注聚平台使用，严重制约了泡沫凝胶体系的推广使用。廖泽文提出了利用油藏在水处理后的污泥(主要成分是碳酸钙、碳酸镁)与盐酸反应生成二氧化碳气体，并在表面活性剂作用下形成泡沫调剖的方法。该方法是利用油藏中自身的污泥钙以及人工从地面注入的污泥钙与酸反应，再与起泡剂作用产生泡沫。由于污泥钙并不是存在于整个油藏，其富集区域基本只存在于水处理波及区域，当酸液注入地层后，酸液只能在特定区域与污泥钙反应，其产生泡沫的区域不足以产生足够的流动阻力，无法迫使后续聚合物或者水进入含油饱和度相对较高的中低渗区域驱油，反而产生的少量泡沫可能快速从水窜通道窜出，导致气窜，泡沫调驱失败，无法波及到更多的区域驱油，由于水窜通道高渗条带占比较小，酸液在水窜通道高渗条带快速流动时，导致酸液无法充分与污泥钙反应，产生的泡沫量少，不能很好的波及到更广的范围。且从地面注入污泥钙对油藏孔道有一定封堵性，使得体系的注入性差。
本发明提供了一种原位生气起泡凝胶体系注入地层后，在地层温度下，利用碳酸盐岩的岩石特性，释气剂可与岩石发生热化学反应，释放出二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶。二氧化碳气体分布在泡沫凝胶骨架的孔隙中，使得复合形成的泡沫凝胶具有较低密度，可铺展在油水及油气界面间，不仅能够封堵高含水层，调整吸水剖面，还能封堵气窜通道，防止气窜。且复合形成的泡沫凝胶可自适应碳酸盐岩油藏的缝洞尺寸，对大裂缝和孔洞形成逐级封堵。由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应，原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物，将本申请体系注入油藏后，能够在聚合物粘度的作用下，延缓体系从高渗水窜通道窜出的速度，使得体系的波及范围更广，而扩大波及后产生的泡沫更多，从而在相对高渗透层位产生大量泡沫，形成极大的流动阻力，迫使后续体系或者驱替液进入中低渗透层位驱油，中低渗透层位碳酸盐与体系反应后，产生的高流动阻力一方面降低流度比，减少指进，推动中低渗透层位的原油向井口方向流动，另一方面，中低渗透层位碳酸盐与体系反应后，产生的高流动阻力又迫使高渗透层位的体系继续深入高渗透层位驱油，由于整个地层都存在可以反应的碳酸盐，从而形成体系在高渗-中低渗-高渗-中低渗良性循环，高渗及中低渗透层位同时扩大波及，能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率，且不用地面发泡或者气源，使用方便，不占用施工面积，可以与传统注聚注水设备通用，节约成本，施工方便，效果显著。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种原位生气起泡凝胶体系，注入地层后，释气剂在地层温度条件下与碳酸盐岩油藏岩石发生热化学反应，释放出二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶，由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应，原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物，本发明公开的原位生气起泡凝胶体系可以沿程与岩石反应，从而能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率。
本发明的另一目的在于提供一种原位生气起泡凝胶体系，在不注入生气剂的情况下就能产生CO2泡沫凝胶来提高采收率的新方法。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用方法，其特征在于，所述原位生气起泡凝胶体系包括15wt％～20wt％的释气剂，5wt％～10wt％的缓释剂，0.1wt％～0.15wt％的起泡剂，0.2wt％～0.5wt％的聚合物，0.01wt％-0.08wt％的交联剂，0.01wt％～0.02wt％稳定剂，其余为水；
进一步的，所述释气剂为弱酸；
进一步的，所述释气剂为醋酸，柠檬酸中的一种或者多种；
进一步的，所述缓释剂为醋酸钠，柠檬酸钠中的一种或者多种。
进一步的，所述起泡剂为α-烯烃磺酸盐，十二烷基硫酸钠中的一种或者多种。
进一步的，所述聚合物为水溶性聚合物，所述水溶性聚合物可以是HPAM。
进一步的，所述交联剂为丙酸铬，醋酸铬中的一种或者多种。
进一步的，所述稳定剂为硫脲。
进一步的，一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用方法，所述应用方法包括：
(1)配制原位生气起泡凝胶体系：将设计量的释气剂、缓释剂和聚合物依次加入配注水中，并搅拌使其溶解均匀，随后依次加入设计量的交联剂和稳定剂，继续搅拌至均匀，最后缓慢加入起泡剂，低转速将其搅拌至混合均匀，得到原位生气起泡凝胶体系；
(2)将步骤(1)中配制的体系注入碳酸盐岩储层中，释气剂与储层岩石发生热化学反应，慢慢释放出二氧化碳气体，体系中的缓释剂可延缓放气反应速度，使得体系向深部运移，作用于层内深部，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，体系中的聚合物、交联剂在地层内反应交联，与二氧化碳泡沫复合形成泡沫凝胶，二氧化碳泡沫凝胶向地层深部运移，封堵窜流通道，从而启动低渗层，提高储层采收率。
本发明提供了一种原位生气起泡凝胶体系注入地层后，释气剂在地层温度下与碳酸盐岩油藏岩石发生热化学反应，释放出二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶，由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应，原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物，本发明公开的原位生气起泡凝胶体系可以沿程与岩石反应，从而能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率。
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明利用碳酸盐岩的岩石特性，无需注入生气剂，只用注入释气剂与岩石反应就能产生二氧化碳泡沫，且释气剂与岩石可以全程反应，能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率；
2.体系中的酸液可与岩石反应，溶蚀污染物，可一定程度解除地层堵塞，提高储层渗流能力；
3.体系中的凝胶体系，与泡沫复合，能大幅度增加体系的稳定性，作用效果更好，作用距离更远。且目前还未有不使用生气剂就能产生泡沫凝胶的技术案例；
4.该体系涉及的制备工艺流程简单、对泵注设备要求低、施工方便快捷、安全可靠，施工成本较低，具有重要的经济价值；
本发明提供了一种原位生气起泡凝胶体系注入地层后，释气剂在地层温度条件下与碳酸盐岩油藏岩石发生热化学反应，释放出二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶，由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应，原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物，本发明公开的原位生气起泡凝胶体系可以沿程与岩石反应，从而能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率。
附图说明
图1是本发明封堵性能及注入性能实验装置示意图；
图2是本发明非均质条件下分流率及提高采收率实验装置示意图；
其中，1为六通阀，2为填砂管，3为中间容器，4为微量注入泵，5为量筒。
图3是本发明中实例1泡沫凝胶封堵性能测试曲线图；
图4是本发明中实例1泡沫凝胶注入性能测试曲线图；
图5是本发明中实例1体系非均质条件下分流率变化曲线图；
图6是本发明中实例1体系非均质条件下采收率变化曲线图；
图7是本发明中实例2体系非均质条件下分流率变化曲线图；
图8是本发明中实例2体系非均质条件下采收率变化曲线图；
图9是本发明中对比例自生气凝胶注入性能测试曲线图；
图10是本发明中对比例自生气凝胶非均质条件下分流率变化曲线图；
图11是本发明中对比例自生气凝胶非均质条件下采收率变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
(1)体系配制
一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用，该方法所述的原位生气起泡凝胶体系组成如下所示：
(1)释气剂：15wt％醋酸
(2)缓释剂：5wt％醋酸钠
(3)起泡剂：0.1wt％α-烯烃磺酸盐(AOS)
(4)凝胶主剂：0.2wt％HPAM
(5)交联剂：0.01wt％丙酸铬
(6)稳定剂：0.01wt％硫脲
(7)其余全为水
具体实施步骤如下：
首先采用清水和氯化钠配制矿化度为100000mg/L的模拟水；然后按上述原料比例称量好相应药品，将醋酸、醋酸钠和HPAM依次加入模拟水中，并用搅拌机搅拌使其溶解均匀；随后依次加入丙酸铬和硫脲，继续搅拌至均匀，最后缓慢加入α-烯烃磺酸盐，将搅拌器调到低转速将其搅拌至混合均匀。
(2)性能测试
1)原位生气起泡凝胶封堵性能测试
如图1所示，选用长度为50cm、直径为2.5cm的填砂管，填充40～70目的石灰石颗粒并压实后，将填砂管抽真空饱和水，置于60℃恒温箱中，以1mL/min的流速进行一次水驱至压力稳定，测定填砂管渗透率；再以1mL/min的流速将实施例中配制的原位生气起泡凝胶体系注入填砂管后，将填砂管两端密封，在60℃恒温箱中老化12小时，最后以1mL/min的流速进行二次水驱，记录注入压力，计算封堵率。从图3实验曲线可以看出，原位生气起泡凝胶具有较好的封堵性能，封堵率高达90.73％，封堵率计算方式为前水驱测试渗透率减去凝胶注入后水驱测试渗透率的值，差值与前水驱测试渗透率比值即为封堵率。
2)原位生气起泡凝胶注入性能测试
如图1所示，选用长度为100cm、直径为2.5cm并带有四个测压点的填砂管，填充40～70目的石灰石颗粒并压实后，将填砂管抽真空饱和水，置于60℃恒温箱中，以1mL/min的流速进行一次水驱至压力稳定，测定填砂管渗透率；再以1mL/min的流速将实施例中配制的原位生气起泡凝胶体系0.4PV注入填砂管后，将填砂管两端密封，在60℃恒温箱中老化12小时，最后以1mL/min的流速进行二次水驱，记录各个阶段不同测压点随注入量的变化。
从图4曲线中可以看到，原位生气起泡凝胶体系注入时，各测压点压力缓慢上升，变化幅度不大，这说明体系具有良好的注入性；老化12小时后，凝胶形成，与泡沫复合，在填砂管中产生封堵，二次水驱压力大幅增加，且随着注入量增加，各测压点压力呈现上下波动变化，说明原位生气起泡凝胶向深部不断运移，形成逐级封堵。
3)原位生气起泡凝胶非均质条件下分流率及提高采收率测试
如图2所示，在室内采用双填砂管模型模拟地层非均质性，级差为7.8。为了模拟碳酸盐岩的岩石特性，采用石灰石颗粒对填砂管充填，模拟不同渗透率的地层。
在60℃下，分别将两根填砂管饱和油后水驱至综合含水率80％，而后低速注入原位生气起泡凝胶体系0.4PV，然后再后续水驱，记录出液量。如图5、图6所示，注入体系后，低渗层分流率升高，高渗层分流率降低，说明体系具有较好调剖封堵作用，且采收率提高显著。实验结果如下表：
表1实例1基本实验参数
实施例2：
一种碳酸盐岩油藏原位生气起泡凝胶体系及其应用，该方法所述的原位生气起泡凝胶体系组成如下所示：
(1)释气剂：20wt％柠檬酸
(2)缓释剂：10wt％柠檬酸钠
(3)起泡剂：0.15wt％十二烷基硫酸钠(SDS)
(4)凝胶主剂：0.5wt％HPAM
(5)交联剂：0.08wt％醋酸铬
(6)稳定剂：0.02wt％硫脲
(7)其余全为水
具体实施步骤如下：
1.首先采用清水和氯化钠配制矿化度为100000mg/L的模拟水；然后按上述原料比例称量好相应药品，将柠檬酸、柠檬酸钠和HPAM依次加入模拟水中，并用搅拌机搅拌使其溶解均匀；随后依次加入醋酸铬和硫脲，继续搅拌至均匀，最后缓慢加入十二烷基硫酸钠，将其搅拌至混合均匀。
2.如图2所示，在室内采用双填砂管模型模拟地层非均质性，级差为10.2。为了模拟碳酸盐岩的岩石特性，采用石灰石颗粒对填砂管充填，模拟不同渗透率的地层。
3.在60℃下，分别将两根填砂管饱和油后水驱至综合含水率80％，而后低速注入原位生气起泡凝胶体系0.4PV，然后再后续水驱，记录出液量。如图7、图8所示，注入体系后，低渗层分流率升高，高渗层分流率降低，说明体系具有较好调剖封堵作用，由于本实例级差相对于实例1的级差更大，非均质性较强，采收率提高幅度略有减小，但是采收率提高效果仍然显著，说明本体系对非均质性地层有较好的调剖性能。实验结果如下表：
表2实例2基本实验参数
对比例：
自生气对比例：
(1)释气剂：15wt％碳酸氢钠
(2)起泡剂：0.1wt％α-烯烃磺酸盐(AOS)
(3)凝胶主剂：0.2wt％HPAM
(4)交联剂：0.01wt％丙酸铬
(5)稳定剂：0.01wt％硫脲
(6)其余全为水
首先采用清水和氯化钠配制矿化度为100000mg/L的模拟水；然后按上述原料比例称量好相应药品，将碳酸氢钠和HPAM依次加入模拟水中，并用搅拌机搅拌使其溶解均匀；随后依次加入丙酸铬和硫脲，继续搅拌至均匀，最后缓慢加入α-烯烃磺酸盐，将搅拌器调到低转速将其搅拌至混合均匀。
1)注入性能测试
如图1所示，选用长度为100cm、直径为2.5cm并带有四个测压点的填砂管，填充40～70目的石灰石颗粒并压实后，将填砂管抽真空饱和水，置于60℃恒温箱中，以1mL/min的流速进行一次水驱至压力稳定，测定填砂管渗透率；再以1mL/min的流速将对比例中配制的碳酸氢钠泡沫凝胶0.4PV注入填砂管后，将填砂管两端密封，在60℃恒温箱中老化12小时，最后以1mL/min的流速进行二次水驱，记录各个阶段不同测压点随注入量的变化。
测试结果如图9所示。体系注入后，注入压力开始上升，说明碳酸氢钠在一定温度下分解产生CO2，与起泡剂、凝胶体系等复合形成了泡沫凝胶。随后各个测压点的压力也有所上升，说明体系在不断的运移封堵。与本发明所述的原位生气起泡凝胶体系相比，由于碳酸氢钠分解速度快，在砂管前端就迅速分解，容易气窜且在运移过程中不断消泡，不能运移到深部，由图也可看出，各个测压点压力明显较低，尤其是测压点3、4，压力波动不明显，说明相对于碳酸氢钠泡沫凝胶体系，本发明所诉的体系有较好的深部调堵能力。
2)分流率及提高采收率测试
如图2所示，在室内采用双填砂管模型模拟地层非均质性，级差为8.1。为了模拟碳酸盐岩的岩石特性，采用石灰石颗粒对填砂管充填，模拟不同渗透率的地层。
在60℃下，分别将两根填砂管饱和油后水驱至综合含水率80％，而后低速注入碳酸氢钠泡沫凝胶体系0.4PV，然后再后续水驱，记录出液量。结果如表3和图10所示，注入体系后，低渗层分流率升高，高渗层分流率降低，说明体系复合成了泡沫凝胶，具有一定封堵作用。相比于本发明方法中所述的体系，注入该碳酸氢钠泡沫凝胶体系后，高低渗层分流率差异相对较小，如图11所示，采收率提高幅度不大。说明本发明方法的体系相对于常规方法体系具有更好的调堵能力，提高采收率效果更加明显。
表3碳酸氢钠泡沫凝胶体系基本实验参数
综上所述，本发明提供了一种原位生气起泡凝胶体系注入地层后，释气剂在地层温度条件下与碳酸盐岩油藏岩石发生热化学反应，释放出二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体与体系中的起泡剂作用产生大量泡沫，继而与体系中的聚合物等组分复合形成泡沫凝胶，由于碳酸盐岩油藏岩石骨架中均存在能与释气剂反应，原位生成二氧化碳气体的碳酸盐矿物，本发明公开的原位生气起泡凝胶体系可以沿程与岩石反应，从而能够运移进入地层深部，封堵窜流通道，从而启动低渗层，大幅度提高储层采收率，且不用地面发泡或者气源，使用方便，不占用施工面积，可以与传统注聚注水设备通用，节约成本，施工方便，效果显著。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。