[发明专利]用于延缓胶凝化的纳米凝胶

说明书

本申请涉及纳米凝胶或可降解组合物，所述纳米凝胶或可降解组合物固定多价金属离子直到已发生某种程度的纳米凝胶降解，然后缓慢释放所述多价金属离子以用于与含有羧酸根的聚合物胶凝化。包含所述纳米凝胶连同可与多价金属离子交联的聚合物的组合物允许所述混合物部署在各种应用中并且极大地增加胶凝化时间。

本申请是中国专利申请201380074804.X的分案申请，该中国专利申请的申请日为2013年12月30日，发明名称是“用于延缓胶凝化的纳米凝胶”。

技术领域

本公开涉及可部署在油气储层以及任何其它农业、补救、矿业或其它工业用途中的延缓胶凝剂。

背景技术

所有油气公司的挑战是产生尽可能多的商业上可用的油，在储层内部留下尽可能少的截留的油。在一次开采阶段期间，储层驱动来自于许多天然机制。这些天然机制包括天然水将油朝向井推进、储层顶部天然气的膨胀、最初溶解于原油中的气体的膨胀以及由储层内的油的移动引起的从井所位于的上部区域到下部区域的重力泄油。根据此类天然驱动机制，一次开采阶段期间的采收率典型地是约5-15％。

然而，在井的使用寿命内，压力最终将下降，并且在一些点将存在不足以迫使油到达表面的地下压力。一旦天然储层驱动减小，则应用二次和三次开采法来进一步增加采收率。二次开采法依赖于以注射流体的形式向储层中供应外部能量以增加储层压力，因此用人工驱动代替天然储层驱动或增加天然储层驱动。此外，可使用诸如游梁式抽油泵、气举泵以及电动潜水泵(ESP)等泵将油带到表面。二次开采技术包括通过注水、CO₂注射、天然气再注射以及可混溶注射来增加储层压力，其中最常见的可能是注水。注水操作的典型采收率是约30％，这取决于油的性质和储层岩石的特征。平均来说，一次和二次采油操作之后的采收率在35％与45％之间。

虽然二次开采技术相当有效，但裂缝和高孔隙度或渗水岩区域的存在使其潜在有效性降低。注入井中的任何气体或液体均将天然地沿最不具限制的路径行进，因此绕过了更低孔隙度或更不可渗透的区域中的一些油。因此，总体波及有效性因这些所谓的“漏失区”而降低，所述漏失区将注入流体直接引导至生产井。

在此类情况下，将聚合物注入漏失区，以阻断这些区，从而使后续注入流体转向以将先前未波及油朝向生产井推进。凝胶已应用于提高采油率以通过将胶凝剂放置于储层深处并且阻断高可渗透通道来提高波及系数，从而延长油井的寿命并且使可开采油量最大化。

然而涉及使用胶凝剂来阻断漏失区的困难之一是增加胶凝剂的粘度。粘性胶凝剂难以泵送并且可在泵送期间剪切，从而使得更困难和昂贵来使粘性溶液至储层深处中，但需要高粘度来阻断漏失区。为此，已针对延缓聚合物进一步交联直至它们已经穿透至储层深处作出大量努力。

在用于此类目的的聚合物之中，部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与Cr(III)凝胶交联已广泛用于油田应用中的堵水和波及改善。可进一步交联含有阴离子位点的聚合物的其它金属离子包括锆、钛、铁、铝及其组合。

通常这些金属离子通过与例如聚合物分子的羧酸根基团相互作用交联可胶凝的聚合物。通常，所使用的可胶凝的聚合物例如像聚丙烯酰胺具有高分子量并且含有高水解度，即，含有10摩尔％-30摩尔％羧酸根基团。然而，这些含有高分子量和/或高摩尔％羧酸根基团的聚合物几乎在上述多价金属化合物存在下立即胶凝。这种快速胶凝化速率使得应用含有这些聚合物和多价金属化合物的胶凝组合物不适用于许多油田应用，例如像堵水和渗透性降低，因为胶凝剂在它有机会穿透储层之前交联，因此停止其流动。此外，取决于储层温度和盐水的二价阳离子含量，所得凝胶通常在大多数油田盐水中严重脱水收缩。

许多努力已经针对通过向组合物中添加胶凝延缓剂来延缓这类聚合物的胶凝化。使用与多价阳离子如Al(III)、Cr(III)、Ti(IV)和Zr(IV)络合的配体以交联部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)已经成为普遍做法以减慢这些阳离子与HPAM的反应速率。结合多价阳离子的配体如乙酸酯、柠檬酸酯、丙酸酯、丙二酸酯等的存在抑制多价阳离子与HPAM的负电位点的迅速相互作用以产生凝胶，从而延缓胶凝化速率。