致密油藏co2驱多尺度控窜体系及制备方法
技术领域
1.本发明涉及油田开发技术领域，特别是一种致密油藏co2驱多尺度控窜体系及制备方法。


背景技术：

2.我国致密油资源丰富，地质资源量大约200
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108t。在我国原油消耗大、常规原油资源远不能满足国民需求(2020年我国原油对外依存度高达74％)的背景下，致密油的高效开发十分紧迫。然而，致密油藏渗透率低、孔喉连通性差、微观非均质性强，压裂前几乎无产能。压裂后虽产能明显提高，但含水上升快，采收率偏低(一般介于5％-10％)，因此有必要通过提高采收率技术提高致密油藏产量。
3.在全球气候变化加剧的现实背景和“碳达峰、碳中和”目标下，致密油藏co2驱是实现 co2埋存和资源化的重要路径，co2驱油也是零碳、负碳的重要减排技术。但致密油藏体积压裂后人工缝网复杂，注入的co2会沿着裂缝过早突破，导致低波及效率和采收率。因此，如何实现致密储层裂缝和基质渗透率跨尺度条件下co2均衡驱油成为了研究热点。
4.油田常用泡沫和凝胶调控裂缝，实现储层跨尺度均衡驱油，但它们在致密油藏控窜中存在致命的缺点。泡沫较高的黏度以及贾敏效应赋予其在非均质储层中较好的封堵性，但其强度和稳定性不足以调控裂缝；凝胶体系基液存在滤失、色谱分离以及高分子降解，导致凝胶强度不稳定以及基质伤害。因此亟需研发低伤害基质、高强度的致密油藏压裂后注co2的选择性控窜体系。
5.目前越来越多的co2响应性材料被研发出来，它们具有便宜、种类丰富以及环境友好的特点。目前报道的co2响应性材料有响应性嵌段聚合物、微球以及蠕虫状胶束等，它们与co2接触后尺寸增大，利用其他气体将co2置换出来后体系尺寸恢复，表现出co2开关性，为构建致密油藏co2驱选择性控窜体系提供了可能。目前报道有学者利用纳米级co2开关型蠕虫状胶束用于裂缝性低渗油藏防co2窜流，通过人造裂缝驱替实验明确了co2开关型蠕虫状胶束的封堵能力，但适用温度低(《60℃)。也有学者研发了微米级co2开关型分散胶，通过 co2/n2氛围下的粒径变化揭示了开关性，通过裂缝岩心驱替实验明确了其控窜潜力，但co2开关型分散胶的使用浓度较大，因此亟需研发低成本co2开关型耐温控窜体系，实现致密油藏跨尺度co2均衡驱替以及控窜过程中co2资源化利用。


技术实现要素：

6.针对现有的co2响应性防窜体系的缺点，本发明提出了一种致密油藏co2驱多尺度控窜体系，其具有良好的深部运移能力、co2响应性以及较高的黏度，能够适用于致密油藏压裂后co2驱替过程中的防窜。
7.本发明公开了一种致密油藏co2驱多尺度控窜体系，包括纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系和微米级co2响应性分散胶，其中，以质量分数计，所述微米级co2响应性分散胶由以下组分交联制备而成：
8.丙烯酰胺15％-25％，
9.响应单体3％-8％，
10.硅烷偶联剂改性羟基化多壁碳纳米管0.05％-0.1％，
11.引发剂为单体总质量的0.01％-0.1％，
12.交联剂为单体总质量的0.5％-2％，
13.余量为水，各原料组分质量分数总和为100％；
14.上述微米级co2响应性分散胶通过交联聚合制备得到，其主要方法为：
15.将硅烷偶联剂改性羟基化多壁碳纳米管在水中超声分散均匀后，在搅拌速度 300-500r/min的条件下，分别加入丙烯酰胺、响应单体、引发剂和交联剂，之后向溶液中通入n2直至溶液出现粘稠，并使用温度计监测此时的溶液温度变化，直至溶液温度升至最高点，之后在溶液温度最高点条件下对溶液实施保温2-4h，得到黑色凝胶；将黑色凝胶造粒、烘干、粉碎后即得微米级co2响应性分散胶。
16.本发明的一种实施方式在于，以浓度计，所述纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系由以下组分交联制备而成：
17.co2响应性单体30-90mmol/l，
18.有机反离子单体30-90mmol/l，
19.其溶剂为水；
20.所述纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系通过交联聚合制得，其制备方法为：
21.将co2响应性单体完全溶解在水中配制成co2响应性单体溶液，在搅拌速度 300-500r/min的条件下，向所得溶液中加入与co2响应性单体相同物质的量的有机反离子单体，常温搅拌1-2h，即得纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系。
22.进一步的，所述co2响应性单体为n,n-二甲基环己胺、n,n-二甲基苄胺、n,n-二甲基丁胺，四甲基乙二胺、三甲胺、n,n-二甲基油酸酰胺丙基叔胺，二乙烯三胺、椰油基二甲基叔胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺中的一种或几种的组合。
23.进一步的，所述有机反离子单体为对苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、对甲苯磺酸钠、油酸钠中的一种或几种的组合。
24.本发明的一种实施方式在于，所述硅烷偶联剂改性羟基化多壁碳纳米管改性用的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。
25.本发明的一种实施方式在于，所述响应单体为n-甲基-n-乙烯基甲酰胺，甲基丙烯酸乙二胺基乙酯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯中的一种或几种的组合。
26.本发明的一种实施方式在于，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢铵和偶氮二异丁脒盐酸盐以重量份数比1:1:2混合组成。
27.本发明的一种实施方式在于，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，酚醛交联剂，聚乙烯亚胺中的一种或几种的组合。
28.本发明的另一目的在于，提供了上述致密油藏co2驱多尺度控窜体系的制备方法，主要步骤包括：向纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系中加入微米级co2响应性分散胶形成初混合体系，控制微米级co2响应性分散胶在初混合体系中的浓度范围为0.3％-0.5％，之后搅拌初混合体系至微米级co2响应性分散胶在纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系中均匀悬
浮，即得致密油藏co2驱多尺度控窜体系。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
30.1、纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系与co2接触后由球形胶束转变为蠕虫状胶束，溶液黏度显著增大，co2驱替过程中的流度控制能力增强；
31.2、微米级co2响应性分散胶中引入了高强度碳纳米管，分散胶的强度提高，长期稳定性增强；该分散胶与co2接触后亲水性增强，分散胶尺寸变大，对裂缝的封堵作用增强；
32.3、纳米级co2响应性蠕虫状胶束耦合微米级co2响应性分散胶体系与co2接触后通过超分子作用形成一个整体，进一步增强co2驱替过程中体系的封堵强度；将体系中的co2置换出来后，分散胶的尺寸变小，蠕虫状胶束恢复成球形胶束，表现出良好的响应可逆性。
附图说明
33.图1为致密油藏co2响应性多尺度控窜体系的co2响应性能评价结果图；
34.图2为致密油藏co2响应性多尺度控窜体系的微观形貌图；
35.图3为致密油藏co2响应性多尺度控窜体系在co2驱替过程中的防窜性能测试图。
具体实施方式
36.下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
37.实施例1
38.1)纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系的制备
39.将n,n-二甲基油酸酰胺丙基叔胺溶解在去离子水中，配置200ml浓度为90mmol/l的n,n-二甲基油酸酰胺丙基叔胺溶液，在搅拌速度300r/min的条件下向上述溶液中加入18mmol 对苯乙烯磺酸钠，待溶液均匀后停止搅拌，得到纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系。
40.2)微米级co2响应性分散胶的制备
41.将0.1gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性羟基化多壁碳纳米管在超声条件下均匀分散在75ml去离子水中，之后在搅拌速度300r/min的条件下，将20g丙烯酰胺、5g甲基丙烯酸乙二胺基乙酯、0.5ml过硫酸铵(浓度1wt％)、0.5ml亚硫酸氢钠(浓度1wt％)和 1ml偶氮二异丁脒盐酸盐(浓度1wt％)和1ml酚醛交联剂加入到溶液中；向溶液中通入n2直到溶液变黏且用温度计监测溶液的温度；待溶液温度升到最高点开始降温时，在该温度条件下保温2h得到黑色的单体凝胶；将该单体凝胶造粒、烘干、粉碎得到微米级co2响应性分散胶。
42.值得注意的是，使用硅烷类偶联剂对碳纳米管进行改性，进而制得上述硅烷改性碳纳米管的方法为本领域现有技术，在此不再赘述。
43.3)co2响应性多尺度控窜体系的制备
44.向前述200ml的90mmol/l的纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系中加入前述所得的微米级co2响应性分散胶0.8g，充分搅拌至分散胶均匀悬浮分散在胶束体系中，即得致密油藏co2响应性多尺度控窜体系。
45.实施例2
46.1)纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系的制备
47.将n,n-二甲基油酸酰胺丙基叔胺溶解在去离子水中，配置200ml浓度为70mmol/l的 n,n-二甲基油酸酰胺丙基叔胺溶液，在搅拌速度500r/min的条件下向上述溶液中加入14mmol 油酸钠，待溶液均匀后停止搅拌，得到纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系。
48.2)微米级co2响应性分散胶的制备
49.将0.07gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性羟基化多壁碳纳米管在超声条件下均匀分散在70ml去离子水中，之后在搅拌速度500r/min的条件下，将20g丙烯酰胺、8g甲基丙烯酸乙二胺基乙酯、0.6ml过硫酸铵(浓度1wt％)、0.6ml亚硫酸氢钠(浓度1wt％)和 1.2ml偶氮二异丁脒盐酸盐(浓度1wt％)和0.2gn,n-亚甲基双丙烯酰胺加入到溶液中；向溶液中通入n2直到溶液变黏且用温度计监测溶液的温度；待溶液温度升到最高点开始降温时，在该温度条件下保温2h得到黑色的单体凝胶；将该单体凝胶造粒、烘干、粉碎得到微米级co2响应性分散胶。
50.3)co2响应性多尺度控窜体系的制备
51.向前述200ml的70mmol/l的纳米级co2响应性蠕虫状胶束体系中加入前述所得的微米级co2响应性分散胶1.0g，充分搅拌至分散胶均匀悬浮分散在胶束体系中，即得致密油藏co2响应性多尺度控窜体系。
52.为进一步说明本发明的技术效果，本发明还给出了以上实施例的相关性能测试和实际应用效果评价。
53.1、致密油藏co2响应性多尺度控窜体系的co2响应性评价
54.在搅拌条件下以100ml/min的速度向实施例1中制得的致密油藏co2响应性多尺度控窜体系中注入co2，60min后利用brookfield dv
‑ⅲ
粘度计测试体系在30℃下的粘度(剪切速率 7.34s-1
)；随后在相同条件下向体系中注入n2，重复三次前述步骤，观测体系的co2响应性以及可逆性，实验结果如图1所示。
55.可以看到，体系与co2接触后，粘度由10.4mpa
·
s增加至2339mpa
·
s。当体系中的co2被n2置换出来后，体系的粘度降低至10.4mpa
·
s，循环3次后体系的最高粘度保持在2339 mpa
·
s，最低粘度保持在10mpa
·
s，表现出良好的co2响应性以及可逆性。
56.2、致密油藏co2响应性多尺度控窜体系的微观形貌
57.在搅拌条件下以100ml/min的速度向实施例2中制得的致密油藏co2响应性多尺度控窜体系中注入co2，60min后停止通入co2，利用环境扫描电镜观察体系的微观形貌，其结果如图2所示。体系中能够清晰的观察到三维网络结构，此结构即为蠕虫状胶束的基本结构。此外，在分散胶的表面能够观察到由蠕虫状胶束和颗粒侧链形成的超分子聚集体，通过超分子聚集体将分散胶和蠕虫状胶束形成一个整体，可有效增大体系的防窜性能，保证整个控窜体系的控窜效果。
58.3、防窜性能评价
59.为了验证本发明提出的co2响应性多尺度控窜体系在致密油藏co2驱中的效果，开展 co2驱油实验，采用实施例2中制得的co2响应性多尺度控窜体系。利用裂缝岩板开展驱替实验，岩板参数为长度和宽度10cm，高度1cm，裂缝宽度0.2mm。采用co2驱—注体系— co2驱—注体系—co2驱—注体系—co2驱”的步骤，保持每次体系的注入量为0.25pv，最终测量结果如图3所示。由图3可以看到，最先注入co2时，注入的co2沿着裂缝发生窜流，此时没有原油采出；当体系以交替注入的方式注入时，体系与co2充分接触，体系的黏度增大，建立较高
的压力梯度，注入的co2转向进入到基质中，扩大波及体积，压差达到0.2mpa 左右时，最终提高采收率约23％，具有良好的控窜潜力。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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。