本發(fā)明屬于油田化學(xué)，具體涉及一種高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、火驅(qū)技術(shù)是稠油油藏開發(fā)最具發(fā)展?jié)摿Φ奶岣卟墒章始夹g(shù)。該技術(shù)通過就地燃燒部分原油組分產(chǎn)生大量熱和煙道氣，在熱和煙氣共同作用下，原油發(fā)生改質(zhì)、降粘，流動(dòng)性增強(qiáng)，在蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、煙氣驅(qū)等多重作用下使原油向生產(chǎn)井端移動(dòng)、采出。但火驅(qū)過程中煙道氣和蒸汽等高流動(dòng)性組分容易沿著高滲儲(chǔ)層或裂縫竄進(jìn)，即“火竄”，嚴(yán)重影響火驅(qū)波及范圍，影響石油采收率。亟需有效的調(diào)堵劑來封堵高滲儲(chǔ)層和裂縫，以保證火驅(qū)前緣均勻推進(jìn)，增加火驅(qū)波及區(qū)域，進(jìn)而提高稠油采收率。

2、聚合物凍膠是近年來儲(chǔ)層調(diào)堵最受歡迎的堵劑之一，在火驅(qū)油藏中使用的凍膠需要具備優(yōu)異的耐溫性能和強(qiáng)度。通常，耐溫凍膠需要使用苯酚、甲醛、對(duì)苯二酚、烏洛托品等可以與聚合物反應(yīng)形成共價(jià)鍵的有機(jī)交聯(lián)劑制備。但凍膠中常常加入納米二氧化硅、粘土等顆粒增強(qiáng)劑、催化劑、除氧劑、ph調(diào)節(jié)劑等多種組分以調(diào)節(jié)凍膠性能，導(dǎo)致凍膠組分復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)極其不便。傳統(tǒng)的無機(jī)交聯(lián)凍膠通常使用金屬離子交聯(lián)劑如乙酸鉻、氯化鉻等與聚合物交聯(lián)制備。但這類凍膠往往會(huì)因?yàn)榻宦?lián)過快、耐溫性能差等因素而難以在火驅(qū)儲(chǔ)層中使用。另外，酚醛類交聯(lián)劑、鉻交聯(lián)劑都具備一定的毒性，其應(yīng)用逐漸受到限制。

3、2019年1月29日公開的公開號(hào)為cn109280542a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N耐高溫凍膠封堵劑及其制備方法和應(yīng)用，該堵劑由磺化改性多糖，引發(fā)劑、小分子單體、醛類交聯(lián)劑a、交聯(lián)劑b、固化劑、ph調(diào)節(jié)劑和水組成，耐溫150-200℃，能滿足不壓井作業(yè)的壓力需求。2017年6月20日公開的公開號(hào)為cn106867485a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N抗高溫堵漏劑、制備方法及其應(yīng)用。該堵漏劑由聚丙烯酰胺、磺化酚醛樹脂、六亞甲基四胺、吸水膨脹型顆粒封堵劑、單向壓力封閉劑、堿性ph調(diào)節(jié)劑和水組成，耐溫80-150℃，能滿足鉆井堵漏需求。2015年12月9日公開的公開號(hào)為cn105131921a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N抗鹽抗高溫高強(qiáng)度凍膠堵水劑，由磺化改性小分子生物聚合物、小分子丙烯酰胺和甲基丙磺酸鈉聚合物、酚醛樹脂化合物交聯(lián)劑、ph調(diào)節(jié)劑組成。該堵劑在120℃，20×104mg/l條件下成膠強(qiáng)度打4×104—10×104mpa·s,能滿足底水砂巖油藏水平井堵水。2005年8月17日公開的公開號(hào)為cn1315978c的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝俗⑺糜诜舛潞裼蛯痈邼B透帶的木屑凝膠深度封堵劑，該堵劑由陰離子型聚丙烯酰胺、酚復(fù)合多胺、間苯二酚、草酸、木屑和水組成，成本低，成膠強(qiáng)度高，成膠時(shí)間可控。可以看出，上述堵劑組分較多，制備工藝復(fù)雜且多含有酚醛類交聯(lián)劑，有一定的毒性。

4、針對(duì)存在“火竄”問題的儲(chǔ)層，特別是裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層，需要研發(fā)成膠前黏度低，成膠后強(qiáng)度高且耐溫的凍膠堵劑，以保證凍膠能順利進(jìn)入“火竄”區(qū)域并形成有效封堵。通常，制備高強(qiáng)度凍膠主要通過添加納米顆粒、粘土等強(qiáng)化劑等或提高主劑濃度方法。但是，制備凍膠的主劑往往是高分子聚合物，用量過大會(huì)導(dǎo)致成膠液黏度過高，注入性變差；用量不高則無法形成高強(qiáng)度凍膠，難以保證封堵效果。而黏土、納米顆粒等強(qiáng)化劑的使用也會(huì)受到黏度、溫度、礦化度等因素的限制。因此，如何制備成膠液黏度低，成膠強(qiáng)度高且耐溫的凍膠仍是一個(gè)技術(shù)難題。

5、故，目前需要解決現(xiàn)有凍膠封堵劑組分復(fù)雜、有毒性、成膠前黏度高、成膠后強(qiáng)度低且不耐溫的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有凍膠封堵劑組分復(fù)雜、有毒性、成膠前黏度高、成膠后強(qiáng)度低且不耐溫的問題，提供了一種高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑及制備方法和應(yīng)用，組分簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，該凍膠成膠前黏度低，成膠后強(qiáng)度高且耐溫性優(yōu)異，具備極高的封堵強(qiáng)度，能滿足110～150℃下火驅(qū)稠油油藏“火竄”封堵需求。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑的制備方法，按照質(zhì)量百分比計(jì)，將1％～3％的低分子量丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物、0.5％～2％的凍膠強(qiáng)度增強(qiáng)劑、1.5％～10％的納米氫氧化鋯溶膠和85％～97％的水混合攪拌后得到凍膠成膠液，即高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑。

4、進(jìn)一步地，所述凍膠強(qiáng)度增強(qiáng)劑采用聚乙烯醇纖維。

5、進(jìn)一步地，所述聚乙烯醇纖維的長(zhǎng)度為1-3mm。

6、進(jìn)一步地，所述低分子量丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物的分子量為1×106g/mol～2×106g/mol。

7、進(jìn)一步地，所述低分子量丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％。

8、進(jìn)一步地，所述納米氫氧化鋯溶膠的固含量為20％。

9、進(jìn)一步地，所述納米氫氧化鋯溶膠的粒徑為5-25nm。

10、一種高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑，按照質(zhì)量百分比計(jì)，組分包括1％～3％的低分子量丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物、0.5％～2％的聚乙烯醇纖維、1.5％～10％的納米氫氧化鋯溶膠和85％～97％的水。

11、進(jìn)一步地，所述低分子量丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物的分子量為1×106g/mol～2×106g/mol，所述納米氫氧化鋯溶膠的固含量為20％。

12、一種以上所述的高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑在火驅(qū)開發(fā)油藏中的應(yīng)用，能夠在110～150℃下對(duì)火驅(qū)稠油油藏火竄形成封堵。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

14、本發(fā)明通過納米氫氧化鋯溶膠與低分子量高濃度的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(am/amps)聚合物交聯(lián)，并加入強(qiáng)度增強(qiáng)劑強(qiáng)化制備而成，封堵劑在成膠前黏度低，成膠后具備極高的封堵強(qiáng)度，能滿足110～150℃下火驅(qū)稠油油藏封竄需求，組分簡(jiǎn)單，制備方便，僅需將三種組分緩慢溶于水中并攪拌均勻即可使用，且各組分均綠色環(huán)保，本發(fā)明節(jié)約了時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，綠色環(huán)保，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值。

15、本發(fā)明利用的am/amps聚合物為低分子量聚合物，該聚合物是高強(qiáng)度耐溫的聚合物凍膠封堵劑的主劑，低分子am/amps聚合物在高溫下水解產(chǎn)生的羧酸根可以與氫氧化鋯反應(yīng)形成配位鍵，構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。低分子am/amps聚合物分子量低，分子鏈之間纏結(jié)作用弱，溶于水后成膠液黏度低。因此使用低分子量高濃度的am/amps聚合物配制凍膠既可以提高主劑用量進(jìn)而提高凍膠強(qiáng)度，又能保證成膠液具備良好的注入性。此外，am/amps聚合物不含羧酸根，在配制成為成膠液時(shí)不會(huì)與氫氧化鋯交聯(lián)，隨著成膠液注入高溫儲(chǔ)層，聚合物中的am逐漸水解形成羧酸根，進(jìn)而與氫氧化鋯交聯(lián)形成高強(qiáng)度凍膠，封堵火竄。本發(fā)明利用上述反應(yīng)機(jī)理能有效的控制凍膠的交聯(lián)時(shí)間，使凍膠在儲(chǔ)層中合適的位置形成封堵。

16、本發(fā)明利用的amps基團(tuán)具備較好的耐溫性，而am基團(tuán)則更容易水解生成羧酸根并與鋯離子發(fā)生反應(yīng)，因此將amps含量控制在60％可以保證凍膠具備良好的耐溫性，同時(shí)控制聚合物中生成的羧酸根數(shù)量，控制凍膠交聯(lián)程度，能防止凍膠因過度交聯(lián)而收縮。

17、本發(fā)明凍膠強(qiáng)度增強(qiáng)劑采用聚乙烯醇纖維，聚乙烯醇纖維能均勻的分散在水中，水化后的聚乙烯醇纖維可以在鋯離子作用下與am/amps交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成糾纏結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化凍膠網(wǎng)格，增強(qiáng)凍膠緩沖應(yīng)力的能力，可以提高體系承受液體或氣體突破的能力，從使形成的凍膠在裂縫或近井地帶保持高封堵能力。

18、本發(fā)明利用的納米氫氧化鋯溶膠既是交聯(lián)劑，也是納米溶膠穩(wěn)定劑，具有雙重作用。氫氧化鋯溶膠一方面作為交聯(lián)劑，與聚合物逐漸水解產(chǎn)生的羧酸根反應(yīng)形成配位鍵，從而形成高強(qiáng)度凍膠網(wǎng)絡(luò)；另一方面，納米氫氧化鋯溶膠作為穩(wěn)定劑與聚合物分子中酰胺基、磺酸根等基團(tuán)產(chǎn)生氫鍵作用，進(jìn)一步提高凍膠強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這也簡(jiǎn)化了凍膠制備工藝，避免添加交聯(lián)劑外，還要加入穩(wěn)定劑。另外氫氧化鋯溶膠綠色環(huán)保，避免了使用鉻、醛類交聯(lián)劑。

19、本發(fā)明制備的凍膠成膠前黏度低，成膠后強(qiáng)度高，具備有優(yōu)異的封竄能力。實(shí)驗(yàn)表明該凍膠成膠液黏度小于500mpa·s，在110℃下成膠后強(qiáng)度可達(dá)150pa以上，遠(yuǎn)高于強(qiáng)凍膠標(biāo)準(zhǔn)(10pa)。物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，其在多孔介質(zhì)的封堵壓力梯度可達(dá)60mpa/m以上，在裂縫中大于10mpa/m。