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CN107384341A - 一种油气井封隔颗粒及其制造方法 - Google Patents

一种油气井封隔颗粒及其制造方法 Download PDF

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CN107384341A CN201710604690.5A CN201710604690A CN107384341A CN 107384341 A CN107384341 A CN 107384341A CN 201710604690 A CN201710604690 A CN 201710604690A CN 107384341 A CN107384341 A CN 107384341A
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龙武
黄知娟
张�杰
张翼
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Abstract

本发明涉及一种油气井封隔颗粒及其制造方法，该油气井封隔颗粒是平均粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。该油气井封隔颗粒的封隔效果较好，而生产制造成本又较低，在提高油气井的油气产量的同时降低油气开采的成本。

Description

一种油气井封隔颗粒及其制造方法
技术领域
本发明属于油气开采领域，具体涉及一种油气井封隔颗粒及其制造方法。
背景技术
在油气开采的过程中，由于储层的非均质性和油水物性的差异，在油气井尤其是底水锥进严重的水平井中，地层水极其容易沿着渗透率高的流动通道提前进入井筒，并且迅速占据井筒的大部分甚至全部空间，导致油气井的油气产量下降、含水率大幅上升。在此情况下，分段调流技术应运而生。该技术由调流和分段两部分技术构成，目前调流主要依靠调流控水筛管等流量管理器来完成，而分段主要依靠封隔器进行机械封隔或将封隔颗粒填充到环空中来进行封隔来完成。
就分段技术中的封隔效果而言，使用封隔颗粒比使用封隔器的效果更好。但是，现有技术中使用的封隔颗粒大多是玻璃质的空心颗粒，玻璃质的空心颗粒的密度为0.5～1.8g/cm3，粒径为30um-1000um，由于封隔颗粒对密度和粒径都有着较高的要求，人造空心玻璃球的造价太大，难以应用于实际中。因此，如何生产出一种封隔效果较好，而制造成本又较低的封隔颗粒，是油气开采的分段技术应用中一个亟待解决的问题。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供一种油气井封隔颗粒及其制造方法，该油气井封隔颗粒的封隔效果较好，而生产制造成本又较低。
根据本发明的第一方面，提供了一种油气井封隔颗粒，所述油气井封隔颗粒是粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。
优选地，所述聚乙烯颗粒的密度为1.00g/cm3。
优选地，所述聚乙烯颗粒的形状为球形。
根据本发明的第一方面的油气井封隔颗粒，相较于现有技术中的玻璃质的空心颗粒而言，更容易制造且造价更低。此外，当油气井封隔颗粒与用于携带油气井封隔颗粒的充填液具有大致相同的密度时，油气井封隔颗粒能够在充填液中自然悬浮，使得油气井封隔颗粒更容易随着充填液流动。考虑地层压力系数等因素，采用的充填液的密度通常在0.90～1.25g/cm3，因此油气井封隔颗粒的密度也设计为0.90～1.25g/cm3。现有技术中，聚乙烯颗粒的密度一般为0.70～1.5g/cm3，粒径通常选在0.05～1.0mm的范围内。申请人经过大量的实验得知，当聚乙烯颗粒的密度为0.90～1.25g/cm3，而粒径在0.07～0.80mm的范围时，既不会因为油气井封隔颗粒的粒径过大而影响封隔效果，又不会因为油气井封隔颗粒的粒径过小而使其增加实际生产中的成本。因此，本发明的油气井封隔颗粒在起到较好的封隔效果的同时，又最大限度地降低了生产制造成本。
另外，本发明的油气井封隔颗粒的生产制造简单方便，使用安全可靠，便于广泛地推广应用。
根据本发明的第二方面，提供了一种油气井封隔颗粒的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1，以气态的乙烯为主要原料，在指定温度和指定压力下通过引发剂和密度调整剂进行聚合反应，使所述乙烯在反应区内形成乙烯高分子熔融聚合物；
步骤2，将所述乙烯高分子熔融聚合物从聚合反应的原料与产物的混合物中分离出来；
步骤3，将分离获得的乙烯高分子熔融聚合物送入造粒机，以形成平均粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。
优选地，所述步骤2包括：
步骤2.1，将聚合反应的原料与产物的混合物在工作压力为25～30Mpa的第一分离机中进行第一次分离，以使得未反应的所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物相分离；
步骤2.2，将经过第一次分离后含有所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物的混合物在工作压力为0.3～0.4Mpa的第二分离器中进行第二次分离，以使得所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物进一步分离。
优选地，在所述步骤2.1中，第一次分离后被分离出的所述乙烯被送回到所述反应区重新作为所述聚合反应的原料；在所述步骤2.2中，第二次分离后被分离出的所述乙烯先经过增压后再被送回到反应区重新作为聚合反应的原料。
优选地，在进行所述步骤2.1之前，先将所述聚合反应的原料与产物的混合物进行降压和降温，使得所述聚合反应的原料与产物的混合物的压力降低至46～54Mpa，温度降低至242～258℃。
优选地，在所述步骤1中，所述引发剂为氧气、双环己基过氧化碳酸氢酯、叔丁基过癸酸酯、二癸酰、二叔丁基过氧化物或叔丁基过氧化氢；所述密度调整剂为丙烯、丙烷或丁烯。
优选地，所述指定温度为150～300℃，所述指定压力为150～300Mpa。
根据本发明的第二方面的油气井封隔颗粒的制造方法来制造本发明第一方面的油气井封隔颗粒，制造的该油气井封隔颗粒的封隔效果较好，而制造成本较低，能够在提高油气井的油气产量的同时降低油气开采的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为根据本发明的油气井封隔颗粒封隔油气井的示意图；
图2为根据本发明的油气井封隔颗粒的制造方法的流程图。
附图标记说明：1、井壁；2、调流控水筛管管柱、3、油气井封隔颗粒；4、封隔器；5、充填装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种油气井封隔颗粒，该油气井封隔颗粒是平均粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。所谓的油气井是指油气田开发中广义的油气井，包括油井、气井、注入井等。
根据本发明的第一方面的油气井封隔颗粒，相较于现有技术中的玻璃质的空心颗粒而言，更容易制造且造价更低。此外，当油气井封隔颗粒与用于携带油气井封隔颗粒的充填液具有大致相同的密度时，油气井封隔颗粒能够在充填液中自然悬浮，使得油气井封隔颗粒更容易随着充填液流动。考虑地层压力系数等因素，采用的充填液的密度通常在0.90～1.25g/cm3，因此油气井封隔颗粒的密度也设计为0.90～1.25g/cm3。现有技术中，聚乙烯颗粒的密度一般为0.70～1.5g/cm3，粒径通常选在0.05～1.0mm的范围内。申请人经过大量的实验得知，当聚乙烯颗粒的密度为0.90～1.25g/cm3，而粒径在0.07～0.80mm的范围时，既不会因为油气井封隔颗粒的粒径过大而影响封隔效果，又不会因为油气井封隔颗粒的粒径过小而使其增加实际生产中的成本。因此，本发明的油气井封隔颗粒在起到较好的封隔效果的同时，又最大限度地降低了生产制造成本。
图1是根据本发明的油气井封隔颗粒封隔油气井的示意图。如图1所示，使用上述油气井封隔颗粒来封隔油气井的操作方法如下：首先，将调流控水筛管管柱2送至油井水平段，井壁1和调流控水筛管管柱2之间形成环空；然后，座封封隔器4并打开充填装置5，将携带有油气井封隔颗粒的充填液进行正循环，使得油气井封隔颗粒被送入环空和地层；最后，当环空逐步被颗粒充填紧实后，上提充填装置5。另外，所谓的正循环是指携带有油气井封隔颗粒的充填液从油管输送到充填装置5，再输送到环空。
另外，当油井需要进行后续上修作业的返排操作时，其具体操作方法如下：首先，解封封隔器4，为油气井封隔颗粒返排形成通道；然后，利用修井液进行正循环，使得环空中充填密实的油气井封隔颗粒逐步松散开，最终随修井液被带至地面。同样，返排操作时所谓的正循环也是指修井液从油管输送到充填装置5，再输送到环空。。
本发明的油气井封隔颗粒借助封隔器、充填装置等工具，并利用充填液作为载体进入到油气井中需要封隔的环空或地层等处。在充填过程中，一部分油气井封隔颗粒随充填液进入地层，另一部分油气井封隔颗粒受到调流控水筛管的阻挡被留在环空，随着充填工作的不断进行，环空将逐步被油气井封隔颗粒充填紧实。在后续的生产过程中即使发现环空中仍然存在流动通道，该油气井封隔颗粒也能够随着油气井中的流体进一步移动而堵塞流动通道，实现环空的有效封隔。当油气井封隔体颗粒充填于水平段后，流体由井壁至调流控水筛管管柱的距离短、接触面积大，因此保证了流体沿油气井纵向流动的畅通；而流体沿着横向的流动距离长、环空横截面积小，流体横向流动阻力大，使流体在横向的流动受到抑制。因此，该油气井封隔颗粒能够起到有效封隔的作用，改善常规的封隔器分段级数有限、封隔效果欠佳的问题，从而提高油气井的油气产量。
出于经济性的考虑，充填液一般选用为水，因此聚乙烯颗粒的密度优选为1.00g/cm3左右，这样的设计使得油气井封隔颗粒具有普遍适应，能够适用于大多数的油气井。另外，聚乙烯颗粒的形状优选为球形，使得该油气井封隔颗粒的匀称性好、分选性好，且更容易随着充填液流动。另外，各个油气井封隔颗粒之间的缝隙较小，封隔的效果也更好。
图2为根据本发明的油气井封隔颗粒的制造方法的流程图。如图2所示，该制造方法包括以下步骤：
步骤1，以气态的乙烯为主要原料，在指定温度和指定压力下通过引发剂和密度调整剂进行聚合反应，使乙烯在反应区内形成乙烯高分子熔融聚合物；
步骤2，将乙烯高分子熔融聚合物从聚合反应的原料与产物的混合物中分离出来；
步骤3，将分离获得的乙烯高分子熔融聚合物送入造粒机，以形成平均粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。
上述指定温度为150～300℃，指定压力为150～300Mpa。
根据本发明的油气井封隔颗粒的制造方法来制造油气井封隔颗粒，制造处的油气井封隔颗粒的封隔效果较好，而制造成本较低，能够在提高油气井的油气产量的同时降低油气开采的成本。另外，本发明的油气井封隔颗粒的制造方法，通过改变密度调整剂的剂量，就能够调节油气井封隔颗粒的密度，而通过改变对造粒机的造粒直径的设置，就能够调节粒径。因此可以根据需要生产出不同密度和粒径的油气井封隔颗粒的，使其能够被应用于不同工况的油气井。
在本实施例中，步骤2还包括：
步骤2.1，将聚合反应的原料与产物的混合物在工作压力为25～30Mpa的第一分离机中进行第一次分离，以使得未反应的乙烯与乙烯高分子熔融聚合物相分离；
步骤2.2，将经过第一次分离后含有乙烯与乙烯高分子熔融聚合物的混合物在工作压力为0.3～0.4Mpa的第二分离器中进行第二次分离，以使得乙烯与乙烯高分子熔融聚合物进一步分离。
由于聚合反应中乙烯并不能完全转化成乙烯高分子熔融聚合物，因此在聚合反应的产物中混合有大量乙烯，所以需要将乙烯与乙烯高分子熔融聚合物进行分离。另外，第一次分离的工作压力高于第二次分离的工作压力，其目的是为了进一步将未反应的乙烯与其中所含的杂质进行分离，尤其是能够更好地将乙烯中所含的蜡残留物分离出来。
在步骤2.1中，第一次分离后被分离出的乙烯被送回到反应区重新作为聚合反应的原料，在步骤2.2中，第二次分离后被分离出的乙烯先经过增压机进行增压后再被送回到反应区重新作为聚合反应的原料。
在聚合反应中乙烯的转化率并不高，被混合到乙烯高分子熔融聚合物中的乙烯较多，因此需要将未反应的乙烯气体经分离之后重新送入反应器进行反应，以避免乙烯的浪费，降低生产成本。另外，由于在反应区中进行聚合反应的压力较高，而经过第二次分离后分离出的乙烯的压力较低，为了避免低压的乙烯被直接送入反应区，先使用增压机对第二次分离后分离出的乙烯进行加压，能够提高反应区中聚合反应的效率。
在反应区的出口处安装有脉冲阀和冷却器，在进行步骤2.1之前，先将聚合反应的原料与产物的混合物通过脉冲阀进行降压，使其压力降低至46～54Mpa，以及通过冷却器进行降温，使其温度降低至242～258℃。由于反应区中进行聚合反应的温度和压力都较高，先将聚合反应的原料与产物的混合物通过脉冲阀好而冷却器进行降压和降温后再进行分离，能够保证第一分离器的安全运行，同时也能够提高分离效率。
在步骤3中，进入造粒机后的乙烯高分子熔融聚合物增压到5.0Mpa左右，先经过换网器，使得乙烯高分子熔融聚合物中的杂质被进一步过滤。此后，乙烯高分子熔融聚合物在造粒机内经分流后进入直径逐渐变小的多个通道，并在通道内加速流动，最后从造粒机的出料端流出，通过出料端上的模孔后以线状进入造粒机的切粒水室。乙烯高分子熔融聚合物在切粒水室中被温度为50～70℃的水冷却后，被回转切刀切成粒径为0.07～0.80mm的聚乙烯颗粒。其中，聚乙烯颗粒具体的粒径大小根据需要可以通过改变造粒机的造粒直径的设置来进行调整。
在本实施例中，步骤1中所使用的引发剂可以选用为氧气或有机过氧化物，有机过氧化物如双环己基过氧化碳酸氢酯、叔丁基过癸酸酯、二癸酰、二叔丁基过氧化物或叔丁基过氧化氢等均可作为引发剂。根据聚合反应的需要，引发剂也可以是几种有机过氧化物的混合物或者是空气和有机过氧化物的混合物，在选择时引发剂的时候主要考虑是否能够提高聚合反应的效率以及是否易于获取等因素。此外，密度调整剂可以选择为丙烯、丙烷或丁烯。
在本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种油气井封隔颗粒，其特征在于，所述油气井封隔颗粒是粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。
2.根据权利要求1所述的油气井封隔颗粒，其特征在于，所述聚乙烯颗粒的密度为1.00g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的油气井封隔颗粒，其特征在于，所述聚乙烯颗粒的形状为球形。
4.一种油气井封隔颗粒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以气态的乙烯为主要原料，在指定温度和指定压力下通过引发剂和密度调整剂进行聚合反应，使所述乙烯在反应区内形成乙烯高分子熔融聚合物；
步骤2，将所述乙烯高分子熔融聚合物从聚合反应的原料与产物的混合物中分离出来；
步骤3，将分离获得的乙烯高分子熔融聚合物送入造粒机，以形成粒径为0.07～0.80mm、密度为0.90～1.25g/cm3的聚乙烯颗粒。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1，将聚合反应的原料与产物的混合物在工作压力为25～30Mpa的第一分离机中进行第一次分离，以使得未反应的所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物相分离；
步骤2.2，将经过第一次分离后含有所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物的混合物在工作压力为0.3～0.4Mpa的第二分离器中进行第二次分离，以使得所述乙烯与所述乙烯高分子熔融聚合物进一步分离。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤2.1中，第一次分离后被分离出的所述乙烯被送回到所述反应区重新作为所述聚合反应的原料；在所述步骤2.2中，第二次分离后被分离出的所述乙烯先经过增压后再被送回到反应区重新作为聚合反应的原料。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在进行所述步骤2.1之前，先将所述聚合反应的原料与产物的混合物进行降压和降温，使得所述聚合反应的原料与产物的混合物的压力降低至46～54Mpa，温度降低至242～258℃。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述引发剂为氧气、双环己基过氧化碳酸氢酯、叔丁基过癸酸酯、二癸酰、二叔丁基过氧化物或叔丁基过氧化氢；所述密度调整剂为丙烯、丙烷或丁烯。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述指定温度为150～300℃，所述指定压力为150～300Mpa。
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