（化学工艺专业论文）川口油田低渗透油藏调驱剂性能研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： j i i 口油田低渗透油藏调驱剂性能研究 化学工艺 顾锡奎( 签名) 王小泉( 签名) 摘要 针对川口油田特低渗透裂缝性油藏在高含水期的特点，不仅对大裂缝出水通道要有 效封堵，而且要有效驱替中小裂缝中的原油。为了到达深部流体改向和驱油的双重目的， 本文研究与之相适应的组合深部调驱体系，即超强吸水颗粒型凝胶+ 弱凝胶深部调驱体 系。用超强吸水型颗粒凝胶调驱体系封堵大裂缝水窜通道，提高波及效率，弱凝胶进一 步发挥“调”和“驱 的双重作用，有效驱替中小裂缝中的原油。 本文研究的超强吸水颗粒型凝胶深部调驱体系是一种具有多种吸水性功能团的新 型吸水性颗粒凝胶。该吸水颗粒凝胶由阴离子单体、阳离子单体、非离子单体、无机物、 等在引发剂、交联剂存在下采用聚合、交联、共混同步合成，经洗涤、造粒、烘干、粉 碎、筛分等工艺过程加工而成。通过调整单体比、合成反应条件及加工工艺可得到具有 不同吸水倍数、吸水速度和强度的耐温抗盐型深部调驱体系。 通过大量的室内筛选实验，本文研制了适合川口油藏特征的弱凝胶调驱体系。该弱 凝胶液最佳配方：聚合物h p a m 浓度为2 0 0 0m g l ，交联剂浓度为2 0 0m g l ，稳定剂浓 度为2 0 0m g l 。该体系胶凝时间可控，可以用川口油田高矿化度的地层水配液。实验表 明：超强吸水颗粒型凝胶和弱凝胶之间具有良好的协同效应，其组合调驱是一种有效的 提高采收率方法。 关键字：调驱；吸水颗粒；弱凝胶 论文类型：应用基础 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： p e r f o r m a n c eo fp r o f i l ec o n t r o la n do i ld i s p l a c e m e n ta g e n ti nc h u a n k o u l o w p e r m e a b i l i t yo i lr e s e r v i o r c h e m i c a lt e c h n o l o g y g u ) ( i k u i ( s i g n a t u 代) 益五如 w a n gx i a o q u a n ( s i g n a t u r e ) a b s a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fu l t r a - l o wp e r m e a b i l i t yf r a c t u r e d r e s e r v o i ri n c h u a n k o uo i lf i e l d si nt h eh i g hw a t e rc u ts t a g e ，n o to n l ya r ew a t e rc h a n n e l si nt h el a r g ec r a c k s e f f e c t i v e l yb l o c k e d ，b u ta l s ot h ec r u d eo i li nt h es m a l lc r a c k si sd i s p l a c e de f f e c t i v e l y i no r d e r t or e a c ht h ed u a l p u r p o s eo fd e e pf l u i dr e d i r e c t i o na n df l o o d i n g ，i n t h i sp a p e r , t h e c o r r e s p o n d i n gc o m p o u n dd e e pp r o f i l ec o n t r o la n do i ld i s p l a c e m e n ta g e n ts y s t e m ，w h i c hi s s u p e r - a b s o r b e n th y d r o g e lp a r t i c l e s + w e a kg e ld e e pp r o f i l ec o n t r o la n df l o o d i n gs y s t e m ，w a s s t u d i e d t h es u p e r - a b s o r b e n tp a r t i c l es y s t e mc a np l u gl a r g ec r a c k si nt h ew a t e r - c h a u n e la n d i m p r o v es w e e pe f f i c i e n c ys i g n i f i c a n t l y s u r v i n ga sr e g u l a t i o n a n df l o o d i n g ，w e a kg e l d i s p l a c i n gc r u d eo i li ns m a l lc r a c k se f f e c t i v e l y i nt h i sp a p e r , t h es u p e r - a b s o r b e n th y d r o g e lp a r t i c l e sd e e pp r o f i l ec o n t r o la n df l o o d i n g s y s t e mi san e w k i r l do fs u p e ra b o r b e n tp a r t i c l e sg e l 、i mav a r i e t yo ff u n c t i o n a la b s o r b e n t g r o u p s t h ew a t e r - a b s o r b e n tg e lp a r t i c l e si sf o r m e df r o ma n i o n i cm o n o m e r , c m i o m cm o n o m e r , n o n i o n i cm o n o m e r , i n o r g a n i cs o li nt h ep r e s e n e e do fc a u s i n ga g e n ta n dc r o s s l i n k e ra n d s y n t h e s i z e ds y n c h r o n o u s l yb yp o l y m e r i z i n g ，c r o s s l i n k i n g da n db l e n d i n g t h e nt h ep r o d u c ti s p r o d u c e db yb e i n gw a s h e d , d r i e d ，g r a n u l a t e d ，g r i n d e d ，a n ds c r e e n e d b ya d j u s t i n gt h e m o n o m e rr a t i o ，r e a c t i o nc o n d i t i o n sa n dt h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , t h ed e e pc o n t r o la n d f l o o d i n ga g e n t s 晰t l ld i f f e r e n tw a t e r - a b s o r b e n t ，w a t e ra b s o r p t i o nr a t e ，p a r t i c l er a d i u sa n d i n t e n s i t yo ft h et e m p e r a t u r ea n ds a l tr e s i s t a n c ec a nb eo b t a i n e d s c r e e n i n gt h r o u g hal a r g en u m b e ro fl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s ，t h ew e a kg e ld i s p l a c e m e n t s y s t e mw h i c hi ss u i t a b l ef o rc h u a n k o uo i lr e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c sw a sd e v e l o p e d t h eb e s t w e a kg e ll i q u i df o r m u l a t i o n sa r ep o l y m e rh p a mc o n c e n t r a t i o no f2 0 0 0m f l ，c r o s s l i n k e r c o n c e n t r a t i o no f2 0 0m e d l ，s t a b i l i z e rc o n c e n t r a t i o no f2 0 0m e g l t h eg e lt i m eo ft h es y s t e m c a i lb ec o n t r o l e d , a n dy o uc a nu s ec h u a n k o uo i lf i e l d sf o r m a t i o nw a t e r 、析t 1 1l i q u i do fh i g h s a l i n i t yc a nb eu s e dt od i s p e n s e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea l eag o o ds y n e r g y b e t w e e nt h es u p e ra b s o r b e n th y d r o g e lp a r t i c l e sa n dt h ew e a kg e l ，w h i c hi sab e t t e r tm e t h o do f e n h a n c e do i lr e c o v e r y k e y w o r d s ：c o n t r o l a n df l o o d i n g ；w a t e r - a b s o r b e n tp a r t i c l e s ；w e a kg e l t h e s i s ：f u n d a m e n ts t u d y 1 1 i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：勿鳓 导师签名：日期： 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 油田进入高含水或特高含水期后，油m 水驱问题越来越复杂，如何提高高含水期的 采收率是石油界普遍关注的问题。在水驱过程中，油水界面张力高、岩石表面润湿性差 等导致水驱洗油效率低，而油藏的非均质性和不利的流度比又造成注入水沿高渗透层及 高渗透区不均匀推进，在纵向上形成单层突进、舌进，在横向上形成指进，造成注入水 提前突破，中低渗透层波及系数低、驱油效果差，严重影响了水驱的开发效果。一次采 油和二次采油的最终采收率通常为原始地质储量的2 0 - 4 0 ，即水驱后还有5 0 以上的 原油留在地下吲。 为了在水驱后进一步提高原油采出程度，人们相继提出了提高波及系数( 如聚合物 驱、交联聚合物驱) 和提高洗油效率( 如表面活性剂驱、混相驱) 等提高采收率方法。 近年来，虽然采用聚合物驱、复合驱等三次采油技术取得了较好的效果，但存在驱油成 本高、风险大、现场实施难等问题。注聚合物溶液技术比较简单，但由于地层孔隙剪切 和地层高温、高矿化度等因素影响，聚合物注入地层后，其有效黏度损失很大，往往达 不到预期的目的。对非均质程度较高的地层，聚合物会沿高渗透带窜流 4 1 。目前我国处 于高含水期的油田，在提高采收率方面，仍然是以扩大注入水波及体积和提高注入水洗 油效率为主【5 1 。所以，改善注入水开发效果的主要途径仍然是提高注入水的波及系数， 从根本上说，必须采取调剖堵水技术改善吸水剖面，使注入水尽量波及到高含油饱和度 区域，将剩余油区中的原油驱出。在纵向上，调剖剂可用于封堵高渗透层或增加高渗透 层的渗流阻力，减小高渗透层吸水能力，启动低渗透层或增加低渗透层的吸水量，调整 吸水剖面、扩大垂向波及系数；在平面上，调剖剂可对后续注入水分流，使原来沿高渗 透、低渗流阻力方向流动的水改变流向，扩展到低渗透区，从而从整体上改善注水开发 效果，最终达到增大注入水波及体积、提高水驱采收率的目的。因此，注水井调剖技术 是提高波及系数、改善开发效果的有效方法。 尽管调剖堵水技术对某些特定油藏能起到改善水驱开发效果，但以改善吸水剖面、 提高波及系数为目的的调剖堵水类提高采收率技术，在提高洗油效率方面存在明显不足。 常规调剖堵水，由于体系中化学剂浓度高，胶凝速度快，不易控制，从而限制了其注入 量和有效距离，随着多次重复调剖的增加，调剖措施改善剖面的效果逐渐变差，其增产 有效期短。同样，以降低油水界面张力、改善油藏岩石润湿性、提高洗油效率为目的的 驱油技术在提高波及系数方面存在不足。所以，须在充分发挥调剖堵水技术作用的基础 上，借助高效的驱油型技术提高微观驱油效率，由此提出了调驱技术。该技术的关键是 在充分调剖的基础上提高驱油效率，达到既“调 又“驱 的双重作用。 低渗透油藏由于储层物性差，油井产量低，而且由于孔隙结构复杂，渗流状态异常， 导致其油田开发特征与中高渗透油藏有很大的不同，甚至发生质的变化。低渗透油田油 两安石油大学硕士学位论文 水井在投产初期或生产过程中一般要经过压裂、酸化、注水补充能量等油层改造措施。 在高渗透层位，长期注水冲刷形成了注水大孔道，使层间矛盾更加突出；在低渗透层位， 长期或频繁井下作业而造成的地层结垢、蜡堵或机械杂质堵塞，使生产能力日趋低下，7 导致低渗透油藏的生产局面更加复杂。 在中国许多低渗透油田中，储层都有裂缝发育，构成裂缝性低渗透油藏。由于裂缝 的存在，这类油藏的开发特征与单纯低渗透油藏不同，注水后，注入水很容易沿裂缝窜 进，使沿裂缝方向上的油井遭到暴性水淹，这是裂缝性低渗透油田注水开发过程中十分 普遍的现象。由于裂缝方向性的影响，区域水淹程度极不平衡，层间矛盾逐渐加剧，含 水不断上升，原有的调整措施及开发技术逐渐不适应油田开发的需要，其调整效果差， 产量递减加快。但在非裂缝方向和部位存在大量剩余油【6 j ，由于在裂缝性低渗透油藏中， 裂缝相对基质来说，其渗透率大得多，因此，堵剂会沿着裂缝向地层中漏失，漏失的存 在给堵水作业带来很大的危害i | n ，一方面，堵剂漏失进入小裂缝和基质，封堵小裂缝和 基质，导致对油层的伤害：另一方面，堵剂的漏失降低了对裂缝封堵的强度，导致堵水 有效期缩短，甚至堵不住水。如何控制堵剂在裂缝中的漏失问题成为裂缝性低渗透油藏 堵水技术的关键峭j 。 裂缝性低渗透油藏中，由于储层基质渗透率较小，堵剂在挤注过程中注入性较差， 这就要求堵剂的黏度在注入时不能太高；堵剂进入后，选择性地封堵储层的裂缝，这就 要求堵剂的封堵强度非常高。这是裂缝性低渗透油藏开发特征的特殊性所决定的。 目前，聚合物凝胶类的堵剂以其胶凝时间可控的优势在油田被广泛应用p j ，但是对 于裂缝性低渗透油藏来说，若使堵剂达到封堵裂缝的强度，其原液中聚合物的质量百分 含量必须足够高，因而随之而来的是聚合物初始黏度非常高，使堵剂无法注入到注入性 极差的低渗透油藏；若堵剂强度过低，则可能出现堵剂大量采出的情况。 针对川口油田具有低渗透、低孔隙、低压力和易水窜的特点，本实验采用组合深部 调驱技术，即超强吸水颗粒型凝胶+ 弱凝胶深部调驱体系。为了到达深部流体改向和驱 油的双重目的，先采用超强吸水型颗粒凝胶调驱体系封堵大裂缝出水通道，提高波及效 率，弱凝胶进一步发挥“调 和“驱 的双重作用，有效封堵中小裂缝并驱替其中的原 油，以提高驱油效率。 1 2 油田深部调驱技术概述 深部调驱技术是从注水井化学调剖技术上发展起来的。调剖分为机械细分注水和化 学调剖。机械细分注水主要适用于隔层条件较好，井筒及隔层厚度满足坐封条件的注水 井，各层配注量的大小通过水嘴控制，有效期的长短取决于封隔器的寿命和坐封的质量。 注水井化学调剖可分为浅调、深部调剖和深部调驱技术【i o j 。浅调主要适用于具有一 定隔夹层条件的注水井，一般采用强度较高的调剖剂对高渗透层进行完全或部分封堵。 深部调剖主要适用于存在大孔道或大裂缝的厚油层，一般要求调剖剂强度较高，对大孔 道或裂缝具有较强的封堵能力，其有效期的长短取决于调剖剂的热稳定性、储层窜流情 2 第一章绪论 况及调剖剂与大孔道的匹配能力。深部调驱技术是针对油田开发后期，注水井近井地带 剩余油较少、由于注入水绕流作用( 绕过封堵层位而进入高渗透层) 的影响导致近井地 带调剖增油效果变差的问题上提出的。深部调驱技术一般是向注水井注入可以在地层大 孔道或裂缝中流动的调剖剂，通过流动的调剖剂缓慢移动，实现调剖剂在地层深部的不 断重新分配，增加调剖剂的作用范围，提高注入水的波及效率【i 。在深部调驱作业时， 调驱剂在发挥驱油功能的同时，还实现流体在油层深部转向的目的。 进入开发后期的油田剩余油主要分布在低渗透、特低渗透层或厚油层的低渗透层段， 因此，进一步提高水驱波及效率是剩余油挖潜的关键。然而，油藏经过长期的开发，油 藏孔隙结构和物理参数都发生了很大的变化，由于对这些“新油藏”的认识不足，这就 希望通过流动的调驱剂缓慢移动实现在地层深部的不断重新分配，增加作用范围，从而 提高注入水的波及效率。 再者，在油田开发初期，层间矛盾占主导地位，常规的浅堵浅调和机械卡堵水技术 得到了广泛应用。但随着我国绝大多数油田进入注水开发中后期阶段，随着开采时间的 延长和含水的不断上升，油水分布关系日趋复杂，纵向上多层见水、多层高含水的现象 越来越普遍，层内矛盾日益突出，同时随着各油田结构调整的不断深化，各类井问含水 结构的差异逐渐缩小，依靠结构调整的余地越来越小，因此，如何实现注入流体在油层 深部的转向成为提高油田原油采收率的主要目标。 1 3 深部调驱剂研究现状及发展趋势 我国堵水调剖技术的研究和应用可追溯到2 0 世纪5 0 年代末，6 0 至7 0 年代主要以 油井堵水为主【l l , 1 2 。8 0 年代初随着聚合物及其交联凝胶的出现，注水井调剖技术迅速发 展，不论是堵水还是调剖，都以高强度堵剂为主，作用机理多为物理屏障式堵塞。9 0 年 代，油田进入高含水期，调剖堵水也进入快速发展时期，由单井处理发展到以调剖堵水 措施为主的区块综合治理。进入2 l 世纪后，油田普遍高含水，由于长期水驱，油藏的非 均质性进一步加剧，油层中逐渐形成高渗透通道或大孔道，油水井间形成水流优势通道， 造成水驱“短路”，严重影响油藏水驱开发效果。加之对高含水油藏现状认识的局限性， 常规调剖堵水技术无法满足油藏开发的需要，因而作用及影响效果更大的深部调驱技术 获得了迅速的发展，改善水驱的理论认识及技术发展进入了一个新的阶段【l 孤。 近年来在深部调驱液流转向剂的研究和应用取得了很多新进展，形成包括弱凝胶、 胶态分散凝胶( c d g ) 、体膨颗粒、含油污泥、微生物、无机物凝胶涂层、泡沫、醇致 盐沉淀法及组合调驱等多种深部调驱技术【l 9 】为高含水油田水驱开发效果、提高采收率 发挥着重要的作用。目前，我国油田堵水调剖的综合技术水平处于国际领先的地位。 1 3 1 弱凝胶深部调驱技术 弱凝胶也称为“流动凝胶 【2 叩1 1 ，主要由聚合物和交联剂两部分组成，以整体的形 式存在，交联状态为分子间交联。一般选择高分子聚合物聚丙烯酰胺作为原料主剂，交 联剂主要有树脂、二醛和多价金属离子类等。美国使用最多的是乙酸铬、柠檬酸铝( e p t 西安石油大学硕十学位论文 公司) 和乙二醛( p f i z e r 公司) 2 2 】。我国应用较多的是酚醛复合体、树脂预聚体、乙酸 铬、乳酸铬、柠檬酸铝等。形成的凝胶强度通常在o 1 2 5p a ，现场应用则根据地层及生 产状况选择凝胶强度。凝胶在地层中的封堵是动态的，在一定条件下可运移，使其具有 深部调和驱的双重作用。 交联聚合物弱凝胶是目前国内外应用最广泛的深部调驱改善水驱技术，但影响其性 能的因素很多，一般不适应矿化度1 0 00 0 0m g l 以上、温度9 0 以上的低渗透层的深 部调驱作业。应用时应注意考虑交联聚合物体系与地层流体、配液用水、油藏温度和油 藏地层特性的配伍性【2 3 1 。 我国最早应用弱凝胶深部调驱的是胜利油田，1 9 9 2 年采用h p a m 乙酸铬体系在孤 东油田西区进行了3 个井组处理，共注入调驱剂1 5 5 万m 3 ，采用3 0 0 0m g lh p a m 和 5 0 0m g l 乙酸铬体系，调驱后注水井注水压力平均上升了3m p a 左右，累计增油9 8 0 0 t 2 4 1 。辽河茨榆坨龙1 1 区块是弱凝胶整体深部调驱效果最好的区块，油藏埋深1 5 5 0 1 7 0 0 m ，温度5 0 6 0 ，矿化度2 2 0 0m g l ，平均孔隙度2 0 ，渗透率为1 1 3d 。1 9 9 9 年采 用1 0 0 0 1 5 0 0m g l 的h p a m 、4 0 0 5 0 0m g l 的酚醛复合交联体系进行6 个井组的整体调 驱作业，共注入调驱剂1 20 0 0m 3 ，处理后注水压力上升0 6 2 0m p a 左右，累计增油3 00 0 0 t ，水驱开发效果显著改善，有效期长达3 年多1 2 5 1 。 1 3 2 胶态分散凝胶调驱技术 2 0 世纪9 0 年代初由美国t i o r c o 公司提出的胶态分散凝胶( c d g ) 为聚合物和交 联剂形成的非网络结构的分子内交联凝胶体系，交联反应主要发生在分子内的数个交联 活性点之间，以分子内交联为主，几个至十几个分子发生交联，形成分散的凝胶线团。 c d g 体系中聚合物浓度可低至1 0 0m g l ，交联剂一般是多价金属离子，如柠檬酸铝、乙 酸铬等 2 6 - 2 8j 。 国外只有t i o r c o 公司主张c d g 调驱体系，该体系曾在美国洛杉矶地区对2 9 个油 藏采用c d g 进行深部处理，其中2 2 个项目获得增产。从各段塞的h p a m 看，这些实验 仍然是弱凝胶处理1 2 1 j 。 国内对c d g 也有过广泛重视，尤其“九五”期间，许多从事聚合物驱的研究人员开始 向该技术领域，希望用极低浓度的聚合物和交联剂形成较大分子的凝胶颗粒，在高渗透 层形成比较大的流动阻力和残余阻力，改善水驱开发效果。中国科学院化学研究所、中 国石油勘探开发研究院采收率所、大庆油田等对该技术进行了大量的研究 2 9 3 0 】，并在大 庆、河南等油田进行了多项先导性实验，但使用的聚合物浓度大多在8 0 0 1 5 0 0m g l ，显 然这不是真正意义上的c d g 驱。由于指导思想上的分歧，这些实验大多没有取得理想 的效果。加之c d g 耐温耐盐的性能差，胶凝条件苛刻，封堵程度低，目前国内外对该 技术的研究与应用几乎处于停止状态。 1 3 3 体膨颗粒深部调驱技术 体膨颗粒调驱是近年发展起来的一种新型的深部调驱技术，主要是针对非均质性强、 4 第一章绪论 高含水、大孔道发育的油田进行深部调驱，改善水驱开发效果而研发的技术【3 。体膨颗 粒遇油体积不变而吸水体膨变软( 但不溶解) ，在外力作用下发生变形运移到地层深部， 在高渗透层和大孔道中产生流动阻力，使后续注入的水分流转向，有效改变地层深部长 期水驱形成的定势压力场和流线场，达到深部调驱，提高波及体积，改善水驱开发效果 的目的。该技术具有以下特点【3 2 3 4 】：体膨颗粒由地面合成、烘干、粉碎、分筛制备形 成，避免了地下交联体系不胶凝或胶凝不完全的问题，耐温( 1 2 0 ) 耐盐( 不受限制) 性能好，具有广泛的适用性；体膨颗粒粒径变化大( 微米一厘米级) 、体膨倍数高( 3 0 2 0 0 倍) 、膨胀时间快( 1 0 1 8 0m i n ) ；颗粒吸水膨胀变软，颗粒的变形运移可扩大调驱作 用范围，达到深部调驱液流转向的目的；体膨颗粒深部调驱施工工艺简单、灵活、无 风险；体膨颗粒可以单独使用，也可以与聚合物弱凝胶体系复合应用于注水开发油藏 深部调驱改善水驱作业，也可用于聚合物驱前及聚合物驱过程中的深部调驱；体膨颗 粒适宜在大孔道、高渗透、高含水油藏的深部调驱改善水驱效果。 体膨颗粒深部调驱技术，其优良的性能、广泛的适应性和全新的“变形虫”作用机理， 成为我国高含水、高采出油田进行深部调驱，实现稳产的重要技术手段。据对大庆、大 港、中原等油田的不完全统计，在3 5 5 个井组现场试验中，累计增油4 6 7 3 万t ，取得了 良好的生产和经济效益啪j 。 1 - 3 4 含油污泥深部调驱技术 含油污泥是原油脱水处理过程中伴生的工艺垃圾，主要成分是水、泥质、胶质沥青 和蜡质。作为调驱剂，和其他化学调剖剂相比，含油污泥具有良好的抗盐、抗高温和抗 剪切的性能，是一种价格低，调剖效果好的堵剂。同时也减少了环境污染和含油污泥固 化费用。该技术具有很好的应用前景。 含油污泥调驱剂主要是在含油污泥中加入适量的添加剂，调配成黏稠的微米级的油 水型乳化悬浮液，当乳化悬浮液在地层达到一定的深度后，受地层水的冲释的作用，乳 化悬浮体系分解，其中泥质吸附胶质沥青和蜡质，黏联聚集成较大粒径的“团粒结构”沉 降在大孔道中，使大孔道通径变小，增加了注入水的渗流阻力，迫使注入水改变渗流方 向，从而达到提高注入水波及体积、改善注水开发效果的目的。该技术适用于纵向渗透 率差异性大、有高吸水层段、启动压力低的注水井。在江汉、胜利等油田现场应用均取 得了良好的效剁3 6 】。受到原料产地、产量限制，适合在上述油田结合其它工艺部分使用。 1 3 5 微生物深部调驱技术 微生物用于注水井调剖最早是在美国，把能够产生生物聚合物的细菌注入地层，在 地层中游离的细菌被吸附在岩石孔道表面后，形成附着的菌群；随着营养液的输入，细 菌在高渗透地层大量繁殖，繁殖的菌体细胞及细菌产生的生物聚合物等黏附在孔隙岩石 表面，形成较大体积的菌团。后续营养物的充足提供，使细菌及其代谢出的生物聚合物 急剧扩张，孔隙越大细菌和营养物积聚滞留量越大，形成的生物团块越大，对高渗透地 层起到了较好的调堵和降低水吸量的作用，使水流转向中、低渗透层，使中低渗透层位 西安石油人学硕十学位论文 吸水量增加。从而扩大波及区域、提高原油采收率【3 丌。 天津工业微生物研究所和南开大学成功地筛选出了适应油田地质条件并具有良好调 剖作用的多株微生物。其中在大港油田先后进行了5 口井的实验，取得了很好的效果。 在胜利油田、辽河油田分别进行了室内评价及井下试验，均取得了预期效果。最近大庆 油田勘探研究院应用现代分子生物学方法研究油层本源微生物技术取得重大进展，在第 三采油厂开展微生物调驱矿场试验获得成功，微生物处理后改善了吸水剖面，取得了压 力上升，含水下降、增油1 3 0 0 t 以上的效果【3 引。 1 3 6 无机物凝胶涂层深部调驱技术 塔里木油田井深4 5 0 0 6 0 0 0m 、地层温度1 2 0 1 4 0 、地层矿化度1 5 00 0 0 2 1 00 0 0 m g l 。由于交联聚合物类堵剂具有盐敏、热敏及多价离子的絮凝等，使其在对于类似的 油藏条件下的调剖堵水作业应用受到了限制。水泥及无机颗粒或沉淀类堵剂具有良好的 耐盐耐温性能，但因其在多孔介质中进入深度有限而不适宜深部处理。为此最近中国石 油勘探开发研究院采油工程研究所提出了一种无机凝胶涂层调驱剂( w j s t p ) ，该调驱 剂与油藏高矿化度地层水反应形成与地层水密度相当的无机凝胶，通过吸附，在岩层骨 架表面逐渐结垢形成无机凝胶涂层，使地层流动通道逐渐变窄形成流动阻力，从而使地 层流体转向，扩大波及体积 3 9 j 。 2 0 0 6 年3 月利用该技术在塔里木轮南油田l n 2 0 3 井进行现场试验获得了成功，共 注5 的调驱剂3 8 0 0m 3 ，处理后注水压力升高，吸水剖面明显改善，并初步取得增油降 水的效果p 9 i 。 尽管近年针对塔里木油田特点开展了一些相关技术研究，但这种基于油藏岩石骨架 重建或修复的无机凝胶涂层技术还处于起步阶段，还有许多根本性的问题没有解决。类 似塔里木油丌1 特点的深井高温高盐油藏的堵水调剖、深部液流转向等改善水驱的技术， 仍然是个世界性的技术难题。 1 3 7 组合调驱技术 随着油田水驱问题日趋复杂化，单一的调驱技术的应用越来越受到限制，其效果不 是很理想，各种技术的组合越来越广泛地应用于深部调驱，改善水驱或聚合物驱的采油 工艺上。通过技术组合可以克服单一技术的不足，发挥组合技术的协同效应，如对存在 大孔道或裂缝的水驱油藏采用弱凝胶与体膨凝胶颗粒的技术组合，既可以实现对高渗透 通道的封堵，也可以深部液流转向。大港油田应用该技术组合进行了1 0 0 多井组的现场 试验，取得了较好的效果；在高渗透、聚合物驱的油藏，聚窜现象十分严重，采用聚合 物+ 体膨颗粒调驱技术组合，可以有效改善聚窜问趔4 0 l 。据大庆油田部分聚合物驱井的 采出水分析，注入聚合物浓度2 0 0 0 3 0 0 0m g l 的井组产出污水中聚合物浓度高达10 0 0 m e j l 以上，大量聚合物随着高渗透层带和大孔道窜流，造成大量聚合物浪费和聚驱效率 低下。在聚合物驱体系中加入适量的体膨颗粒，能有效地改善上述情况，体膨颗粒在大 孔道形成堵塞，使流动阻力增加，通道的渗流能力降低，限制聚合物溶液流动，从而转 6 第一章绪论 向相对低的渗透地层，既减少了聚合物溶液窜流，又提高了驱油效果1 4 1 。此外，还有含 油污泥与弱凝胶调驱组合技术及弱凝胶与微生物调驱组合技术是砂岩油田增产挖潜的新 手段、新途径1 4 2 】。 1 3 8 研究与应用中面临的挑战 利用堵水调剖、深部调驱技术改善水驱开发效果，在陆地油田已有广泛的研究和应 用，但在海上油田此方面的研究和应用才刚起步 4 3 1 。由于海上油田的油藏环境和生产条 件独特，陆上油田现有的堵水调剖、深部调驱技术和经验不能满足海上油田的作业要求， 还需要深入开展适合海上油田特点的改善水驱技术的研究，提高海上油田的采收率。 水平井作为油气田开发的一项先进技术，已应用于很多类型的油气藏。并在油田开 采中取得了良好的效果1 4 5 1 。但随着油田生产时间的延长，边底水等沿着高渗透层段或裂 缝的侵入导致水平井出水，直至关闭，已是目前水平井开采的难题之一【舶】。因此，开展 水平井的堵水技术及配套工艺技术的研究，对解决水平井生产面临的问题具有重要的现 实意义。 大港、辽河等一些东部老油田，由于长期水驱使油藏非均质矛盾进一步恶化，使油 田生产受到严重影响，直至关井1 4 7 。尽管像交联聚合物弱凝胶、体膨颗粒等深部调驱剂 在上述油田应用中见到一些效果，但仍需要进一步完善和开发新的更有效的技术。 1 4 研究任务 1 4 1 立项背景 川口油田隶属于延长油田股份有限公司，位于陕西省延安市东北方向的川口乡，东 临姚店油田，南与南泥湾油区毗邻。川口油田勘探开始于八十年代中期，主力层系为长 6 1 、长6 2 和长4 + 5 油层。目前油田储量面积1 5 1 平方公里，动用面积1 4 3 7 平方公里， 探明储量5 9 7 9 万吨，动用5 6 9 3 万吨。累计采出3 4 3 万吨，油开1 的动用程度非常的i 苛， 但采出程度低于1 0 ，年采油速度仅有0 4 8 左右。截至2 0 0 7 年1 2 月，川口油田已钻 井3 5 0 0 多口，目前已建成4 7 x 1 0 4 t 的年产油能力。 川口油田具有低渗透，低孔隙、低压力和易水窜的特点，是典型的特低渗透裂缝油 藏，综合采收率仅有8 左右。为了提高开发效果，在1 9 9 8 年开始试验注水开发。通过 注水开发地层压力得到了一定恢复，但是由于储层的非均质程度突出，层间和层内矛盾 仍然突击。由于裂缝的存在，在注水地层压力还没有恢复到原始地层4 0 的情况下，部 分井区在注水几个月后就出现了暴性水淹，给增产措施的选择带来了很大难度。虽然采 取了调剖、堵水等一些提高采收率的办法，但效果不是很明显，分析认为存在的主要原 因是： 大裂缝不能堵，即“堵不住 ，堵剂的强度不够或堵剂在地下未成胶： 堵剂漏失导致微裂缝被完全或部分堵塞，地层中微裂缝中的原油不能流入到井中； 生产井附近的大小裂缝由于堵剂的堵塞作用，不能提供原油流通通道，从而使油 井产液水平大幅度下降。 一 7 西安石油大学硕士学位论文 由于川口油田地层的特殊性，传统的提高采收率技术很难直接应用，这是因为： 低渗透油藏具有明显的启动压力梯度特征，渗透率越低启动压力越高，驱替剂的注入难 度更大；由于孔隙和孔喉小，水锁和贾敏效应更突出；相对中高渗透油藏层，矿物 组成相近的情况下，低渗透油藏水敏、酸敏、盐敏和速敏现象更加明显；由于特低渗 透油藏的孔喉比更大，在一定压差下吼道对压力变化更敏感，压敏伤害严重；油藏伴 随微裂缝存在，注水开发易水窜。为了保持油田的稳产，提高采收率，提出了川口油田 深部调驱综合治理治理技术研究，目的是实现川口油田的高效开发，同时为其他井区深 部调驱技术的开展提供先导经验。 1 4 2 油藏储层特征 ( 1 ) 油藏压力 据川口油田2 3 口井压力资料，油层中部深度与相应的压力值回归关系式为： p = 0 4 2 7 + 0 0 4 8 d( 1 1 ) 式中：卜油层中部压力，m p a ； d 一油层深度，m 。 油层中部平均深度为8 9 0m ，则油层中部的平均压力为6 2 7 兆帕，压力系数为0 9 ， 压力小于静水柱压力，属于低压异常压力系统。 ( 2 ) 油藏温度 i i 口油田凹白1 4 井的不同深度与温度回归出关系式为： t = 1 5 。6 + 2 7 3 3 d 1 0 0( 1 2 ) 式中：卜油层温度，； d 一油层深度，m 。 地温梯度为2 7 3 3 * c 1 0 0 m ，与陕甘。宁笳地区域地温梯度足一致的。平均油层井深 8 9 0m ，则相应的温度为4 0 。 ( 3 ) 流体性质 原油性质 长4 + 5 、长6 油层组原油具有较低密度0 8 2 3g c m 3 ( 变化范围：o 8 1 5 - 0 8 4 4g e m 3 ) ， 低黏度4 5 4m p a s ( 变化范围：3 1 9 6 4 7m p a s ) ，低凝固点1 1 5 6 ( 变化范围：6 0 2 4 ) ，低胶质含量1 1 0 2 ( 变化范围：6 0 2 7 6 ) ，较低初馏点7 6 2 2 ( 变化范围：4 8 1 2 1 5 ) 。 地层水性质 地层水矿化度为5 4 5 7 7 6 0 4g l ，p h 值在6 - 8 之间，以c a c l 2 水型为主，表明延长 组处于停滞的水动力条件，属于封盖能力较好的原生水。 ( 4 ) 油藏物性特征 川口油田的油藏物性特征见表1 1 。 8 第一章绪论 1 4 3 研究内容 针对川口油田特低渗透裂缝性油藏特点，一方面要有效封堵大裂缝出水通道，另一 方面要有效驱替中小裂缝中的原油。为了到达深部流体改向和驱油的双重目的，本实验 采用组合深部调驱技术，即超强吸水颗粒型凝胶+ 弱凝胶深部调驱体系。本文重点对该 体系的超强吸水颗粒型凝胶和弱凝胶配制方法、性能评价、调驱作用机理等方面进行了 系统的研究。概括起来，包括以下几个方面： 根据不同要求如吸水倍率高、强度好及耐温耐盐等，从原料和配比上对超强吸水 颗粒型凝胶进行优化改善。通过调整单体配比、合成反应条件及加工工艺得到不同吸水 膨胀倍数、吸水速度和强度的耐温抗盐系列的超强吸水颗粒型凝胶深部调驱体系。 对超强吸水颗粒型凝胶深部调驱剂进行静态评价实验和岩心动态评价实验，研究 适合川口油田油藏储层物性特征和储层裂缝的性质的体膨颗粒调驱剂； 通过研究弱凝胶胶凝的影响因素及性能的评价，配制出适合川口油田油藏特点、 经济可行的弱凝胶调驱剂。 1 5 本文的创新点 针对目前现场应用的预交联体膨颗粒及球形颗粒调驱剂吸水倍数低、吸水速度快、 耐温抗盐差等不足。研制出超强吸水颗粒型凝胶深部调驱体系一具有多种i 及水性官能团、 膨胀倍数高、吸水速度慢及耐温抗盐性好等特点。 创造性的提出超强吸水颗粒型凝胶+ 弱凝胶的深部调驱技术，并论证了该技术提 高采收率的可行性。尽管凝胶颗粒和弱凝胶调驱技术己经处于较为成熟的阶段，但是关 于将二者结合起来的研究报道还很少。本文通过实验验证组合调驱技术可行性及其协同 作用，分析了超强吸水颗粒型凝胶与弱凝胶组合调驱技术提高采收率的机理。 本文实验以川i = 1 油田特低渗透裂缝性油藏为研究背景，针对特低渗透油田及其高 含水期的开发状况，通过储层物性和流体性质等方面的研究，改进了深部调驱体系性能 和组合方式，为低渗透、高含水油田的开发探索出了一条可行的技术措施。 9 西安石油大学硕士学位论文 第二章超强吸水颗粒型凝胶的研制及性能评价 预交联体膨型凝胶颗粒是新近提出的一种新型油田用深部调驱剂。该颗粒是一种吸 水性树脂，能够吸水膨胀，且膨胀后的颗粒具有一定的弹性、强度和保水功能，具有抗 温抗盐性能好、配制简单、施工方便、对非目的层污染少等优点。该颗粒主要由具有强 亲水基团的交联高聚物组成，与水接触时，水分子会进入预交联凝胶网络结构内，并与 亲水基团相互作用产生氢键，形成较强的亲和力，同时，具有空间网络结构的凝胶体各 交联点之间的分子链因吸入水分子而由无规蜷曲状态变为伸展状态，并产生内聚力，当 这种作用力达到相对平衡状态时，吸水膨胀达到饱和状态。通常这种吸水膨胀能力可达 到几十到数百倍。颗粒性能的好坏直接影响施工的质量，而影响凝胶性能的因素是多方 面的，既受合成过程中交联体系中各组分含量等内在因素的影响，又受温度、矿化度等 外界因素的影响。 本章对影响超强吸水颗粒型凝胶性质的内外因进行了系统的分析，确定了超强吸水 颗粒型凝胶的最佳配方，给出了其性能评价方法。该配方和评价方法的建立对该技术的 成功应用提供了先决条件。 2 1 吸水颗粒调驱机理 预交联体膨颗粒调驱剂的调驱机理如下： 体膨颗粒调驱剂遇水软化后具有一定韧性和延迟膨胀性能，在水中以分散的颗粒存 在。由于其颗粒弹性体可以在多孔介质的孔喉内产生形变，运移，因此可以进入地层深 部。颗粒凝胶注入到地层孔隙后，在近井地带，由于压差较大，颗粒产生形变或破碎通 过孔喉，驱动孔隙剩余的油向生产井运移，起到驱油的效果；随着颗粒向地层深部运移， 颗粒逐步吸水变大。由于地层深部的压差较小，部分颗粒将在孔隙内滞斛，逐渐堵塞孔 隙通道，又具有深部液流转向的作用。 对高渗透层的物理堵塞。调剖剂颗粒进入地层深部，在水的浸泡下，形成大小不 等的颗粒膨胀体；在高渗透区，大的体膨颗粒能对大通道实行封堵，逼迫水流转向，波 及中低渗透区，扩大驱油面积。 在中、低渗透层具有吸附堵塞喉道的作用。在地层孔隙中，较小的颗粒膨胀体， 仍能随着水流运移，直至遇到与之匹配的孔隙喉道；试验证明，这些颗粒膨胀体能吸附 于喉道表面，产生阻塞喉道的效果。 被剪切破碎的颗粒可阻塞更小的喉道。由于该产品交联程度低，在水驱压力和剪 切力的双重作用下，体膨颗粒被剪切破碎，向更小的喉道运移、聚集、堵塞，导致注水 压力上升4 引。 2 2 超强吸水凝胶分类 将现有超强吸水树脂按原料，可以分为淀粉类( 淀粉接枝、羧甲基化等) ；纤维素 系类( 羧甲基化、接枝等) ；合成高分子类( 包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙撑系 1 0 第二章超强吸水颗粒型凝胶的研制及性能评价 等) 三大系列【4 9 巧。 淀粉类超强吸水树脂具有来源广、种类多、吸液能力强、价格低廉等优点。淀粉分 子中含有大量的羟基( 一o h ) ，可以通过羟基的各种反应制备淀粉衍生物，还可以与其 它许多单体接枝共聚得到接枝聚合物。淀粉类高吸水性树脂是由美国农业部北方研究中 心最先研制成功的。淀粉类超强吸水树脂主要包括淀粉接枝丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸 盐等类型的高吸水性树脂，也包括淀粉的羧甲基化制成的高吸水性树脂。但淀粉类超强 吸水树脂吸水率通常较低；水解时反应物料非常黏稠，操作和控制困难；吸水后的凝胶 强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用等缺点。 纤维素类超强吸水树脂具有来源广、强度高，可溶解成分少，不易溶解流失，保水 能力强，抗霉变能力强及使用寿命长等优点。纤维素分子是由d 葡萄糖通过1 3 1 ，4 糖 苷键链接成的天然高分子化合物。纤维素分子为支链分子，结晶性较强，羟基形成的氢 键使纤维素分子排列紧密，它的性质与淀粉有所区别。纤维素类超强吸水树脂主要包括 纤维素接枝丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸盐等类型的高吸水性树脂，也包括用醚化一交联法、 酯化法等方法制成的具有吸水性的纤维素衍生物以及纤