（地质工程专业论文）聚合物驱技术在孤岛油田的研究与应用.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文针对孤岛油田地质特点和注聚过程中存在的突出问题，分 析了影响注聚开发效果的主要原因，并针对注聚过程中聚合物溶液粘 度损失大；局部区域地层存在大孔道或高渗带造成聚合物过早从油井 产出：聚合物溶液在地层中渗流阻力增加造成产液能力下降等问题， 开展了改善聚合物驱效果配套技术研究。通过聚合物溶液的稳粘、增 粘技术和驱替过程中的防窜、堵聚工艺技术的室内研究和现场应用， 改善了聚合物溶液流变性；运用p i 决策技术，优化堵剂组合，确定了 以颗粒型与冻胶型复合调剖体系封堵大孔道的调堵工艺；同时在出高 浓度聚合物的井组上，进行了堵调防窜工艺试验。这些配套技术研究 和应用，在注聚初期促进了聚合物段塞的形成和均匀推进，在注聚结 束转后续水驱初期，防止了注入水指进现象的发生，保护了地下聚合 物段塞，扩大了聚合物液的波及体积，对改善注聚的增油效果起到了 积极作用。 关键词：孤岛油田聚合物驱技术配套技术研究 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t o nt h eb a s i so fg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e s u b s e q u e n t p r o b l e m so c c u r r e dd u r i n gt h ed e v e l o p i n gp r o c e s so fg u d a oo i l f i e l d ，t h e c a u s ef o r t h ee f f e c t so fi t s d e v e l o p m e n tb yp o l y m e rf l o o d i n gw a s a n a l y z e di nt h i sp a p e r s i m u l t a n e o u s l y , t h ei n t e g r a lt e c h n o l o g yf o rb e t t e r t h ee f f e c t so f p o l y m e rf l o o d i n gw a ss t u d i e d t h i si n t e g r a lt e c h n o l o g yw i l l b em u c h h e l p f u li ns o l v i n gt h er e l a t e dp r o b l e m sl i s t e da sf o l l o w s ：t h el o s s o ft h ev i s c o s i t yo fp o l y m e rs o l u t i o n s ，t h e p a r t i a ll a r g e h o l e so r h i g h - p e r m e a b i l i t yb e k st h a tl e a d st ot h ee a r l yp r o d u c t i o no ft h ep o l y m e r , t h ep r o d u c t i v i t yl o s sa r i s i n gf r o mt h ei n c r e a s i n gr e s i s t a n c eo fp o l y m e r i n s i d et h es t r a t u m t h et h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o l y m e rs o l u t i o n w a sb e t t e r e dw i t ht h el a b o r a t o r ys t u d ya n df i e l di m p l e m e n t a t i o no nt h e v i s c o s i t ys t a b i l i z a t i o na n de n h a n c e m e n t ，a n t i f l e ea n dp o l y m e rs t o p p i n g t e c h n o l o g y ；a tt h es a m et i m e ，t h ec o n d i t i o n i n ga n ds e a l i n gt e c h n o l o g y a n dp ip o l i c yw e r ee m p l o y e dt oe n s u r et h ec o r r e s p o n d i n gt e c h n o l o g yo f c o n d i t i o n i n ga n ds e a l i n gw i t hg r a n u l a rp l u sf r o z e ng e ls y s t e m b e s i d e s ，i n t h ew e l lg r o u pw i t hh i g hp o l y m e rc o n c e n t r a t i o n ，t h et e s t so nc o n d i t i o n i n g a n ds e a l i n gt e c h n o l o g yw e r ep e r f o r m e d d u r i n gt h ee a r l ys t a g eo f p o l y m e rf l o o d i n g ，t h e s ea s s e m b l yt e c h n o l o g i e s c a nf a c i l i t a t et h e f o r m a t i o no fp o l y m e rp l u ga n di t se v e np u s h a l s o ，i nt h ee a r l ys t a g eo f w a t e r f l o o d i n g a f t e rt h ee n do fp o l y m e rf l o o d i n g s t a g e ，t h o s e t e c h n o l o g i e sc a ne f f e c t i v e l yp r e v e n tt h ef l e e i n go ft h ei n t e c t e dw a t e r , w h i c hs u b s e q u e n t l yp r o t e c tt h ep o l y m e rp l u gu n d e r g r o u n d ，e n l a r g et h e s w e e p i n gv o l u m eo fp o l y m e rs o l u t i o n ，a n dp l a y e dap o s i t i v ee f f e c t i v e r o l ei ni m p r o v i n gt h eo i lp r o d u c t i o nb yp o l y m e r f l o o d i n g k e yw o r d s ：g u d a oo i l f i e l dp o l y m e rf l o o d i n ga s s e m b l yt e c h n o l o g y 1 1 e c h n i e a lr e s e a r c h 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 名：徉 年立月羔细 中南大学硕士学位论文 第一章前言 第一章前言 随着我国东部老油田开发程度的不断提高，聚合物驱技术己成为重要的提 高采收率技术。聚合物驱技术经“七五”以来的攻关研究，已经历了先导试验 阶段，工业化试验阶段，最终发展到大规模推广应用阶段，逐步发展成一种较 为成熟的提高采收率技术。1 9 8 8 年，国内专家应用美国能源部( d o e ) 提高采收率 潜力模型，对我国1 3 个油区1 7 4 个油田近千个区块进行了三次采油潜力评价， 其结果表明：适合聚合物驱的地质储量5 9 7 xl o “t ，平均提高采收率8 7 9 6 ，可 增加可采储量5 1 9 x1 0 “t “1 。1 9 9 9 年，我国聚合物驱油产量己超过8 0 0 x1 0 “t ， 展示出该技术具有广阔的应用前景。据有关专家对我国提高采收率潜力进行了 评价，今后聚合物驱将会稳定发展，并将是今后较长一段时间内中国在矿场中 工业化应用的主要提高采收率技术“1 ，将在保持老油区稳产中发挥重要的作 用，今后的研究重点是如何进一步提高经济效益，以及开发一些能够改善聚合 物驱油效果的相关技术。 1 1 目的意义 经过三次采油资源及潜力评价，胜利油田共有1 4 3 个单元适合进行聚合物 驱，覆盖地质储量3 1 8 9 8 x 1 0 4 t 。胜利油田的聚合物驱研究始于2 0 世纪6 0 年代， 但真正进入矿产试验起始于1 9 9 2 年的孤岛油田中一区n 9 3 聚合物先导试验， 1 9 9 4 年底进入工业扩大试验，1 9 9 6 年进入工业推广应用阶段，至今己实施聚合 物驱油单元1 0 个，动用石油地质储量1 0 9 3 2 1 0 4 t ，累计增油3 2 8 1 0 4 t ，已提 高采收率3 o ，项目完成后可增加可采储量7 8 3 9 10 4 t ，提高采收率8 3 “1 。 随着聚合物驱油项目的实施，一些问题也逐步凸现出来，如注聚过程中聚合物 溶液粘度损失大，开发效果不够理想：局部地域地层存在大孔道或高渗带造成聚 合物过早产出：聚合物溶液在地层中渗流阻力增加导致产液能力下降等问题。本 文的主要目的就是，针对这些生产中出现的实际问题，开展改善聚合物驱油效 果的配套工艺技术研究。 中南大学硕士学位论文第一章前言 1 2 发展现状 改善聚合物驱油技术效果的研究，是目前国内外专家学者研究的热门课题。 在国外，近年来尽管聚合物驱油项目逐渐减少，如以美国为例，聚合物驱项目 由1 9 8 6 年的1 7 8 个下降到1 9 9 6 年的1 1 个，但对聚合物驱油的研究从未间断过， 如研制耐温抗盐多元共聚物，以克服部分水解聚丙酞胺在高矿化度条件下的粘 度损失，以及提高高温油藏条件下应用的可行性：强化了聚合物驱油机理的深入 研究，研究聚合物粘弹性对流态和驱替效率的影响：剪切作用和有效粘度的关系 等，目前正在探索地层内聚合产生聚合物的新办法。 聚合物驱油技术在我国的研究及发展很快。目前我国已研究并形成了精细 油藏描述，聚合物筛选评价，数值模拟预测，井网、注入方式和注入量的优化， 调剖及防窜处理，动态检测，效果评价以及注入设备国产化等技术。重点加强 了聚合物驱配套工艺技术研究工作，从深化油藏管理入手，形成了水淹层密闭 取心技术、水淹层内及薄层精细测井与解释技术，井间岩性和物性变化预测技 术，失示踪剂测试技术以及室内物理模拟技术。国内聚合物驱技术研究及应用 的典型应该是大庆油田。“九五”以来他们主要在以下五个方面进行了研究：一 是聚合物驱驱油机理研究，传统的聚合物驱油理论认为，聚合物驱只是通过增 加注入水的粘度，降低水油流度比，扩大注入水在油层中的波及体积提高原油 采收率，聚合物驱并不能增加油藏岩石的微观扫油效率，并认为聚合物驱后残 留于孔隙介质中的油的体积与水驱之后相同。经过几年的室内实验研究发现， 聚合物驱不仅能够扩大波及体积，而且能够提高驱油效率”：二是聚合物检测 评价技术，经过几十年的实验室建设，建立了比较完善的聚合物、注入采出水 中细菌含量检测评价方法和标准，结合聚合物内在特性和油田实际应用情况， 在企业标准中提出了驱油用粉状阴离子型聚丙烯酞胺的技术明确统一的性能指 标：- - 是聚合物驱方案优化技术，形成了一套完整的开发方案优化技术，主要包 括油层描述及水淹特点、聚合物驱井网部署、注聚合物前注采井的生产状况、 聚合物注入参数的优选、聚合物注采方式的确定、聚合物开采指标预测、聚合 物驱油方案设计、方案实施要求等内容：四是聚合物驱综合调整技术，主要包括 分层注入技术、高浓度强凝胶深度调剖技术、低浓度弱凝胶调驱技术、注入井 2 中南大学硕士学位论文第一章前言 提高注入浓度技术、高分子量聚合物前置段塞技术、油井压裂技术、合采井封 堵技术等：五是聚合物驱数值模拟技术，利用s g i ，s u n 及a l p h a 工作站，在消 化吸收国外软件的基础上，研制开发了适合于聚合物驱研究及应用的数值模拟 软件，即v i p p o l y m e r 软件，v i p p o l y m e r 是一个三维聚合物驱数值模型，可用 来进行聚合物岩芯驱替过程模拟，水改善聚合物驱技术在胜利油川的研究与应 用驱和聚合物驱油机理研究，矿场常规的水驱过程模拟，矿场聚合物驱过程模 拟，聚合物交联过程的模拟以及上述各种过程的的组合：v i p p o l y m e r 有齐全的 功能，包括物理化学力学机理、地质模型、初始条件，井工作制度、注入段塞 组合、模拟控制、输入、输出、重新启动等多项功能。其中聚合物交联，流动 阻力特殊变化，完善的井工作制度，不同类型油藏的表格计算选件功能，使该 模型与国外同类性模型相比有更广泛的使用性和更高的商品化程度。 1 3 目前技术研究及应用的局限性 国内外改善聚合物驱技术的研究，对普遍性的机理研究的较多。同时技术 问题的研究都具有较强的针对性，一般是结合某个油田的实际情况，而这种技 术应用的效果在其他油田未必是正确的，因而有必要结合作者所在油田的实际 情况进行研究。 1 4 本文的研究思路及成果 本文针对胜利油区的地质及油藏特点，重点研究及应用了对改善胜利油区 聚合物驱效果至关重要的四项配套技术，即改善油层聚合物溶液流变技术、聚 合物井调剖工艺技术、注聚合物区防窜堵聚技术和聚合物区试井技术。每种技 术的研究思路是以机理研究为切入点，在室内试验的基础上，再进行矿场试验 或工业化应用。 首先，研究了相关技术的机理，这是技术研究及应用的基础。论文第二章 研究了改变聚合物溶液流变性的主要机理，主要包括聚合物的粘一浓特性，聚 合物的相对分子质量和特性粘度，剪切速率与特性粘度，矿化度与粘度和含氧 量及温度对聚合物粘度的关系等，接着研究了影响聚合物流变性的主要因素， 主要有氧，温度，离子，p h 值等，这些因素对聚合物溶液的影响，都是根据胜 3 中南大学硕士学位论文 第一章前言 利油区某些油田的实际资料，通过试验而得出的。第三章研究了注聚井调剖工 艺技术，主要是从储层岩性和物性、注采关系两个方面分析了注聚驱高渗透带 或大孔道形成的原因，接着从注水开发阶段和注聚过程中两个方面分析了高渗 透带所表现的特征，最后以微观模型和填砂长管模型重点研究了高渗透带或大 孔道地层封堵的机理。第四章研究了注聚区防窜堵聚工艺技术，主要研究了防 窜的机理，包括防窜剂的特点，防窜剂反应产物的形态特征，多孔介质中交联 规律等。接着研究了堵聚机理，包括木质素硫酸盐复合堵剂和阳离子高分子聚 合物堵剂的机理。第五章研究了聚合物区试井技术，主要包括压力资料和霍尔 曲线的应用。 其次，进行了室内试验，这是技术应用的必由之路，在每种技术机理研究 的基础上，利用胜利油田的实际数据和资料，进行了室内试验，分析了试验的 影响因素和效果。 最后，在以上研究及试验的基础上，进行了技术的推广应用，分析并评价 了经济效益。 综上所述，本文的成果及创新主要体现在以下三个方面： 针对胜利油田的情况重点研究了适应性最强的四种技术的机理。 利用胜利油田的实际数据及资料，进行了室内试验。 在胜利油田实施了四项配套技术，并分析了实施效果，评价了经济效益。 4 中南大学硕士学位论文 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术 研究 2 1 改善流变性的主要机理分析 2 1 1 聚合物溶液的粘一浓特性 由于聚合物分子间的缠绕作用，溶液粘度随其浓度的增加而增加，但聚合 物溶液的粘度在很宽的范围内与浓度呈非线性关系7 ，当聚合物浓度降低很多 时，即在很低的浓度下分子间不会出现微粒重叠，缠绕作用不再发生，聚合物 分子呈线性团状，分子间相互作用最小。在此范围内溶液粘度的增加只是由于 分子链同溶剂间的阻力作用，即可视为聚合物溶液的粘度与浓度呈线性关系。 在定的剪切速率下，粘度又是浓度和含盐量的函数，根据f l o r y 和h u g g i n s 的水溶性高分子溶液理论，聚合物的粘度与浓度的关系一般由下式表征： 如( q ，) = 心 1 + ( 4 鼻q + 4 昱q + 4 另c ；) 上式中： e 一聚合物水溶液浓度，m g 1 ： 如一聚合物溶液粘度，m p a s ： 心一水的粘度，m p a e s ； c 0 一影响聚合物溶液粘度的一价阳离子的等效浓度，m e q m l 。 a 只、a 尼、a 只均为待定常数。 ( 2 - 1 ) 2 1 2 聚合物的相对分子质量与特性粘度 通过对聚合物分子结构、分子量大小对溶液粘度影响的研究，认为分子量 越大，聚合物溶液的粘度越高，但并不成线性关系。相反分子量过大，水解度 降低，溶液的粘度损失越大，机械堵塞严重，易造成注入困难。图2 1 为不同 相对分子质量的聚合物粘度一浓度关系曲线。研究表明选择相对分子量的最佳 5 中南大学硕士学位论文第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 范围应在1 0 1 0 - 1 7 1 0 6 之间“”。 毫 董 霉 浓度l p p 面 鼹扣l 囊富镪分子纛驾溶滚糖痰美系囊壤 f i o r y 根据聚合物分子在溶液中呈线状的假设，用一个经验方程来描述聚合 物相对分子质量与特性粘度( u ) 的关系： m = 1 0 1 4 q ) r p m ”2 式中： m 一聚合物相对分子质量，1 0 6 ： r 厂聚合物分子的均方根末端距，pm 中一通用常数，一般取4 2 2 1 0 “ ( 2 - 2 ) 2 1 3 剪切速率与特性粘度 聚合物溶液是一种非牛顿流体，它对应的粘度与相应的剪切速率有关。在 地下的流交性可用多孔介质中的有效粘度与视粘度来描述。实验研究表明，聚 合物溶液在岩心中都明显地表现出剪切变稀和剪切增稠的双重流变特性，即在 低流速下，溶液的视粘度随流速的升高而下降，呈假塑性流体：而在高流速下视 粘度随流速的增大而增大，呈粘弹性流体。理论上其剪切特性可以由幂律定律 表示： p c = h y = 式中：ue - 一聚合物溶液的有效粘度m p a s ： 卜粘度计测得的稠度系数： m 一幂律指数：( m 1 ，剪切变稠区) 6 ( 2 - 3 ) 中南大学硕士学位论文 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 y ，。一视减切速率s 。 聚合物溶液的地下有效粘度是溶液在岩石孔隙中流动时由达西公式求得 的，即： 儿= 4 0 ( v d ：) = 盯心r r f ( 2 - 4 ) 式中，r f ，r r f 分别为聚合物通过岩石的流动阻力系数和残余阻力系数，o p 为聚合物溶液以达西流速u ，通过长为l 的岩石的压降，k ，为聚合物溶液通过 后的盐水渗透率。 2 1 4 矿化度与粘度 聚合物溶液的粘度受矿化度影响很大，在相同浓度条件下，矿化度越高， 粘度越低。试验结果如图2 2 所示。部分水解聚丙烯酞胺的水溶液粘度对水中 金属阳离子的含量十分敏感，这是部分水解聚丙烯酞胺的固有属性，许多人曾 经研究了一价金属离子、二价金属离子对聚合物水溶液粘度的影响，范汉香2 1 等研究并试图找出它们的关系，大庆石油勘探研究院得出如下经验式： 胪“l 南j s ， 式中：c 金属阳离子浓度，m m o l ： a ，b ，d 为经验系数，由实验确定。 研究表明c a ”、m g “、f e ”等多价离子聚合物溶液的影响比k + 、n a * 、更严 重，如果多价金属离子超过一定浓度会使聚合物沉淀，在低水解度的情况下， 这种影响会减弱，但聚合物的增粘能力将减小。在配制聚合物溶液时，应当尽 量使用地面水而避免使用矿化度高的油井产出水。 7 中南大学硕十学位论文 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 2 0 0 奄l 的 薹l 甓 舞5 0 o r s o o 万， 5 1 5 0 03 0 0 0 s o o o7 0 0 0 置2 - 2 黧龠稳零麓黏麈与r 亿度燕袭 r 纯度( 1 l ，l l 麓2 _ l 聚台锈麓藏猫度霉矿l 匕毽麓秉曲缱 2 1 5 含氧量及温度 范汉香2 等在试验室条件下研究了聚合物驱油过程中f e ”、f e ”及f e ”+ o ： 对h p a m 粘度的影响，结果表明在严格控制0 ：浓度的条件下f e 2 + 对h p a m 粘度的影 响较小，f e ”对 i p a 粘度的影响较大，若f e ”+ o ：共同作用则对h p a m 粘度的影响 更严重，付美龙篮1 等通过简要分析h p a m 氧化降解的机理和抑制其氧化降解的 化学方法后认为，在6 5 。c 有氧的情况下无论用清水还是用污水聚合物溶液粘度 都快速下降，6 0 天后粘度保留率一般只有2 6 - 3 3 。通过添加有机的粘度稳定剂 可以有效地提高聚合物溶液的粘度保留率。聚合物溶液粘度对温度也很敏感， 目前适合聚合物驱的油藏温度一般不超过7 3 。c 。 2 2 影响聚合物溶液流变特性因素分析 2 2 1 氧对聚合物溶液粘度的影响 聚合物溶液中的氧是配制水中及配制过程中的溶解氧，二是聚合物干粉 中残余的氧化剂。为确定氧对部分水解聚丙烯酞胺氧化降解的作用，在实验室 内将配制好的聚合( 3 5 3 0 s ，1 5 0 0 m g 1 ) 分别在脱氧、空气及氧气条件下进行比较 实验。 8 中南大学硕士学位论文 第二章改善油层中聚台物溶液流变性技术研究 暖辅氯对聚雷鞠蘑灌榷鹰彰霸盎娩 实验结果如图2 3 所示，结果表明在模拟地层温度条件下氧能促使聚丙烯 酞胺水溶液粘度迅速下降。在空气和氧气条件下，7 0 。c 老化2 天时溶液粘度保 留率分别为6 2 和4 8 ，这表明空气条件下水溶液中溶解氧的含量己足够使聚丙 烯酞胺分子发生大量氧化降解。然而在脱氧条件下，溶液粘度变化异常，先发 生小幅度下降，后又慢慢升高。这种现象表明在脱氧的条件下可能还存在微量 氧，使实验前期发生少量氧化降解，粘度少许下降，后期氧消耗完后粘度不再 降低。从以上结果可以看出氧化降解是引起聚丙烯酞胺水溶液粘度急剧下降的 原因。 2 2 2 温度对聚合物溶液粘度的影响 为研究温度对聚合物溶液粘度的影响，我们用清水配制1 5 0 0 r a g 1 的聚丙烯 酞胺( 3 5 3 0 s ) 溶液，在不同温度下放置并测其粘度变化。温度对聚合物溶液粘度 影响的实验结果见图2 4 ： 9 中南大学硕士学位论文 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 翟树温度对辍盍麓藩淹糕廑影响睦缝 从图2 4 可以看出温度对聚合物溶液的粘度有较大影响，温度越高影响越 大。在室温下h p a m 水溶液比较稳定，而在空气条件下它们的化学耐热性并不好， 温和地升温就会出现明显的聚合物降解现象。在5 0 c 时h p a m 水溶液的粘度随时 间发生明显下降，这种粘度降低的趋势随温度升高大大加快。这表明温度对h p a m 的热氧化降解速度起着主要加速作用。尤其在较高温度( 9 00 c ) 下，短时间就可 使h p a m 溶液粘度损失达7 0 以上，从而失去使用价值。 2 2 3 离子对聚合物溶液粘度的影响 污水矿化度很高，含有丰富的阴阳离子，对聚合物溶液粘度有一定的影响。 为考察离子浓度、种类对聚合物溶液粘度的影响，我们在实验室用去离子水配 制不同离子浓度、不同种类的水样，并用其配制聚合物溶液，聚丙烯酞胺( 3 5 3 0 5 ) 溶液的浓度为1 5 0 0 m g 1 。在2 5 。c 下，分别测定了离子浓度、离子种类对溶液粘 度的影响，实验结果示于图2 5 1 0 中南大学硕士学位论文 第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 暖2 - 摹葶阿纛子藤鹰簿箍鹰黔黪精 由图2 5 可以看出，聚合物溶液粘度受溶液中离子浓度的影响较大，一价 阳离子n a + 对溶液粘度的影响与二价阳离子c 矿，m g ”对溶液粘度的影响相比较， 二价阳离子c a ”，m g ”使溶液粘度降低的更为显著原因是部分水解聚丙烯酞胺是 离子性很强的化合物，在淡水或蒸馏水中，由于带负电荷的按基的存在，使得 聚合物线性大分子中的带电基团之间具有较大的静电斥力，该静电斥力使得聚 合物线性大分子变得舒展，分子尺寸增大，内摩擦力增加，从而使溶液粘度升 高。而在矿化度较高的水溶液中电解质抑制了这种分子间力，因而使得聚丙烯 酞胺线性大分子发生卷曲，流体力学尺寸减小，内摩擦力降低，结果导致聚合 物溶液粘度下降。 图2 - 5 的实验结果可以得出如下结论： 二价阳离子( c a 2 + ，m g 勺对聚合物溶液粘度的影响比一价阳离子( n a + ) 的影 响大：在化学计量相同的条件下，二价阳离子( c a 2 + ，m g “) 对聚合物溶液粘度的影 响仍然要大得多，这表明双电荷阳离子( c a ”，m g ”) 在抑制聚丙烯酞胺阴离子双 电层的作用中起着较大的作用： 镁离子共存时所引起的聚合物溶液粘度的降低比同样浓度的钙镁离子单 独存在时的影响要大，这说明钙镁离子的协同作用对粘度的影响更大： 、镁离子对溶液粘度的影响比钙离子的影响大。 中南大学硕士学位论文第二章改善油层中聚台物溶液流变性技术研究 2 2 4p h 值对聚合物溶液粘度的影响 在7 0 ，聚丙烯酞胺( 3 5 3 0 s ) 溶液浓度为1 5 0 0 m g 1 的条件下，考察了溶液的 p h 值对清水配制的聚合物溶液粘度的影响。实验结果见图2 - 6 ： 圈2 - 6 州馕辨聚雪鞠嚣滚锗度影晌鳓缝 从图2 6 中的实验结果可以看出，聚合物溶液的初始粘度随p h 值的升高 而增加，开始增加幅度较大，至p h 值为7 左右的时候，增加幅度较为缓和：从 放置1 0 天的溶液粘度的变化趋势来看，p h 值为8 左右时，粘度变化较少，这说 明p h 值在8 以上对聚合物溶液有较好的稳定作用。 2 3 增粘稳粘剂研究与室内试验 在上述影响聚合物溶液粘度机理分析的基础上，我们联合石油大学、山东 胜通集担) 等单位，本着增加和稳定聚合物注入液粘度的宗旨，开展了增粘稳 粘剂研究工作。 2 3 1 氧化降解抑制剂的确定 氧化降解是导致聚合物溶液粘度降低的一个主要因素，研究人员从大量的 抗自由基型抗氧剂、还原型抗氧剂及其它氧化牺牲剂中，精选各类抗氧剂共十 余种进行实验。在清水配制的1 5 0 0 m g 1 的聚合物溶液中加入各种抗氧剂均 l o o m g 1 ，7 0 下放置测其旋转粘度。根据实验结果从中挑选出1 种最经济、易 得、抗氧化效果较好好的氧化抗氧剂( 记为：k 1 ) 。 1 2 中南大学硕士学位论文第二章改善油层中聚合物溶液流变性技术研究 2 3 2 抗卷曲添加剂的筛选及离子鳌合剂的确定 为使聚丙烯酞胺有较高的粘度保留率，除首先必须能有效地抑制聚合物降 解外，最重要的是使部分水解聚丙烯酞胺线形大分子能在水中尽量伸展开，以 保持最大的流体力学尺寸。为此，我们开发合成出一种低分子量表面活性剂， 它能良好地“润湿”h p a m ，铺展在h p a i 的链节间，形成一层溶剂化层。靠这层 溶剂化层提供的空间阻力，使h p a m 不能卷曲，确保较大的流体力学尺寸。这种 小分子表面活性剂在h p a h i 链节间形成了一层溶剂化层，在阻止h p a m 卷曲的同 时，也能阻止污水中的金属离子接近h p a m ，但这种阻滞力毕竟弱于离子键结合 力众所周知，f l p a m 本身就是一种良好的鳌合剂，要较好解决金属离子对h p a m 的降粘问题，必须寻求一种较好的鳌合剂作为h p a m 的牺牲剂。经过研究，课题 组反应合成了一种无机高聚物鳌合剂( 记为k k ) 。在获得上述无机聚合物鳌合剂 后，必须优选一种表面活性剂，以消除该无机聚合物在污水中的絮凝问题。经 过试验，选用了一种磺酸类阴离子表面活性剂。这种活性剂既能有效消除絮凝 问题，又不对聚合物体系产生降粘现象。 2 3 3 试样室内评价 上述氧化抗氧剂、抗卷曲添加剂、离子鳌合剂及表面活性剂复合形成聚合 物溶液增粘稳粘剂。对增粘稳粘剂试样在室内( 用孤岛污水配制的聚合物溶液) 进行了评价实验，结果表明：该聚合物增粘稳粘剂在7 0 c 的实验温度下不仅2 1 天的粘度保留率能达到8 0 以上，同时它还能增加聚合物溶液的初始粘度。实验 结果见表2 - 1 及图2 7 、图2 - 8 ，图2 - 9 表2 - 1 稳粘剂对聚合物溶液稳粘效果试验数据库 穗粘 粘度( m p a s ) 保 序 3 5 3 0 s t a g 留 剂 号 l0 dl d2 d3 d5 d7 d9 d1 2 d1 5 d2 l d 盎 m g 1 19 0 001 0 51 0 51 0987 6 5 5432 9 29 0 01 0 0 01 91 91 9 51 91 9 51 81 81 7 51 6 51 5 58 2 3 9 0 0 1 5 0 0 2 12 1 5 2 1 5 2 12 02 0 5 1 9 1 8 51 81 8 8 6 41 2 0 0ol3 51 31 31 2 51 21 0975 543 0 1 3 中南大学硕士学位论文第二童改善油层中聚台物溶液流变性技术研究 51 2 0 01 0 0 02 1 52 1 52 l2 0 52 01 91 8 51 8 51 81 6 57 8 61 2 0 01 5 0 02 32 3 52 32 32 32 22 12 01 91 8 58 0 71 5 0 0o1 7171 71 61 61 4 51 21 086 3 5 81 5 0 01 0 0 0 2 5 2 5 52 5 2 5 2 4 2 3 52 2 5 2 22 12 0 8 0 91 5 0 01 5 0 03 03 0 53 02 9 52 92 92 8 52 82 62 48 0 l o1 8 0 0o2 5 2 5 52 5 2 32 21 91 61 3 51 062 4 1 11 8 0 01 0 0 03 63 6 53 63 6 53 53 53 43 3 53 33 08 3 1 21 8 0 01 5 0 04 0 54 04 0 53 9 53 83 83 73 6 53 53 4 58 5 o 然璧钟两 匿雾叶0 曩l 童彗鼙商燔靛氯溶麓 霸2 - 墓 o 吣日的翼再爝蘸氯藩藏 主堕查兰堕主兰堡垒奎 兰三童塾量垫星主塞鱼塑堕丝亟壅丝茎查竺茎 粕壤 o 1 0 簸髯时离 柚2 噜 粕岫，l 辩聚两爆t 氮餮液 1 5 中南大学硕士学位论文第三章注聚井调剖工艺技术研究 第三章注聚井调剖工艺技术研究 由于孤岛油田为泥质胶结疏松砂岩油藏，长期注入水冲刷，造成大量出砂 及微粒运移，使储层孔隙度、渗透率、泥质含量发生了很大变化。研究资料表 明，在局部区域特高含水期油层的渗透率比低含水期增加了1 0 倍( 由1 6 4 0 x1 0 3 l lm 2 增大到1 6 0 7 8 1 0 3 u m 2 ) ，局部注采井组油层中已经形成高渗透带或大孔道： 并且已发生高浓度聚合物“窜流”现象：注聚完后转水驱初期，注入水的“指进” 破坏聚合物段塞，降低了聚合物的波及体积，造成油井过早失效，影响聚合驱 的开发效果。 3 1 注聚驱高渗透带或大孔道形成的原因分析 3 1 1 储层岩性和物性是内因 孤岛油田为泥质胶结的稠油疏松砂岩油藏，河流相正韵律沉积，非均质性 严重，在水驱油过程中，注入水总是优先进入河道，并沿河道下游方向突进。 如中一区n 9 4 ，处于河流沉积滩脊微相，油层厚度大( 平均值1 1 5 m ) ，渗透高( 平 均值5 91 1i n z ) ，油井累积水油比达巧以上，是非河道微相的3 倍。表明河流沉 积滩脊微相水洗严重。此外原油粘度较高，地下原油粘度2 0 一1 3 0 m p a s ，油水 粘度比大( 8 0 - 3 5 0 ) ，注水后水沿高渗透带“指进”严重，至使特高含水期成为 水的渗流通道，冲刷淘洗形成大孔道。 表3 - 19 - 9 1 6 井5 层组合测井成果表 层位 井深m k 1 0 3 “m 2击 泥质含量水淹水洗程度 1 2 7 5 65 9 53 8 4 22 9 7 6 弱水淹 】2 7 6 ，65 6 5 64 4 8 87 ，9 3 强水淹 1 2 7 7 66 0 2 6 9 16 0 6 45 1 6 特强水洗段 5 3 1 2 7 8 67 2 4 1 1 45 7 9 20 5 4 物强水洗段 1 2 1 8 64 1 8 3 74 2 1 s6 2 强水淹 1 2 8 02 2 3 1 3 1 5 42 0 2 弱水淹 为了说明这一问题，我们统计了孤岛油田中9 - 9 1 6 井5 3 层组合测井成果( 见 1 6 中南大学硕士学位论文第三章注聚井调剖t 艺技术研究 表3 一1 ) 和孤岛油田中一区n 9 3 油层的物性参数( 见表3 2 ) 。由3 - 1 可以看出， 即使在同一小层内部，油层渗透率、孔隙度的差异也是非常大的，可见油层的 非均质性相当严重。 表3 2 孤岛油田中一区n 9 3 储层物性变化统计表 k 10 u 万吨油出出砂粒度中 对比阶段时n 年由泥质含量 砂量3值 一般含水期 1 9 7 1 - 1 9 8 01 6 4 03 4 67 820 1 2 1 特高含水期 19 9 1 - 1 9 9 61 6 0 7 83 6 51 ，44 4o 1 5 从表3 2 看出，油田开发进入特高含水期以后，储层物性发生了显著的变 化，随着大量的地层砂被采出，油层渗透率、孔隙度明显增大，泥质含量降低， 这些都标志着高渗透带或大孔道的逐渐形成。 3 。1 2 长期的强注强采是形成大孔道的外因 油田开发进入特高含水期以后，提液曾一度成为原油稳产的主要手段，在 此过程中，近井地带压降大，在注水井井底附近地层流速高，将地层中的泥质 胶结物冲刷运移，胶结能力进一步变差，脱落颗粒微粒向前运移甚至于从油井 中采出，造成在注水井近井地带形成大孔道。油井井底附近同样地层压降大， 液体流速快，冲刷和携带能力强，将泥质胶结物和微粒带至井筒，引起油井大 量出砂，井底附近地层渗透能力进一步增大形成大孔道。长期强注强采，使在 两端已形成大孔道或高渗透带进一步向油层深部延伸扩展，部分注水井与油井 之间大孔道己连通。油水井间大孔道的形成可用以下示意图表示( 见图3 - 1 ) 。图 中p 为油水井壁附近的生产压差： 1 7 中南大学硕士学位论文第三章注聚井调音n 工艺技术研究 g 肚兰 a p 醍五舌 公式中：a p 为压力降，1 0 m p a ： q 为注入量或产液量，甜d ： u 为流体粘度，m p a s ： k 为地层渗透率，i l l 2 ： h 为油层厚度，m ： t 为供给半径，i n ；r 为井眼半径，m 。 对特定油水井的注入( 采出) 量q ，k ，h ，r ，u 参数基本保持一定值，压力 降p 与供给半径r 。的对数l 一成正比，在注水井与生产井两点连线的压力剖 面上，压力分布呈现互为相反的双曲线，曲线图表明在井底附近压力降最大， 过流面积最小，液流速度最快，也最易造成地层砂运移形成大孔道。 3 2 高渗透带或大孑l 道存在的特征分析 3 2 1 注水开发时的特征 1 ) 注水油压低、启动压力低、压降曲线指数p i 值小、吸水指数大 1 9 9 6 年以来，在水井调剖施工过程中有1 2 口井对应油井见到了堵剂，为此 重点进行了分析发现其注水井油压低、启动压力低、吸水指数大。注水井平均 油压3 1 m p a ，( 比油f f l 平均注水油压6 6m p a 低3 5m p a ) ，启动压力为一 0 2 5m p a ，p i 值o 8 5 l p a 、吸水指数高达8 6 1m d m p a ( 图3 2 ，3 - 3 、表 1 8 中南大学硕士学位论文 第三章注聚井调剖工艺技术研究 3 - 3 ) 。说明低油压注水井与对应油井之间渗流阻力小，存在大孔道。 j p i i 瞪争哩嗷墩撰示曲线盈 蠹3 3 压降翻竣暖 表3 - 3 注水油压、启动压力吸水指数统计表 调剖前注入动态 序 油层施工泵 油日 启动 施工 剂量 井号层位 厚度吸水指数 压 号 压 注 压力工艺 ( m ) ( m ) 一d m p a ( 伊a ) m p am 3 dm p a l2 5 n 53 2 4 21 1 862 0 40 28 6 66 0 02 - 6 23 1 n 1 93 ”。d 2 3 0 24 52 9 12 55 3 67 5 00 - 8 33 0 - 4 154 1 - 4 3 19 83 72 2 60 51 1 2 38 5 00 - 9 4 c d l 8 - 2 8 4j 一4 2 2 1 7 5 82 2 5 - 2 6 5 7 51 2 0o 2 53 7 n 1 33 2 4 21 10 72 4 40 41 0 2 52 3 00 - 3 65 n 95 2 6 41 52 3 1 5 6 一o 2 5 7 5 8 0 04 - 1 1 7d 5 n 2 75 3 6 43 8 60 58 8- 1 48 04 5 04 - 9 82 4 n 5 1 553 6 42 6 21 41 0 4- 0 91 4 3 44 6 02 - 1 0 9 d 1 3 2 73 1 5 43 8 6o 2 1 4 5 o 5 5 1 7 1 0 00 - 2 l og d l 8 13 2 5 42 6 71 71 3 8- 1 15 5 5 38 0 00 - 2 l l x 6 1 7 1 4 ”h 2 1 4 41 0 9 1 2 1 0 2 5 6 0 2 8 1 2x 3 1 l l 3 5 4 21 4 86 11 3 3一o 3l3 0 22 8 09 1 0 5 平均值2 2 93 11 7 20 38 6 14 5 82 - 6 2 ) 吸水剖面差异大 据出堵剂1 2 口调剖井吸水剖面分析，油层总厚度2 7 4 81 1 1 ，其中强吸水层 厚度6 0 7 m ，占总油层厚度2 2 1 ，而吸水量确占7 3 8 。如x 6 1 7 1 井9 8 年1 0 月2 2 日测吸水剖面如图3 4 所示。 1 9 晒 、 一 雌 一 纠 、 一选黜 2 0 平面可视化实验 根据孤岛油田地质情况，我们进行了不同模型的防窜实验，模型有平面均 质模型、非均质模型和微观孔隙模型及相关岩芯实验。 防窜是水驱至高含水转注聚时进行的，在平面均质模型上在含水达9 5 - 9 8 时，注入防窜剂进行防窜。将事先按比例混合好的防窜剂以0 0 3 ，0 0 5 ，0 1 ， 0 3 p v 的量注入模型。无论是均质模型还是非均质模型，0 3p v 的防窜剂成胶 后，突破压力太高，模型完全被堵死，在注入量为0 1p v 的情况下均质模型 也被堵死。在压力为u p 时模型破裂：在非均质模型上，高渗区几乎看不见流动， 而低渗区由于防窜剂进入的比较少，转注的聚合物可以沿低渗区流动，由图象 分析可知，不动的低渗区6 0 以上被涉及到了，出口含水由原来的9 5 降到6 9 9 6 ， 下降了2 6 9 6 ，采收率提高1 7 ，由示踪剂可以看出，在均质模型上，封堵强度 是比较高的，在后续注聚合物时，封堵区域几乎是在注入压力大于破裂压力之 后刁被注入的，实验表明，在均质地层，水驱也存在非均质情况。双渗4 注 聚区防窜堵聚t 艺研究模型上的非均质表现的更为明显，高含水期进行防窜是 很有必要的，从可视化模型上还可以看出，防窜处理后，防窜剂主要是先进入 高渗、高含水区域，对高渗区形成封堵，后续驱替液流动方向和原来水驱时不 一样，可以驱动原来没有被驱走的残余油，形成富集油带。 为了观察防窜剂在地层孔道中的形态，我们在地质模型上进行了模拟实验。 由实验结果可以看出，防窜剂可以进入模型的大部分孔道，在孔道内形成三维 的网状结构，防窜剂可以在孔道内互相连接，与岩石形成一体化结构，达到封 堵防窜的目的，在高压驱替下，防窜剂可以被后续驱替液驱动，防窜剂运移到 中南大学硕士学位论文 第四章注聚区防窜堵聚工艺研究 前面孔喉处，形成二次封堵。 由突破压力可知，当给岩芯中注入3 c m 防窜剂时，突破压力约为i o m p a ；l o c m 时突破压力为2 0 m p a ，并且压力是脉冲式的，即每次压力升高后，使得防窜剂破 裂，流体外泻，压力下降后，防窜剂恢复网状结构，使得压力再次升高，反复 多次后，防窜剂作用被破坏，部分防窜剂流出井口，大部分留在模型内，留在 模型内的仍有一定的防窜作用，由以上封堵实验可知，防窜剂在地层中能够形 成网状结构，这和容器中所作的实验是一样的，所形成的凝胶几乎是不流动的， 具有一定的