微球深部调驱技术介绍.ppt

聚合物微球深部调驱技术 中国石油大学 2010年6月 第一部分 微球调驱材料研究第二部分 矿场应用实例 汇报提纲 第一部分 微球调驱材料研究1国内外现状及发展趋势2基本思路3活性微球深部调剖机理 汇报提纲 提高驱替液的粘度 使用各种调剖技术 收率的途径提高原油采 提高注入液的波及体积 提高注入液的洗油效率 表面活性剂复合驱 1国内外现状及发展趋势 1国内外现状及发展趋势 作用原理 技术特点 生成的沉淀为絮状 粒径较大 强度大 耐温耐盐性能良好 有效的堵塞地下的大孔道和裂缝 其不具备压缩性 进入性差 不能深部调剖 无机沉淀型 注水井 生产井 高渗透层 低渗透层 含水量 H2SO4 CaCO3 CaSO4 CO2 H2OH2SO4 MgCO3 MgSO4 CO2 H2OFeSO4 2H2O Fe OH H2SO4 1国内外现状及发展趋势 1无机型材料 无机型颗粒型 特点 封堵后不能继续向地层深部移动 颗粒型堵剂在现场应用 还存在注入困难和封堵半径小的问题 如 石灰乳调剖 粘土 水泥分散体调剖 水膨体调剖 国内外现状及发展趋势 泡沫型调剖技术 R1 R2 水 泡沫气泡界面通过变形对液流产生贾敏效应 特点 调剖效果好 是一种新的方向 需解决气源的问题 贾敏效应可以叠加 对水流产生很高的阻力 2泡沫型材料 国内外现状及发展趋势 聚合物凝胶 缺点 是两种物质的交联反应 溶液具有不稳定性 进入地层后存在其他竞争反应 如聚合物降解 金属离子絮凝 深度调剖效果不明显 国内外现状及发展趋势 3聚合物材料 4调剖失败的形式 之一 由于大孔道的存在不能造成堵塞 调剖剂完全失效 2国内外现状及发展趋势 之二 调剖剂对层位选择性差 调剖后堵塞低渗层 2国内外现状及发展趋势 4调剖失败的形式 之三 调剖深度浅 注入水绕流 调剖有效期短 2国内外现状及发展趋势 4调剖失败的形式 2国内外现状及发展趋势 深部调剖目的是将调剖剂送至地层深部 能够随着注入水不断向前运移 调剖剂逐级对地层孔喉进行封堵 使注入水在油藏中不断改变流向 最大限度的提高注入水的波及体积 调剖剂满足 进得去 堵得住 能移动 的要求 深部调剖技术 第一部分 微球调驱材料研究1国内外现状及发展趋势2基本思路3活性微球深部调剖机理 汇报提纲 2基本思路 针对油藏 1 聚合物驱不适用的油藏 低渗高温高盐 改善水驱效果2 聚合物驱后中高渗透油田 进一步提高采收率 技术关键开发在水中可以以任意浓度均匀分散 并且吸水后几倍 十几倍甚至上佰倍膨胀的纳米 亚微米聚合物交联小球 作为调堵材料 具有现有聚合物不能达到的耐温抗盐性能 技术原理与依据利用地层孔喉 封堵渗水通道 调整水驱剖面 扩大水波及体积 堵塞水的通道在油藏深部孔喉处堵塞 水通道 提高局部压差 扩大微观 宏观波及体积 选择孔喉作为工作部位 实现液流改向 2基本思路 2基本思路 材料的技术要求 1 要求在吸水膨胀前 直径远远小于地层孔喉直径 纳米级 2 要求在吸水膨胀后 直径达到微米甚至几十微米 体积可控3 要求吸水膨胀达到最大体积的时间从几小时到几天甚至一个月 速度可控4 要求根据不同的地层 吸水微球的弹性可控 用于调节阻力系数5 要求生产成本低于现有驱油聚合物 降低注入成本6 要求注入工艺简单 2基本思路 阴离子型 中性 阳离子型 尺寸控制技术 10nm 10mm 组分控制 水化时间和水化倍数 根据油藏和工艺要求生产所需要的调驱剂 微乳 乳液聚合 表面性质 膨胀系数 封堵机理及微球大小与地层孔喉的匹配关系 第一部分 微球调驱材料研究1项目来源2国内外现状及发展趋势3活性微球深部调剖机理 汇报提纲 3活性微球深部调剖机理 用微乳技术可以合成具有以上结构的聚合物微球 r 孔隙半径1 20 mK 渗透率 孔隙率 微球种类1 初始粒径为纳米 膨胀后架桥封堵 3 1微球的种类 3活性微球深部调剖机理 微球种类2 初始粒径为纳米 膨胀后与钙镁离子作用成网状结构封堵 高矿化度海水中微球的单个微球的膨胀速度很慢 然而在海水中 钙镁离子浓度较高 微球水化后发生桥联 多个微球桥联后总的直径可达到几十甚至几百微米 用来封堵大孔道 3活性微球深部调剖机理 聚合物核壳结构微球是带有电荷的微米级颗粒 颗粒外部带有负电荷 在水中可溶涨 不与近井地带的地层岩石发生吸附 内层是带有正电荷的交联型凝胶 在水中溶涨速度快于颗粒外层组分 因此体积膨胀达到一定程度时 正电荷会裸露 颗粒之间发生电性吸附聚并 具有封堵能力 正电荷也会吸附在岩石表面 提高封堵效果 同时 这类材料使用工艺简便 微溶胶体系粘度低 注入容易 可以用污水直接配制 微球种类3 初始粒径为微米 膨胀后彼此粘结封堵 3活性微球深部调剖机理 水化前聚合物微球A的TEM照片 微球水化膨胀图片 3活性微球深部调剖机理 水化时间 一天70度 10000ppm矿化度 微球水化膨胀后光散射测的粒径分布 3活性微球深部调剖机理 水化时间 7天 聚合物微球外部发生水化 3活性微球深部调剖机理 水化时间 14天 聚合物微球从外到内大部分水化 3活性微球深部调剖机理 高分子纳米球尺寸随水化时间的变化 70 10000ppm矿化度 七天 随着水化时间明显增大 一天 十四天 3活性微球深部调剖机理 水中分散两小时后的显微镜照片 水中分散四天后的显微镜照片 微乳聚合微球照片 产品编号 D 2 初始尺寸 100 400纳米 3活性微球深部调剖机理 共聚微球照片 产品编号 H 1 初始尺寸 1 5微米 3活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片 产品编号 J 1 初始尺寸 10 20微米 3活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片 初始尺寸 20 50微米 3活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片 初始尺寸 40 60微米 3活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片 初始尺寸 60 100微米 3活性微球深部调剖机理 H 1微球透射电镜图片 H 1微球扫描电镜图片 3活性微球深部调剖机理 3 2微球封堵机理 Abrans根据三球架桥理论得到悬浮固体颗粒在孔喉处的堵塞规律 1 颗粒粒径大于1 3倍孔喉直径 在地层表面形成外滤饼 2 颗粒粒径在 1 3 1 7 倍孔喉直径 固相颗粒基本可以进入储层内部 由于孔喉的捕集等作用 在储层内部产生桥堵形成内滤饼 3 颗粒粒径小于1 7倍孔喉直径 可自由通过地层 不形成固相堵塞 微球的浓度为300ppm 注入微球的用量为孔隙体积的0 3pv 室内进行岩心试验说明具有深部调剖的能力 3活性微球深部调剖机理 3 3微球的封堵性 3活性微球深部调剖机理 初步的驱油实验表明 注入容易 驱油高效 压力变化 20mL为单位的油水变化 3 4微球的驱油性能 3活性微球深部调剖机理 3 5微球可视化模型 3 6活性微球的基本特性 3活性微球深部调剖机理 1 要进入地层深部 必需在水中稳定存在 溶液 溶胶 2 初始的尺寸必需小于孔喉直径 纳米 微米材料 3 具有封堵孔喉的能力 膨胀 交联 4 具有一定的封堵强度 弹性 5 必需在压力下会突破 变形 进得去 堵得住 能移动 第一部分 微球调驱材料研究第二部分 矿场应用实例 汇报提纲 现场施工工艺 现场施工工艺 施工方式 随注水在线注入 设备简单 施工方便 矿场应用实例 1 1孤岛采油厂D1 14单井试验地质条件 砾石砂岩结构平均孔隙度30 左右平均渗透率 3000mD孔喉直径0 6 m 200 m温度70 80度矿化度8800mg L原油粘度 地下50 150mPa s地面3000 4000 Pa s应用微球 可与钙镁离子作用的纳米级微球A155吨试验目的 验证微球对高渗层调剖堵水作用 矿场应用实例 注入方案设计 2004年12月2日开始注入 纳米球乳油浓度1500mg L 完成日配注量200立方 2005年4月7日停注 共注入55吨调驱剂 转后续水驱观察效果 注入工艺 孤岛采油厂D1 14单井试验注入工艺方法 矿场应用实例 D1 14注入剖面 可见 注入聚合物微球后有效地改善了层间矛盾 孤岛采油厂D1 14注水井注入前后剖面变化图 矿场应用实例 对应油井D3 014 单采44层 含水从97 7 下降到94 2 孤岛采油厂D1 14对应油井见效分析情况 矿场应用实例 对应油井36 310 单采44 含水从96 8 最低下降到至91 2 目前保持在93 94 孤岛采油厂D1 14对应油井见效分析情况 汇报提纲 1 2孤岛采油厂24 516单井调剖实验 地质条件 砂岩结构平均孔隙度33 9 左右平均渗透率 2260mD孔喉直径25 70微米温度70 80度矿化度8368mg L原油粘度 地下74 90mPa s地面500 2000 Pa s应用微球 微米级微球H 2 2004年10月注入24 9吨试验目的 验证微球H 2对高渗层调剖作用 矿场应用实例 矿场应用实例 孤岛采油厂24 516对应油井见效分析 24XN517井是一线井中见示踪剂最早的一口井 调驱后见效明显 目前含水下降5 平均日增油1 5t 对应油井24XN517 矿场应用实例 对应油井23X504 试验时含水高达98 试验初期含水波动变化 自2006 12月以来含水下降 下降幅度2 孤岛采油厂24 516对应油井见效分析 矿场应用实例 对应油井23 209 试验初期含水仍处于回返状况 自2006 11 20日以来含水下降 下降幅度3 孤岛采油厂24 516对应油井见效分析 矿场应用实例 油藏条件 高渗 高盐渗透率 2257md孔喉直径7 4微米 47 2微米注入水 海水矿化度32611mg L Ca Mg离子含量1707 6mg L温度 67度原油粘度 地下50 4mpa s层间层内非均质性严重 油井含水上升速度非常快 采取的基本思路 先进行层间调整 后进行层内调整注入微球 纳米级可与钙镁离子作用聚合物微球A1 及纳米膨胀微球D22005年3月至2006年3月注入微球226吨 后注水开发 2 海洋埕岛油田CB25A井组试验 试验目的 在高盐高渗非均质性的矿区 水驱后无有效方法调驱时 可以用微球调驱 矿场应用实例 海洋埕岛油田CB25A井组注微球后月含水回返速度下降 埕岛油田注微球后 有效抑制了月含水上升速度 矿场应用实例 海洋埕岛油田CB25A井组对应油井见效分析 25E 4 对应层位Ng36 45 注微球并提液后 含水50 最低降至15 日油大幅度增加 目前含水稳定在33 左右 仍处于见效期 对应油井25E 4 矿场应用实例 25A 6 对应层位Ng12 42 注微球后 含水由54 5至今下降至44 9 日油现在每天增加约6吨 仍处于见效期 对应油井25A 6 海洋埕岛油田CB25A井组对应油井见效分析 矿场应用实例 25B 4 对应层位Ng32 45 注微球后 含水自06年1月开始稳中有降 目前保持在46 2 日油每天增加5吨左右 仍处于见效期 对应油井25B 4 海洋埕岛油田CB25A井组对应油井见效分析 矿场应用实例 3 1东辛采油厂新102 31 102 11单井调剖实验 地质条件 复杂断块油藏渗透率 级差大 油层上部200mD以下油层下部1000mD以上温度 70 80度矿化度 27529mg l Ca2 741mg l Mg2 含量232mg l 原油粘度 地面2486 Pa s应用微球 纳米级微球D2 注入37 5吨试验目的 验证微球D2对高渗层调剖作用 矿场应用实例 新立村永102块2口注水井 A102X31 A102 11 微球调驱从2005年10月开始实施 于2006年4月底完成 累计注入微球调剖液20000方 施工后 平均注水油压上升了1Mpa 日注基本不变 试验注水井油压变化情况 矿场应用实例 永102井组调驱后 井组日液 含水下降 日油略有上升 井组日液下降主要是102 15和102 18关井 含水呈下降趋势说明调剖是有效的 对应4口油井有3口见效 截至2006年11月累计增油1055 5t 试验井组调驱效果分析 矿场应用实例 典型井例 永102 17井 施工前日液18 9m3 日油1 3t 含水93 2 从06 4含水大幅度下降 见效高峰期 日液26 7m3 日油5 8t 含水78 4 日油上升了4 5t 含水下降了14 8 增油降水效果明显 而且该井动液面曾大幅度回升 累计增油748 8t 试验井组调驱效果分析 两口井共注入微球37 5t 截至06年11月 累计增油1800t 矿场应用实例 3 2东辛采油厂永8区块井组试验 油藏条件 渗透率 1620 325mD 平均1030mD矿化度 24000mg L Ca Mg离子含量高 2500mg L温度 71 86度层间和层内矛盾都非常突出采取的基本思路 先进行层间调整 后进行层内调整注入微球 纳米级聚合物微球D22006年9月6日开始注入 现在 试验目的 在高温高盐有一定非均质性的中高渗油藏 水驱后无有效方法调驱时 可以用微球调驱 矿场应用实例 东辛采油厂永8区块井组试验 从曲线看出 油压上升 微球体系起到一定的封堵调剖作用 三口注水井注水曲线 矿场应用实例 东辛采油厂永8区块井组试验对应油井效果分析 对应水井 A8 46 对应层位S二51 2 5 4 5层为高渗层 5层早已被封隔 综合可见 注微球提液后 8 46油井的增油作用明显 含水最高降低20 矿场应用实例 A8 55 对应层位S二51 2 注微球提液后 8 55油井的增油作用明显 含水最高降低30 至今降低值维持在20 东辛采油厂永8区块井组试验对应油井效果分析 矿场应用实例 永8 48 对应层位S二54 5 自06年12月起 含水大幅度下降 虽然日液下降 但日油在缓慢上升 东辛采油厂永8区块井组试验对应油井效果分析 矿场应用实例 永8 11井2002年2月测同位素 永8 11井2003年5月测同位素 永8 11井2004年5月测氧活化 永8 11井2006年12月测氧活化 注微球3个月后 永8 11试验井组调驱前后吸水剖面变化 矿场应用实例 4 现河采油厂核壳微球C2调剖实验 油藏条件 渗透率 21 8mD矿化度 39992 201360mg l 属于CaCl2型温度 115 129度原油粘度 地面粘度38 150mpa s地下粘度2 46 10mpa s水窜严重 存在高渗裂缝通道注入微球 微米级聚合物微球C22005年9月23日注入3 2吨 试验目的 验证核壳微球封堵低渗油藏中的高渗裂缝通道 矿场应用实例 现河采油厂对应油井效果分析 河75 斜18井组 对应油井河75 32井5d后含水由72 下降并持续稳定在66 左右 说明堵剂在地层起到一定的堵塞作用 截止到2005年底 因含水降低该井增油102 4t 2006年2月底19 5 6 16 68 4 矿场应用实例 油藏条件 孔隙度 19 03 渗透率 平均177md 局部17md以下矿化度 94000 170000mg l CaCl2型为主温度 60度左右原油粘度 地面粘度14 1mpa s地下粘度5 468mpa s属于低渗稀油油藏 严重非均质 水淹情况严重注入微球 自2005年9月14日至06年1月28日注纳米级聚合物微球D2共计71吨 第一阶段 目的 验证纳米级聚合物微球在高盐低温油藏的改善地层非均质性 稳油控水的作用 5 青海油田跃543井组 跃新563井组 跃164井组的调驱矿场实验 矿场应用实例 青海油田543井 新563井注微球前后吸水剖面变化情况 由注水井543和563的调剖前后的吸水剖面图可见 微球改善非均质性效果显著 尤其是563井 吸水层由9个小层恢复至18个吸水层 矿场应用实例 青海油田543井组对应油井见效情况及三井组见效综合分析 两个阶段三个井组注微球116 6t 累计增油10525t 降水25597t 矿场应用实例 6 华北油田单井京506调驱实验 油藏条件 砂岩结构 孔隙度28 渗透率 137mD矿化度 25100mg l 属于NaHCO3型温度 度原油粘度 地面粘度13 4mpa s地下粘度2 47mpa s水窜严重 存在高渗裂缝通道注入微球 微米级聚合物微球D22006年6月27日至8月15日注入5 6吨 矿场应用实例 华北油田单井京506对应油井效果分析 对应油井京507 京507 自06年6月27日注微球后 含水稳中有降 截至06年10月含水大幅度下降10 个点 日增油2t以上 矿场应用实例 对应油井京510 华北油田单井京506对应油井效果分析及综合效果分析 京510 自06年6月27日注微球后 含水由96 截至06年10月含水大幅度下降至88 日增油2t以上 京506井共注微球5 6t 截至06年底对应油井增油216t 选井原则 选井原则 1 适应于中低渗油藏 因为注水造成高渗条带水淹的井组 2 适合层系多 层间非均质性严重 吸水剖面不均衡的井 3 适合井深在2800范围内 地层温度在50 100度 4 由于微球受矿化度影响很小 矿化度的范围很大 在2 5 10万ppm以上 5 适合稀油油藏 原油粘度在10 4000mpa s之间 6 水井注水油压在区块中偏低 测试PI曲线修正值低于区块平均值的 7 油水井连通状况好 油井有潜力 采出程度较低的 8 水井固井质量好 无管外窜槽的 由于该注入方法简便 不受井况影响 适用于井筒有套破 变形等无法下分层的注水井 敬请领导专家批评指正 谢谢大家 敬请领导专家批评指正 谢谢大家 提高原油采收率方法 化学驱油法 聚合物驱 表面活性剂驱 碱驱以及复合驱 混相驱油法 热力采油 提高原油采收率技术发展概况 概念 衡量水波及区微观水洗油效果的参数 驱油的基本理论 一 一微观洗油效率ED 概念 衡量水在油层中的波及程度的参数 二宏观波及系数EV 三 ER与EV及ED的关系 已知 A h Soi Sor等 ER 产油量 储量 波及区产出油 储量 波及区原油储量 波及区残余油 储量 Ah Soi Ashs Soi Ashs Sor Ashs Ah Soi Sor Soi EVED 一 影响ED的因素 1 岩石的微观孔隙结构 2 岩石表面的选择性润湿 3 界面张力 4 原油的粘度 r Pc 渗流规律越复杂 孔隙中残余油越多 1 微观孔隙结构 亲水岩石水驱油后的残余油大多以油珠 油丝和小油块等形态分布在孔隙的交汇口或较大的孔隙内 2 岩石表面的选择性润湿 亲油岩石水驱油后的残余油大多以油膜形态分布于岩粒壁面 其次滞留于较小孔隙中 也有油丝形态的残余油 2 岩石表面的选择性润湿 中性岩石水驱油后的残余油主要是普遍分布于岩粒壁面的油膜 造成这种情况的原因还有待进一步研究 2 岩石表面的选择性润湿 在急变孔隙中 ow越大 使油滴变形通过孔喉的阻力越大 则残余油越多 os ow sw 3 界面张力 原油粘度越大 则微观指进现象愈严重 4 原油粘度 二 影响E 的因素 油层的非均质性 2 流度比 3 井网的布置 4 注采速度 k1 k2 k3 k1 k2 k3 1 油层的非均质性 2 流度比 三 井网 五点法井网不同注采速度下的波及面积 v1 v2 4 注采速度 三提高ER的途径 Ev 油藏的非均质性 平面 纵向 流度比 井网布署 注采速度 ED 微观孔隙结构 岩石的润湿性 界面张力 原油的粘度 合理部署井网 调整吸水剖面 降低流度比 合理选择井网 合理注采速度 物理采油法 碱水法 活性剂驱油法 碱水法 活性剂驱油法 热力法 气体溶剂驱油 驱油的基本理论 二 w M EV ER o M EV ER 聚合物提高采收率机理 热力采油提高采收率机理 碱驱 表面活性剂驱的主要机理 驱油的基本理论 三 根据毛管准数的定义 驱替液粘度增加 驱替液速度增加 增加驱替压力 油水界面张力降低 驱替速度增加 虽能增加毛管准数 但确减低了驱替液的宏观波及程度 水驱时Nc在10 7 10 5范围之间 实验结果表明 若使水驱效率大于50 Nc必须平均增大103数量级 即Nc在10 4 10 2范围内 水驱时 大庆油田油水的界面张力为20 30mN m 若使毛管准数提高103数量级 界面张力必须下降到10 2 10 3mN m 大庆油田地下原油粘度为10mPa s左右 水的粘度约为0 7mPa s 聚合物浓度为0 12 时 地面测视粘度达到40mPa s 若不考虑粘度损失 可使毛管准数提高102数量级 第一节聚合物的类型及性质 第二节聚合物溶液的性质 第三节聚合物溶液在孔隙介质中流动特征 第四节聚合物驱油的设计与应用 聚合物溶液驱油 1 聚合物 是由大量的简单分子经聚合而成的高分子量的物质 例 聚丙烯酰胺 聚乙稀 2 单体 组成聚合物的简单分子 例 组成聚丙烯酰胺丙烯酰胺分子 聚乙稀的乙稀分子 3 链节 聚合物长链上重复的结构单元 4 聚合度 链节的个数 例如 CH2 CH2 n中的n 一 基本概念 第一节聚合物的类型及性质 即聚合物分子的化学结构 包括链节的化学组成 单体的连接方式 它决定着聚合物的物理 化学性质 分子构型 线型 支链型 网型 可发展为体型 1 线型或支化度较小的聚合物 物性较柔软 多数能熔化 也能溶解 2 体型聚合物不熔化也不能溶解 5 聚合物分子构型 A 线型分子构型 B 支链型分子构型 C 网型分子构型 特点 有别于构型 构象的转变属于物理现象 主要由热运动引起的 而构型的转变则必须通过化学反应改变分子链上的结构 由于分子中化学键的内旋转所形成的各种立体形态 影响构象的因素 聚合物的构型 聚合物分子所处的环境 线型聚合物分子的构象千变万化 又称为线型聚合物的柔曲性 6 分子的构象 1 分子间力大 2 构象多 多指线型聚合物 3 多分散性 7 与低分子的区别 指同种类型的聚合物是由大小不同的同系分子混合而成 它不象低分子有固定的分子量 即 聚合物分子的聚合度是变量 多分散性 1 聚丙烯酰胺 它是由丙烯酰胺单体聚合而成 n CH2 CH C O NH2 CH2 CH O C NH2 n 聚合 分子量变化范围由100万 几千万不等 聚合物驱常用聚合物 1 聚丙烯酰胺 特点 1 属于人工合成的聚合物 2 长链由C C键连接 分子链极易变化 构象多 具有柔曲性 3 水溶液中发生水解 是阴离子型聚合物 常被称为部分水解聚丙烯酰胺 简称HPAM 4 抗盐能力差 5 抗剪切的能力也差 6 抗细菌的能力强 部分水解聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺长链上的部分酰胺基转化为羧基 n CH2 CH C O NH2 CH2 CH O C NH2 x NaOH 水解度 酰胺基转化为羧基的百分数 CH2 CH C O ONa y 聚合物溶液浓度小于 矿场聚合物驱用的聚合物溶液浓度通常为1200mg L 重量百分数为0 12 稀体系溶液 性质如何 溶液粘度增加的程度 第二节聚合物溶液的性质 室内实验结果 剪切速率 测量粘度 聚合物溶液 聚合物分子从杂乱的线团状变为椭球状 分子定向排列降粘的程度大于分子变为椭球形增粘的程度 水 油 实验结果表明 1 聚合物的流动性随剪切速率变化而发生变化 2 即使在剪切速率很高的情况下 聚合物溶液的粘度也远高于水 一 聚合物溶液的流变性 二 聚合物溶液的视粘度 三 聚合物溶液的稳定性 一 聚合物溶液的流变性 室内配制的聚合物溶液 测其粘度与剪切速度的关系如图 符合假塑性流体的流变模式 室内实验结果 剪切速率 测量粘度 原油 水 聚合物溶液 二 影响粘度的因素分析 一 聚合物溶液粘度概念 二 聚合物溶液的视粘度 聚合物溶液粘度与浓度有关 特性粘度 浓度趋近于零时 聚合物溶液黏度减去溶剂黏度 除以溶剂黏度与聚合物浓度的乘积 一 聚合物溶液粘度 表示单个聚合物分子对溶液粘度的贡献 M 分子量 与高分子在溶液里的形态有关的参数 线团松散 大 线团卷曲 小 长链型0 5 1 棒型 2 k 粘度常数 与高分子在溶液中的形状及高分子的链节长度有关 特性粘度 1 聚合物的分子构型 2 水解度 3 溶剂的影响 4 含盐量 5 聚合物的浓度 二 影响粘度的因素 1 聚合物的分子构型 1 线型 分支型 交联型 2 M 2 水解度 水解度越大 黏度越大 3 溶剂的影响 良溶剂 在良溶剂中 聚合物分子可充分舒展 分子的表面积较大 分子间的内摩擦阻力大 因此增粘效果好 不良溶剂 在不良溶剂中 聚合物分子成卷曲状态 分子的表面积较小 分子间的内摩擦阻力小 增粘效果差 4 含盐量的影响 NaCl的浓度 35 水解度 15 水解度 未水解 1 1000 10 100 0 0001 0 01 1 1 10 未水解 15 水解度 35 水解度 CaCl2的浓度 0 0001 0 01 1 5 聚合物的浓度 粘度mPa s 聚合物浓度 mg L 5s 1 100s 1 地面配置聚合物溶液的粘度能否在驱油过程中得以保持 此性质为聚合物溶液的稳定性 稳定性的好坏 直接影响到驱油效果 降解 聚合物溶液分子断链 黏度下降的现象 三 聚合物溶液的稳定性 一 剪切降解 二 化学降解 三 温度降解 四 生物降解 三 聚合物溶液的稳定性 机械剪切降解 在高速流动时 具有柔性的长链受到剪切力的作用而被剪断 使分子间结合力下降 粘度降低 剪切存在条件 1 地面设备 阀 管嘴 泵或油管 2 井下条件 孔眼 筛网 3 砂岩本身 一 聚合物溶液剪切降解 化学降解 是指氧攻击聚合物分子长链上薄弱环节 发生氧化 从而使分子长链断裂 分子量降低 或发生自由基取代 水解等 产生的条件 有氧存在的条件 如地面配置聚合物溶液时 如果在空气中暴露时间过长就会发生聚合物老化 即化学降解 二 聚合物溶液的化学降解 温度降解 每种聚合物都存在一个裂解温度 若地层温度超过其裂解温度 则发生分子链断裂 分子量降低 即发生温度降解 存在的条件 地层温度高于裂解温度 而通常情况下聚合物的裂解温度都高于地层温度 因此 温度降解不是主要的影响聚合物稳定性的因素 三 聚合物溶液的温度降解 生物降解 注入水中含有大量的细菌 如硫酸盐还原菌 铁菌等 它们对聚合物产生还原作用 生成沉淀或分子链被剪断 四 聚合物溶液的生物降解 1 不可入孔隙体积 2 阻力系数 3 残余阻力系数 四 聚合物溶液在多孔介质中的流动参数 IPV最大可达总孔隙的30 若小孔隙被油饱和 一定程度降低了聚合物溶液的驱油效果 1 不可进入孔隙体积 在多孔介质渗流过程中 有些孔隙能让水通过 却限制了聚合物分子的进入 称这部分孔隙体积为不可进入孔隙体积 简称IPV IPV 聚合物分子量 岩石的渗透率 孔隙度及孔隙大小的分布 2 阻力系数 定义 水通过岩心时的流度与聚合物溶液通过岩心时的流度比值 意义 反映了聚合物溶液降低驱动介质流度的能力 3 残余阻力系数 定义 聚合物溶液通过岩心前 后盐水流度的比值 意义 描述聚合物溶液降低多孔介质渗透率的能力 一 表面活性剂溶液驱油概述 二 表面活性剂的概念及类型 三 表面活性剂溶液驱油体系 四 表面活性剂溶液驱油机理 五 油田应用及发展趋势 表面活性剂溶液驱油 表面活性剂溶液驱油的研究历程 胶束溶液驱油 微乳液驱油 稀体系多组分复配驱油 泡沫体系驱油 活性剂稀体系驱油 一 表面活性剂溶液驱油概述 1 表面活性剂的概念 2 表面活性剂的类型 3 表面活性剂的亲油亲水平衡值 4 表面活性剂的分配系数 二 表面活性剂的概念及类型 概念 分子具有两亲结构 可自发地浓集于相界面 显著降低界面张力的物质 表面活性剂分子结构 极性端 非极性端 1 表面活性剂的概念 离子型 非离子型 表面活性剂 阴离子型 阳离子型 两性型 2 表面活性剂的类型 阴离子型表面活性剂 活性剂在水中可以电离 电离后起活性作用的部分是阴离子 常用的有 羧酸盐 分子结构R CO2 Na 亲水基为 CO2Na 憎水基R 磺酸盐 分子结构R SO3 Na 亲水基为 SO3Na 憎水基R 成本低 但遇硬水 易结垢 絮凝 成本较高 但抗硬离子的能力较强 在地层中滞留量低 常用于活性剂驱 阳离子型表面活性剂 活性剂在水中可以电离 电离后起活性作用的部分是阳离子 常用的有 胺盐 分子结构 R1R2R3NH Cl 憎水基 R1R2R3NH 季胺盐 分子结构 R1R2R3R4N Cl 憎水基 R1R2R3R4N 吡啶盐 分子结构 R NC5H5 Cl 憎水基 R NC5H5 由于在地层中滞留量大 在采油中应用不甚广泛 主要应用于防蜡 缓蚀 杀菌 乳化 抑制粘土膨胀等 非离子型表面活性剂 活性剂在水中不电离 故不怕硬水 也不受PH值的影响 其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团 一般为醚基和羟基 构成 常用的有 醚键型 酰胺键型 酯键型 胺键型 这类活性剂在采油中应用广泛 主要用于起泡 乳化 防蜡 缓蚀 油水井增产增注 提高原油采收率 两性型表面活性剂 活性剂在水中可以电离 电离后起活性作用的部分即有阴离子 又有阳离子 有时起活性的部分具有非离子性 类型 非离子 阴离子型 阴离子 阳离子型 非离子 阴离子型 它主要应用于缓蚀 乳化 杀菌 抑制粘土膨胀和提高采收率 概念 描述活性剂亲水亲油能力大小的物理量 简称HLB HLB等于7 表明亲水亲油能力相等 大于7 活性剂亲水性强 小于7 活性剂亲油性强 HLB值可通过乳化实验法 溶解度法 气相色谱法 核磁共振法等确定 3 表面活性剂的亲水亲油水平衡值 概念 是指活性剂在油相与水相中平衡浓度的比值 4 表面活性剂的分配系数 三 表面活性剂溶液驱油体系 表面活性剂稀体系 胶束溶液 微乳液 泡沫驱油体系 1 2 3 4 开始形成胶束的表面活性剂浓度为临界胶束浓度CMC 含有胶束的活性剂溶液为胶束溶液 概念 表面活性剂浓度低于1 wt 性质 可降低界面张力 当水表面聚集的活性剂分子达到饱和时 在溶液内部 形成以烃链为内核 亲水基外露的分子聚集体 称为胶束 1 表面活性剂稀体系 2 胶束溶液 CMC 表面活性剂单体浓度 表面活性剂浓度 2 胶束溶液 概念 由油 水 表面活性剂 助表面活性剂 醇 盐五种组分组成的 油水高度分散的体系 表面活性剂浓体系 性质 具有超低的界面张力 相态 不同的配方 微乳液具有下相 中相 上相三种相态 3 微乳液 微乳液的三种相态 上相 中相 下相 活性剂水溶液 活性剂水溶液 油 油 概念 一种或几种液体以小液珠的形式 分散在另一种不能互溶的液体中所形成的分散体系 性质 具有超低的界面张力 处于非平衡状态的多分散体系 在长时间静置下会分层 与微乳液及胶束溶液有很大区别 组成 油 水 乳化剂组成 4 乳状液 乳状液 微乳液及胶束溶液的区别 概念 由不溶性气体分散在液体中所形成的粗分散体系 气体是分散相 液体是连续相 组成 水 气 起泡剂 表面活性剂 还有聚合物 增加体相黏度 和盐 调整表面活性剂的亲水亲油平衡值 4 泡沫驱油体系 四 表面活性剂溶液驱油机理 表面活性剂稀体系驱油机理 胶束溶液驱油机理 微乳液驱油机理 泡沫驱油体系驱油机理 1 2 3 4 1 表面活性剂稀体系的驱油机理 1 低界面张力机理 2 润湿反转机理 3 乳化机理 4 提高表面电荷密度机理 5 聚并形成油带机理 问题 存在表面活性剂损失及不利流度比 2 胶束溶液驱油机理 1 胶束的增溶作用 2 超低界面张力机理 3 微乳液驱油机理 微乳液的超低界面张力可使驱替前缘与原油混相 消除渗流阻力 4 泡沫体系驱油机理 4 泡沫体系驱油机理 具有活性水或胶束的性质 1 Jamin效应叠加 提高驱替介质的波及系数 2 泡沫依据孔道形状而变形 能有效驱出波及到的孔隙中的油 提高洗油效率 一 二元复合体系驱油 二 三元复合体系驱油 三 泡沫复合体系驱油 复合体系驱油法 1 碱 聚合物二元复合体系驱油 2 碱 活性剂二元复合体系驱油 3 活性剂 聚合物二元复合体系驱油 一 二元复合体系驱油 1 碱与聚合物复配后 溶液的粘度增加 可使水相中的碱性组分与更多的油相接触 形成更多的表面活性物质 有利于降低界面张力 2 聚合物的存在可以降低碱耗 碱的存在可降低聚合物的吸附损失 碱 聚合物二元复合体系驱油机理 1 碱段塞在前 聚合物在后 碱溶液使残余油流动 用聚合物进行流动控制 提供较好的扫油效率 3 碱同聚合物混合在一个段塞中注入 聚合物提供所要求的流度 而碱溶液保护了聚合物 这种方式的采收率比前两种方式高 2 聚合物段塞在前 碱段塞在后 首先注入的聚合物堵塞储层的大孔道使驱替液能够进入低渗透层 减少碱溶液指进 以增加最终采油量 碱 聚合物二元复合体系驱油工艺 聚合物增效碱驱 通常有三种段塞设计方式 对于低酸值原油 只加入碱往往不能产生低界面张力 同时加入碱和活性剂 会使界面张力降到碱水本身或活性剂本身所达不到的超低效果 这种作用成为碱与表面活性剂的 协同效应 碱 活性剂二元复合体系驱油机理 碱与表面活性剂按一定比例混合在一个段塞中注入 利用碱与活性剂两者之间产生的协同效应 大幅度提高驱替效率 这种方式的采收率比单独碱或单独的表面活性剂驱的效果好 碱 活性剂二元复合体系驱油工艺 利用聚合物改善活性剂溶液不利的流度比 目前此二元复合体系多采用胶束 聚合物溶液驱油 活性剂 聚合物二元复合体系驱油机理 前置液 由一定体积的盐水组成 目的是改变或降低地层水的矿化度 注入量可在0 1PV之间 胶束 聚合物段塞 体积在0 05 0 2PV之间 流度缓冲液递减段 含聚合物 从前端到后端流度缓冲液逐渐减少到零 浓度梯度下降 减少了流度缓冲液与驱替液之间流度比的影响 驱替液段 驱替液的目的是为了降低连续注入聚合物的成本 流度缓冲液 水溶性聚合物的稀释液 目的是将胶束 聚合物段塞及聚集起来的流体驱向生产井 活性剂 聚合物二元复合体系驱油工艺 1 三元复合体系驱油机理 2 色谱分离现象 3 三元复合体系的应用与发展 二 三元复合体系驱油机理 1 降低界面张力 A S P三元体系比A S二元体系能产生更低的界面张力 原因 1 P能保护S 使其不与水中二价离子反应 2 S与A间的 协同效应 从而降低了界面张力 3 降低化学剂的吸附 碱的存在 使岩石表面的负电荷增多 可减少阴离子型活性剂及聚合物的吸附损失 2 较好的流度控制 碱和活性剂可有效地保护聚合物不受高价离子的影响 使聚合物溶液具有高的黏度 1 碱 表面活性剂 聚合物三元复合驱驱油机理 定义 复合体系中各组分与地层岩石间的作用不同 使得三组分间产生的差速运移现象 产生原因 竞争吸附 离子交换 分散作用 分配系数 渗透能力等 2 色谱分离现象 国外三元复合驱的矿场试验不多 比较完整的是美国怀俄明州Crook地区Kiehl油田三元复合驱项目 使采收率提高近15 国内通过 八五 九五 大量室内及矿场试验研究 以将三元复合驱技术作为大庆油田接替稳产的技术之一 目前正在研究通过改变注入方式 优选复合体系配方及注入牺牲剂等方式 以减少色谱分离现象 3 三元复合体系驱油应用及发展前景 1 泡沫复合体系驱油机理 2 泡沫驱油体系的发展前景 三 泡沫复合体系驱油机理 1 泡沫中含有表面活性剂 可降低界面张力 改变岩石的润湿性 并以乳化 液膜置换等方式使残余油成为可流动油 2 泡沫流动具有较高的压力梯度 可使小孔隙中油驱出 3 使驱替液与被驱替液的流度比降低 4 遇油消泡 遇水稳泡 起堵水不堵油作用 5 泡沫在高渗层中 粘度大 低渗层中粘度小 具有堵大不堵小功能 1 泡沫复合体系驱油机理 泡沫复合体系驱油技术是九十年代末由大庆油田提出的一项新的EOR技术 经过大量的室内及矿场实验研究 目前已将此方法作为三元复合驱后保持大庆油田原油稳产的技术之一 并获得了专利 目前正在为此项技术的矿场试验 开展全面细致的研究工作 2 泡沫复合体系驱油应用现状及发展前景 聚合物驱油机理 聚合物溶液驱油不仅能够提高波及体积 而且还能够提高驱油效率 聚合物溶液的驱油机理是通过在注入水中加入一定量的高相对分子质量的聚丙烯酰胺 增加注入水的粘度 改善水油流度比 注入的聚合物溶液具有较高的粘度和通过油层后具有较高的残余阻力系数以及粘弹效应等 粘度越高 残余阻力系数越大 驱替相与被驱替相的流度比就越小 聚合物驱扩大油层宏观和微观波及效率的作用就越大 采收率提高幅度越大 聚合物提高原油采收率的发展现状 聚合物驱油适用条件 聚合物驱适用于温度适中 原油粘度中等 5 100mPa s 非均质比较严重的油藏 在美国 印度 委内瑞拉及俄罗斯等国家均成功进行了聚合物驱油 我国的聚合物驱首先在大庆油田取得了成功 从1987年开始聚合物驱油现场试验 发展到2006年聚合物增产原油产量占当年原油产量的1 4 成为油田稳产的重要技术手段 驱油过程中使用的聚合物 1 聚丙烯酰胺目前主要采用超高相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺 相对分子质量至少在1000万以上 水解度30 左右 它是通过丙烯酰胺及其衍生物单体自由基聚合而成 目前常用的是干粉状的聚合物 特点 部分水解聚丙烯酰胺水溶液的粘度高 控制水油流度比的作用明显 吸附损失不大 对细菌的侵害不敏感 但机械剪切稳定性差 在盐水中粘度损失较大 长时间放置或较高温度下放置易降解 所带羧基可与二价离子反应 受Ca2 Mg2 离子含量影响较大 为了获得更适合油田应用的聚合物 大量学者们在改进HPAM性能方面展开了探索工作 主要有两种途径 添加能够改进HPAM稳定性的添加剂 如甲醛 异丙醇 尿素 硫脲 醇 氨基酸类 二乙烯三胺 氯酚化合物及表面活性剂 水杨酸及衍生物 聚六亚甲基胺等 对HPAM进行改性 在聚合物链节上引入新的单体 提高HPAM的耐温 耐盐 耐剪切性能 单体有2 丙烯酰胺 2 甲基丙磺酸 AMPS N 乙烯基吡咯烷酮 PVP 二甲基二烯丙基氯化铵 磺化苯乙烯 N X 二甲基丙烯酰胺 3 丙烯酰胺3 甲基丁酸钠等 2 生物聚合物 生物聚合物在聚合物驱中的应用很少 常用的是黄原胶 美国加利福尼亚州东科林加油田1978年曾实施过黄原胶驱 水油流度比仅1 5 黄原胶分子链的刚性比聚丙烯酰胺强 能有效地抗机械破坏 耐盐 但是对细菌很敏感 细菌除了将聚合物降解外 还会堵塞注入井中油层剖面 因而必须使用杀菌剂和除氧剂 报道过在黄原胶溶液中加入稳定剂异丙醇和硫脲 与磺甲基化聚丙烯酰胺接技共聚改性 改进发酵过程以改善其性能等研究 我国玉门的石油沟油田M层裂缝低渗透高含盐油藏 在单井注入黄原胶的矿场先导试验中 每注入1t聚合物增产原油248t 在矿场试验中驱油效果良好 3 疏水缔合聚合物 部分水解聚丙烯酰胺 HPAM 是目前常用的聚合物驱油剂 但是HPAM在盐水溶液中粘度损失较大 严重影响了它的使用效果 此外 我国进行聚合物驱的油田普遍面临着配注聚合物清水缺乏的压力 要求聚合物驱用地层采出的污水进行配注 应用时须提高HPAM的用量 这将使得采油利润大大降低 疏水缔合水溶性聚合物是指在聚合物亲水主链上带有少量疏水基团的一类水溶性聚合物 在聚合物水溶液中 由于疏水基团的憎水作用而产生分子内和分子间的缔合 形成具有特殊性质的高分子溶液 在盐溶液中 小分子电解质的加入使疏水缔合作用增强 溶液粘度大幅增加 表现出明显的抗盐性能 使之成为新一代的聚合物驱油剂 4 交联聚合物 针对油层的非均质性 以降低水通道的渗透率为目标的油层深部调剖技术得到重视和发展 由低浓度的聚丙烯酰胺和柠檬酸铝形成交联聚合物溶液 LPS 该体系具有粘度低 流动性好 具有选择性封堵地层的特点 在注入地层过程中 LPS优先进入渗透率较高的地层 交联聚合物线团在孔道中吸附滞留 逐步增加流动阻力 使后续驱替液流向低渗透区 交联聚合物线团并未将孔道完全堵死 在一定压力下可被冲开 将其推向地层更深处 再次吸附滞留 在此过程中压力会出现波动 并且会逐步产生层内的和层间的液流改向 从而逐步地调整驱替剖面 提高波及系数和原油采收率 当交联体系中聚合物浓度较高时 HPAM与A1Ci发生分子间交联反应 形成的体系是网状结构的整体凝胶 Bulkgel 主要用于近井地带的调剖 而当聚合物浓度较低时 HPAM与A1Ci发生分子内交联反应 形成交联聚合物线团在水中的分散体系 即交联聚合物溶液 LPS 主要用于油田的深部调剖 在整体凝胶与交联聚合物溶液这两种体系之间还存在一种过渡状态的弱凝胶体系 它是HPAM与A1Ci反应形成交联聚合物线团后 交联聚合物线团间再发生反应形成的 也可以用于油田堵水调剖 研究表明 交联聚合物溶液具有更好的深部调剖 提高采收率的作用 5 粘弹性聚合物 众所周知 要想提高岩心的微观驱油效率 依据牛顿流体岩心驱替实验所完善建立的毛管数与采收率关系 毛管数的增加值要在数千倍以上才能实现提高采收率的目的 但聚合物驱与水驱相比 增加幅度通常小于100倍 多数人由此认为聚合物驱不能提高微观驱油效率 然而在天然岩心和人造岩心上进行的室内聚合物驱油实验结果表明 采收率比水驱提高10 15 OOIP 蚀刻的二维玻璃模型聚合物驱的结果也证实了这一点 聚合物驱的相渗曲线的端点值 含水100 时的含油饱和度 比水驱低6 8 聚合物驱工业开采区块密闭取心井的残余油饱和度也比水驱低得多 上述实验都证明了聚合物驱的确可以提高岩心的驱替效率 从微观孔道流动实验可以观察到 聚合物溶液的前端对其后边及孔道边界处具有较强的 拉 拽 作用 牛顿流体则无此现象 因此 针对粘弹性流体的 拉 拽 作用能否提高岩心的驱替效率 开展了大量研究工作 聚合物驱油矿场应用状况 水溶性聚合物应用于油气开采 其性能应该满足一定的要求 中国工程院罗平亚院士根据油气开采的工艺要求及实践经验提出了油气开采用水溶性聚合物的通用性能要求 主要有以下几点 1 水溶性 2 增粘性 3 悬浮性 4 剪切稀释性和触变性 5 稳定性 6 渗流特性能满足油气开采工程的要求 HPAM已在我国的大庆 胜利 辽河等油田得到成功使用 但在高温高矿化度的条件下应用时 聚丙烯酰胺显得难以胜任 主要表现在以下几个方面 1 温度较高时聚丙烯酰胺的水解严重 2 地层温度超过75 后 随着地层温度升高 水解聚丙烯酰胺沉淀形成加快 3 高温高盐易导致水解聚丙烯酰胺从水溶液中沉淀出来 并且水解度越高这种现象越显著 4 溶液粘度对温度和盐度非常敏感 在高温高盐环境中溶液的保留粘度很低 黄胞胶是淀粉经黄孢杆菌发酵而产生的胞外多糖类生物聚合物 无毒 溶于水 为阴离子电解质 与聚丙烯酰胺相比具有许多相同的性质 又具有抗盐 抗机械降解 热稳定性较好等特点 在油田上黄胞胶已成功地应用于钻井 完井 调剖堵水及三次采油中 玉门 中原 华北 胜利 大港等油田都有用黄胞胶进行现场驱油的实例 黄胞胶作为主要抗盐聚合物之一 具有合成聚合物所无可比拟的优异性能 但其热稳定性和生物稳定性相对较差 易发生降解从而堵塞油层 且成本较高 因此在高温高盐油藏中的应用受到限制 小井距特高含水期注聚合物矿场试验 大庆油田于1972年开展了小井距特高含水期注聚合物的试验 这是大庆油田第一次聚合物驱油矿场试验 试验区位于小井距试验区南井组 试验层为萨 7 8层 是一个典型的正韵律油层 井组平均有效厚度5 2m 平均有效渗透率0 631 m2 油层内部非均质严重 上部为低渗透率的砂 泥岩薄互层 下部为高渗透率砂层 试验区采用反四点法面积井网 注采井距75m 注聚合物时 油井综合含水已高达98 试验采用的聚合物是大连同德化工厂生产的部分水解聚丙烯酰胺胶体 固含量为8 分子量300 500万 水解度30 左右 萨尔图油田中区西部聚合物驱油试验 大庆油田于1989年12月在萨尔图油田中5 6 中5 9井区进行聚合物驱油试验 分东西两个试验区