纳米减阻增注剂在低渗油田开采中的应用PPT课件VIP

纳米增注材料在低渗油田开采中的应用,主要内容,一、研究背景二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备三、纳米减阻增注机理分析四、现场应用五、总结与建议,一、研究背景,2014年3月发布的2013年国内外油气行业发展报告：中国原油对外依存度逐年递增。2014年，国内石油需求增速达4%左右，达到5.18亿吨，对外依存度逼近60%大关。而石油战略储备量远低于美日等发达国家。严重威胁国家能源安全！,开发国内油气资源，降低对外依存度国家能源安全的重大需求,全国油气资源动态评价2010：中国石油地质资源量1037亿吨，而低渗透与稠油低品位资源约占石油总资源量2/3，开发难度大，前低渗、稠油开采的预计技术采收率仅为1214%。同时，高含水区油藏仍有剩余油富集区。,我国剩余石油资源组成（石油剩余资源量：约800亿吨）,我国石油资源开采现状,低渗透油藏开发问题注水驱油开发过程中，油藏岩石水化、结垢、（粘土）膨胀，造成油藏孔道细小，渗透率低，导致水注不进去，油采不出，严重影响采收率。注水压力上升使得注水泵负荷增大，设备容易出现故障，安全隐患增多，杆管偏磨加剧，区块自然递减增大，水驱控制量减少。维修投入增加，不能完成配注和注不进水，造成油层能源不能及时补充，导致油井产液量、产油量下降。,传统减阻增注技术-酸化处理,采用强酸（硫酸、盐酸或氢氟酸）处理注水通道，扩大岩石孔隙，可以迅速提高孔隙度，增加水流速度。存在问题：酸化不能解决水化和结垢有效期短(1-3个月)易造成地层伤害（水突、水窜）,因此对水井实施降压增注是摆在油田科技人员面前的一个难题，研究新的增注工艺十分必要！,二、纳米减阻增注剂的设计及工业化制备,结构设计,1、水基纳米微粒的结构设计和制备技术,以与砂岩化学组成相似的纳米聚硅为核，含钉扎基团、疏水基团的表面修饰剂，与纳米聚硅形成超疏水性的纳米核；同时选择水溶性修饰剂与纳米聚硅微粒结合，形成水分散纳米聚硅。,无机纳米微粒（功能载体）的选择氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化锌等表面修饰剂的选择:“钉扎”基团：羟基、羧基、氨基、环氧基等疏水基团：三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷水分散性基团：含羟基、羧基、胺基的有机胺化合物和表面活性剂表面修饰剂与纳米聚硅的结合方式：“钉扎”修饰剂：强化学键结合疏水修饰剂：强化学键结合水溶性修饰剂：弱化学键或吸附结合,采用自行设计制备的多功能剪切乳化反应釜与管线式乳化反应器相结合的工业技术，使有机-无机纳米杂化材料的高效率、大规模工业化生产成为可能。,多级连续乳化生产工艺（2000L反应釜),国家“863”计划“纳米减阻增注材料及其在石油开采中的应用”（2009AA03Z326)。,2、开发产品及结构表征,NPS-Z(强亲油疏水核）NPS-W（水分散、亲油疏水）,在乙醇中的透射电镜照片,XRD图谱,XRD图谱,纳米聚硅粒径为10-20nm，是由许多平均粒径为1-2nm的微晶组成的无定形态材料。,在溶剂中的分散性,压片接触角167,NPS-W的水分散技术,采用微乳液分散技术，通过分散助剂调节水的极性，分散于水中形成透明的溶液（微乳液）。,X10=1.83nmX16=2.2nmX50=4.75nmX84=10.28nmX90=12.48nmX99=21.83nmVMD=6.35nmSV=1604.17m2/cm3,水乳液(2),平均粒径6.35nmSV=1604m2/cm3,激光粒度分布图,50%的颗粒直径小于5nm，这种粒径较小的纳米聚硅使其适用范围扩大到超低渗油田。,三、纳米减阻增注机理分析,1、改善岩石润湿性,聚硅材料分散或悬浮于合适的溶液中，从井口注入到地层并进入到岩石孔隙，聚硅材料在一定条件下吸附到岩石孔隙表面，使岩石的润湿性由亲水变为亲油；超疏水性纳米微粒吸附在地层微孔道表面，形成纳米吸附层，降低了高压下水的流动阻力。,纳米聚硅材料改善岩石润湿性示意图,2、增大有效水流通道,水滴通过含有水膜孔隙的状态图,聚硅材料吸附后水滴通过孔隙的状态图,由于聚硅颗粒具有很高的活性，极易吸附在孔壁上，使孔隙内壁的水膜变薄，有效孔径变大降低了水滴通过时的阻力。,1,2为水膜3为水滴,3、抑制水对岩石矿物的水化作用,油层岩石的主要成分是二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物、铁矿物等，其中二氧化硅、碳酸盐、粘土矿物普遍存在于油层岩石矿物中，由于粘土矿物具有水化作用（也就是遇水膨胀、分散），该作用会使油层渗透率有不同程度的下降。当孔隙经过聚硅纳米处理后，其表面由亲水转变为亲油，这样就避免了粘土矿物的水化作用，对保持油层渗透率具有重要的意义。,水基纳米聚硅的作用机理分析图,水分散体系下井后遇盐或酸破乳，疏水的NPS释放出来驱赶走水化膜，吸附于岩石表面，使其由亲水性转变成疏水性，从而减小了注水流动阻力；疏水表面阻止了水的浸入，避免了粘土膨胀和水垢的附着，从而大大延长了增注有效期；脱附出来的水溶性修饰剂短期内也能起到辅助的降压增注作用。,四、现场应用,1、选井条件1）井身状况良好，无不良作业井史。2）油层渗透率大于110-3um2。3）油水井注采对应关系良好，构造边缘慎选。4）水井注水量偏低，但能注进水的井可优先考虑。5）注入水质必须达标，一般污水回注井含油量、机械杂质含量不能超标。,2、施工工艺,1）配液：在一定温度下将纳米聚硅分散于有辅料的水中形成稳定的透明液体；2）根据施工井的地层情况采用相应的施工工艺清除岩隙中的堵塞和污物，并经酸化使岩石裸露出新鲜表面便于纳米材料的吸附；3）注入纳米聚硅水溶液，并用防膨液将纳米液全部顶入地层。4）关井反应，利用酸化后形成的化学环境诱导溶液破乳释放出疏水纳米微粒，让其充分吸附。5）开井，正常注水。,3、应用实例,3.1宝浪油田BXX16井,施工前后压力和日注水量变化,2009年6月进行酸化+纳米增注，注水量由12方增加到35方，油压26.0MPa，有效期达10个多月。2010年6月又进行了第二次纳米增注作业，注水量为20m3/d，截止到11年6月仍保持有效。,3.2胜利油田纯梁采油厂,2010-2011在纯梁采油厂实施水基纳米增注22口井，其中15口井为降压增注，另外7口井为降压转注。在降压增注的15口井中，有效13口，增注有效率86.7%，平均有效期在11个月，累计增注水量90000m3，增注效果十分明显。在降压转注的7口井中，有效6口井，有效率85.7%，用该工艺处理后，水井增注较常规转注措施注水压力下降2Mpa以上，增注有效期延长4个月以上（效果统计见表1、表2）。主要表现在：,2010-2011年纳米聚硅降压增注效果表,2010-2011年聚硅纳米降压转注效果表,在降压增注的15口井中，措施前油压平均为27.5MPa，措施后平均油压为23MPa，注水压力平均下降了4.5MPa。降压效果十分明显，注水压力的降低，降低了设备的运行负荷和磨损程度，提高了设备的保修期和安全系数，节能减排意义重大。在降压增注的15口井中，措施前日注水量平均为13.3m3，措施后日注水量平均为34m3，日增注水量平均为20.7m3，增注效果十分明显，注水量的增加，提高了油层压力，增加了对应油井的产量，保持油田增产、稳产十分重要。在转注井用纳米聚硅处理的6口井中，区块平均注水油压为23MPa,而措施后的平均注水油压为18MPa，区块平均日注水量为27m3，措施后注水量平均日注水量为34.2m3，整体表现为注水压力下降，注水量上升的态势，而且注水的有效期也相对延长。,3.3延长油田吴起采油厂（XX-204低渗井）,应用效果,增注措施前油压为6MPa，施工完毕正常开注后，油压为1.2MPa，注水量逐天上升。注水稳定后，平均日注水量为原来的21.5倍，注水压力为8Mpa，油压为0.5MPa，日平均注量已达到25.8m3，超过了该井历史最高日注水量。,3.4江苏油田采油二厂,高集油田注水井欠注造成油井低产、低效、层间矛盾加剧，导致产能下降。产油水平下降，2011年上半年日产液1150t，日产油301.7t，含水73.8%。与2010年全年平均相比，产油水平下降了34t/d。与2010年底相比，老井下降21.9t。主要原因是2010年相当部分注水井欠注，导致油井供液能力下降，在2011年集中体现。因此2010年1月2011年11月，采油厂在高7-15、高6-79、高6-39、高6-2井、高6-21井、高6-20、高11-5井进行了水基纳米聚硅增注措施。,水基纳米聚硅降压增注技术在采油二厂试验应用7井次。其中高11-5井无效其余6口效果良好，措施有效率85.7%，累计增注4.5万m3。,3.5中原油田采油四厂,水基纳米聚硅增注技术于2010年初在采油四厂进行试验，到目前共施工四口井，工艺成功率100%，施工有效率100%，截至目前累计增注17588m3，平均单井增注4389m3，平均有效期190d。由于效果明显得到采油四厂各级领导一致好评。,五、总结与建议,1、该技术是一种物理与化学吸附的结果，与常规化学反应或利用在井底产生高能物质来输通孔道、清除杂物的工艺相比有本质的区别。它不会造成砂粒脱落，从而避免了二次污染问题。2、纳米材料在岩石孔隙表面吸附以后，使得注入水无法和岩石直接接触也就避免了粘土物质的遇水膨胀问题。3、由于钉扎基团吸附在岩石孔隙表面，比一般的物理化学（表面活性剂）工艺具有更强的作用力，因此，吸附更稳定，更耐冲刷，有更长的措施有效期。4、该技术不仅适用于低渗透油田，还适用于超低渗透油田；通常条件下的措施有效周期可达6个月至1年以上。这个周期还受注水强度、孔隙特征、注水水质和地层污染程度等多种因素的影响。5、该纳米材料无毒、无污染，对管柱及施工人员无危害，具有明显的环保特征。,优先选取砂岩地层、井筒附近完全被水饱和的注水井；适用油层渗透率:0.510-310010-3m2；首选启动压力逐渐上升，吸水指数逐渐降低的井；注入水水质尽可能达标；井温低于120,技术的适用性,该技术增注