(吴飞鹏)-逐级深部调剖与整体封窜的材料与技术.ppt

1、逐级深部调剖与整体封窜的材料与技术,吴飞鹏 中国科学院理化技术研究所 电话：01064888004 Email：,自我介绍,1985年毕业于北京师范大学化学系，理学学士，分配到中科院感光所（现理化所前身）从事功能性高分子研究工作 1991、41993、3，日本京都大学留学，从事光电功能高分子材料研究 1996、121998、5，日本科学振兴事业团研究员，在东京大学从事光磁高分子材料研究 1999、122000、5，日本科学振兴事业团客座研究员，东京大学从事卟啉高分子磁性质研究，同年，获东京大学学术博士学位 2001、1至今，中科院理化所研究员，博士生导师，功能性聚合物研究组负责人 主要研究领域

2、：光响应高分子，信息存储与显示高分子材料；水溶性功能聚合物，驱油聚合物材料,油田急需解决的主要问题,1、窜流型油藏提高水驱效率 （陆上，海上） 2、低渗透油藏提高原油采收率（水窜严重，产能低） 3、聚合物驱后进一步提高采收率（控水材料） 4、高温高盐油藏（不适合聚合物驱）油藏提高采收率 5、普通稠油水驱油藏提高产量和采收率 6、深海油藏开采技术 7、微生物驱油技术？,提高采收率技术,地质和工艺方法： 水平井技术 强注强采技术 调剖堵水技术 井网调整 三次采油技术： 聚合物驱油技术 二元复合驱技术（聚合物碱） 三元复合驱技术 （聚合物表活剂碱） 蒸汽吞吐 稠油降粘 微生物驱 等等,化学驱,化学驱

3、是三采的主要手段,以聚合物驱为代表的化学驱技术 是目前三采最主要的提高采收率手段 大庆2004年石油总产4800万吨， 其中三采技术产量2000万吨， 聚合物驱油1200万吨。 B、孤岛2004年石油总产360万吨， 聚合物驱油186万吨。,化学驱技术特点：聚合物驱要求整装油田，中高渗,化学驱资源： 50亿吨左右 （179.4亿吨）,海水速溶高性能驱油聚合物,开发的必要性：海上资源的利用日显重要 海水驱不能强注强采 海上平台和设备寿命有限（1520年左右） 采出程度低 （78） 含水上升快 （4080） 聚合物技术最为成熟，可靠 对聚合物的要求： 海水速溶 50分钟以内 粘度性能好 目前的聚合

4、物都不能在海水中快速溶解，粘度也达不到要求,在自然能量开采和注水开发期间，油藏中的高渗透率部分通常优先被注入水驱替，而低渗透率部分由于驱替水波及不到，往往具有较高的含油饱和度 注入的聚合物溶液优先流入油藏高渗透率部分以前形成的水通道，并且由于其较高的表观黏度，对此部分起到封堵作用，致使后续的驱替液被迫进入油藏低渗透率部分，使先前不可动原油开始流向生产油井，从而改善波及效率,聚合物驱油的基本原理,kw,o 分别表示水和油的有效渗透率 w，o分别表示水和油各自的黏度,流度比,Water / polymer,机理：增大粘度 改变流度比， 造成液流改向,聚合物驱油是深部相渗调整过程,随流度比降低，波及

5、效率迅速增加,流度比对波及效率的影响,影响聚合物表观粘度的因素,内因： 分子量 水解度 成分 分子结构,外因： 水的温度 水的矿化度 渗流通道,现有解决驱油聚合物耐温抗盐性能的主要途径:,a、提高分子量提高水动力学体积，降低临界交叠浓度 不能提高耐温抗盐性能 b、疏 水 缔 合提高高分子间相互作用能力；提高耐盐能力 溶解困难，增加地层吸附 c、增加抗盐成分提高耐温抗盐性能 分子量降低，绝对粘度低，增加成本,通过控制高分子一、二级结构，提高驱油聚合物性能,部分水解聚丙烯酰胺的基本结构：,其中目前为止可以控制的是n和水解度,通过超分子组装技术，在单体聚合前或者聚合过程中，控制高分子链段上丙烯酸钠的

6、排列,控制一（二）级结构，大幅度提高聚合物性能？,盐高温,盐高温,普通部分水解聚丙烯酰胺,超分子技术合成耐温抗盐聚丙烯酰胺,任意缠绕 水动力学体积减少,部分链段不能缠绕 尽量保持水动力学体积,1、聚合物结构控制基本原理研究,通过离子键合的模板聚合安排聚合物结构序列 模板对单体选择性导致结构不同,选择合适的模板可以实现对产物结构控制,A,A,A,A,M,M,M,M,AM,AM,AM,AM,AM,AM,AM,AM,AM,AM,聚合,A,A,A,A,M,M,M,M,AM,AM,AM,AM,AM,AM,分解除去,室温,溶液pH为6.1,得KM=12.61,模板聚烯丙基氯化铵与AA缔合常数,AM/AA体

7、系模板共聚合,1:1,2:1,1:2,模板共聚物,模板共聚物,模板共聚物,13C NMR测定序列结构,AAA,MMM,普通共聚物,模板聚合有效的提高AA和AM序列长度,模板与AA的比例,模板共聚物更高的粘度增幅,溶液粘度响应性,二、海水速溶材料的基本性能,一、聚合物理化指标 聚合物固含量为94.62%。 二、配制用水 配制用水矿化度分析结果见表1。 表1 矿化度分析结果,三、溶解速度 聚合物溶解50分钟后放置，溶液溶解均匀。 四、粘浓关系 将用海水配制好的聚合物母液稀释至不同聚合物浓度，在70下用布氏粘度计测试6rpm下溶液粘度，结果见表2。 表2 聚合物溶液粘度测试结果,创新点与展望,尝试了

8、驱油聚合物的合成控制的新理论 材料具有优异的耐温抗盐性能 材料具有油田污水和海水直接溶解能力，为环保绿色生产提供技术保障 材料性价比高 在现有原始粗浅思想的基础上，完善理论研究，形成核心技术，获得更优异的产品。,聚合物驱油的特点： 1、改变流度比，造成液流改向；原油粘度大时，效果差 2、利用整个渗流通道；用量大，成本高 3、油田地质条件复杂；聚合物品种少 4、注入设备复杂；投资很大,聚合物驱油是成熟技术， 却可能不是最理想的驱油手段,有没有新的思路和材料可以改变现状？,REh,驱替液波及系数决定采油效率,波及体积系数,洗出效率,1、驱替液波及不到时，没有洗出效率 2、驱替液波及的地方无油时，没

9、有洗出效率 提高波及系数是提高采出速度和提高采收率的关键,深部相渗调控的必要性,渗水通道,岩石，砂砾,剩余油,水相,油水相平衡制约水驱效率的关键因素之一,聚合物驱后油藏微观照片,微观渗流通道控制材料与技术,water,提供改变相对渗透率和油水相重新分配机会,渗水通道,岩石，砂砾,剩余油,水相,达西定律,石油开发历程与理想驱油原理,现有调剖堵水材料分析,1、调剖堵水技术,无机材料 近井调剖、堵水,可以在近井大幅度改变层间渗水剖面，解决层间矛盾。 由于会沉淀，不能进入地层深部。 聚合物凝胶（体膨体） 近井调堵，封窜 可以解决层间矛盾和部分层内矛盾 由于颗粒大，存在注入深度与封堵强度之间矛盾；存在剪

10、切变小，失效快的问题。,现有深部调剖剂分析,2、深部调驱,聚合物 溶液进入地层深部，渗水通道，高效 容易受到污水条件和地质条件的影响；着眼渗水通道。 可动弱凝胶 容易进入地层深部，渗水通道，有效 凝胶形成可靠性差 （交联剂分离，吸附，与地层成分反应）；可控性差; 成本高 LPS 容易进入地层深部，孔喉，有效 容易受污水条件影响；浓度受到限制；长期连续注入会失效。,逐级深部调剖剂应该具有的特征,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,问题： 1、能不能

11、大量生产廉价微凝胶微球？ 2、如何控制微凝胶微球的弹性？ 3、如何控制水化膨胀的速度？ 4、如何控制和调节封堵效率？ 5、如何控制微球的尺寸和尺寸分布？,一、实现聚合物微球控制,阴离子型,中性,阳离子型,尺寸控制技术,10nm10mm,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,封堵机理的确定 微球尺寸与地层 孔喉的匹配关系,水化前聚合物微球A的TEM照片,二、例：胜利海洋用纳米球基本特性,1、聚合物微球大小,2、 聚合物微球大小随水化时间的变化,水化时间：一天 70度，10000ppm矿化度,水化时间：7天,聚合物微球外部 发生水化

12、,水化时间：14天,聚合物微球从外到内大部分水化,3、聚合物纳米球在水中膨胀后的真实形态,100倍光学显微镜照片,400倍光学显微镜照片,自来水中35天，室温,四、聚合物微球堵塞特性,水化时间：1天 浓度：300 ppm 注入量：0.3 Pv 温度：室温,聚合物微球在90度10000矿化度水中 水化35天（有氧）,具有良好的稳定性,1、试验条件及试验方案,（1）试验用油：锦16块脱水原油； （2）试验用水：锦16块模拟注入水； （3）试验用岩心模型：锦16块天然松散油砂，经酒精苯洗涤后人工充填模型； （4） 试验温度：地层温度60； （5）驱替速度：依据L1来计算驱替速度。,1.1 试验条件,

13、五、聚合物纳米球驱油效果评价,根据试验要求，聚合物微球驱油效果评价试验方案为： （1） 单管模型驱油试验： 试验模型渗透率选为2.0m2左右；注入段塞：0.3PV； （2） 双管模型驱油试验： 试验模型高渗透率选为2.0m2左右，低渗透率选为1.0m2 左右；注入段塞：0.5PV； （3） 三管模型驱油试验： 试验模型高渗透率选为3.0m2左右，中渗透率选为2.0m2左 右，低渗透率选为1.0m2左右；注入段塞：0.5PV； 模型长度：30cm； 化学剂浓度：0.18（原液浓度为20）。,1.2 试验方案,充填试验模型达到要求后，抽空饱和水测孔隙体积和孔隙度，测水相渗透率后，饱和油，制造束缚水

14、，然后进行水驱，水驱时记录压力、采出液量、采出油量；当含水达到98以后，依据要求转注一定段塞的化学剂段塞，再注入一段塞后，关闭岩心模型两端的阀门，候凝45d后，再进行水驱，观察突破压力，试验结束后测水相渗透率，计算封堵效率。,1.3 试验过程,2 试验结果与分析,2.1 单管模型的驱油效果,表1 单管模型聚合物微球的驱油效果,单管模拟驱替实验,水驱效率为60.68， 注入0.3PV，效率为69.60， 化学驱油效率提高了8.92；,水相渗透率由1.16m2下降到0.0909m2，封堵效率为92.16，,该聚合物微球具有一定的封堵和调驱效果。,2.2 双管模型的驱油效果,模拟双管驱替调驱实验（0

15、.5 pV),高渗：966 低渗：322,高渗： 0.0159,低渗： 0.0152,双管岩心驱油效率提高8.74。具有比单管更好封堵调驱效果。,2.3 三管模型的驱油效果,三管模型的驱油效果,三管总驱油效率为60.05，注入0.5PV的聚合物微球后三管总的驱油效率为70.13，化学驱油效率提高了10.08。可以看出驱油的趋势与双管模型相似。,2.4 小结,综上试验结果分析得出：聚合物纳米球具有调驱效果，注入过程中压力变化不大，对于非均质油藏，注入的化学剂优先进入高渗层，起到封堵调驱的作用，后续注水进入中低渗透层，改善水的波及效率，进一步提高水驱效果。,思考： 材料浓度与效果的关系 大剂量深部

16、调剖，高浓度高效 关键是材料在油藏中发挥作用的部位。 注入压力与调剖效果的关系 注调剖剂时注水压力升高幅度与调剖效果之间没有必然的关系。,现场实验效果例1,地质条件：砾石砂岩结构 平均孔隙度 30左右 平均渗透率 20003000mD 孔喉直径 0.6mm200mm, 平均 7mm 温度 7080度 矿化度 8800mg/L 原油粘度：地下 95150mPa.s 地面 30004000Pa.s,某采油厂东区D114,注入方案设计,结果：,有效井,2004年12月2日开始注入，纳米球乳油浓度1500mg/L，配注量200立方。 2005年4月7日停注。转后续水驱观察效果。,见效井6口，增产井5口

17、，目前日增产原油10吨以上，含水下降26。,注入工艺,现场实验效果例2,岩心分析平均孔隙度33.9% 平均空气渗透率225710-3um2 粒度中值0.14mm， 孔喉半径最大40.5mm，平均7.7mm 地下原油粘度 50.4 mPa.s 地层温度67度 地下水矿化度4241 mg/L (NaHCO3) 注入水矿化度32611 mg/L 注入水钙镁离子总浓度1707.6 mg/L,海上油田小区块实验,注入区块井位图,注入方案,在三口注水井，以1500ppm乳油的浓度，按0.8注采比的配注量注入，观察水井和油井的变化。,2005年3月14日开始注入，每日注入总量600kg，现已经注入乳油90吨

18、左右。,注入设备：一个12吨保温储罐，两台喂入泵（一台工作),一个静态混合器，阀门，压力表，流量计。,结果,25A-2,注水井,25A3,25A8,油井：根据注入水推进速度计算，预计2005年10月底开始见效。,潜力很大的新型材料与技术,1、对地下水矿化度、温度不敏感适用于各类油藏 2、着眼于孔喉，用量相对较少 3、可以与各种表活剂等复合使用，提高驱替效率 4、在各类油田污水中和海水中溶解分散迅速 5、注入工艺非常的简单,关键技术： 大量廉价生产与油藏孔喉尺寸匹配的纳微米弹性微球； 注入方式的简单化。,六、对裂缝和大孔道油藏，边底水锥进油井降水稳油的技术措施建议,解决的思路： 1、增大微球尺寸

19、 2、赋予微球自交联功能 3、赋予微球地层吸附能力,理想的深部堵水材料： 封堵强度大，能够抵抗MPa工作压差； 注入容易，最好无粘度，注入过程无压力变化 在水中稳定，可以进入地层深部 只能进入，不能倒退，不会吐出,解决方案,利用现代化学合成技术，直接合成亚微米、微米功能性材料,1、利用大尺寸核壳结构微球,2、使微球相互结合，变大，并且在岩石表面吸附，形成类似混凝土结构,微米球100倍照片,微米球400倍照片,微米球水化前在油相中的形态,更大尺寸自交联微球,解决裂缝型油藏堵水注入能力与封堵强度问题 在水中2溶解小时后照片,处于分散状态,自交联行为 在水中4天后,明显的发生团聚，交联,尺寸大小在几

20、十微米到几百微米,1 试验条件及试验方案,（1） 试验用水：锦16块模拟注入水。 （2）试验用岩心模型：不同目数石英砂充填模型。 （3）试验温度：地层温度60。 （4）驱替速度：依据L1来计算驱替速度。,1.1 试验条件,七、 聚合物微米球封堵效果评价,1.2 试验方案,根据试验要求，聚合物微球剂封堵效果评价试验方案为： 采用单管模型封堵试验：试验岩心模型渗透率分别为1.0m2、2.0m2、3.0m2左右，试验模型带有三个测压孔，以观察压力的变化； 模型长度：100cm； 注入段塞：0.5PV； 化学剂浓度：0.20；,1.3 试验过程,充填试验岩心模型达到要求后，抽空，饱和模拟地层水，测孔隙