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微球深部调驱技术介绍.ppt
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1、聚合物微球深部调驱技术聚合物微球深部调驱技术中国石油大学中国石油大学中国石油大学中国石油大学20102010年年6 6月月.第一部分:微球调驱材料研究第一部分:微球调驱材料研究第二部分:矿场应用实例第二部分:矿场应用实例汇汇报报提提纲纲.第一部分:第一部分:微球调驱材料研究微球调驱材料研究1 1 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势2 2 基本思路基本思路3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理汇汇报报提提纲纲.提高驱替液的粘度提高驱替液的粘度使用各种调剖技术使用各种调剖技术 收收率率的的途途径径提提高高原原油油采采 提高注入液提高注入液 的波及体积的波及体积 提高注入液提高注入液
2、 的洗油效率的洗油效率表面活性剂复合驱表面活性剂复合驱1国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势.调剖调剖技术技术种类种类无机型调无机型调 剖技术剖技术 聚合物型聚合物型 调剖技术调剖技术 泡沫型泡沫型调剖技术调剖技术 无机型沉淀型无机型沉淀型 无机型颗粒型无机型颗粒型 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 聚合物凝胶聚合物凝胶 两相泡沫调剖两相泡沫调剖 三相泡沫调剖三相泡沫调剖1 1 国内外现状及发展趋势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,其不性能良好,有效的堵塞地下的大孔
3、道和裂缝,其不具备压缩性,进入性差具备压缩性,进入性差,不能深部调剖。不能深部调剖。无无机机沉沉淀淀型型注注水水井井生生产产井井高渗透层高渗透层低渗透层低渗透层含含水水量量H2SO4+CaCO3 CaSO4+CO2+H2O H2SO4+MgCO3 MgSO4+CO2+H2OFeSO4+2H2O Fe(OH)+H2SO41 1 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .1.1无机型材料无机型材料.无无机机型型颗颗粒粒型型特点: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。用,还存在注入困难和封堵半径小
4、的问题。如:石灰乳调剖,如:石灰乳调剖,粘土粘土/水泥分散体调剖,水膨体调剖水泥分散体调剖,水膨体调剖 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .泡泡沫沫型型调调剖剖技技术术R1R2水水泡沫气泡界面通过变形泡沫气泡界面通过变形 对液流产生贾敏效应。对液流产生贾敏效应。特点特点:调剖效果好,是一种新的方向,需解决气源的调剖效果好,是一种新的方向,需解决气源的问题。问题。贾敏效应可以叠加,对贾敏效应可以叠加,对 水流产生很高的阻力。水流产生很高的阻力。.2.2泡沫型材料泡沫型材料 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .聚聚合合物物凝凝胶胶聚合物溶液聚合物溶液金金属属离离子子HPAM5000
5、ppm弱凝胶弱凝胶整体凝胶整体凝胶LPS溶液溶液缺点:是两种物质的交联反应,溶液具有不稳定性,进入地缺点: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。度调剖效果不明显。国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .3.3聚合物材料聚合物材料.4.4调剖失败的形式调剖失败的形式之一之一:由于大孔道的存在不能造成堵塞,调剖剂完全失效。由于大孔道的存在不能造成堵塞,调剖剂完全失效。2 2 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .之二之二:调剖剂对层位选择性差,调剖后堵塞低渗层
6、。调剖剂对层位选择性差,调剖后堵塞低渗层。2 2 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .4.4调剖失败的形式调剖失败的形式.之三之三:调剖深度浅,注入水绕流,调剖有效期短。调剖深度浅,注入水绕流,调剖有效期短。2 2 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 .4.4调剖失败的形式调剖失败的形式.2 2 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 深部调剖目的是将调剖深部调剖目的是将调剖剂送至地层深部,能够随剂送至地层深部,能够随着注入水不断向前运移,着注入水不断向前运移,调剖剂逐级对地层孔喉进调剖剂逐级对地层孔喉进行封堵,使注入水在油藏行封堵,使注入水在油藏中不断改变流向,最大限中不断改
7、变流向,最大限度的提高注入水的波及体度的提高注入水的波及体积。积。调剖剂满足调剖剂满足“进得去、堵进得去、堵得住、能移动得住、能移动”的要求的要求 !深部调剖技术深部调剖技术.第一部分:微球调驱材料研究第一部分:微球调驱材料研究1 1 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势2 2 基本思路基本思路3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理汇汇报报提提纲纲.2 2 基本思路基本思路 针对油藏:针对油藏:1 1、聚合物驱不适用的油藏、聚合物驱不适用的油藏(低渗低渗高温高盐高温高盐),改善改善水驱效果水驱效果2 2、聚合物驱后中高渗透油田,、聚合物驱后中高渗透油田,进一步提高采收率进一步提高
8、采收率技术关键技术关键 开发在水中可以以任意浓度均匀分散,并且吸水后几倍、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。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,扩大水波及体积及体积.堵塞水的通道堵塞水的通道 在油藏深部孔在油藏深部孔喉处堵塞喉处堵塞“水水通道通道”,提高,提高局部压差,局部压差,扩扩大微观、宏
9、观大微观、宏观波及体积。波及体积。选择孔喉作为工作部位,实现液流改向选择孔喉作为工作部位,实现液流改向2 2 基本思路基本思路 .2基本思路基本思路材料的技术要求材料的技术要求1 1、要求在吸水膨胀前,直径远远小于地层孔喉直径(纳米级)、要求在吸水膨胀前,直径远远小于地层孔喉直径(纳米级)2 2、要求在吸水膨胀后,直径达到微米甚至几十微米,、要求在吸水膨胀后,直径达到微米甚至几十微米,体积可体积可控控3 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、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,个月,速度可控速度可控4 4、要求根据不同的地层,吸水微球的、要求根据不同的地层
10、,吸水微球的弹性可控弹性可控,用于调节阻,用于调节阻力系数力系数5 5、要求生产成本低于现有驱油聚合物,降低注入成本、要求生产成本低于现有驱油聚合物,降低注入成本6 6、要求注入工艺简单、要求注入工艺简单.2 2 基本思路基本思路 阴离子型阴离子型中性中性阳离子型阳离子型尺寸控制技术尺寸控制技术10nm10m mm组分控制组分控制水化时间和水化倍数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根据油藏和工艺要求生产所需要的调驱剂微乳、乳液聚合微乳、乳液聚合表面性质表面性质膨胀系数膨胀系数封堵机理及微封堵机理及微球大小与地层球大小与地层孔喉的匹配关系孔喉的匹配关系.第一部分:微球调驱材料
11、研究第一部分:微球调驱材料研究1 1 项目来源项目来源2 2 国内外现状及发展趋势国内外现状及发展趋势 3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理汇汇报报提提纲纲.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 用微乳技术可以合成具有以上用微乳技术可以合成具有以上结构的聚合物微球结构的聚合物微球水化层水化层 交联聚交联聚合物层合物层 凝胶核凝胶核 r:孔隙半径:孔隙半径 120m K:渗透率渗透率 :孔隙率:孔隙率 微球种类微球种类1:初始粒径为纳米,:初始粒径为纳米,膨胀后架桥封堵。膨胀后架桥封堵。3.13.1微球的种类微球的种类.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 微
12、球种类微球种类2:初始粒径为纳米,:初始粒径为纳米,膨胀后与钙镁离子作用成网状结构封堵。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,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。直径可达到几十甚至几百微米,用来封堵大孔道。.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 遇水遇水 膨胀膨胀 +-+-+-+-+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,在水聚合
13、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,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
14、度低,注入容易,可以用污水直接配制。注入容易,可以用污水直接配制。微球种类微球种类3:初始粒径为微米,膨胀后彼此粘结封堵:初始粒径为微米,膨胀后彼此粘结封堵.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 水化前聚合物微球水化前聚合物微球A A的的TEMTEM照片照片微球水化膨胀图片微球水化膨胀图片.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 水化时间:一天水化时间:一天70度,度,10000ppm矿化度矿化度微球水化膨胀后光散射测的粒径分布微球水化膨胀后光散射测的粒径分布.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 水化时间:水化时间:7天天聚合物微球外部聚合物微球外部发生水化
15、发生水化.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 水化时间:水化时间:14天天聚合物微球从外到聚合物微球从外到内大部分水化内大部分水化.3 3 活性微球深部调剖机理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高分子纳米球尺寸随水化时间的变化70,10000ppm矿化度矿化度七天七天随着水化时间明显增大随着水化时间明显增大一天一天十四天十四天.3 3 活性微球深部调剖机理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两小时后的显微镜照片水中分散四天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微乳聚合微球照片(产品编号产品编号:D-2),:D-2),初始
16、尺寸初始尺寸:100-400:100-400纳米纳米.3 3 活性微球深部调剖机理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 3 活性微球深部调剖机理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 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片分散聚合微球照片,初始尺寸初始尺寸:20-50:20-50微米微米.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 分散聚合微球照片分散聚合微球照片,初始尺寸初始尺寸:40-60:40-60微米微米.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 分散聚合
17、微球照片,初始尺寸:60-100微米.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 H-1H-1微球透射电镜图片微球透射电镜图片H-1H-1微球扫描电镜图片微球扫描电镜图片.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 3.23.2微球封堵机理微球封堵机理三球架桥理论三球架桥理论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)颗粒粒径大于大于大于大于1 1/3 3倍孔喉直径,在地层表面形成外滤饼。2)颗粒粒径在(1 1/3 3 1 1/7 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)颗粒粒径小于小于小于小于1
18、 1/7 7倍孔喉直径,可自由通过地层,不形成固相堵塞。.微球的浓度为微球的浓度为300ppm300ppm,注入微球的用量为孔隙体积的,注入微球的用量为孔隙体积的0.3pv0.3pv。室内进行岩心试验说明具有深部调剖的能力。室内进行岩心试验说明具有深部调剖的能力。3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 3.33.3微球的封堵性微球的封堵性.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 注注球球注水注水注注水水初步的驱油实验表明:注入容易、驱油高效初步的驱油实验表明:注入容易、驱油高效注水注水注注球球注注水水压力变化压力变化20mL20mL为单位的油水变化为单位的油水变化3.43.
19、4微球的驱油性能微球的驱油性能.3 3 活性微球深部调剖机理活性微球深部调剖机理 3.53.5微球可视化模型微球可视化模型.3.63.6活性微球的基本特性活性微球的基本特性3 3 活性微球深部调剖机理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、要进入地层深部,必需在水中稳定存在溶液/溶胶溶胶 2、初始的尺寸必需小于孔喉直径纳米、初始的尺寸必需小于孔喉直径纳米/微米材料微米材料 3、具有封堵孔喉的能力膨胀、具有封堵孔喉的能力膨胀/交联交联 4、具有一定的封堵强度弹性、具有一定的封堵强度弹性5、必需在压力下会突破变形、必需在压力下会突破变形“进得去、堵得住、能移动进得去、堵得
20、住、能移动”.第一部分:微球调驱材料研究第一部分:微球调驱材料研究第二部分:矿场应用实例第二部分:矿场应用实例汇汇报报提提纲纲.现场施工工艺现场施工工艺 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.矿场应用实例矿场应用实例1.1 1.1 孤岛采油厂孤岛采油厂D1-14D1-14单井试验单井试验 地质条件:地质条件:砾石砂岩结构砾石砂岩结构 平均孔隙度平均孔隙度 3030左右左右 平均渗透率平均渗透率 3000mD3000mD 孔喉直径孔喉直径 0.60.6m-200m-200m m 温温 度度 70708080度度 矿矿 化
21、化 度度 8800mg/L8800mg/L 原油粘度:地原油粘度:地 下下 5050150mPa.s150mPa.s 地地 面面 3000300040004000Pa.sPa.s 应用微球:可与钙镁离子作用的纳米级微球应用微球:可与钙镁离子作用的纳米级微球A1 55A1 55吨吨 试验目的:验证微球对高渗层调剖堵水作用试验目的:验证微球对高渗层调剖堵水作用.矿场应用实例矿场应用实例注入方案设计注入方案设计2004年年12月月2日开始注入,纳米球乳油浓度日开始注入,纳米球乳油浓度1500mg/L,完成日配注量,完成日配注量200立方。立方。2005年年4月月7日停注。共注入日停注。共注入55吨调
22、驱剂,转后续水驱观察效果。吨调驱剂,转后续水驱观察效果。注入工艺注入工艺纳纳米米球球液液体体储储罐罐计量泵计量泵流量计流量计注水井注水井压力表压力表节流阀门节流阀门简单,无地面工程,无气候限制,尤其简单,无地面工程,无气候限制,尤其适用于恶劣气候地区和海上油田适用于恶劣气候地区和海上油田注水干注水干线线孤岛采油厂D1-14单井试验注入工艺方法.矿场应用实例矿场应用实例D1-14注入剖面注入剖面 0 100334243446.735.4测试日期:2004110432351.625.7360.31 0 10030.4319.990.334左右左右43.195.970.092005年8月29日334
23、24344323541200m3262m3可见,注入聚合物微球后有效地改善了层间矛盾可见,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.矿场应用实例矿场应用实例对应油井对应油井D3-014单采单采44层,层,含水从含水从97.7%下降到下降到94.2%。孤岛采油厂D1-14对应油井见效分析情况.矿场应用实例矿场应用实例对应油井对应油井36-310单采单采44,含水从,含水从96.8最低下降到至最低下降到至91.2,目前保持在,目前保持在9394。孤岛采油厂D1-14对应油井见效分析情况.汇汇报报提提纲纲1.2孤岛采油厂24516单井调剖实验 地质条件:地质条
24、件:砂岩结构砂岩结构 平均孔隙度平均孔隙度 33.933.9左右左右 平均渗透率平均渗透率 2260mD2260mD 孔孔 喉喉 直径直径 25-7025-70微米微米 温温 度度 70-80 70-80 度度 矿矿 化化 度度 8368mg/L8368mg/L原油粘度:原油粘度:地地 下下 747490mPa.s90mPa.s 地地 面面 50050020002000Pa.sPa.s应用微球:微米级微球应用微球:微米级微球H-2H-2,20042004年年1010月注入月注入24.924.9吨吨试验目的:试验目的:验证微球验证微球H-2H-2对高渗层调剖作用。对高渗层调剖作用。矿场应用实例矿
25、场应用实例.矿场应用实例矿场应用实例孤岛采油厂24516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,调驱后井是一线井中见示踪剂最早的一口井,调驱后见效明显,见效明显,目前含水下降目前含水下降5,平均日增油,平均日增油1.5t。对应油井对应油井24XN517.矿场应用实例矿场应用实例对应油井对应油井23X504试验时含水高达试验时含水高达98,试验初期含水波动变化,自,试验初期含水波动变化,自2006.12月以来含水月以来含水下降,下降幅度下降,下降幅度2。孤岛采油厂24516对应油井见效分析.矿场应用实例矿场应用实例对应油井对应油井23-209试验初期含水仍处于回返状况,自
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