渤海稠油活化水驱技术研究与试验.pdf
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1、第 卷第期 年 月中 国 海 上 油 气 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目“功 能 与 反 应 双 活 性 驱 油 链 元 在 多 孔 介 质 运 移 过 程 中 的 扩 链 机 制、反 应 动 态、监 控 与 调 节(编 号:)”、国家 科 技 重 大 专 项 课 题“海 上 油 田 化 学 驱 油 技 术(编 号:)”、中 海 石 油(中 国)有 限 公 司 综 合 科 研 课 题“渤 海 油 田 化 学 驱 提 高 采 收率 技 术(编 号:)”部 分 研 究 成 果。第 一 作 者 简 介:张 健,男,教 授 级 高 级 工 程 师,博 士,主 要 从 事 海 上 油 田 提 高
2、 采 收 率 技 术 和 油 田 化 学 研 究 与 应 用。地 址:北 京 市 昌 平 区 蓬 莱苑 南 街 中 海 油 科 技 园 区(邮 编:)。:。文 章 编 号:?()?:?引 用:张 健,华 朝,刘 玉 洋,等渤 海 稠 油 活 化 水 驱 技 术 研 究 与 试 验中 国 海 上 油 气,():,():渤 海 稠 油 活 化 水 驱 技 术 研 究 与 试 验张健,华朝,刘 玉 洋,王 秀 军,刘 义 刚,张洪,王 传 军,杨光,(海 洋 油 气 高 效 开 发 全 国 重 点 实 验 室北 京 ;中 海 油 研 究 总 院 有 限 责 任 公 司北 京 ;中 海 石 油(中 国
3、)有 限 公 司 天 津 分 公 司天 津 )摘要为 了 大 幅 提 高 地 层 黏 度 以 上 稠 油 采 收 率,设 计 研 制 出 一 种 能 有 效 提 高 水 相 黏 度 和 降 低油 相 黏 度 的 稠 油 活 化 剂。通 过 旋 转 滴 张 力 仪、接 触 角 仪、黏 度 计 和 岩 心 驱 替 等 手 段 考 察 了 活 化 剂 强 化 原 油 洗脱、长 程 长 效 降 黏 及 动 态 驱 调 提 高 采 收 率 机 理。结 果 表 明,岩 石油水 三 相 体 系 中 活 化 剂 溶 液 在 岩 石 表 面 接触 角 为 ,油 水 界 面 张 力 降 至 ;相 对 于 模 拟
4、水,活 化 剂 使 得 油 滴 在 石 英 表 面 的 黏 附 功 减 小 ,促 进 吸 附 在 岩 石 表 面 的 油 滴 洗 脱。现 场 受 效 井 取 样 分 析 结 果 表 明,活 化 剂 具 有 油 藏 尺 度 及“活 化 水 驱后 续 水 驱”全 开 发 周 期 的“拆 解”及“分 散”二 阶 长 程 长 效 降 黏 作 用,二 阶 复 合 降 黏 率 。三 层 非 均 质岩 心、平 板 均 质 岩 心 驱 替 实 验 表 明,活 化 剂 兼 具 水油 流 度 同 调 扩 大 波 及、强 化 洗 油 及 分 散 体 系 动 态 驱 调 提 高采 收 率 作 用,提 高 采 收 率
5、幅 度 分 别 达 、个 百 分 点。建 立 了 稠 油 活 化 水 驱 两 相 三 组 分 数 学 模 型,通 过室 内 实 验 结 果 反 演 验 证 了 模 型 的 准 确 性。选 取 渤 海油 田 边 部 井 组 开 展 了 稠 油 活 化 水 驱 试 验,取 得 了 预 期控 水 增 油 效 果,验 证 了 活 化 水 驱 作 用 机 理 及 技 术 可 行 性、可 推 广 性。关 键 词活 化 剂;稠 油;强 化 洗 脱;长 程 长 效 降 黏;数 值 模 拟;井 组 现 场 试 验中 图 分 类 号:文 献 标 识 码:犛 狋 狌 犱 狔 犪 狀 犱 犳犻犲犾 犱 狋犲 狊狋 狅
6、 犳 犪 犮狋犻狏 犪 狋 狅 狉 犳犾狅 狅 犱 犻 狀 犵 犳 狅 狉 犺 犲 犪 狏 狔 狅犻犾 犻 狀 犅 狅 犺 犪犻 狅犻犾犳犻犲犾 犱 ,(犖 犪 狋犻 狅 狀 犪 犾 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋狅 狉 狔 狅 犳 犗 犳 犳 狊 犺 狅 狉 犲 犗 犻犾 犪 狀 犱 犌 犪 狊 犈 狓 狆 犾 狅 犻狋 犪 狋犻 狅 狀,犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪;犆 犖 犗 犗 犆 犚 犲狊犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊狋犻狋 狌 狋犲 犔 狋 犱,犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪;犆 犖 犗 犗 犆 犆 犺 犻 狀 犪 犔 犻 犿 犻狋犲 犱,犜 犻
7、 犪 狀 犼犻 狀 犅 狉 犪 狀 犮 犺,犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 ,犆 犺 犻 狀 犪)犃 犫 狊狋狉 犪 犮狋:,第 卷第期张健 等:渤 海 稠 油 活 化 水 驱 技 术 研 究 与 试 验 ,犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊:;渤 海 稠 油 资 源 丰 富,占 总 探 明 地 质 储 量 的 一 半以 上。由 于 稠 油 流 动 能 力 差、水 驱 指 进 现 象 严 重和 波 及 效 率 低 等 不 利 因 素,其 动 用 程 度、采 油 速 率、采 出 程 度 一 直 偏 低,制 约 了 渤 海 稠 油 油 田 采 收 率 的大 幅 度 提 升 和 高 效 开 发。为 提 高 稠
8、 油 水 驱 采 收 率,国 内 外 学 者 纷 纷 借 鉴 传 统 的 提 高 原 油 采 收 率()技 术。聚 合 物 驱 是 常 规 技 术 中 应 用最 广 泛 的 方 法,它 增 加 了 水 相 的 黏 度,从 而 降 低 水 的流 动 性 并 扩 大 波 及 效 率。广 泛 接 受 的 筛 选 标准 建 议 将 作 为 聚 合 物 驱 经 济 适 用 的 原油 黏 度 上 限;随 着 稠 油 黏 度 增 大,常 规 聚 合 物 驱 技术 存 在 局 限:稠 油 黏 度 高、流 动 难,单 一 增 加 水 相黏 度 改 善 水 油 流 度 比 能 力 有 限;稠 油 对 岩 石 吸
9、附性 强,单 一 扩 大 波 及 体 积 功 能 无 法 提 高 洗 油 效 率;进 一 步 提 高 聚 合 物 浓 度 可 有 效 改 善 流 度 比,但带 来 注 入 难、剪 切 损 失 大、运 移 性 差 和 成 本 高 等 问题,对 于 海 上 平 台 空 间 小、大 井 距 开 发、注 入 量 大等,该 问 题 尤 为 突 出。表 面 活 性 剂 可 以 有 效 降 低油 水 界 面 张 力,生 成 水 包 油 乳 液,实 现 提 高 原 油 驱油 效 率 及 降 低 原 油 表 观 黏 度 的 作 用,然 而 其 通常 存 在 易 沿 高 渗 透 层 突 进、吸 附 损 耗 量 高
10、、采 出 液难 处 理 等 不 足。为 了 有 效 拓 宽 化 学 驱 在 海 上 稠 油 开 发 中 的 适 用范 围,针 对 地 层 黏 度 以 上 可 流 动 稠 油 储量 高 效 开 发,笔 者 开 发 了 稠 油 活 化 水 驱 新 技 术,探 索了 海 上 高 黏 原 油 经 济 有 效 提 高 采 收 率 新 途 径,其中 稠 油 活 化 剂 是 一 类 具 有 高 分 子 量 和 一 定 界 面 活性 的 水 溶 性 聚 合 物,具 有 提 高 水 相 黏 度、降 低 油 相黏 度、提 高 洗 油 效 率 等 多 功 能 特 点。活 化 剂 的 扩大 波 及 体 积 和 提 高
11、 洗 油 效 率 的 宏 观 表 现 与 聚表 二元 体 系 类 似,但 其 作 用 机 理 又 与 后 者 显 著 不 同,同时 避 免 了 聚表 二 元 驱 过 程 中 色 谱 分 离 效 应 的 发生,使 之 在 提 高 采 收 率 领 域 的 潜 力 备 受 关 注 。目前,该 类 驱 油 体 系 聚 集 体 结 构 、增 黏 性 能、流 变特 性、界 面 行 为,、降 黏 、驱 油 效 果 ,成 为 学 者 研 究 的 热 点,但 对 其 强 化 原 油 洗 脱、长 程长 效 降 黏 作 用 机 制 及 现 场 试 验 效 果 鲜 见 报 道,对活 化 剂 的 提 高 采 收 率 机
12、 理 的 认 识 尚 不 完 善。本 文利 用 室 内 实 验 和 现 场 试 验 研 究 活 化 剂 强 化 洗 油、“拆 解”及“分 散”长 程 长 效 降 黏 作 用 机 制,揭 示 活化 剂 全 程 动 态 驱 调 提 高 采 收 率 机 理,为 明 确 其 提高 采 收 率 原 理 及 海 上 稠 油 活 化 水 驱 技 术 推 广 具 有重 要 意 义。实 验 部 分 原 料 与 仪 器活 化 剂,自 制。活 化 剂 以 聚 丙 烯 酰 胺 为 骨 架,引 入 型 两 亲 功 能 单 体、调 控 分 子 亲疏 水 能 力单 体 和 高 位 阻 侧 基。模 拟 水,矿 化 度 ,主
13、要离 子 、中 国 海 上 油 气 年 月;质 量 浓 度 分 别 为 、;原 油 为 渤 海油 田 稠油;硅 片(),北 京 金 格 兰 石英 玻 璃 有 限 公 司 产 品。旋 转 滴 界 面 张 力 仪(美 国 公 司 产 品)、系 列 动 态静 态 接 触 角 仪(美国 科 诺 工 业 有 限 公 司 产 品)、光 学 显 微 镜(日本 公 司 产 品)、型黏 度 计(美 国 公 司 产 品)、搅 拌机、岩 心 驱 替 系 统(自 制)。实 验 方 法 界 面 张 力 测 试利 用 视 频 旋 转 滴 张 力 仪,测 定 条 件 下 原 油 与 不 同 质 量 浓 度 活 化 剂 溶
14、液 间 的界 面 张 力 稳 定 值。接 触 角 测 试利 用 系 列 动 态静 态 接 触 角 仪,测定 下 石 英油不 同 质 量 浓 度 活 化 剂 溶 液 体 系中 油 滴 在 石 英 表 面 上 的 接 触 角。降 黏 性 能 测 试将 原 油 与 活 化 剂 溶 液 按 油水 质 量 比 混合,恒 温,机 械 搅 拌 ()后,利 用 黏 度 计 测 定 时 稠 油活 化 剂 溶液 混 合 体 系 黏 度。岩 心 驱 替 实 验采 用 三 层 非 均 质 长 岩 心 及 二 维 均 质 平 板 岩 心 进行 驱 油 实 验,岩 心 尺 寸 分 别 为 、。实 验 步 骤:将 岩 心
15、烘 干、抽真 空 饱 和 水 后,根 据 饱 和 水 前 后 岩 心 质 量 差 计 算 岩心 孔 隙 度,采 用 变 流 速 法 饱 和 稠 油 模 拟 油(驱 替 实 验用 油 为 稠 油 与 煤 油 复 配 的 模 拟 油,以 模 拟 地 下 原 油黏 度),于 时 老 化 以 上;两 种 岩 心 中 驱 替速 度 分 别 为 和 ,于 时 水驱 至 产 出 液 含 水 率(体 积 分 数)达 到 时,转 注 (是 指 活 化 剂 溶 液 的 注 入 量 为 倍 的 岩 心 孔 隙 体 积)的 活 化 剂 溶 液,然 后 水 驱 至 产 液含 水 率 以 上。结 果 与 讨 论 活 化
16、剂 水 相 增 黏 作 用剪 切 前、后,活 化 剂 溶 液 黏 度 均 随 质 量 浓 度 增 加而 增 加(图),而 且 存 在 明 显 转 折 点(犮 处),转 折 点 之 后 活 化 剂 分 子 易 缔 合 作 用 形 成 致 密的 空 间 网 络 结 构,导 致 黏 度 大 幅 度 增 加。活 化 剂质 量 浓 度 高 于 时,剪 切 后 的 黏 度 仍 能超 过 ,驱 油 时 可 起 到 一 定 的 流 度 控 制作 用。图 剪 切 前 后 活 化 剂 溶 液 黏 度质 量 浓 度 曲 线()犉 犻犵 犆 狌 狉 狏 犲狊 狅 犳 狏犻狊 犮 狅 狊犻狋 狔 犪 狀 犱 犮 狅 狀
17、 犮 犲 狀 狋狉 犪 狋犻狅 狀 狅 犳 狋 犺 犲 犪 犮狋犻狏 犪 狋 狅 狉狊 狅犾狌 狋犻狅 狀 犫 犲犳 狅 狉 犲 犪 狀 犱 犪 犳狋犲 狉 狊 犺 犲 犪 狉犻 狀 犵()活 化 剂 对 稠 油 洗 脱 作 用 油 水 界 面 张 力活 化 剂 除 了 具 有 增 加 水 相 黏 度 能 力 外,还 能 改善 多 相 间 界 面 活 性,增 强 活 化 剂 溶 液 对 原 油 的 洗 脱能 力。不 同 质 量 浓 度 活 化 剂 溶 液 与 原 油 间 的 界 面 张力()结 果(图)表 明,的 活 化 剂 即 可使由 降 至 ,随 着 活 化 剂 质量 浓 度 增 加,最
18、终 能 够 降 低 至 ;活 化 剂溶 液 在 低 界 面 张 力 的 作 用 下,具 有 较 高 的 洗 油 效 率,不 会 发 生 色 谱 分 离 现 象,有 利 于 在 地 层 深 部 发 挥作 用。图 不 同 质 量 浓 度 活 化 剂 与 原 油 界 面 张 力()犉 犻犵 犐 狀 狋犲狉犳 犪 犮犻犪犾 狋犲 狀 狊犻狅 狀 犫 犲狋 狑 犲犲 狀 犺 犲 犪 狏 狔 狅犻犾 犪 狀 犱 狋 犺 犲 犪 犮狋犻狏 犪狋狅 狉犪 狋 狏 犪 狉犻狅 狌 狊 犿 犪 狊狊 犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋狉 犪 狋犻狅 狀 狊第 卷第期张健 等:渤 海 稠 油 活 化 水 驱 技 术 研 究
19、 与 试 验 石 英原 油水 三 相 接 触 角活 化 剂 溶 液 浓 度 对 石 英原 油溶 液 体 系 中 溶液 在 石 英 表 面 上 接 触 角()影 响 结 果(图)表 明,随 着 溶 液 浓 度 增 加,三 相 体 系 中 溶 液 在 石 英 表 面上 的 接 触 角 逐 渐 减 小,相 对 于 三 相 体 系 中 模 拟 水在 石 英 表 面 的 接 触 角 ,活 化 剂 溶 液在 稠 油 油 膜 表 面 的 接 触 角 降 至 。随 着 活 化 剂质 量 浓 度 增 加,活 化 剂 对 表 面 电 荷 调 控 作 用 增 强,导 致 静 电 斥 力 增 加,有 利 于 增 强
20、岩 石 表 面 亲 水 性及 启 动 油 滴。图 岩 石油水 三 相 体 系 接 触 角 图 像犉 犻犵 犆 狅 狀 狋 犪 犮狋 犪 狀 犵犾犲 犻 犿 犪 犵 犲 狅 犳 狋 犺 犲 狇 狌 犪 狉狋狕狊 狅犾狌 狋犻狅 狀犮 狉 狌 犱 犲 狅犻犾 狊 狔 狊狋犲 犿 油 滴 在 岩 石 表 面 黏 附 功岩 石油水 三 相 体 系 中 油 滴 在 石 英 表 面 上 的 黏附 功(犠犪)可 以 用 油 水 界 面 能()及 三 相 体 系 接触 角()来 表 示:犠犪 ()该 方 程 为 方 程,利 用 该 方 程 计 算 求得 不 同 活 化 剂 质 量 浓 度 下 石 英原 油溶
21、液 体 系 中 油滴 在 石 英 表 面 上 黏 附 功(表),随 着 溶 液 浓 度 增 加,三相 体 系 中 油 滴 在 石 英 表 面 上 的 黏 附 功 逐 渐 减 小,相 对于 模 拟 水 中 油 滴 在 石 英 表 面 的 黏 附 功 ,活 化 剂 溶 液 中 油 滴 在 石 英 表 面 的 黏 附功 减 小 ,降 至 ;此 时 油 滴 与 岩 石 之间 黏 附 作 用 很 小,油 滴 容 易 在 石 英 表 面 上 发 生 滚 动而 脱 离。表 岩 石油水 三 相 体 系 中 油 滴 在 石 英 表 面 上 的 黏 附 功犜 犪 犫 犾犲 犃 犱 犺 犲狊犻狅 狀 狑 狅 狉 犽
22、 狅 犳 狅犻犾 狅 狀 狇 狌 犪 狉狋狕 狊 狌 狉犳 犪 犮 犲 犳 狅 狉 狋 犺 犲狇 狌 犪 狉狋狕狊 狅犾狌 狋犻狅 狀犮 狉 狌 犱 犲 狅犻犾 狊 狔 狊狋犲 犿质 量 浓 度()黏 附 功()油 相 降 黏 作 用 拆 解 降 黏 作 用活 化 剂 与 原 油 在 界 面 处 发 生 作 用,导 致 油 水 界面 处 结 构 松 散,在 较 弱 搅 拌 作 用 下 原 油 即 可 分 散 成 小油 滴。为 研 究 活 化 剂 对 原 油 的 拆 解 降 黏 效 果,将 原 油与 活 化 剂 溶 液 形 成 的 分 散 体 系 充 分 静 置,分 散 体 系 降黏 率 随 静
23、 置 时 间 增 加 而 下 降,当 静 置 后 油 水 分散 体 系 脱 水 率 达 以 上,此 时 上 层 原 油 降 黏 率 仍大 于 (图);且 随 活 化 剂 质 量 浓 度 增 加,静 置 后上 层 油 相 降 黏 率 越 大。这 是 由 于 活 化 剂 对 稠 油 存 在界 面 吸 附渗 透拆 解滑 动 分 散 作 用,其 极 性 基 团 引入 水 膜 并 渗 透 带 入 稠 油 内 部 造 成 各 向 异 性,从 而 由 内向 外 实 现 稠 油 拆 解 降 黏,该 作 用 为 不 完 全 可 逆 过 程。图 活 化 剂稠 油 分 散 体 系 的 降 黏 率 随 静 置 时 间
24、 的 变 化犉 犻犵 犚 犲 犱 狌 犮狋犻狅 狀 狉 犪 狋犲 狅 犳 狏犻狊 犮 狅 狊犻狋 狔 狑 犻狋 犺 狊狋 犪 狀 犱 犻 狀 犵 狋犻 犿 犲 犻 狀 狋 犺 犲犱 犻狊 狆 犲 狉狊犻狅 狀 狊 狔 狊狋犲 犿 狅 犳 犪 犮狋犻狏 犪 狋 狅 狉 狊 狅犾狌 狋犻狅 狀 犪 狀 犱 犺 犲 犪 狏 狔 狅犻犾 分 散 降 黏 作 用将 原 油 与 活 化 剂 溶 液 形 成 的 分 散 体 系 充 分 静 置分 层 后,取 出 上 层 油 相 与 模 拟 水 混 合,形 成 新 的 分 散体 系 黏 度 减 小(表),说 明 吸 附 在 油 水 界 面 上 的 活化 剂 具
25、 有 持 续 降 黏 效 果;随 着 活 化 剂 质 量 浓 度 增 加,分 配 系 数 增 大(表),界 面 吸 附 的 活 化 剂 分 子 越 多,形 成 新 分 散 体 系 的 降 黏 率 也 逐 渐 增 大。活 化 水 驱 油过 程 中,活 化 剂 分 子 吸 附 在 油 水 界 面 运 移 到 油 层 深部,遇 到 新 油后 续 水 驱 时,吸 附 在 油 水 界 面 的 活 化剂 持 续 发 挥 作 用,表 现 出 长 程 降 黏 效 果。中 国 海 上 油 气 年 月表 活 化 剂 在 油 水 界 面水 相 中 分 配 系 数 及 聚 并 原 油重 新 分 散 后 的 降 黏 率
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