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化學驅高黏油藏大幅度提高采收率技術 版權信息
- ISBN：9787030671059
- 條形碼：9787030671059 ; 978-7-03-067105-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
化學驅高黏油藏大幅度提高采收率技術 內容簡介
本書以國家重大專項的科研成果為基礎，針對高粘油藏指進嚴重、原油啟動難度大、常規化學驅技術提高采收率幅度有限的難題，以化學復合驅油理論為基礎，以驅油劑和驅油體系研發為核心，以數值模擬技術、驅油劑質量監測技術和配套工藝技術為重點，對化學復合驅油理論認識突破、適合高粘油藏驅油體系研發、適合高粘油藏數值模擬技術和配套工藝技術進行了詳細論述，高粘油藏化學驅油技術礦場應用情況較好，已累積產油816萬噸，連續產油保持100萬噸以上，化學驅原油粘度界限拓展到1000mPa.s以上。
化學驅高黏油藏大幅度提高采收率技術 目錄
目錄
前言
**章 化學驅高黏油藏提高采收率機理 1
**節 復合驅油理論 2
一、波及效率 3
二、驅油效率 4
第二節 高黏油藏化學驅機理 8
一、分子模擬 8
二、固液界面附著功對采收率的影響 22
三、附著功與提高采收率關系 28
第二章 化學驅油劑合成及體系設計 30
**節 高黏彈超高分聚合物研發 30
一、高黏油藏流度控制黏彈性界限 30
二、高黏彈超高分聚合物合成 34
三、高黏彈超高分聚合物結構表征 38
四、高黏彈超高分聚合物溶液微觀聚集形態表征 41
五、基本物化性能及應用性能研究 46
六、黏彈性及流變性研究 49
七、滲流規律及驅油機理研究 59
第二節 表面活性劑設計與合成 72
一、勝利油田石油磺酸鹽分子結構設計與合成 72
二、低聚長鏈表面活性劑設計與合成 75
第三節 高黏油藏高效驅油體系研發 84
一、表面活性劑體系優化 85
二、表面活性劑與聚合物相互作用 87
三、提高采收率物理模擬實驗研究 88
第三章 高黏油藏化學復合驅配套技術 89
**節 數值模擬技術 89
一、高黏油藏化學驅模型 90
二、高黏油藏化學驅數值模擬 92
三、井組注入量優化數學模型 93
第二節 高黏彈超高分聚合物質量控制技術 98
一、多孔介質中有效黏度測試裝置 99
二、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度和表觀黏度 99
三、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度和提高采收率 100
四、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度測試 101
第三節 高黏油藏舉升工藝配套技術 102
一、低阻防砂工藝 102
二、高速水打通道解堵充填防砂工藝 105
三、空心桿過泵降黏工藝 107
第四節 動態跟蹤評價技術 109
一、注入系統動態變化 109
二、生產系統動態變化 110
第四章 高黏油藏化學驅礦場應用實例 113
**節 孤島東區Ng3—Ng4高黏油藏化學復合驅 113
一、油藏地質特征 113
二、水驅開發狀況 116
三、剩余油分布研究 117
四、高黏油藏化學復合驅參數優化 119
五、高黏油藏化學復合驅礦場實施效果 121
第二節 孤島油田B21塊Ng3—Ng4高黏油藏聚合物驅 124
一、油藏地質特征 124
二、水驅開發狀況 137
三、剩余油分布研究 141
四、高黏油藏聚合物驅方案設計 142
五、礦場應用效果 142
參考文獻 145
前言
**章 化學驅高黏油藏提高采收率機理 1
**節 復合驅油理論 2
一、波及效率 3
二、驅油效率 4
第二節 高黏油藏化學驅機理 8
一、分子模擬 8
二、固液界面附著功對采收率的影響 22
三、附著功與提高采收率關系 28
第二章 化學驅油劑合成及體系設計 30
**節 高黏彈超高分聚合物研發 30
一、高黏油藏流度控制黏彈性界限 30
二、高黏彈超高分聚合物合成 34
三、高黏彈超高分聚合物結構表征 38
四、高黏彈超高分聚合物溶液微觀聚集形態表征 41
五、基本物化性能及應用性能研究 46
六、黏彈性及流變性研究 49
七、滲流規律及驅油機理研究 59
第二節 表面活性劑設計與合成 72
一、勝利油田石油磺酸鹽分子結構設計與合成 72
二、低聚長鏈表面活性劑設計與合成 75
第三節 高黏油藏高效驅油體系研發 84
一、表面活性劑體系優化 85
二、表面活性劑與聚合物相互作用 87
三、提高采收率物理模擬實驗研究 88
第三章 高黏油藏化學復合驅配套技術 89
**節 數值模擬技術 89
一、高黏油藏化學驅模型 90
二、高黏油藏化學驅數值模擬 92
三、井組注入量優化數學模型 93
第二節 高黏彈超高分聚合物質量控制技術 98
一、多孔介質中有效黏度測試裝置 99
二、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度和表觀黏度 99
三、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度和提高采收率 100
四、高黏彈超高分聚合物在多孔介質中有效黏度測試 101
第三節 高黏油藏舉升工藝配套技術 102
一、低阻防砂工藝 102
二、高速水打通道解堵充填防砂工藝 105
三、空心桿過泵降黏工藝 107
第四節 動態跟蹤評價技術 109
一、注入系統動態變化 109
二、生產系統動態變化 110
第四章 高黏油藏化學驅礦場應用實例 113
**節 孤島東區Ng3—Ng4高黏油藏化學復合驅 113
一、油藏地質特征 113
二、水驅開發狀況 116
三、剩余油分布研究 117
四、高黏油藏化學復合驅參數優化 119
五、高黏油藏化學復合驅礦場實施效果 121
第二節 孤島油田B21塊Ng3—Ng4高黏油藏聚合物驅 124
一、油藏地質特征 124
二、水驅開發狀況 137
三、剩余油分布研究 141
四、高黏油藏聚合物驅方案設計 142
五、礦場應用效果 142
參考文獻 145
展開全部
化學驅高黏油藏大幅度提高采收率技術 節選
**章 化學驅高黏油藏提高采收率機理 自中華人民共和國成立以來，石油工業迅猛發展，探明已開發油氣資源的平均采油率接近世界先進水平。但由于我國人均占有油氣資源量相對較低，仍是一個油氣資源匱乏的國家。自1993年成為石油凈進口國后，2019年我國原油消耗對外依存度已接近70%。為保持國內油氣資源自給量的較高份額，不斷提高已開發資源的采收率，石油開發科技人員為之不斷努力，其發展方向就是三次采油技術。自“九五”以來，以大慶、勝利兩大油田聚合物驅為代表的三次采油技術得到工業化應用。到“十五”時期末，年產原油1500×104t以上(不含重油)，約占國內原油總產量的8.7%。三次采油已成為高含水期油田持續高效開發的一項主導技術。 隨著化學驅技術應用規模的不斷擴大，化學驅發展面臨優質資源不足的挑戰。例如，勝利油田到“十二五”時期末，Ⅰ、Ⅱ類剩余可動儲量只有3000×104t，資源接替不足。根據聚合物驅的動態變化特點，在見效高峰期以后年產量遞減達25%～30%，彌補這部分產量需提前兩年投入相當規模的儲量。勝利油田聚合物驅油藏條件、井網井況適用性較好的Ⅰ、Ⅱ類優質資源動用率已超過 90%，對三次采油的持續穩定發展極為不利。 依據化學驅篩選評價標準，國內外通行的地層原油黏度小于100mPas，如1984年美國能源部頒布的NPC標準。對于地層原油黏度為100～500mPas的普通稠油油藏統稱為化學驅高黏油藏。化學驅高黏油藏稠油資源十分豐富，主要分布在加拿大、美國、委內瑞拉和中國。隨著經濟社會的不斷發展，對石油的消耗逐年增加，成功開采化學驅高黏油藏資源變得越來越重要。對于高黏油藏，一次采油后主要采用注水和蒸汽熱采開發，水驅水油流度比高，導致波及效率較低，一般只能采出石油原始地質儲量(OIIP)的5%～10%；熱采方法中*成功的是蒸汽吞吐和蒸汽輔助重力驅油(SAGD)技術。熱采開發的主要原理是降低原油黏度，提高其流度，此類技術對厚油層和沒有底水時非常有效。當油層太薄(小于10m)和埋藏太深(大于1000m)，或存在底水時，熱量損失嚴重，制約熱采技術的應用，同時在熱采后期油氣比降低，經濟效益變差，因此需要轉換開發方式，探索非熱采方法，提高高黏油藏采收率方法。 聚合物驅研究始于美國，于20世紀70年代應用到現場，可提高原油采收率9%以上。其提高采收率的主要機理是降低水油流度比，提高波及效率。國內聚合物驅技術相繼在大慶、勝利、渤海油田等得到應用，配套技術也得到了較快發展，聚合物驅技術已較為成熟地應用到開采普通原油。20世紀末美國學者研究聚合物驅現場應用時認為，聚合物驅適用于油藏原油黏度*大為126mPas，對于更高黏度油藏，聚合物改善水油流度比有限，導致驅替相“指進”嚴重，提高采收率幅度遠低于常規黏度油藏。聚合物/表面活性劑二元復合驅是一種可以充分發揮表面活性劑和聚合物的協同作用來提高原油采收率的方法。二元復合驅充分利用稀體系表面活性劑溶液和聚合物的協同作用，驅油顯著地優于單一的聚合物驅或表面活性劑驅。但對于地層原油黏度超過150mPas的高黏油藏，二元復合驅室內試驗提高采收率不足10%，而對于常規黏度原油，提高采收率20%以上。聚合物驅技術和二元復合驅技術已經成為我國主要的大幅度提高原油采收率的技術方法。 隨著化學驅油理論認識的進步，勝利油田研發了適合高黏油藏大幅度提高采收率的高效化學復合驅體系，建立了高黏原油化學復合驅方法，并完善配套高黏油藏化學復合驅提高采收率技術，成功地將化學驅應用于原油黏度為100～500mPas的油藏，到2019年底，高黏油藏化學復合驅技術已應用8個單元，動用儲量7220×104t，已累計增油487×104t，累計產油816×104t，增加可采儲量823×104t。連續5年年產油保持在100×104t以上，占勝利油田化學驅年產油的41%；年增油50×104t以上，占55%；年增加可采儲量83×104t，占油田老區的7.9%，取得顯著效果和經濟效益。勝利油田有高黏油藏化學驅資源3.7×108t，可增加可采儲量3960×104t。高黏油藏化學驅油技術已經成為勝利油田老油田大幅度提高采收率的主導技術之一，為勝利油田穩產發揮重要的支撐作用，并且該項技術的突破也給國內外同類型油藏提高采收率提供重要的指導作用。 **節 復合驅油理論 原油采收率是采出地下原油原始儲量的百分數，即采出的原油量與原始地質儲量的比值，是一個油田的油藏地質、流體性質和相應的開采措施的綜合指標，它取決于驅油劑在油藏中的波及體積和驅油效率，可表示為 (1-1) 式中，ER為原油采收率，%；Np為采出油量，104t；N為原始地質儲量，104t；EV為波及效率，即驅油劑在油藏中波及的孔隙體積與油藏總孔隙體積的比值，%；ED為驅油效率，即驅油劑波及范圍內所驅替出的原油體積與總含油體積的比值，%。 目前，采油主要是利用向油層注入水的方法進行驅油。由于油層的非均質及水油的黏度差，使注入水前緣不規則，地層中有些部位沒有受到水的波及，另外在水波及的區域，油并沒有全部被驅走，使一些油殘留在孔隙中。因此，要提高原油的采收率主要從擴大波及效率和提高驅油效率這兩個方面著手。 復合驅比單一驅油方法采收率更高，主要是由于復合驅中的聚合物和表面活性劑之間有協同效應，它們在其中起著各自的作用。聚合物的作用是：①改善表面活性劑溶液對油的流度比；②對驅油介質的稠化，可減小表面活性劑的擴散速度，從而減小它們的損耗；③可與鈣、鎂離子反應，保護了表面活性劑，使它不易形成低表面活性的鈣、鎂鹽；④提高表面活性劑所形成的水包油乳狀液的穩定性，使波及效率和洗油能力有較大提高。表面活性劑的作用是：①可以降低聚合物溶液與油的界面張力，提高洗油能力；②可使油乳化，提高驅油介質的黏度；③若表面活性劑與聚合物形成絡合結構，可提高聚合物的增黏能力。 一、波及效率 驅油劑在油藏中波及的孔隙體積與油藏總孔隙體積的比值(波及效率)EV可以分解為縱向波及效率和平面波及效率的乘積： EV=EAEI(1-2) 式中，EA為平面波及效率，即驅油劑波及的面積與注入井和生產井控制的含油面積之比；EI為縱向波及效率，即驅油劑在垂向上波及的厚度與油層總厚度之比。 影響波及效率的因素主要如下。 (一)油藏巖石的非均質性 油層的非均質性可以分為垂直剖面上、平面上的巖石滲透率差異及分布，儲油層間的巖石滲透率差別及分布一般用儲油層巖石變異系數VDP表示，VDP的變化范圍為0～1，絕對均勻的巖層VDP=1。我國主要油田如大慶、勝利、大港等油田的VDP一般為0.6～0.7。 油層滲透率在垂直剖面上的非均質性將導致油層水淹厚度不均一。因注入水沿不同滲透率層段推進速度快慢各異，當滲透率級差增大時，常常出現明顯的單層突進，高滲透層見水早，造成水淹厚度小，波及效率低。 滲透率在平面上的各向非均質性導致平面上水線推進不均勻，使有的水井過早見水和水淹。 (二)儲層中驅替相與被驅替相之間流動的差異 流體在多孔介質中的流動能力可以用流度來表示： (1-3) 式中，M為流體的流度；KL為流體的有效滲透率，為流體的黏度，mPas。 驅替相和被驅替相間的流度關系用流度比表示。水驅時： (1-4) 式中，M為水驅油時的流度比；λ0為油的流度；λw為水的流度；Kro為油的相對滲透率；Krw為水的相對滲透率；μ0為油的黏度；μw為水的黏度。 當水的流動能力小于原油的流動能力時，即M＜1，驅替是在有利的情況下進行，則波及效率高；反之，當M＞1，即水的流動能力大于原油的流動能力時，驅替是在不利的情況下進行的，這時，將發生“指進”現象。 在水中加入聚合物后，驅替相的黏度明顯增大，從而降低了水油流度比，克服了驅替相的“指進”，使平面推進更加均勻，從而提高了平面波及效率。聚合物驅過程中的流度比可表示為 (1-5) 式中，Mpo為聚合物溶液驅油時的流度比；λp為聚合物溶液的流度；λt為油水混合帶的流度；Krp為聚合物溶液的相對滲透率；μp為聚合物溶液的黏度。 同時，在縱向上聚合物溶液仍然首先進入滲透性*好的高滲透層，并沿阻力相對較小的大孔道滲流。但由于一方面聚合物在孔壁上的吸附，有效可流動半徑減小；另一方面聚合物溶液黏度大，具有較大的摩擦阻力，造成滲流阻力增加，迫使注入的聚合物溶液進入中低滲透層和由高滲透層向相鄰的中低滲透層波及，從而改善縱向波及效率，增加吸水厚度，*終提高原油采收率。 二、驅油效率 驅油效率ED可表示為 (1-6) 式中，為油層孔隙中目前平均含油飽和度；為油層孔隙中原始含油飽和度。 驅油效率與原油在巖石孔隙中的分布狀態有關。原油在巖石孔隙中通常與束縛水共存，因此，孔隙中存在油-水、油-巖石、水-巖石的復雜界面現象，在水驅過程中便出現毛細管滯留現象，使滯留的原油以油滴、油塊、油膜的形式分布于孔喉、孔壁。為描述巖石中滯留的油在驅替液驅替過程的運動關系，巖石中滯留的油在驅替液驅替過程的運動關系用毛細管準數(以下簡稱毛細管數)描述，定義如下： (1-7) 式中，Nc為毛細管數；V為注入流體的達西速度；為注入流體黏度；為油水界面張力。 為確定勝利油藏條件下驅油體系*低界面張力，通過三種方法進行研究。 (一)通過孔隙介質毛細管壓力確定 在二相滲流過程中，每一個有兩相存在的毛細孔隙中，都同時存在著黏滯力和毛細管力，可以用毛細管數的大小來表征二相滲流過程中動力和阻力的相對影響，即黏滯力與毛細管力的相對影響。它決定著不同毛細管中油滴的不同運動狀態、滯留位置和滯留油滴的大小。在特定的孔隙介質中，對于存在不同孔隙、不同大小的油滴，其能否開始移動，都直接和毛細管數Nc的大小有關，即和黏滯力與毛細管力哪一個占優勢以及占優勢的程度如何有關。 勝利孤東七區西Ng54—Ng61層油藏條件下，毛細管數的計算如下： 式中，μw為水的黏度；v為水線推進速度。 在這種條件下，要使一個油滴活化遇到的阻力假設如下： 假設砂巖孔隙的喉道半徑r大約為5μm，設一油滴的長度約為孔喉的20倍，即L= 1×10–2cm，則該油滴在喉道的毛細管壓力梯度可近似表示為 在目前工藝條件下，勝利油田一般水驅所能達到的壓力梯度大約為355Pa/cm，遠小于使上述油滴活化所需要的壓力梯度數值。 當驅動壓力梯度大于或等于毛細管壓力梯度時，束縛油滴開始活化，即當時，油滴活化。其中： (二)通過毛細管減飽和度曲線(CDC)確定 由毛細管數與驅油效率、剩余油飽和度曲線(圖1-1)可知，隨著Nc的增大，驅油效率η增加：當Nc=10–6，η為60%；當Nc=10–2；η高達90%。 *大限度地追求高驅油效率是復合驅配方設計的要求。在考慮技術及經濟條件的前提下，確定界面張力值為5.0×10–3mN/m。 圖1-1 毛細管數與驅油效率和剩余油飽和度關系 (三)通過物理模擬試驗結果確定 圖1-2是單一聚合物驅與二元驅含水率變化與提高采收率對比曲線，結果表明：二元驅提高采收率要高于單一聚合物驅與單一活性劑驅的和。二元驅含水變化比單一聚合物驅漏斗寬，*低含水點低。
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