微球深部调驱技术介绍

聚合物微球深部调驱技术中国石油大学2010年6月第一部分：微球调驱材料研究第二部分：矿场应用实例汇报提纲第一部分：微球调驱材料研究1国内外现状及发展趋势2基本思路3活性微球深部调剖机理汇报提纲提高驱替液的粘度使用各种调剖技术收率的途径提高原油采提高注入液的波及体积提高注入液的洗油效率表面活性剂复合驱1国内外现状及发展趋势调剖技术种类无机型调剖技术聚合物型调剖技术泡沫型调剖技术无机型沉淀型无机型颗粒型聚丙烯酰胺聚合物凝胶两相泡沫调剖三相泡沫调剖1国内外现状及发展趋势NaSiOHClHSiONaCl232322NaSiOCaClCaSiONaCl23232332324323324NaSiOAlSOAlSiONaSO作用原理：技术特点：生成的沉淀为絮状，粒径较大，强度大，耐温耐盐性能良好，有效的堵塞地下的大孔道和裂缝，其不具备压缩性，进入性差,不能深部调剖。无机沉淀型注水井生产井高渗透层低渗透层含水量H2SO4+CaCO3→CaSO4+CO2+H2OH2SO4+MgCO3→MgSO4+CO2+H2OFeSO4+2H2O→Fe(OH)+H2SO41国内外现状及发展趋势１.1无机型材料无机型颗粒型特点：封堵后不能继续向地层深部移动；颗粒型堵剂在现场应用，还存在注入困难和封堵半径小的问题。如：石灰乳调剖，粘土/水泥分散体调剖，水膨体调剖１国内外现状及发展趋势泡沫型调剖技术R1R2水泡沫气泡界面通过变形对液流产生贾敏效应。特点:调剖效果好，是一种新的方向，需解决气源的问题。贾敏效应可以叠加，对水流产生很高的阻力。１.2泡沫型材料１国内外现状及发展趋势聚合物凝胶聚合物溶液LPS整体凝胶弱凝胶聚合物溶液金属离子HPAM300ppmHPAM5000ppm弱凝胶整体凝胶LPS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。１国内外现状及发展趋势１.3聚合物材料１.4调剖失败的形式之一:由于大孔道的存在不能造成堵塞，调剖剂完全失效。2国内外现状及发展趋势之二:调剖剂对层位选择性差，调剖后堵塞低渗层。2国内外现状及发展趋势１.4调剖失败的形式之三:调剖深度浅，注入水绕流，调剖有效期短。2国内外现状及发展趋势１.4调剖失败的形式2国内外现状及发展趋势深部调剖目的是将调剖剂送至地层深部，能够随着注入水不断向前运移，调剖剂逐级对地层孔喉进行封堵，使注入水在油藏中不断改变流向，最大限度的提高注入水的波及体积。调剖剂满足“进得去、堵得住、能移动”的要求！！深部调剖技术第一部分：微球调驱材料研究1国内外现状及发展趋势2基本思路3活性微球深部调剖机理汇报提纲2基本思路针对油藏：1、聚合物驱不适用的油藏(低渗高温高盐)，改善水驱效果2、聚合物驱后中高渗透油田，进一步提高采收率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、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。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，扩大水波及体积•堵塞水的通道在油藏深部孔喉处堵塞“水通道”，提高局部压差，扩大微观、宏观波及体积。选择孔喉作为工作部位，实现液流改向2基本思路2基本思路材料的技术要求1、要求在吸水膨胀前，直径远远小于地层孔喉直径（纳米级）2、要求在吸水膨胀后，直径达到微米甚至几十微米，体积可控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个月，速度可控4、要求根据不同的地层，吸水微球的弹性可控，用于调节阻力系数5、要求生产成本低于现有驱油聚合物，降低注入成本6、要求注入工艺简单2基本思路阴离子型中性阳离子型尺寸控制技术10nm～10mm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及微球大小与地层孔喉的匹配关系第一部分：微球调驱材料研究1项目来源2国内外现状及发展趋势3活性微球深部调剖机理汇报提纲3活性微球深部调剖机理用微乳技术可以合成具有以上结构的聚合物微球水化层交联聚合物层凝胶核Kr8r：孔隙半径1～20μmK:渗透率Φ：孔隙率微球种类1：初始粒径为纳米，膨胀后架桥封堵。3.1微球的种类3活性微球深部调剖机理微球种类2：初始粒径为纳米，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，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。3活性微球深部调剖机理遇水膨胀++---++++------+++----------++++++++++----------++++++++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，注入容易，可以用污水直接配制。微球种类3：初始粒径为微米，膨胀后彼此粘结封堵3活性微球深部调剖机理水化前聚合物微球A的TEM照片微球水化膨胀图片3活性微球深部调剖机理水化时间：一天70度，10000ppm矿化度微球水化膨胀后光散射测的粒径分布3活性微球深部调剖机理水化时间：7天聚合物微球外部发生水化3活性微球深部调剖机理水化时间：14天聚合物微球从外到内大部分水化3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70℃，10000ppm矿化度七天随着水化时间明显增大一天十四天3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四天后的显微镜照片微乳聚合微球照片(产品编号:D-2),初始尺寸:100-400纳米.3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活性微球深部调剖机理分散聚合微球照片,初始尺寸:20-50微米3活性微球深部调剖机理分散聚合微球照片,初始尺寸:40-60微米3活性微球深部调剖机理分散聚合微球照片,初始尺寸:60-100微米3活性微球深部调剖机理H-1微球透射电镜图片H-1微球扫描电镜图片3活性微球深部调剖机理3.2微球封堵机理三球架桥理论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1/3倍孔喉直径，在地层表面形成外滤饼。2）颗粒粒径在（1/3～1/7）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1/7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300ppm，注入微球的用量为孔隙体积的0.3pv。室内进行岩心试验说明具有深部调剖的能力。3活性微球深部调剖机理3.3微球的封堵性3活性微球深部调剖机理020040060080010001200140016000102030405060BCDE压力（mmHg）Time（minutes）注球注水注水初步的驱油实验表明：注入容易、驱油高效40060080010001200140016000510152025总出液量（20mL）油量（mL）水量（mL）油水含量时间（分）注水注球注水压力变化20mL为单位的油水变化3.4微球的驱油性能3活性微球深部调剖机理3.5微球可视化模型3.6活性微球的基本特性3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/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“进得去、堵得住、能移动”第一部分：微球调驱材料研究第二部分：矿场应用实例汇报提纲１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．２矿场应用实例1.1孤岛采油厂D1-14单井试验地质条件：砾石砂岩结构平均孔隙度30％左右平均渗透率～3000mD孔喉直径0.6μm-200μm温度70～80度矿化度8800mg/L原油粘度：地下50～150mPa.s地面3000～4000ｍPa.s应用微球：可与钙镁离子作用的纳米级微球A155吨试验目的：验证微球对高渗层调剖堵水作用２矿场应用实例注入方案设计2004年12月2日开始注入，纳米球乳油浓度1500mg/L，完成日配注量200立方。2005年4月7日停注。共注入55吨调驱剂，转后续水驱观察效果。注入工艺纳米球液体储罐计量泵流量计注水井压力表节流阀门简单，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注水干线孤岛采油厂D1-14单井试验注入工艺方法２矿场应用实例D1-14注入剖面0100334243446.735.4测试日期：2004110432351.625.7360.31010030.4319.990.334左右43.195.970.092005年8月29日33424344323541200m3262m3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２矿场应用实例对应油井D3-014/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式04/8/104/9/104/10/104/11/104/12/105/1/105/2/105/3/105/4/105/5/105/6/105/7/105/8/105/9/105/10/105/11/105/12/1含水日油单采44层，含水从97.7%下降到94.2%。孤岛采油厂D1-14对应油井见效分析情况２矿场应用实例对应油井36-310单采44，含水从96.8％最低下降到至91.2％，目前保持在93～94％。/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式04/9/2804/10/2204/11/1504/12/905/1/205/1/2605/2/1905/3/1505/4/805/5/205/5/2605/6/1905/7/1305/8/605/8/3005/9/2305/10/1805/11/1005/12/405/12/2806/1/2106/2/1406/3/1006/4/306/4/2806/5/2106/6/14含水日油孤岛采油厂D1-14对应油井见效分析情况汇报提纲1.2孤岛采油厂24×516单井调剖实验地质条件：砂岩结构平均孔隙度33.9％左右平均渗透率～2260mD孔喉直径25-70微米温度70-80度矿化度8368mg/L原油粘度：地下74～90mPa.s地面500～2000ｍPa.s应用微球：微米级微球H-2，2004年10月注入24.9吨试验目的：验证微球H-2对高渗层调剖作用。２矿场应用实例２矿场应用实例孤岛采油厂24×516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，调驱后见效明显，目前含水下降5％，平均日增油1.5t。对应油井24XN517２矿场应用实例对应油井23X504试验时含水高达98％，试验初期含水波动变化，自2006.12月以来含水下降，下降幅度2％。孤岛采油厂24×516对应油井见效分析２矿场应用实例对应油井23-209试验初期含水仍处于回返状况，自2006.11.20日以来含水下降，下降幅度3％。孤岛采油厂24×516对应油井见效分析２矿场应用实例油藏条件：高渗、高盐渗透率：2257md孔喉直径7.4微米-47.2微米注入水：海水矿化度32611mg/L，Ca，Mg离子含量1707.6mg/L温度：67度原油粘度：地下50.4mpa.s层间层内非均质性严重，油井含水上升速度非常快。采取的基本思路：先进行层间调整，后进行层内调