国内外堵水调剖技术的现状与发展

国内外堵水调剖技术的现状与发展2006-5-5国内外堵水调剖技术的现状与发展我国陆上石油80％以上是靠注水开发的。一个油藏往往由多个油层组成，由于各油田渗透性的差异，注人水将沿高渗透层突进，造成油井过早水淹。因此对于注水开发的油田产水是一个普遍问题，及时弄清产水层和产水方向，采取合理有效的措施——即调剖、堵水措施是非常必要的。一、国内外油井堵水工艺技术现状1、国外堵水、调剖技术研究和发展现状国外早期使用非选择性的水基水泥浆堵水，后来发展为应用原油、粘性油、憎水的油水乳化液、固态烃溶液和油基水泥等做为选择性堵剂。1974年，Needham等人指出，利用聚丙烯酰胺在多孔介质中的吸附和机械捕集效应可有效地封堵高含水层，从而使化学堵水调剖、技术的发展进人了新的阶段。70年代末到80年代初油田化学堵水技术得到了较好的应用和发展，后来发展成为注水井调剖技术、深部调剖技术。1.1堵水调剖物理模拟研究国外许多学者对堵水调剖的机理、堵剂的封堵性能和堵剂的选择性进行了研究。White利用岩心实验研究了水解聚丙烯酞胺的堵水作用机理，可归纳为：吸附理论即亲水膜理论；动力捕集理论；物理堵塞理论。交联聚合物的封堵作用主要表现在物理堵塞L.Dawe、Liang等人分别利用微观模型和Berea砂岩岩心实验研究了聚合物冻胶堵水不堵油的原因，其结果认为油水流动通道的分离可能是造成冻胶对油水相渗透率不均衡减少的根本原因。Seright利用Berea砂岩采用示踪剂等技术研究了渗透率、堵后注水速度、岩性、冻胶性能等因素对堵剂封堵性能的影响，结果认为强冻胶可使不同渗透率的岩心减少到近似同一个值，对于弱冻胶，渗透率越高，封堵率越大；堵后的残余阻力系数随注水速度的增大而减少，并具有较好的双对数关系。总之，国外在堵水调剖物理模拟方面做了大量的研究工作，其中许多结论对实践具有较大的指导意义。1.2堵剂研究和应用近20年来，水溶性聚合物类堵剂在油田得到了广泛的应用。独联体各国对聚丙烯睛堵水有广泛的研究和应用，同时还使用了有机硅、水泥、泡沫及化工副产品作为堵剂；美国以聚丙烯酞胺冻胶为主，同时还使用了生物聚合物、水玻璃、油基水泥及微细水泥堵剂，经过多年的研究和应用，美国和苏联均形成了一套比较完备的适应各种地层、温度等条件的堵水调剖剂，并进行了系列化研究，对堵剂的适用条件进行了筛选，如前苏联油井大修科学研究院等单位制定的《堵水工艺和堵水剂选择规程》指出，应根据地质工艺条件选择有效的堵水方法和堵水剂，规程中对各类堵剂的适用条件和范围进行了研究。堵剂在油田堵水调剖中占有最重要的地位所以倍受重视，发展也很快。我们在下文专门进行介绍。1.3决策技求数值模拟方法是预测、评价油田开发和措施调整效果的有效方法。法国石油研究院、美国能源部。澳斯丁大学、塔尔萨大学、哈里伯顿石油公司、英国AEA技术咨询公司等投入了大量的精力致力于此方面的研究，在工作站上研制出相应的软件，并应用于现场指导施工设计。如哈里伯顿公司的KTROL程序可用来模拟单井堵水调剖的施工过程，预测措施后产液或吸水剖面、优选注人量、注人压力、注入速度等施工参数。英国AEA技术咨询公司研制的三维三相多组分模拟器Scorpio53，考虑了温度场的影响，具有较好的前后处理功能。这些软件的应用为堵水调剖方案的制定和操作达到科学化、定量化，为提高堵水调剖措施的成功率提供了有力的工具。哈里怕顿公司研制的堵水专家系统XERO，具有判断油井出水原因、优选堵剂种类、进行方案设计等功能。1.4示踪剂技术水驱开发油藏中应用井间示踪剂技术已有多年的历史，最初只用来定性地了解地下流体运动状况。70年代末，D．Yuen和M．Abbaszadeh先后在Brigham和Smith提出的五点井网中示踪剂流动特性预测方法基础上，提出了用井间示踪资料解释油藏非均质特性，使井间示踪资料的解释向定量化发展，80年代末，加拿大ESSO公司的K．N．Wood等人，在Cook专利基础上，提出了利用井问示踪剂技术确定水淹层剩余油饱和度的理论和方法，并在矿场实践中得到验证，这些研究成果，把井间示踪技术推向更加实用和指导油田开发的新阶段，在堵水调剖矿场试验中，井问示踪技术是评价措施的有效性、指导数值模拟、建立较为切合实际的地质模型的重要依据。1.5施工设备美国几个主要的技术服务公司如哈里伯顿、道威尔等都配套了从设计到施工的一套技术，从而使设计实现了计算机化和程厅化。主要公司均配备了专门进行堵水的专用设备，包括聚合物破碎、混合和堵剂的注人设备及其计算机控制系统，对堵水调剖施工进行自动监测。1.6深部调剖技术深度调剖的主要作用机理为：使用不同的方法使注入的化学调剖剂进人油层深部后堵塞水流通道，使油藏中的液流改向，提高波及系数，提高原油采收率。采用该方法可有效地解决近井地带调剖无法解决的层内窜流问题，这项技术使堵水调剖工作迈出了新的一步。最近国外新研制的深部调剖剂有微生物类、沉淀类、冻胶类和胶态分散冻胶类等。如G．E．Jennemen等人在北Burbank区块利用微生物进行的先导实验，美国Akzo化学公司LIAVE等在NorthBurbank开发区进行的表面活性剂一酒精调剖，HarwellJ．H．等人采用的两种混合后形成沉淀的表面活性剂进行的调剖，Dowell公司的ChanK．巳研制的粘度低、交联时间可控，可进入油层深部的非聚合物冻胶体系以及Tiorco公司R.CFle．meng等人研究的胶态分散凝胶等技术都可用于深部调剖作业，尤其是胶态分散凝胶技术的研究和应用既解决了井底冻胶处理无法解决的窜流问题又可解决聚合物费用过多的矛盾，因而引起了广泛重视。国外已经实践了一批深部调剖的油井、区块和油田，取得了相应的效果。如美国TIORCO公司近9年来在美国落矾山地区对29个油田采用胶态分散凝胶进行深部处理，解决了深部窜流和层间窜流问题，其中有22个项目获得了成功，提高了原抽产量，降低了产水量。结果表明：1.6.1该措施对三次采油的采收率有重大影响，如渗透率变异系数较大的油藏Dghstra—Parsons（变异系数为0．8），其最终采收率大于原始地质储量的40％，较大地提高了石油采收率，提高范围为0．3％～18．2％g3.1.6.2处理井井底温度高达90℃，原油粘度为10-20mPa·s；3.1.6.3每增产1桶原油化学剂成本1～2美元，有的甚至低于1美元。1.7磁性屏障堵水技末利用磁场对近井地带内含磁场活化剂的堵水液的作用，在近井地带形成一种堵水屏障，这种屏障将形成水力阻力，限制地层水进入生产井。含磁活化剂的堵水液在磁场作用下形成堵水屏障，可把炮眼的渗透率降低一个数量级。为了有效地限制水进人生产井，必须使用含磁活化剂浓度约为60％的堵水液，并且将其注人近井地带的孔隙空问，不要仅限于套管炮眼。2、国内堵水调剖技术现状我国油田堵水技术始于50年代。“八五”以来，研究和发展了一批新技术，形成了一套以堵水调剖为主的油田区块整体综合治理的配套技术，提高了油田开发效果，使“八五”后两年全国油田堵水调剖年增油量突破百万吨，成力油田控水稳油的一项重要措施。2.1堵水调剖物理模拟研究2.1.1堵水调剖机理研究中油集团研究院采油所及胜利油田采油研究院与渗流力学研究所合作，用微观模拟技术和核磁共振成像技术研究了聚合物冻胶在多孔介质中的充填、运移和堵塞规律，初步从物理模拟研究方面探索了聚合物冻胶提高注入水的波及体积、调整吸水剖面、改善水驱采收率的微观机理。研究表明，冻胶类调剖剂对高渗透大孔道形成堵塞，迫使注入水向原低渗透层突破，扩大了注入水的波及体积，提高了注入水的利用率。注入水进入低渗透层后使原来未驱动到的原油被驱替出来，提高了产油量和阶段采出程度。同时，试验对层内堵水调剖时的堵剂用量、调剖时机、段塞个数等因素对堵水调剖效果的影响进行了研究，结果表明：多段塞效果好于单段塞；调剖时机越早越好；堵剂用量越大越好，但从经济效益考虑，认为0．2PV较为合适。石油大学等单位对颗粒类堵剂堵水调剖机理进行了初步研究，将堵剂的封堵机理归结为絮凝堵塞、积水膜降低渗透率和偶合机理。2.1.2影响冻胶类堵剂封堵效果因素分析中油集团研究院采油所对影响冻胶类堵剂封堵性能的因素进行了研究，研究结果表明，冻胶类堵剂随着堵后注水速度的增加封堵率下降，且两者具有较好的双对数直线关系；弱冻胶随着渗透率的增加封堵率下降，强冻胶可使不同惨透率的岩心的渗透率减少到近似问一个值。同时冻胶类堵剂对不堵油机理进行了探讨。2.1.3调剖剂对非目的层伤害的防治技术研究中油集团研究院采用宏观玻璃板双渗模型、单岩心和平行岩心装置研究了调剖剂对非目的层伤害的防治方法，提出了控制注入压力法、形成表面堵塞法和暂堵剂注入法在不同油藏的实用性、并对表面堵塞的解除方法进行了研究。3.2.2堵水调剖优化设计和决策技术研究2.2.1堵水调剖数值模拟技术研究中油集团研究院采油所研制了三维两相六组分堵水调剖数值模拟软件。利用该软件对影响堵水调剖效果的有关参数及基本规律进行丁研究，并对现场以堵水调剖为主的进行整体综合治理的区块进行了历史拟合、优化设计、效果较好，符合率较高。石油大学利用黑油模型改造了优化设计软件，对多个油田区块进行优化设计，效果较满意。中科院渗流流体力学研究所研制了交联聚合物防窜驱油的三维两相六组分数值模拟器FPPE。该模拟器可对交联聚合物防窜流动中的物理化学反应过程和静、动态渗流场的变化过程进行全方位的模拟显示和预测。该软件在大港油田港西四区聚古物防窜扩大试验区得到成功应用。2.2.2压力指数（PI）法的决策技术石油大学和胜利油田合作研究的PI决策技术在油田应用中取得良好效果。PI值由注水井井口测得，是与地层系数(渗透宰与油层厚度的乘积)有关的压力平均值。PI决策可解决6个方面的问题：判断区块调副的必要性；决定区块需调剖的注水井；选择适当的调副剂；计算调剖剂用量；评价调剖井的调副剖效果；判断调剖井下一次施工时间。该决策方法已在胜利、大港、中原等油田十几个区块中得到应用，效果较好。2.2.3RE决策技术Rx决策是指利用油藏工程方法，从调剖井选择的4个依据(渗透串变异系数、吸水剖面、注水并注入动态和井口压降曲线)出发，利用模糊数学方法建立了选择调剖井的综合评判模型，并用梯形分布表示备选井依据的隶属度。利用建立的优化设计模型选择调剖井，利用注水井注入动态数据选择调剖剂种类和确定堵剂用量。2.2.4示踪剂决策技术用示综剂产出曲线和峰值的变化跟踪注入水的地下流向，根据产出曲线判断注入水在某个方向上的推进速度。利用产出曲线通过拟合计算可求出出水层和强水淹层的厚度、渗透率和大孔道的孔喉半径，利用计算的水淹厚度和注水井控制面积可初算堵剂用量。2.3研制和推广了一批新型有效的堵水调剖剂我国化学堵水调剖剂品种较多，可分为八类约70种，现场使用较多的产品约有30种，应用效果较好的得到进一步推广应用，同时才还研制和试用了一批新型堵剂。得到推广应用的堵水调刑剂主要有：硅酸盐类堵水调剖剂、木质素磺酸盐一FAM调剖剂、TP一910调副堵水剂、PIA系列堵水调剖剂、粘上调剖剂、黄胞胶／Cr+3调剖剂、硅土--PAM凝胶调剖剂、聚丙烯氰高温堵水调剖剂和活化稠油选择性堵水剂。新研制的堵水调剖剂有：FT一213复合离子调剖剂、铁系调剖剂、CAN一1堵水剂、PAM／有机按酸铬高温调剖剂、微细水泥堵水调剖剂等。FT一213堵水调剖剂系“八五”期间由我院中油集团研究院油化所研制和推广应用的新产品种。该堵剂由丙烯酰胺和阳离子烯丙基单体共聚而成，在交联剂、热稳定剂和速凝剂存在下，调整成分配比可适应30一120℃，强度较高，且对砂粒表面有较强的粘结力。堵水性能较好，已在辽河、华北、冀东等油田应用超过60并次。增产原油7万t以上，已列入国家新产品推广计划。铁系调剖剂是指以单液法的方式进行调剖时所使用的各种含铁的调剖剂。包括三价铁盐(FeCl3：)和二价铁盐(FeSO4)、因它们在水中可水解产生相应的酸，酸化地层，起增注作用。同时由于体系pH值升高，产生氢氧化物沉淀，起调剖作用，用这些无机沉淀物调剖可耐300℃高温和含盐量达