聚合物驱增注技术研究

聚合物驱增注技术研究大庆油田有限责任公司第一采油厂目录一、问题的提出二、注聚井压裂增注工艺技术三、表面活性剂增注技术四、增注措施效果及经济效益对比五、取得的认识大庆油田聚合物驱区块的注入压力普遍较高，有接近三分之一的注聚井在破裂压力附近注入，造成聚驱套损井数增多。同时也有大量的聚驱欠注井，萨中油田仅2001年就有86口注聚井无法完成配注，其中有近30口井采取间歇注入方式，这一现象导致聚合物溶液推进不均匀，从而严重影响了整个区块的开发效果。原有的压裂工艺用在聚驱注入井增注有效期都不超过3个月。近年来只有用解堵的办法缓解聚合物注入困难的矛盾，但不是真正意义上的增注。因此需要研究两种以上的聚合物增注工艺，填补原有的压裂、酸化措施在聚驱注入领域的空白。使得聚驱增注工艺完善配套。一、问题的提出分析造成聚驱注入井压裂失效原因有两个：一是聚合物溶液的粘度高、携砂能力强；二是聚合物注入井的注入压力较高，接近破裂压力。注入压力稍有波动，裂缝就会张开，高携砂能力的聚合物将把支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，压裂失效。1、聚合物注入井压裂失效原因二、注聚井压裂增注技术由于井筒内液体的缓冲作用，并且井口记录的压力为瞬时压力，因此导致裂缝张开的压力波动过程在井口无法观察到。为证实以上推论，选取一口井进行了注入压力时时监测，该井破裂压力为14.5Mpa，在井下1060m深度下入存储式压力计，压力计采样时间5分钟。该试验结果较好证实了对注聚井压裂失效原因的推论。曲线2西4-P6井注入压力曲线（压力计2）从曲线可看出井下实际注入压力呈不稳定的波动状态。其中63%的压力超过井口压力计的读数，达到或超过破裂压力的点占36%，瞬间最高注入压力达14.65MPa。基于以上压裂失效原因，室内利用聚合物溶液分别对模拟楔型裂缝内的支撑剂运移情况进行了实验。（1）实验装置及模型制作实验装置包括聚合物容器、平流泵、人工模拟裂缝和收集器等。实验流程如图所示。实验流程图容器平流泵人工裂缝收集器人造裂缝楔型人造岩心人造裂缝人造裂缝楔型人造岩心楔型人造岩心楔型人造岩心为了验证注入液携砂性能对裂缝闭合的影响，进行了石英砂运移规律的室内实验。（2）室内驱替实验结果0102030405060708000.10.20.30.40.50.60.7累积出砂量(g)石英砂聚60mpa.s石英砂聚40mpa.s石英砂聚30mpa.s石英砂水驱流量(m3/h)0MPa下、3mm水平缝累积流出的砂量与流量的关系0102030405060708000.10.20.30.40.5累积出砂量（g）石英砂聚60mpa.s石英砂聚40mpa.s石英砂聚30mpa.s石英砂水驱3MPa下、3mm水平缝累积流出的砂量与流量的关系流量(m3/h)室内实验证明：裂缝内的支撑剂存在着运移现象，随着驱替液粘度的增加，支撑剂运移量增加。通过上述井下注入压力测试及室内实验结果较好证实了对注入井压裂失效原因的推论。实验条件：无围压（0MPa）和有围压（3MPa），驱替液为聚合物溶液(粘度分30mPa·s、40mPa·s、60mPa·s)，支撑剂组合方式为碳纤维+石英砂、核桃壳+石英砂、树脂砂，充填高度为3mm，实验结果如曲线所示。防运移支撑剂的优选051015202530354000.050.10.150.20.25累积出砂量（g）碳纤维+石英砂核桃壳+石英砂树脂砂0Mpa、3mm水平缝聚驱(粘度30mPa·s)累积砂量与流量关系流量(m3/h)051015202530354000.050.10.150.20.25累积出砂量（g）碳纤维+石英砂核桃壳+石英砂树脂砂3Mpa、3mm水平缝聚驱(粘度30mPa·s)累积砂量与流量关系流量(m3/h)室内实验证明，在各种实验条件下，树脂砂在裂缝中的运移量都为零，树脂砂防止支撑剂运移的能力最强，并且树脂砂能够在井筒周围形成一个整体的砂饼，向任何方向都不能移动。2、树脂砂性能评价树脂涂层砂是在压裂石英砂颗粒表面涂敷一层薄而有一定韧性的树脂层，由于温度的影响，树脂层首先软化，然后在固化剂的作用下发生聚合反应而固化。固结在一起的砂砾形成带有渗透率的网状滤段，阻止压裂砂的运移。试验表明原油、地层水和酸对树脂涂层砂没有影响。树脂砂性能评价树脂砂渗透率及导流能力对低温树脂砂（40℃固化）在不同闭合压力下，对其导流能力、渗透率进行了测试，并与石英砂进行对比010203040506070801020304050闭合压力（MPa）导流能力（um2.cm）石英砂树脂砂0204060801001020304050闭合压力(MPa)渗透率um2石英砂树脂砂石英砂、树脂砂渗透率对比曲线石英砂、树脂砂导流能力对比曲线从曲线中可以看出：固化后的树脂砂与石英砂相比，当闭合压力在20Mpa以下时渗透率及导流能力比石英砂低18%左右，30Mpa闭合压力以上时树脂砂渗透率、导流能力比石英砂要高。对于聚合物目的层这类相对高渗透性油层来说，在同样条件下裂缝的导流能力愈高，增产（增注）倍数愈大。为了分析这18%的导流能力对压裂效果的影响，利用数值模拟法，对不同裂缝导流能力下，与产液量关系进行了计算。导流能力对增注效果的影响程度可以看出裂缝导流能力下降18%时，压裂初期产液量下降幅度只有0.8%。只要聚合物注入井中树脂砂的压裂有效期比普通石英砂压裂长1天，即可弥补产量损失，因此树脂砂导流能力的降低不影响总体措施效果。油井产液量动态曲线油井产液量动态曲线150170190210230250270290020406080100120140时间（t）日产液量（m3）1d.cm5d.cm10d.cm15d.cm20d.cm25d.cm30d.cm35d.cm11m裂缝内石英砂初始流动时聚合物溶液的流速为0.1388mm/s树脂砂加砂半径应为11m现场单层加砂量1.33m33、树脂砂压裂施工参数（1）加砂半径和加砂量的确定（2）树脂砂固化时间的确定树脂砂固化时间测试表明，在40℃环境温度下，树脂砂初始固化时间为30min，最终固化时间为96hr。压裂施工结束后地层温度恢复时间约为30min。因此现场制订现场施工工序为：单层压裂结束后先不动管柱等候120min，待压力扩散且树脂砂初凝后再起压裂管柱。压裂井投注前关井96hr，使树脂砂充分固结。01-03年注聚井尾追树脂砂现场施工试验97口井，可对比注聚井尾追树脂砂压裂施工井63口，初期平均注入压力比压裂前下降3.0MPa，日注入量增加44.6m3，平均单井措施有效期已达16.7个月，最长已达31个月，且持续有效。4、树脂砂压裂应用效果采用无因次吸水指数方法，对比树脂砂和石英砂两种聚合物注入井压裂的增注效果。可以看出采用树脂砂压裂的增注量是常规压裂增注量的7倍以上。注聚井K/K0曲线00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.844.24.44.64.85-1012345678910111213141516171819202122月比值树脂砂石英砂增注就是要增加注入水的有效渗透率。由公式可知kw=K×krw，提高绝对渗透率（K）和提高相对渗透率（krw）都可以提高注入水的有效渗透率（kw）。因此利用表面活性剂进行降压增注可以寻找出一种新的增注工艺。如果将表活剂增注技术和注聚井树脂砂压裂技术结合使用，其增注效果将更加可观，进而完善聚合物注采工艺，提高油田整体开发效果和经济效益。三、表面活性剂增注技术1、室内实验结果活性剂采用非离子表面活性剂FLZB及助剂复合体系，该体系能够形成10-3mN/m数量级的超低界面张力。在温度为45℃，矿化度为4456mg/L条件下放置28天内，连续测定界面张力均保持在10-3mN/m之内。经过室内二元驱、聚合物加表活剂段塞驱、氧化剂后二元驱等驱替程序和不同氧化剂选择实验表明，采用ClO2-活性剂体系-后续聚驱的驱替程序，增注降压效果最好。0123010203040驱替孔隙体积倍数（PV）压力（MPa）后续聚驱ClO2氧化掉粘附在岩石孔道壁上的聚合物后，界面张力10-3mN/m表活剂体系的降压效果平均在60%左右，岩心后续聚合物驱替40PV后仍然有效。2、现场试验效果现场采用注120m3清水段塞+处理半径3m的氧化剂+处理半径3m的表活剂体系的施工工艺。施工过程中需注意氧化剂和表活剂必须连续注入，防止由于聚合物反吐造成岩石孔壁重新粘附上聚合物。2002-2003年共进行表活剂增注试验78口井，可对比75口，有效72口井，措施有效率96%。措施后平均单井注入压力下降1.47MPa，初期注入量增加27m3/d。平均有效期已达13个月。2002年施工21口井目前均处于有效期内有效期平均达15个月以上，有效期最长的已达19个月，并持续有效。该工艺处理半径和有效期之间的关系还需进一步观察、研究。四、三种增注效果及经济效益对比采用无因次吸水指数方法，对比树脂砂、石英砂和表活剂三种聚合物注入井压裂的增注效果。树脂砂、石英砂、表活剂K/K0对比曲线00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.84-1012345678910111213141516171819202122月比值——树脂砂。。。表活剂-----石英砂计算可得截止目前树脂砂压裂的平均单井增注量为1.99万m3；表面活性剂的平均单井增注量为0.71万m3、石英砂压裂的平均单井增注量为0.25万m3。树脂砂压裂平均单井施工费用为20万元、表面活性剂平均单井施工费用为8.5万元、石英砂压裂单井施工费用为17万元。则：树脂砂压裂措施的单位增注量所需费用为20/1.99=10元/m3表面活性剂措施的单位增注量所需费用为8.5/0.71=12元/m3石英砂压裂措施的单位增注量所需费用为17/0.25=68元/m31、高携砂能力的聚合物将支撑剂带入地层深部，造成井筒附近裂缝闭合，是注聚井压裂失效的主要原因。2、现场试验证明，采用尾追树脂砂的方法可较好的解决注聚井压裂有效期短的问题。3、与石英砂对比，树脂砂导流能力的降低不影响总体增注效果。4、现场施工过程中，树脂砂的加砂半径至少应达到11m，最终固化时间应在96hr以上。五、几点认识5、78口井现场试验表明，超低界面表面活性剂可以降低油、水界面张力，从而提高水的相对渗透率（k），可在较低成本下实现聚合物增注。6、三种聚合物增注措施的平均单井增注量和平均单井施工费用数据计算结果表明，树脂砂压裂和表面活性剂聚合物增注措施的经济效益明显好于石英砂压裂措施。结论五、几点认识