第2章提高采收率用化学剂概要

Yourcompanyslogan第二章提高采收率用化学剂ChemicalsforEnhancedOilRecoveryYourcompanyslogan1自喷采油利用油层天然原始能量采油：溶解气、弹性能量、气顶膨胀等。§2-1采油概述一、原油开采方式产量高需控制抽油机潜油泵2机械采油地层原始能量已经不足(或原始不足），只能将原油从地层推至井底或井筒内，但不能继续将原油举升至地面，因此要靠机械能量将原油提升到地面。Yourcompanyslogan⒈一次采油（primaryoilrecovery）利用地层原始能量的采油阶段自喷采油机械采油一次采油是指利用油层原有的能量采油，它以不注入任何流体为特征。一次采油可利用天然油层能量（如油层的弹性能、水的位能和气体析出的容积能）对油驱动。20世纪40年代以前，油田开发主要是依靠天然能量消耗开采，一般采收率仅5%～15%，称为一次采油。它反映了早期的油田开发技术水平较低，使90%左右的探明石油储量留在地下不能采出。二、原油开采阶段Yourcompanyslogan⒉二次采油（secondaryoilrecovery）二次采油通常以注入一般流体（如水和气）为特征。随着渗流理论的发展，人们认识到油井产量与压力梯度呈正比关系，一次采油采收率低的主要因素是油层能量的衰竭。从而提出了人工注水(气)，保持油层压力的二次采油方法，使原油采收率提高到30%～40%。这是至今世界上各油田的主要开发方式，是油田开发技术上的一次大飞跃。但二次采油仍有约60%的油残留地下。为此，国内外石油工作者进行了大量研究工作，逐步认识到制约二次采油采收率的原因，从而提出了三次采油方法。向地下补充能量的采油阶段Yourcompanyslogan由于油层的非均质性，油、水、气多相流体在油层多孔介质中的渗流过程十分复杂。不仅注入水(气)不可能活塞式驱油波及到全油层，而且在多相渗流过程中，受粘度差、毛细管力、粘滞力、界面张力等的影响，各相流量将随驱油过程中各相饱和度的变化而变化。只有进一步扩大注入水(气)波及体积，提高驱油效率，才能大幅度提高采收率。由此，人们对非均质性油层提出了多种三次采油方法。目的是进一步提高原油采收率(EnhancedOilRecovery—EOR)。三次采油可使总采收率提高到60%以上。⒊三次采油（tertiaryoilrecovery）向地下注入油藏中没有的物质的采油阶段是以注入特殊流体为特征的采油阶段Yourcompanyslogan显然，只要经济上合理（即油价足够高），三次采油之后还会发展为更高“层次”的采油（如四次采油？）。Yourcompanyslogan三次采油技术从“七五”（1986~1990）开始室内研究，“八五”（1991~1995）先导性矿场试验，到“九五”（1996～2000）工业性矿场试验，化学驱提高原油采收率取得很好的成绩。尤其是基础研究方面做了很多工作，并得出一些指导性结论。主要研究了聚合物、表面活性剂、碱、以及二元、三元复合驱。尤其是聚合物驱油技术达到了国际领先水平。Yourcompanyslogan要将地下储藏的原油完全采集到地面上来几乎是不可能的。注水开发是由于水便宜、易得，能大量使用，所以世界上许多油田都采用注水开发的方式采油。但水驱油也有一定的缺点，如水的粘度比油低，在非均质地层中易沿着高渗透层突进(指进、舌进)，即注入的水不能波及到所有的地层孔隙。三、原油采收率及影响因素Yourcompanyslogan00%1油层容积积驱油剂波及到的油层容sE1、波及系数sweepefficiency-Es波及系数是指驱油剂波及到的油层容积与整个油层容积之比。由于油层的非均质性以及驱油剂的粘度等因素影响，使得Es＜1。但即使驱油剂波及到的油层，并不一定会将该油层储藏的油全部驱替出来。Yourcompanyslogan驱油效率也称“洗油效率”或“驱替效率”，它是指驱油剂波及到的区域采出的油与该区域储量之比。驱油效率与驱油剂对油层岩石表面的润湿性有关，驱油剂对岩石表面的润湿性好，则驱油效率高。显然Ed＜1。00%1储量驱油剂波及到的油层的采出的油量驱油剂波及到的油层所dE2、驱油效率displacementefficiency-EdYourcompanyslogan3、原油采收率OilRecovery-ER00%1R该油层的原始储量从油层中采出的油量E原油采收率是指从油层中采出的油量与该油层原始储量之比，它等于波及系数和驱油效率的乘积，即dsEEER显然，提高原油采收率可通过两个途径来实现，或是提高波及系数（Es），或是提高驱油效率(Ed)。Yourcompanyslogan4、影响原油采收率的因素①油层非均质性无论采用何种方法均不能将地下原油全部采集到地面上来，即采收率不能达到100%。宏观非均质性微观非均质性②水油流度比kλ—流体的流度；k—流体的渗透率；μ—流体的粘度。均匀推进粘性指进SwoSwowoowowwoEMEMkkM11Mwo－水油流度比Yourcompanyslogan粘性指进现象Yourcompanyslogan③油层润湿性cos2RPwoP,则wo提高Es的方法是改善驱油剂与原油的流度比，使其趋近于1；提高Ed的方法是改善驱油剂对岩石表面的润湿性或降低毛细阻力。YourcompanysloganYourcompanysloganYourcompanyslogan§2-2聚合物驱油聚合物驱油是以聚合物水溶液为驱油剂的一种EOR方法。也称作聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱等。Yourcompanyslogan一、驱油用的聚合物理论上任何水溶性聚合物均可用于三次采油，但考虑到性能和经济因素，目前国内外用于油田现场驱油的聚合物主要有两类，一是合成的聚合物：聚丙烯酰胺类（PAM），另外是生物聚合物黄原胶。Yourcompanyslogan1、聚丙烯酰胺partiallyhydrolyzedpolyacrylamide-PHPAMhydrolyzedpolyacrylamide—HPAMpolyacrylamide-PAM均聚后水解均聚共水解工业生产方法YourcompanysloganCH2OHAcOCH2OHOOHCH2OHAcOCH2OCHOOOOHOOOHOCOONaOHOOHOHOOHOOOHOHOOHOHOOHOHOOHCH2OHCH2OHOHOOHCH2OHOOHOOOONaOCONaOOCH2OCH3Cmn2、黄原胶xanthangum黄原胶的化学结构恒定，物理、化学性质稳定，这是其它天然聚合物所不及的，它是由碳水化合物经黄单孢杆菌作用得到的聚多糖，其分子结构如下：Yourcompanyslogan性能指标水解聚丙烯酰胺黄原胶耐温性抗剪切性抗盐性生物稳定性微胶堵塞倾向滞留量价格＜93℃低低高低高低＜71℃高高低高低高聚丙烯酰胺与黄原胶的性能Yourcompanyslogan二、聚合物驱原理1、增粘Yourcompanyslogan⑴吸附⑵机械捕集2、降低有效渗透率Yourcompanyslogan新理论聚合物可提高驱油效率聚合物溶液的粘弹性-“海棉胀缩现象”驱替孔隙滞留区中残余油Yourcompanyslogan水驱→甘油驱→聚合物驱每一步均可提高采收率水驱→聚合物驱→甘油驱甘油驱不能提高采收率YourcompanysloganRef:王德民.大庆石油地质与开发,2001,3.4Yourcompanyslogan三、聚丙烯酰胺驱油存在的问题PAM是目前公认的使用效果好，最有发展前景的驱油用聚合物。主要是因为其性能价格比高。曾有专家预言，在100年内没有一种聚合物能取代PAM在三次采油中的地位。但在现场应用中，PAM逐渐暴露出一些问题，人们正在努力着手解决这些问题，这大大促进了丙烯酰胺类聚合物的发展。Yourcompanyslogan降解是指在物理因素、化学因素或生物因素作用下，聚合物相对分子质量降低的过程。降解的结果是使其粘度下降，影响其驱油效果。热降解T≥93℃,μ↓剪切降解剪切↑,μ↓氧化降解暴露在空气中,μ↓1、降解问题Yourcompanyslogan也称盐效应，是指聚电解质溶液的粘度受盐影响的效应。即其粘度对盐敏感。PAM在水中溶解后其钠羧基解离成羧基，而使大分子链带有许多负电基团，它们的相互排斥作用使得分子链形成松散的无规线团，因而对水有很好的增粘作用。当水中含有无机盐时，无机盐对羧基起到屏蔽作用，或说抑制了聚电解质的解离，负电性减小，分子变得卷曲，增粘能力下降。CH2-CHCOONa+2、盐敏效应Yourcompanyslogan因此，在高矿化度地层水中聚合物的增粘能力大大降低。在注入工艺中，可考虑用淡水预冲洗，将聚合物溶液与高矿化度地层水隔离开。但是，随着聚合物驱油的矿场应用，聚合物驱采出水的回注已经提到日程。因此，提高PAM抗盐性引起人们的普遍关注。目前研究的重点是在PAM的分子结构中引入磺酸基等强亲水基团，或两性离子基团，来提高PAM的抗盐性能。上述问题导致了人们对驱油用PAM提出了抗温、抗盐（碱）、抗剪切的要求。并提出了许多解决方法，使得三次采油用PAM的研究有了显著性的进展。Yourcompanyslogan四、驱油用聚合物研究进展在PAM分子中引入环状结构和磺酸基，可提高其热稳定性和耐盐性；在PAM分子链中引入支链结构或环状结构可提高其刚性，抗剪切能力增强。Yourcompanyslogan1、PAM的改性研究方向⑴磺化改性(-SO3-)抗温抗盐⑵链刚性化改性引入环状结构和侧链，抗剪切⑶两性离子化改性―A+―B-―提高抗盐性⑷疏水缔合化改性（抗温抗盐）Yourcompanyslogan2、新型功能性单体（1）含磺酸基功能性单体①2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸CH2CHCONHCCH3CH3CH2SO3H②2-丙烯酰胺基烷基磺酸CH2COCHNHCHRCH2SO3H③苯乙烯磺酸钠CHCH2SO3NaCH2CHCH2SO3Na④烯丙基磺酸钠Yourcompanyslogan（2）含刚性环功能性单体①N-乙烯基吡咯烷酮NOCHCH2②乙烯基吡啶NCHCH2③对乙烯基苄基三甲基氯化铵CHCH2N(CH3)3ClCH2NCH2CHCH2CH2CHCH2H3CH3C+Cl-④二甲基二烯丙基氯化铵Yourcompanyslogan（3）含疏水侧链功能性单体①丙烯酸酯CH2CHCOORCH2CHCONHR②N-烷基丙烯酰胺CH2CHCONHCH2n③N-芳烷基丙烯酰胺CH2CHCONHCCH3CH3CH2NHClCH3CH3④氯化（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基）二甲胺（阳离子型）⑤溴化（2-丙烯酰胺基-乙基十二烷基）二甲胺（阳离子型）CH2CHCONHCH2CH2NCH3CH3C12H25BrCH2CHCH2CH2COONaOn⑥烯丙基醚脂肪酸钠（阴离子型）Yourcompanyslogan（4）两性离子功能性单体羧基甜菜碱型N+CH2pCOO-磺基甜菜碱型N+CH2pSO3-CH2CCH3COOCH2CH2NCH3CH3CH23SO3-+①甲基丙烯酰氧基乙基二甲基丙磺酸铵内盐CH2CCH3CONHCH23NCH3CH3CH23SO3-+②甲基丙烯酰胺丙基二甲基丙磺酸铵内盐Yourcompanyslogan3、丙烯酰胺类共聚物（1）疏水缔合型丙烯酰胺类共聚物（2）两性离子型丙烯酰胺类共聚物Yourcompanyslogan（1）疏水缔合聚合物CH2CHCONH2CH2CHCOORmn丙烯酰胺-丙烯酸酯共聚物，R=C14、C16、C18Yourcompanyslogan增粘作用疏水缔合水溶性聚丙烯酰胺衍生物大分子链上含有许多带电基团和疏水基团，分子内电性斥力作用及极性基团的水化作用使大分子链呈疏松伸展状态，当聚合物达到一定临界浓度时，分子间的疏水缔合作用、氢键及静电作用使大分子链缔合形成具有一定强度的空间网架结构，使该类聚电解质在临界浓度以上具有很大的