高含水油田深部液流转向技术研究

提出了提高高含水注水油藏水驱效率的战略思想：通过深部液流转向改变注入水的流场，遏制注入水通过高渗强水洗部位的无效循环；提出了深部液流转向剂的研究思路：①该剂应是变形剂，具有5个基本特征：自适应性，在高渗部位产生动态沿程阻力，抗剪切，不进入低渗层，耐温耐盐耐老化；②该剂为柔性剂，在大孔道中的运移类似蚯蚓蠕动，具有6个特征：任意变形，环境赋形，强黏附性，强拉伸柔性，化学性稳定，具二次黏结能力。由34％柔性单体、60％共聚单体、5％增韧剂、1％引发剂合成了微粒型胶状柔性深部液流转向剂SR-3，产品为50％的防黏结水悬浮液。SR-3的密度略大于1g／cm^3。可根据注入水密度调节，粒径按油藏大孔道和裂缝确定。力学测试表明SR-3具有很高的弹性、柔性和强度，抗拉强度为28．44kPa。拉伸断裂延伸率为676．8％；在温度45～140℃、矿化度4—93g／L的大庆、胜利、大港、华北、玉门等油田模拟污水中浸泡1年，未见任何破坏现象。吉林油田包括9口油井的G2-1井组注水井，经4次调剖，效果甚微（井组增油25．3t），2005年11月25-26日分3个段塞注入SR-3共8t，悬浮液300m^3，施工注入压力由5．5MPa升至7．0MPa。注入后7个月内井组产油量不减而含水量略降，一口低产井截止2006-04-12共增产油102t。该刑的应用包括：深部液流转向，高温高盐油井堵水，聚驱/复合驱防窜，酸化暂堵，防深部蒸汽窜，钻井修井堵漏防滤失。图2参6。     

柔性转向剂在多孔介质中的运移规律研究

由于油层非均质性和长期水驱,油水井之间形成了大孔道。大量注入水沿着大孔道无效循环,降低了水驱波及系数。矿场试验证明基于弹性变形通过孔喉的柔性转向剂SR-3,对大孔道实现了有效封堵,但其在地层运移规律及深部液流转向机理还需进一步深化。采用孔喉模型对SR-3在大孔道中的运移规律及其封堵大孔道产生的液流转向能力进行了实验研究。分析了喉粒径比、平均喉道长度、驱替液的注入速度对门槛压力的影响及SR-3颗粒的剪切破坏。结果表明SR-3可以变形通过窄小孔喉,在大孔道中产生沿程脉动阻力,实现深部液流转向,提高水驱波及系数。对一定孔隙,有最优喉粒径比,使SR-3在地层中平稳运移,实现深部液流转向。SR-3运移到地层深部是其提高波及系数和采收率的主要因素;SR-3的弹性变形有利于其运移到地层深部。     

RNJ—L低温弱凝胶调驱剂

定义储能模量G′值＞0.1 Pa而≤1.0 Pa的凝胶为弱凝胶,以G′值代表弱凝胶的强度.稳定的弱凝胶的G′值在角频率0.03-2.0 rad/s范围内基本不变.详尽介绍了可用于20-50℃低温油藏调驱的聚合物水基弱凝胶RNJ-L的形成、配方和性能.在30-40℃,pH值6-8条件下,用矿化度＜10 000 mg/L的水配制的300-1 200 mg/L HPAM(M＞5.0×106)、300-500 mg/L酚醛复合体RE(交联剂)、50-750 mg/L交联助剂AN水溶液均能形成稳定的弱凝胶.成胶时间随AN、RE及HPAM浓度的增加而减小,弱凝胶强度(模量G′)随HPAM浓度的增加而增大,随RE和AN浓度的增加通过极大值.RNJ-L的成胶时间(几小时到几天)的控制可通过组分浓度的变化而不必借助pH值的调节.成胶温度超过50℃时弱凝胶的G′值下降.在30℃和45℃下进行的长期稳定性测试结果表明,所测定的溶液成胶时间是初凝时间,完成凝胶化反应需要3-7天,G′值达到最高值约需要30天,RNJ-L弱凝胶可稳定存在至少1年.     

柔性转向剂性能及作用机理研究

为了遏制水驱油藏注入水通过高渗透部位时出现无效循环,研制了柔性转向剂(代号SR-3),用于改变油藏中水的流场及实现深部液流转向。这种柔性转向剂可随机发生形变,具有韧性好、不易破碎和断裂以及化学稳定性高的特点。室内物理模拟显示:SR-3转向剂能在地层高渗透率区大孔道中运移,可实现沿程调剖,SR-3在地层"大孔道"中流动遇阻时发生形变并产生堵塞压力。随压力的升高,SR-3蠕变并出现突破压力,然后又降至流动压力并趋于平衡;再遇阻又发生形变并产生堵塞,如此反复地在地层深部产生动态堵塞。大庆油田东部萨尔图和葡萄花油层的柔性转向剂现场试验验证了此机理,也说明了无裂缝砂岩油藏经长期注水开发,在水驱主流道可能冲刷出了大孔道高渗透带。对这些大孔道进行沿程堵塞,可以大幅度地改善水驱波及系数。     

预交联共聚物驱油剂高温高盐环境下长期耐老化机理研究

由AM、DMAM及一种支化单体合成了在水中可形成非均相溶液的预交联共聚物,以相同条件下合成的AM均聚物为对比剂,考察了该共聚物作为驱油剂在温度85℃、盐度30 g/L水溶液中老化3个月后流变性能变化。1 g均聚物和共聚物在100 mL盐水中的溶液,老化前表观黏度分别为1.013和0.604 Pa.s,老化后分别为0.576和1.830 Pa.s;老化后的均聚物和共聚物水解度分别由15.3%和13.2%增至49.7%和42.6%;70℃下在测试频率范围内,老化前后共聚物的G′和G″均高于均聚物,老化后共聚物G′和G″曲线相交点频率增大,即共聚物溶液的弹性大于均聚物;70℃下在测试剪切速率范围内,老化后共聚物溶液的黏度降幅明显小于均聚物,黏度保留率基本上随剪切速率增大而增大。根据以上实验结果并结合核磁共振图谱,认为该共聚物的耐老化机理,一是聚合物分子线团的适度交联,二是DMAM单元阻止相邻酰胺基催化水解作用。推荐该共聚物用作高温高盐环境的驱油剂。     

X70M管线钢管高温拉伸性能研究

为了探究管线钢管在高温条件下的强度及塑性,采用X70M管线钢管进行了室温（20 ℃）与高温（300～600 °C）条件下的拉伸试验,用Boltzmann函数对强度折减系数进行了S曲线拟合。试验结果表明:随着温度的升高,X70M管线钢的屈服强度、抗拉强度均呈下降趋势,屈服强度先于抗拉强度出现下降;断后伸长率随着温度升高无明显变化,但当温度升高至600 ℃时明显升高;均匀伸长率随着温度的升高呈下降趋势,应力-应变曲线由圆屋顶型变为更加陡峭的形状,形变强化和抵抗变形的能力随着温度的升高而下降。     

孔喉尺度弹性微球调驱体系的流变性质

孔喉尺度弹性微球的流变性质不同于其他驱油剂,为适应实际油藏的复杂条件,利用激光粒度分析仪研究了孔喉尺度弹性微球的粒径大小及分布,利用RheoStress600型旋转流变仪和M5600型流变仪分别测试了弹性微球的蠕变—恢复特性和不同频率、温度下粘性和弹性模量的变化规律,借助LVDV-II+Pro型旋转粘度计研究了质量分数、温度、剪切速率、矿化度对弹性微球溶液粘度的影响。结果表明,实验合成的弹性微球具有与油藏岩石匹配的微米级孔喉尺度特征,服从威布尔分布;具有良好的蠕变—恢复特性和粘弹性;在低温、低剪切速率下,弹性微球溶液为假塑性流体;在中剪切速率及高温、低剪切速率下,为膨胀性流体;在高剪切速率下,为近似牛顿流体。弹性微球溶液粘度较低,具有良好的流动性和调驱注入性,同时具有较好的稳定性,可用于高温、高盐油藏的深部调驱。     

压力容器的棘轮效应

分析了内压作用和温差作用下压力容器无蠕变和有蠕变时的棘轮现象。无蠕变时 ,应力 -应变关系可划分为弹性区、安定区、塑性区和棘轮效应区 4个区域 ,给出了避免出现棘轮现象的准则。有蠕变时 ,推导了周期载荷循环作用下的总的作用表达式 ,确定了棘轮效应产生变形的近似方法。某反应器的实例分析结果表明 ,周期性温度变化的影响相对于压力产生的应力而言 ,增加了约 1 6%的棘轮效应。在石油化工行业中 ,此类承受压力和温差作用的压力容器 ,其棘轮效应不容忽视。     

拉扭复合载荷条件下V150钻杆的力学性能研究

深井超深井钻井中,不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效,因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究。采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法,分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律。试验发现:预扭后拉伸时,预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低;预拉后扭转时,预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低;材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则,该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%。研究结果表明,按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守,而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数,且与试验数据吻合程度高,更具工程应用价值。      

热采井中偏梯形套管螺纹有限元分析

采用有限元方法分析了热采井中的偏梯形套管螺纹接头在不同载荷工况下的力学特性。结果认为,套管在承受轴向拉伸载荷的工况下,最大等效应力的发生区域集中在套管螺纹和接箍螺纹的两端;在套管温度升至300℃的工况下,螺纹接头已发生塑性屈服,并且塑性区域有从接头两端向接头中部发展的趋势;套管温度降至地层原始温度30℃的工况下,塑性屈服区域减小,仅局限在接头两端。在轴向拉伸载荷的工况下,最大接触压力发生在套管螺纹的第1圈,并且每圈上的接触压力分布并不是均匀的;高温载荷下,螺纹间的接触压力值和接触位置发生了改变;恢复至初始温度时,套管螺纹接触面上的接触压力增大。