三元复合驱硅酸盐垢的影响因素及结垢机理研究

在三元复合驱驱油过程中,碱剂使地层及采出系统中形成硅酸盐垢,不仅对地层造成伤害,还给生产带来不便。本文模拟现场采出液,研究了单一硅体系、钙/镁/硅共存体系、钙/镁/铝/硅共存体系、钙/镁/硅/聚丙烯酰胺体系等4个体系,得到相应的硅结垢相图。结果表明:硅结垢的形态和过程受其他离子影响,在所考察范围内,温度越低,pH值越低,硅越易成垢;硅酸盐垢吸附在碳酸盐垢表面上,形成混合垢;铝离子与硅形成硅铝酸盐;聚丙烯酰胺将碳酸盐和硅酸盐缠绕在其内部,共同聚沉。     

三元复合驱结垢防治关键技术进展

大庆油田提高采收率的现场应用中,三元复合驱比水驱提高采收率20个百分点左右,比聚合物驱提高采收率6～10个百分点。但是由于碱的存在,油井结垢严重,增加了生产难度及维护强度,成为限制其工业化应用的关键性因素之一。大庆油田经过多年的研究与实践,通过先导试验对结垢动态变化、三元体系与油层岩石长期作用进行研究,揭示了钙硅复合结垢机理和规律,首次建立了结垢定性和定量的预测方法;通过独特结构设计和低表面能材料改性,研发出系列防垢举升设备;依据成垢机理,发明了复合垢清防垢剂,清垢率、防垢率均达85%以上。通过物理、化学防治措施相结合的方法,油井检泵周期大幅延长,解决了油井因结垢无法长期连续生产的难题,保障了三元复合驱的大规模应用。     

强碱三元复合驱钙、硅垢沉积模型及结垢预测

以Oddo-Tomson饱和指数法和硅钼黄法测定低聚硅为基础,研究了大庆油田强碱三元复合驱区块的温度、压力、pH值和离子强度等因素对CaCO₃垢和硅垢沉积的影响规律;采用多项式函数和MATLAB中exponention函数对钙、硅混合垢沉积数据进行拟合,建立了钙、硅混合垢沉积预测方程,并结合成垢离子数据、pH值等,建立了大庆油田三元复合驱钙、硅混合垢各阶段结垢的量化预测方法。针对不同油藏区块,通过水驱空白CaCO₃饱和指数值和低聚硅理论饱和值对三元复合驱混合垢预测模型进行修正,可以提高结垢预测准确率;对大庆油田喇北东区33口井和南五区39口井进行结垢预测验证,钙、硅混合垢结垢预测的准确率分别为92.8%和89.6%。     

防止三元复合驱后油井结垢的清防垢剂的制备与应用

为解决三元复合驱后油井结垢问题,分析了三元复合驱后油井结垢的机理及垢的成分,以羟基五甲叉膦酸、膦基聚马来酸酐防垢剂、C₁₂-C₁₈脂肪醇聚氧乙烯（10）醚、USP2 烷基为十五烷基、乌洛托品、硒化钠等原料合成了清防垢剂,研究了清防垢剂浓度对清垢和防垢效果的影响,并在华北油田百余口油井进行了应用。研究结果表明,三元复合驱油井所结垢为碳酸盐垢和硅垢的复合体,清防垢剂加量为20～30 mg/L 时,清垢率大于60%、防垢率大于95%。现场应用结果表明,清防垢剂不仅解决了垢卡泵、井筒管杆的结垢问题,而且节约油井能耗。三元复合驱后油井平均检泵周期由约70 d 延长至约600 d,单井能耗降低23.19 百分点,达到了满足油田生产正常运行和节能的目的。表2参25     

强碱三元复合驱集输系统淤积结垢特点及对策

针对强碱三元复合驱集输系统出现的淤积结垢问题及对生产的影响,从各节点入手,跟踪分析了淤积结垢状况,系统中淤积物的主要成分为原油、聚丙烯酰胺降解物、碳酸盐垢和硅垢。对现场应用的各项清防垢措施进行总结,并在此基础上提出解决三元复合驱淤积结垢的措施及建议。单井管道应采用管道冲洗方法,站间掺水管道宜采用空穴射流方法,站内掺水热洗系统应采用高压射流方法,实践证明,这些方法是目前治理淤积结垢最为有效的办法。     

三元复合驱对储层伤害及其作用机理研究

三元复合驱能够大幅度提高原油采收率,但它所引起的结垢问题一直困扰着该技术的大规模推广应用。本文以大庆喇嘛甸油田储层岩石和三元复合体系为实验对象,开展了碱驱后岩石结构的可视化研究以及含碱驱油剂流动特性研究。实验结果表明,碱对储层岩心中黏土矿物溶蚀作用比较明显,对石英和长石等骨架成分的溶蚀作用较小;采出液中钙镁离子浓度较低,硅离子浓度却较高,前者成垢作用难以对储层渗透率造成显著影响,后者易在迁移过程中发生沉积,在地层和生产系统中形成大量硅垢。进一步分析表明,随碱浓度增加,三元复合体系对地层伤害程度加剧。表面活性剂和聚合物都可以减弱碱的溶蚀作用,但前者比后者减缓溶蚀作用的能力弱。     

螺杆泵在三元复合驱井中的抗垢性能分析

在分析三元复合驱井结垢过程的基础上 ,在螺杆泵的结构特点和工作方式等方面与柱塞泵做了对比 ,认为螺杆泵能有效地抑制垢的生成和沉积。 8口井的现场应用表明 ,螺杆泵在三元复合驱井的平均运转周期为 315d ,平均泵效 6 9 6 % ,对三元复合驱井有较好的适应性和抗垢性能。提高定、转子表面的粗糙度 ,转子表面涂镀 ,组装时调整好定、转子装配间隙等措施能更好地改善螺杆泵的抗垢性能     

三元复合驱油井化学防垢剂用量计算

三元复合驱机采井结垢阶段不同,同时单井的离子情况也不一样。碳酸盐的防垢机理是破坏晶核使二价阳离子形成鳌合物;对硅酸盐的防垢作用是分散,防止胶团积聚、沉降、析出。三元复合驱机采井结垢阶段随着采出液的pH值变化分为碳酸盐结垢期、混合垢期和硅酸盐结垢期。根据三元复合驱不同时期采出液离子变化情况,按照经验公式修订加药浓度,现场防垢措施较好,平均检泵周期能够达到300天以上。     

强碱三元复合驱化学防垢技术研究

三元复合驱技术是油田高含水后期进一步提高采收率的重要手段,但三元油井结垢严重,影响了油井正常生产,化学防垢是抑制和减缓结垢的主要技术.强碱三元复合驱化学防垢技术研究及现场试验证明,根据三元复合驱垢成分的特点优选研制的三元防垢剂适用于三元驱机采井,为三元复合驱化学防垢提供了依据.     

杏六区东部Ⅱ块三元复合驱注入体系防垢剂

杏六区东部Ⅱ块三元复合驱注采系统结垢严重,为此研制了SY-R4型防垢剂.SY-R4防垢剂主要通过络合作用和空间位阻作用使Ca2+、Mg2+、Ba2+等成垢离子失去与阴离子形成沉淀(污垢)的机会;通过晶格畸变作用和络合增溶作用等阻止垢的生长,阻断碳酸盐、氢氧化物、硫酸盐和硅酸盐的形成.实验表明,SY-R4防垢剂在模拟注入及采出体系中具有良好的防垢性能;与三元复合驱体系配伍性良好,对其界面张力、黏度和驱油效果无不良影响;在岩芯绝对吸附量不超过0.7 mg/g时,吸附后可以在不含SY-R4防垢剂的污水体系中进行解析.     

三元复合驱油井中硅垢的形成机理及预测模型

油层内及油井底结垢是大庆油田三元复合驱现场试验过程中须解决的一个重大问题.基于试验区地层岩石及流体特点,对碱、表面活性剂、聚合物及三元复合体系在相关条件下的动态、静态水-岩反应进行了模拟试验,以确定这些因素对成垢作用的影响.在此基础上,根据溶度积理论建立了结垢预测模型,运用该模型对大庆杏北油田三元复合驱试验区进行了结垢定量预测.研究表明,三元复合体系中的碱对储层岩石产生了明显的溶蚀作用,使Si⁴⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等成垢离子进入溶液,在特定条件下形成了非晶质SiO₂垢等.对现场采集垢样的检测分析表明,预测结果与实际情况基本吻合.该预测模型可用于选择油田注水水质、减少对储层的损害.     

大庆油区三元复合驱矿场结垢状况分析

通过对大庆油区不同井距、不同碱型三元复合驱采出液中Ca^2＋和Mg^2＋及碱浓度变化的分析，研究了结垢对三元复合驱的影响。结果表明，Ca^2＋和Mg^2＋浓度变化趋势与采出液碱浓度的变化趋势具有较强的相关性，即随着三元复合驱油体系前缘到达井口，Ca^2＋和Mg^2＋浓度大幅度减少，甚至消失，说明油层中出现结垢现象；强碱三元复合驱结垢严重，弱碱三元复合驱结垢较轻；井距越大结垢越严重。在三元复合驱推广应用时，应选用弱碱，井距不宜过大，并尽量采用螺杆泵。     

用于三次采油的新型弱碱表面活性剂

以α-烯烃为初始原料,经过烷基化及磺化、中和,研制出了组分相对单一、结构合理的新型弱碱烷基苯磺酸盐表面活性剂.室内评价结果表明,这种表面活性剂具有良好的界面活性,配制的复合体系在较宽的表面活性剂浓度和碱浓度范围可与原油形成10^-3mN/m数量级的超低界面张力.同时,该表面活性剂对大庆油田不同区块、不同油层的油水条件有很强的适应性.另外,由于表面活性剂组成较为单一,可大大降低表面活性剂在地层中因吸附滞留而产生的色谱分离效应.室内天然岩心驱油实验表明,三元复合体系平均驱油效率可比水驱提高约20%.小井距三元复合驱矿场试验结果表明,三元复合驱比水驱提高采收率24.66%.这种表面活性剂为三元复合驱技术在大庆油田的工业化推广,特别是在二类油层的应用奠定了基础.     

利用磷硅酸盐-表面活性剂-聚合物复合体系提高原油采收率

"表面活性剂-碱-聚合物"三元复合体系是提高采收率的实用技术之一,但其中强碱NaOH会引起采油设备腐蚀和地层结垢问题,这影响了该技术的大规模推广应用。SJT-B助剂是一种磷硅酸盐化学助剂,用助剂代替碱进行了三元复合体系驱油实验。对表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系的缓蚀防垢作用、界面张力、吸附、色谱分离、流动特性和驱油效果进行的研究结果表明,表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系具有缓蚀防垢、降低界面张力的效果,且其动静吸附量低。以大庆杏树岗油田的地质特征为基础建立的物理模型上进行了驱油实验,结果证实,表面活性剂-SJT-B助剂-聚合物三元复合体系的调驱效果好于现有表面活性剂-碱-聚合物三元复合体系。     

三元复合驱防垢卡抽油泵研制及优化设计

为了解决三元复合驱机采井频繁结垢卡泵的问题,设计了防垢卡抽油泵。通过数值模拟,对防垢卡抽油泵的结构进行优化设计。经现场试验,证实该泵具有较强的防垢卡能力,能够满足采油工艺的要求,对延长三元复合驱机采井的检泵周期,保障持续稳产具有重要的意义。     

Design of Alkaline/Surfactant/Polymer (ASP) Slug and its use in Enhanced Oil Recovery

Abstract

Studies have been done to design an optimum composition of alkali/surfactant/polymer (ASP) slug and its application in flooding to increase the additional recovery of oil. A very low concentration of alkali and surfactant is used to achieve ultra-low interfacial tension between the trapped oil and the injection water, and polymer is used to increase the viscosity of the injection water for mobility control. Based on the experimental results of physico-chemical properties of polymer, surfactant, and alkali and their mutual interaction in solution, an ASP slug of composition SDS: 0.1 wt%, SDBS: 0.075 wt%, polyacrylamide: 2,000 ppm, and NaOH: 0.7 wt% has been recommended for flooding. Two sets of core-flooding experiments have been conducted using the designed ASP slug in a tri-axial core holder to measure the additional recovery of oil. The average additional oil recovery over conventional water flooding was found to be more than 20% of the original oil in place (OOIP).     

利用微生物大幅度改善化学驱效果

针对大庆油田原油酸值低、应用三元复合驱难度大等特点,筛选了两株具有良好的产酸、产表面活性剂和改善原油物性的菌种,经鉴定分别为短短芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌。这两株菌可以降解原油中重质成分,尤其是高碳链(C₂₀以上)饱和烃,产生大量的胞外有机酸,可使原油酸值平均升高10倍以上。在发酵液中代谢产生混合酯类生物表面活性剂和低分子量有机酸、醇。微生物作用原油后,产生的有机酸在碱性条件下能与合成表面活性剂产生很好的协同作用,使微生物作用后原油与现有三元复合体系形成更低的界面张力,平均比未作用原油体系界面张力降低一个数量级,达到10^-4mN/m数量级。室内天然岩心驱油实验评价结果表明,微生物-三元复合驱结合可比单独三元复合驱驱油效率增加近10% OOIP。     

Effect of crude oil ageing on low salinity and low salinity surfactant flooding

Injection of brine with lower salinity than the connate brine has proven to give a moderate increase in oil recovery in sandstones. Recent research has shown that this process will significantly benefit from introducing surfactant optimised for low salinity environment.The mechanisms underlying increased recovery by low salinity brine injection are not yet fully understood. However, research to date suggests that they are related to complex crude oil/brine/rock interactions. With this in mind, the present paper investigates primarily how the extent of oil recovery from Berea sandstones subjected to long term exposure of crude oil is influenced by (1) low salinity water injection and (2) combined process low salinity water injection with surfactant flooding.Core displacement tests were conducted on four Berea cores (30 cm), two in a natural state and two that had been subject to extensive crude oil ageing at high temperature. Results obtained from different flooding steps are discussed in terms of oil recovery and effluent properties including turbidity, pH- and ion analysis (Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺). The results effectively illustrate that oil recoveries from the aged cores are higher during both low salinity water injection and low salinity water injection combined with surfactant flooding. An assessment of how tertiary oil recovery in aged and unaged cores varies with surfactant concentration is also presented.Effluent ion analysis from low salinity water floods showed that Mg²⁺ ions were strongly retained in the aged core while Ca²⁺ ions were being produced from both aged and unaged cores. The latter was attributed mainly to calcite dissolution. Results obtained from pressure profiles, effluent ion analysis and turbidity tests suggest higher production and elution of fine particles from the unaged core.