可控自聚集微球/乳化分散体系协同深部调控技术在 渤海某油田的研究与先导性试验

针对渤海某油田储层高孔高渗、非均质性强、水油流度比大而导致水驱效率低的问题,提出采用可控自聚 集微球/乳化分散体系协同深部调控技术,以实现该油田控水增油。通过扫描电镜和粒度分析研究了微球的自 聚集性能,采用搅拌乳化法评价了乳化分散体系的乳化性能,并通过填砂管实验,对二者在油藏中适应性进行了 室内评价。结果表明,在油藏条件下,可控自聚集微球可通过其表面的功能化链段实现自聚集,聚集后的粒径是 聚集前的3.1 倍。微球聚集前具有良好的注入性和深部运移能力,注入过程中的压力呈“阶梯状”缓慢增加;聚集 后对渗透率为2000×10^-3～2600×10^-3 μm²的高渗窜流区域的封堵率可达50%以上。所选乳化分散体系对油田原 油具有良好的乳化性能,当质量浓度≥2000 mg/L时,原油乳化率可达100%,乳化的原油可对地层微观均质性起 到微调作用。可控自聚集微球与乳化分散体系之间具有良好的协同调控性能,在总注入量为1 PV的情况下,质 量浓度为6000 mg/L的可控自聚集微球悬浮液和质量浓度为4000 mg/L的乳化分散体系按段塞比1∶1～3∶1 注入 后,原油采收率可在水驱基础上提高13.1%～18.4%。现场先导性试验结果显示,该技术在试验井组控制区域内 提高采收率效果明显,3 个月净增油量达3260.41 m³。     

超支化聚合物作为金属纳米粒子稳定剂的研究进展

在本研究中,着重介绍了用作金属纳米粒子稳定剂的聚酰胺-胺、聚缩水甘油和聚乙烯亚胺等几类超支化聚合物的研究进展。聚酰胺-胺类超支化聚合物可用于堵水剂和化学驱油剂,用于金属纳米粒子反应器时既作还原剂,又作分散剂,能稳定分散金属纳米粒子,还能提高纳米复合材料的循环再生性能;聚缩水甘油类含有大量的端羟基,经修饰可得到两亲性的纳米胶囊,具有良好的生物相容性,可用作优质的原油破乳剂,金属纳米粒子的粒径可通过其相对分子质量来调控;聚乙烯亚胺-胺类具有众多的胺官能团,为金属离子的配位提供了丰富的位点,其包裹的金属纳米粒子可用于温敏材料等。结合超支化聚合物的结构可控性以及纳米金属优秀的催化性能,这类物质在石油工程领域中会有较大的应用前景。     

基于主客体识别作用的油藏深部调剖体系

油藏深部调剖作为一类改善开采效果、提高采收率的重要技术,已广泛应用于非均质油藏水窜治理。为改 善水窜治理过程中调剖剂注入性与深部封堵这一矛盾,基于主客体识别作用,提出自组装深部封堵技术。首先, 以丙烯酰胺、N,N''-亚甲基双丙烯酰胺、烯丙基-β-环糊精和苯乙烯为原料,通过乳液聚合法制得粒径为170 nm、表 面含有β-环糊精基团的主体纳米颗粒;然后,以十六烷基二甲基烯丙基氯化铵和丙烯酰胺为原料,通过可控自由 基聚合法制得数均分子量低于4000、分子量分布为1.1～1.4 的客体聚合物。通过主体纳米颗粒和客体聚合物, 构筑具有自组装性能的调剖体系。通过调剖体系的黏度来评价纳米颗粒与聚合物的自组装性能;通过岩心驱替 实验,评价了调剖体系的注入-封堵性能。结果表明,由于客体聚合物分子中的疏水烷基链与主体纳米颗粒表面 的β-环糊精基团具有主客体识别作用,β-环糊精基团包合疏水烷基链形成包合物,客体聚合物发挥“桥连”作用, 纳米颗粒自组装聚集形成团粒簇,使调剖体系黏度缓慢增至约90 mPa·s。0.1%纳米颗粒与0.2%聚合物组成的 调剖体系的注入性良好,阻力系数为2.0;待自组装后进行后续水驱,残余阻力系数为3.42,封堵率为70.7%。该 研究为缓解调剖剂注入性与深部封堵的矛盾提供了新的思路。     

利用 CT技术研究裂缝性油藏改性淀粉凝胶调堵液流转向

针对常规方法研究裂缝性油藏封堵后液流转向过程不能观察油藏内部孔隙结构和流体运移特征的问题,运用改性淀粉凝胶封堵人工裂缝, 利用 CT扫描技术和岩心驱替实验, 研究了裂缝性油藏调堵液流转向机理, 通过 CT图像呈现岩心孔隙特征、 油水分布及裂缝封堵后注入水扩大波及体积过程。结果表明, 人工裂缝贯穿整条岩心, 孔隙分布均匀, 平均孔隙度 22.7%, 注入水沿着裂缝窜流, 不能建立起有效的驱替压差, 基质波及程度低, 一次水驱原油采收率仅为 10.6%。改性淀粉凝胶可有效封堵裂缝孔道, 迫使注入水液流转向, 启动岩心基质, 二次水驱波及体积大约扩大到岩心基质体积的 2/3, 最终采收率为 46.1%, 提高了 35.5%。CT扫描技术为研究封堵裂缝性油藏机理提供了可视手段。图 7参 18     

聚合物凝胶体系的堵水试验

研制出的一种新型高温聚合物凝胶体系已成功地用于希瑟油田H－43井高产水层的封堵作业。这种高温有机聚合物凝胶体系在350°F条件下与海水相混合具有长期稳定性。延迟胶凝时间可以注入大量聚合物凝胶。H－43井通过11/21in连续油管向15的布伦特组层中注入1095bbl凝胶。处理后,增产原油300bbl／d,产水降低2290bbl／d。     

渤海油田纳米级聚合物微球特性研究

针对渤海海上油田注水指进现象及窜流严重,导致注入水低效循环的现状,研发了一种纳米级聚合物微球,考察了其水化性能、注入性能、封堵性能和提高原油采收率能力,对新型在线聚合物微球深部调剖技术开展了研究及应用。实验结果显示:该纳米级聚合物微球的粒径分布受水化时间影响较大,随着水化时间的增长微球平均粒径在逐渐增大,微球在矿化度水中是缓慢溶胀过程;该微球具有很好的连续注入性和优良的封堵性能。采用聚合物+聚合物微球组合的方式进行了驱油实验,结果显示该技术可以有效的提高原油采收率,可有效解决渤海油田增产挖潜困难的难题,对渤海油田的控水稳油是可行的。     

低初黏可控聚合物凝胶在油藏深部优势渗流通道的封堵方法及应用

聚合物凝胶调剖技术可以有效治理水驱油层水流优势渗流通道并提高采收率。通过建立凝胶调剖剂在非均质渗透层间渗流的理论模型，分析了凝胶调剖剂的黏度对优势渗流通道封堵的作用效果；研发了低初始黏度、具有pH值响应、成胶强度和交联时间可控的聚丙烯酰胺/柠檬酸/铬凝胶体系。在10 m长岩心和3管并联岩心进行封堵模拟实验，测试了聚合物凝胶体系剪切后的自修复黏度等流变学参数，研究了分流率、注入压力以及凝胶封堵的微观形态。研究结果表明：聚合物凝胶体系的低初始黏度是优先封堵地层深部高渗透层优势渗流通道、扩大波及体积的关键参数，聚合物凝胶体系的初始黏度低于10 mPa·s、延迟交联时间控制在30 d以上。长岩心封堵后水驱各段压力梯度比注入聚合物后续水驱时提高了6.55倍；经扫描电镜微观测试发现在岩心不同位置孔隙中存在明显的膜状凝胶；在并联岩心中，当低初黏可控聚合物凝胶进入水窜流的高渗层封堵后，注入水高渗层分流率由72.7%降低为0.7%。大庆油田1井组（6注12采）深部调剖现场试验结果表明，注水压力从7.8 MPa上升到9.8 MPa；8口连通油井日产液量下降16.2%，阶段累积增油563 t。低初黏可控聚合物凝胶对油藏深部优势渗流通道实现了有效封堵。     

新型裂缝性低渗透油藏堵水剂性能评价

针对堵水剂在裂缝中的漏失问题,研制出二次交联聚合物凝胶堵水剂,对一次交联聚合物弱凝胶的流变性、耐剪切性、注入性和滤失性和二次交联聚合物凝胶的突破压力、封堵率、耐冲刷性、对基质伤害率和长期热稳定性进行了评价。实验结果表明,一次交联聚合物弱凝胶具有剪切稀释的流变特征,耐剪切,注入性好,滤失量低;二次交联聚合物凝胶具有突破压力高、封堵率高、耐冲刷性强、对基质伤害率低和长期热稳定性好的特点,在裂缝性低渗透油藏堵水作业中具有明显的优势。     

多相泡沫体系调驱提高原油采收率试验研究

通过复配泡沫和聚合物凝胶微球形成多相泡沫体系,并进行了多相泡沫体系在多孔介质中的驱油实验。通过激光粒度分析仪对聚合物凝胶微球的粒径进行测量,其粒径分布均匀,且与地层孔喉匹配。针对多相泡沫的起泡能力和稳定性,采用搅拌法对其各组分的浓度进行优选。微球封堵试验表明,微球能在岩心中不断地封堵和运移,使注入压力和阻力系数增加,后续水驱仍有较高的残余阻力系数。在双管非均质驱油试验中,多相泡沫优先进入高渗管并具有良好的调剖效果,从而改善地层非均质性,使泡沫驱替低渗管,调剖与驱油结合,有效地提高原油采收率。     

新型在线自聚集调驱体系封堵及驱油效果

针对“强注强采”导致的强水窜油藏的稳油控水问题,通过低温反相聚合技术制备了纳米微球和双层聚合物微球,并复配形成新型在线自聚集调驱体系,考察了体系的耐温性及其粒径变化、注入性、封堵性以及对采收率的影响,分析了体系的作用原理。结果表明,该体系质量浓度为5 g/L,在温度90℃、矿化度34 g/L的模拟盐水中自聚集后耐温超过120 d,粒径可达130μm,对渗透率为5 000 mD的人造岩心具有很好的封堵性能和运移能力,单管均质岩心和双管非均质岩心驱油实验采收率增幅分别为4.1%和10.6%,具有较好的提高采收率性能。     

利用声波全波列测井确定剩余油饱和度方法研究

在油田注水开发的中后期,进行剩余油分布预测具有十分重要的意义.分析了地层压缩系数含油饱和度预测方法的理论局限性,并给出了基于Biot-Gassmann模型的新的含油饱和度预测方法.讨论了各种弹性参数对原油特性和含油饱和度的依赖关系,指出孔隙流体模量和孔隙空间模量比岩石体积模量、纵横波速度等具有更加显著的原油特性与含油饱和度敏感性,因而可以利用声波全波列测井资料反演求取孔隙空间模量及含油饱和度,进而可进行油气储层的识别和评价.     

Predicting the Effective Elastic Properties of Polymer Bonded Explosives based on Micromechanical Methods

Due to the extremely high particle volume fraction (greater than 85%) and damage feature of polymer bonded explosives (PBXs), conventional micromechanical methods lead to inaccurate estimates on their effective elastic properties. According to their manufacture characteristics, a multistep approach based on micromechanical methods is proposed. PBXs are treated as pseudo poly-crystal materials consisting of equivalent composite particles (explosive crystals with binder coating), rather than two-phase composites composed of explosive particles and binder matrix. Moduli of composite spheres are obtained by generalized self-consistent method first, and the self-consistent method is modified to calculate the effective moduli of PBX. Defects and particle size distribution are considered by Mori-Tanaka method. Results show that when the multistep approach is applied to PBX 9501, estimates are far more accurate than the conventional micromechanical results. The bulk modulus is 5.75% higher, and shear modulus is 5.78% lower than the experimental values. Further analyses discover that while particle volume fraction and the binder’s property have significant influences on the effective moduli of PBX, the moduli of particles present minor influences. Investigation of another particle size distribution indicates that the use of more fine particles will enhance the effective moduli of PBX.     

自愈合水泥浆体系在四川地区的应用

针对油气井开发过程中水泥环受损产生裂缝而破坏固井封隔效果,以烃触发溶胀型聚合物为自愈合乳液粒子,形成自愈合水泥浆体系。结果表明,自愈合乳液粒子的粒径在200～250 nm,其加量为10%时水泥石吸油愈合效果及机械性能较佳;8 d内水泥石裂缝愈合率达70%～100%,2 d抗压强度为16.2 MPa,弹性模量为6 GPa;渗流实验结果表明,水泥石出现大于0.1 mm裂缝时,柴油气流速由9 g/min降至6 g/min,小于0.1 mm的裂缝时柴油流速由6 g/min可降低为0。说明自愈合水泥石一旦产生损伤,裂缝中渗入的油气分子使自愈合乳液粒子自发膨胀黏连并逐步修复闭合裂隙,裂缝越小自愈合效果越好,实现了水泥石自愈合修复功能。现场应用表明,该水泥浆体系固井质量优质率达到 88.9%,固井及压裂后技术套管均不带压,显示出良好的应用效果。      

裂缝对致密碎屑岩储层弹性影响的数值分析

有效预测裂缝发育区是寻找致密气甜点区的关键,但目前海陆过渡相致密碎屑岩储层裂缝预测的效果较差。利用DEM理论模型获得岩石孔隙纵横比α及干岩石体积模量,探讨裂缝对致密碎屑岩地层岩石弹性的影响及不同尺度裂缝间的关联性。利用模型确定的α可以较好地识别出裂纹发育段,随着孔隙纵横比由1.0转变为0.01,地层岩石体积模量和剪切模量也逐渐降低,表明裂纹相比孔隙而言更容易引起岩石弹性发生改变。地层岩石由干岩石到饱和地层流体过程中,裂缝不发育地层的体积模量增加幅度为3.1%;对于裂缝发育地层段,孔隙度小于4.7%时其体积模量的增加幅度平均为7.0%,孔隙度大于4.7%时其体积模量增加幅度平均为23.0%,拐点处所对应岩石孔隙度可作为岩石内部裂纹发育程度的评价指标。对于裂缝不发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的正相关性;对于裂缝发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的负相关性。研究结果表明,利用岩石弹性性质可以定量表征碎屑岩地层裂缝的发育特征。      

多尺度冻胶分散体的制备机理

常规提高采收率方法因聚合物耐剪切耐地层理化性质差、聚合物微球合成工艺复杂成本高、预交联颗粒注入性差等问题,限制了油藏适用范围。针对这一技术难题,基于地面制备的本体冻胶体系,建立了规模化高效制备多尺度冻胶分散体的工艺新方法,并探索了其制备机理。研究结果表明:制备的多尺度冻胶分散体为形状规则、粒径可控(650~5 000nm)的水相分散颗粒体系,具备低黏度,表面带负电(-20~-35 mV)的特点。本体冻胶强度、剪切速率、剪切时间和制备方式均会影响多尺度冻胶分散体的制备,其中剪切速率是制备多尺度冻胶分散体的主控因素。多尺度冻胶分散体制备包括本体冻胶的形成和多尺度冻胶分散体的剪切成形两部分,本体冻胶的形成过程包括诱导期、快速交联期、慢速增长期、稳定期4个化学交联阶段;多尺度冻胶分散体的剪切成形过程包括破碎磨圆区、颗粒进一步磨碎区、颗粒均一区3个物理剪切阶段,整个剪切过程持续3~15 min即可完成,进而实现多尺度冻胶分散体的高效制备。     

聚合物纳米微球调驱性能室内评价及现场试验

针对河南油田油藏物性特征及传统调剖效果差的问题,在确定聚合物纳米微球膨胀倍数的基础上,结合油藏物性计算出了聚合物纳米微球的初始粒径。通过流动试验测试了聚合物纳米微球对单填砂管的封堵率及高低渗透率平行填砂管注聚合物纳米微球后的采收率,结果表明:聚合物纳米微球对单填砂管的封堵率达到80.5%,单填砂管注入聚合物纳米微球后不同区域压力波动幅度不同,表明微球在填砂管中发生了运移、封堵、弹性变形、再运移和封堵过程;聚合物纳米微球优先进入并封堵高渗透率填砂管,改变高低渗透率填砂管的非均质性,启动低渗透率填砂管内原油,高低渗透率填砂管整体采收率提高20.5%。柴9井的试验表明,注水井注入聚合物纳米微球后,注水井的注入压力升高,吸水剖面发生显著变化,与其对应的油井产油量增加。采用聚合物纳米微球深部调驱技术可以实现深部调剖,扩大注水波及体积,提高原油采收率。      

稠油降黏剂与树形大分子破乳剂的界面相互作用

利用界面膨胀流变仪和原子力显微镜(AFM)研究了2种稠油降黏剂OP 10和AES对树形大分子破乳剂SD 1的界面性质和聚集行为的影响,从界面膜角度分析2种降黏剂对稠油乳状液破乳的影响。结果表明,由于3种表面活性剂具有较高的表面活性,在界面层中具有较快的弛豫过程,因而界面弹性模量显示出明显的频率依赖性。在SD 1破乳体系中加入降黏剂OP 10后,因OP 10分子与界面聚集体之间存在快速交换过程,使界面弹性模量降低,促使脱水率升高。在SD 1破乳体系中加入降黏剂AES后,因AES分子能够插入SD 1分子聚集体中,减弱AES分子极性头基之间的静电斥力;同时SD 1分子中的EO基团在水中吸附质子带微弱正电荷,与AES分子产生微弱的静电引力,形成层状结构的混合胶束,致使混合界面膜的界面弹性模量高于SD 1吸附膜,因而脱水率降低。     

聚合物凝胶颗粒调剖特性评价

基于对聚合物凝肢颗粒封堵窜流通道的机理分析，提出以弹性封堵强度和破碎封堵强度作为吸水膨胀的凝肢颗粒在油藏孔隙中封堵特性的表征参数和评价指标。根据多测点岩心模拟实验得到的封堵系数分布及其动态规律，分析了凝胶颗粒段塞在岩心中的运移特性及其对窜流通道的封堵能力。综合利用上述指标参数和动态特征，可以评价聚合物凝肢颗粒的调剖特性。     

凝胶颗粒再交联调剖技术

凝胶颗粒再交联调剖技术,就是在调剖施工时注凝胶型颗粒调剖剂的同时注入交联聚合物,使二者在地层有机结合,提高凝胶型颗粒调剖剂调剖效果。在室内实验的基础上,找出与凝胶型颗粒调剖剂匹配的交联聚合物,以达到最佳效果。2009年,利用该技术在文明寨油田现场实施6口井,累计增油1483t,增油效果明显。     

非均质储层水驱剩余油分布及其挖潜室内模拟研究

为了挖潜长期注水开发油田水淹层内的剩余油,通过分析储层孔隙结构和孔喉大小,研制了可视化非均质模型,以录像的方法室内观察水驱剩余油形成过程,分析其分布特征及挖潜技术思路。基于弹性颗粒在孔喉结构中的材料性能,提出与储层孔喉相匹配的弹性颗粒粒径筛选原则,并通过非均质岩心水驱后颗粒调剖实验,评价该弹性颗粒的动态封堵能力和调剖效果。结果表明:油田储层普遍存在非均质性,该性质影响水驱剩余油的分布;水淹层内剩余油以非均质剩余油为主,多数存在于层内局部低渗部位,分布较为分散,其挖潜应以提高微观波及效率为主;弹性颗粒对喉道的封堵强度随粒径的增大先增大后趋于恒定,当颗粒粒径与喉道直径之比超过3时,颗粒在孔喉结构中发生破碎;封堵水淹层水流通道、挖潜层内剩余油时,选择粒径为3倍大孔喉尺寸的弹性颗粒,其效果明显。