《提高石油采收率技术》讲义(7)

2019-04-15 11:37

三元复合体系于1994年9月24日正式开始注入,到1995年6月30日结束,累计注活性剂180t、碱剂653t、聚合物103.8t,7月1日转入注后续保护段塞。在注入的274天中,有243天注入体系与原油的界面张力达到了 mN/m,占88.7%;体系粘度达到16的有234天,占注入时间的85.4%;注入压力由注水时的3.63MPa上升到5.92MPa,上升了63%;注入强度平均6.3m3/(m.d) ;吸水指数由注入前的1.75m3/(m.Mpa.d) 下降到三元体系结束时的1.12 m3/(m.Mpa.d),下降幅度36.0%。

到1995年6月30日,试验区各井已开始见效。全区综合含水由见效前的88.5%,降到了73.3%;日产液由见效前的371t降到了的280t,日产油由见效前的37t上升到了73t,日增油36t。其中,中心井(PO5)的含水由见效前的87.9%降到了目前的48.6%,日产油由3t上升到21t,增加6倍。到1996年11月底,全区累计生产原油62009t,累计增产原油19471t,其中中心井增产原油4207t。根据动态资料分析,全区提高采收率16.6%,中心区提高采收率21.0%,与数值模拟预测的结果相符。

2.大庆油田杏五区试验区

杏五区试验区位于杏树岗油田五区二排中部,利用原表外储层试验井,封堵原试验层,补开新的目的层。共有油水井5口,其中注入井1口(杏5-试2-更2),采油井4口(杏5-试1-1、1-2、3-2、3-3井),采用一注四采不均匀注采井距的五点法面积井网。试验区面积约为0.04km2 ,孔隙体积68000m3,原始地质储量37000t。试验目的层为Ⅰ22,单井平均砂岩厚度8.4m,有效厚度6.8m,有效渗透率0.589μm,渗透率变异系数0.63。

杏五井试验区于1994年8月开始水驱,1995年1月29日开始注入三元复合体系,注入体系为0.3%ORS-41+1.2%NaOH+1200mg/L聚合物(1275A)。到3月末(此时已经注入约0.08PV),四口采油井陆续开始见效;9月20日结束,累计注入三元复合体系溶液2571 (0.378PV)。9月21日转注后续聚合物保护段塞,到1996年2月21日结束,2月22日开始后续水驱。150天里累计注入聚合物溶液20899 (0.307PV),此时全区综合含水降为85.0%。四口井见效前与各井含水最低时相比,日产油由12t上升到67t,日增油55t;综合含水由96.9%下降到80.7%,下降了16.2个百分点。各井含水下降最大幅度在10.1%~36.4%之间,累计增油13102t。根据动态反应特性,三元复合驱比水驱提高采收率23.1%。

1996年9月,大庆油田采油四厂于杏二区开始了第二次矿场试验。中心井的含水已从100%降到50%左右,日产油从0吨上升到26吨,并且经维持了4个多月;其它边井的含水率也有不同程度的下降。

通过采出液化学分析和见效时间对比,所有生产井都是先见效后见化学剂,为发现段塞被突破的现象,而且生产井含水大幅度下降,说明却有油墙形成。大庆油田的矿场试验结果,消除了过去对复

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合驱及碱驱的担心,并未发生结构沉淀和堵塞油层的现象。

国外三元复合驱的矿场试验不多,比较完整的是美国怀俄明州Crook 地区西Kiehl油田三元复合驱项目。注入体系为Na2CO3+Petrostep B-100+聚合物(Pusher 700)。他们对比了四种开采方式的结果是:一次采收率11%(OOIP),水驱增加29%,一、二次合计为40%;聚合物驱的结果亦是40%,但驱替时间要短,注入流体的量(PV数)要小。以上两种方式在驱替结束时,波及区内平均残余油饱和度为41%。而用碱/活性剂/聚合物驱,一次、二次、三次采收率合计为56%,此时,波及区内残余油饱和度降为26%。

在ASP体系中,碱作为主剂不仅可使酸性原油产生表面活性物质,而且,还可起到盐的作用。在碱溶液中,只需加入少量的(千分之几)表面活性剂,就能获得超低界面张力并提高复合驱的适宜矿化度范围,驱油效率很高。加入聚合物可增大体系的粘度并选择性地堵塞渗透率高的通道,使波及范围增大,扫及效率提高,总采收率达到较高值,剩余油饱和度可降至极低,甚至完全被采出。

在ASP体系中作主剂的碱价格较低,作助剂的表面活性剂用量较少,复配后的表面活性剂和聚合物在地层中损失减少,注入、产出操作费用降低,因而,ASP驱在经济上是可行的。 以每磅化学剂的费用乘以注入地层的孔隙体积,对ASP驱的经济成本进行了合理估算,结果表明,聚合物驱多采一桶油花费4.88美元,碱/聚合物驱要花费2.78美元,而ASP复合驱仅花费2.13美元,最为经济。增加同样的投资,ASP驱要比聚合物驱能多采4.5倍的原油。

(三)ASP三元复合驱技术中的几个问题

从机理上看,ASP复合驱应该兼具碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱之长,并且具有三种组分之

间的协同效应。目前我国在ASP三元复合驱研究中取得的成果和大量矿场试验结果均表明,ASP复合驱的确具有很高的驱油效率,总采收率可在水驱基础上提高20%左右。就提高采收率而言,这的确是一项很具吸引力的技术。但是在矿场试验中也暴露出一些经济与技术上的问题。这些问题如果不解决,将制约ASP复合驱的工业化应用。这也是对我们研究人员提出的挑战,提供的机遇。

1. 表面活性剂的筛选与研制

ASP复合驱在经济上能否过关,关键之一是表面活性剂。ASP复合驱技术工业应用对表面活性剂的要求是即要高效又要廉价,这的确是一个世界级的难题。化学剂费用是影响化学驱经济效益的关键,也是当今世界EOR技术不能工业化推广的重要原因。我国在“八五”、“九五”期间始终将国产化高校、廉价表面活性剂的研究作为重点攻关项目。常用的驱油表面活性剂可分为三类:

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① 石油磺酸盐

大多数用于EOR的表面活性剂配方中都含有石油磺酸盐。生产石油磺酸盐是原料润滑油经磺

化除去芳香成分生产白油的副产品。由于对润滑油的需求有限,石油磺酸盐的供应短缺、货源不足。

② 合成磺酸盐

这些磺酸盐价格比较高,但驱油效果更好。 ③ 氧乙烯基磺酸盐

这类活性剂具有较强的抗盐能力。

虽然历经十余年的攻关,也取得了不少成果。驱油用表面活性剂距高效廉价、国产化还有相当一段距离,还有许多问题需要研究。今后的研究方向:

① 扩大活性剂的原料来源

目前,生产表面活性剂的原料已经扩大至煤、页岩、微生物和工业废液等,如由煤加氢裂解产

生的粗柴油或由煤焦油分馏得到的杂酚油,因含芳烃成分较多,是理想的制备磺酸盐型活性剂的原料;由微生物经新陈代谢得到的生物表面活性剂已用于驱油;由造纸厂废液得到的木质素磺酸盐可通过改性而用于驱油。

② 利用化学剂的协同效应

驱油化学剂一般是复配使用。而且,复配使用的效果往往优于同条件下单一化学剂效果的加和──协同效应(或称超加和效应)。

如单纯的石油磺酸盐和碱的水溶液与原油间的界面张力分别为5.5 mN/m和2.1 mN/m,而将二者复配后,界面张力可降至0.02 mn/m。合理地利用协同效应可降低活性剂用量,提高驱油效率──由此引发的一个基础理论问题就是,复合体系中化学剂相互作用机理──从分子水平上设计和优化协同效应。

③ 开发具有综合功能活性剂

活性剂的功能有多种,如驱油增粘、杀菌、缓蚀、稳定粘土、抑制蜡晶析出、乳化降粘。把这

些功能结合起来,是驱油用活性剂开发的一个重要方向。

2. 减少化学剂的损失

在驱油过程中,化学剂在油藏孔隙中的吸附、滞留,使其中相当一部分损失在注入井附近的无

效驱油区内。尤其是表面活性剂的损失更为严重,知致使驱油体系到达有效驱油区后的性能大幅度降低。在“九五”期间,我们针对大庆油田做了大量的研究工作。减少表面活性剂损失的基本思路是:①筛选一种廉价的化学剂(无机物或有机物──钙皂分散剂有机磷酸盐,木质素,磺酸盐)作为牺牲

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剂,预吸附;②通过对注入方式的优化设计,提高驱油体系中表面活性剂的有效利用率。很有效,但还有很大的改善潜力。

这个问题的进一步改善,有待于理论(化学剂与岩石表面相互作用机理)和技术思路的突破。

3. 抑制复合体系的组分分理(色谱分离)

在室内实验和矿场试验中,都发现复合体系在孔隙介质中运移和驱油过程中发生明显的组分分离。造成组分分离的原因是复合体系中各组分的分子量不同,与孔隙表面的相互作用特性不同。由于组分分离,复合体系的协同效应(起加和效应)肯定会被弱化。目前,对于复合体系在油藏中的组分分离现象已得到了公认,但是,对于它对驱油效果的影响却仍存在很激烈的争论。 .....

4. 防垢、除垢

在三元复合驱矿场试验中,一个最为突出的问题是采油井井筒结垢,非常严重,检泵周期为一

个月左右。如果这个问题不解决,三元复合驱技术就不能进入工业化应用。通过对垢的分析检测,主要成分是 SiO2。这说明,体系中的碱将油藏骨架溶解了,对油藏的伤害不容忽视。

目前,在矿场试验中,除垢问题还没有很好的办法。

5. 采出液处理

三元复合驱采出液乳化严重,而且其乳状液的结构非常复杂,硬化困难,采出液处理的成本

高。经过“九五”的科研,现在我国已经开发出了一些高效破乳剂。

今后的主攻方向是:即高效又廉价的硬乳剂与方法。

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