聚合物油井综合解堵技术研究

中国石油大学（华东）毕业设计（论文）聚合物油井综合解堵技术研究学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：2011 年 08 月 10 日中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)摘 要聚合物驱已经成为国内油田一项重要的提高采收率的方法，并取得了较好的效果和效益。但聚合物容易对地层特别是低渗渗透地层造成堵塞，从而影响了聚合物驱的效果。本文较系统的探讨了注聚井地层堵塞的原因、类型、机理；对不同的解堵剂体系进行了研究和评价，主要对不同解堵剂体系的最佳加量、温度、以及聚合物浓度的影响进行了评价，综合考虑各种因素的影响，同时考虑到现场应用条件的限制，研制出了一种注聚井综合解堵剂（JZJ） ，并对其进行了各种评价。JZJ 解堵剂对 HPAM 水溶液、注聚井产出液以及HPAM 冻胶都有较好的降粘解堵效果，降粘率为 91.5%97.3%；对各种解堵剂体系的解堵机理进行了分析。关键词：注聚井；地层堵塞；解堵剂；解堵机理中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)目 录第 1 章 前 言 .11.1 三次采油相关概念 .11.2 聚合物驱的驱油机理 .11.3 注聚井解堵研究现状 .21.4 研究目的及意义 .2第 2 章 注聚井地层的堵塞与解堵 .42.1 注聚井地层堵塞的原因及机理 .42.1.1 聚合物本身和水质的影响 .42.1.2 油藏地质特征和油井生产状况的影响 .62.1.3 油田注聚井储层堵塞的类型 .62.1.4 油田结垢的影响 .72.2 解堵剂的主要类型及其解堵机理 .72.2.1 强氧化剂型 .82.2.2 酸性解堵剂型 .82.2.3 生物降解解堵剂型 .92.2.4 复合型解堵剂 .92.2.5 其他解堵剂 .102.3 影响聚合物粘度的因素 .102.3.1 解堵剂加量对降粘率的影响 .102.3.2 温度对聚合物溶液粘度的影响 .102.3.3 矿化度对降粘率的影响 .112.3.4 pH 值对聚合物溶液粘度的影响 .112.3.5 聚合物溶液中氧的影响 .112.3.6 物理作用以及微生物对聚合物溶液浓度的影响 .12第 3 章 实验部分 .133.1 实验仪器设备和药品 .133.1.1 实验用主要仪器设备 .133.1.2 实验主要药品 .14中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)3.2 实验与测试方法 .153.2.1 实验用溶液的配制 .153.2.2 实验条件 .153.2.3 聚合物溶液粘度的测定 .163.2.4 降粘率的计算方法 .16第 4 章 解堵剂的研制与评价 .174.1 解堵剂的研制与筛选 .174.1.1 氧化-还原体系对聚合物粘度的影响 .174.1.2 有机物体系对聚合物粘度的影响 .194.1.3 过氧化-还原体系对聚合物粘度的影响 .204.1.4 强氧化物体系对聚合物粘度的影响 .224.1.5 温度与时间对聚合物降粘率的影响 .234.1.6 不同解堵剂降粘率随时间变化 .244.2 复配实验 .254.3 降粘剂体系的最佳加量 .274.4 不同聚合物浓度对解堵剂降粘率的影响 .274.5 不同温度对解堵剂降粘效果的影响 .284.6 解堵剂对污水配制聚合物的解堵效果 .294.6.1 不同浓度聚合物（污水配制）对降粘率的影响 .294.6.2 污水配制聚合物降粘率随时间的变化 .304.7 解堵剂破胶能力实验 .314.8 本章小结 .32第 5 章 解堵剂作用机理分析 .335.1 有机物降粘体系降粘机理 .335.2 过氧化物体系降粘机理 .345.3 氧化-还原体系降粘机理 .35第 6 章 结论与认识 .36致 谢 .38参考文献 .39前 言1第1章 前 言1.1 三次采油相关概念三次采油 1（EOR也叫强化采油），是指在二次采油后通过向油层注入非常规物质开采石油的方法。在油田开发过程中，通常称利用油藏天然能量开采的采油方式为一次采油。而在一次采油后，通过注水或非混相注气提高油层压力并驱替油层中原有的方式称为二次采油。三次采油是指油田在利用天然能量进行开采和传统的用人工增补能量（注水、注气）之后，利用物理的、化学的、生物的新技术进行尾矿采油的开发方式。这种驱油方式主要是通过注化学物质、注蒸汽、注气（混相）或微生物等，从而改变驱替相和油水界面性质和原油物理性质，从而能够达到提高驱替液的波及系数或洗油效率 2，从而达到提高原油采收率的目的。目前世界上已形成三次采油的四大技术系列 3，即化学驱、气驱、热力驱和微生物采油，其中化学驱包括聚合物驱油法、表面活性剂驱油法、碱水驱油法及其复配的三元复合驱油法等；气驱包括烃类混相驱或部分非烃类混相的CO 2驱、N 2驱、天然气驱和烟道气驱等；热力驱包括蒸汽驱、蒸汽吞吐、热水驱和火烧油层等:微生物采油包括微生物调剖或微生物驱油等方法。当前三次采油已经为多数油田所采用，成为提高采收率的重要手段，但是由于受一些技术方面限制，一些相关的三次采油技术虽然在实验室条件下取得了较好的驱油效果，但是还不能够在油田采油现场得到广泛的应用，目前在采油现场应用较广泛的的三次采油技术是聚合物驱，而在聚合物驱中最常用驱替物的就是HPAM和黄胞胶（XC）。1.2 聚合物驱的驱油机理聚合物驱 4油是通过在注入水中加入一定量的高相对分子量的HPAM，增加注入水的粘度，改善油水流度比。注入的聚合物溶液具有较高的粘度，且通过油层后具有较高的残余阻力系数以及粘弹效应等，且注入液的粘度越高，残余阻力系数越大，驱替相的流度就越小，驱替相与被驱替相的流度比就越小，聚合物驱扩大油层宏观和微观波及效率的作用就越大，采收率提高值就越高。聚合物驱适用于温度适中、原油粘度中等、非均质比较严重的油藏。它可以提高注入水粘度，改善油水流度比，降低水相渗透率、渗透率变异系数，提高注入水的波及系数，缩短开发周期。同时，应用交联聚合物处理近井地带，封堵近井前 言2地带的高渗透部分，进行剖面调整，方法、机理简单，技术上比较成熟，投资也不大，并且国内外进行过大量先行试验和油藏试验。目前情况来看，其应用的主要限制是聚合物本身的稳定性不够，易发生机械降解。1.3 注聚井解堵研究现状随着三次采油化学驱油技术的发展，尤其是目前聚合物驱已逐渐成为国内部分油田稳产的重要技术的情况下，注聚井地层堵塞的现象也日益严重，逐渐成为聚合物驱油现存的重要问题，注聚井解堵技术的研究正为越来越多的学者所关注。到目前为止，人们对于各种地层堵塞的原因和机理已经有了相当的认识，同时随着三次采油技术的发展人们在注聚井解堵技术方面研究方面也已做了许多工作。目前聚合物驱的常用聚合物溶液是 HPAM5和 XC 等。如现场常用的阴离子型 HPAM 主链为 C-C 键，侧链为酰胺基或水解后的羧基，按照有机化学理论，主链为 C-C 键的化合物，其稳定性较高，不易降解，必须在极高的温度及强氧化性的环境下才能使之降解，因此，对 HPAM 造成的地层堵塞，必须选择强氧化剂或几种氧化剂的复配产品，发挥协同效应，达到降解HPAM 的目的；另外酸性氧化剂型解堵剂 6以及生物降解解堵技术等也是常用的解堵技术。这些解堵技术的评价方法主要是研究解堵剂加量、温度、矿化度对降粘率的影响，以及加量、温度、渗透率、矿化度对解堵率的影响，同时针对这些相关影响因素的适应性及复配试验能够比较直观的展现所配制的解堵剂的解堵效果，同时研制出效果明显的解堵剂。1.4 研究目的及意义随着世界能源需求的增加，对石油的开采量及开采效率的要求越来越高，常规的采油方法（一次和二次法）一般仅采出原油地质储量的 1/3。当常规方法生产的原油产量不断下降时，提高原油采收率即通常所说的三次采油技术将在资源利用方面发挥重要作用。在油田注水开发过程中，油藏的非均质性和不利的流度比导致水驱波及效率较低。加入聚合物可以显著地提高注入流体的粘度、改善注入流体的流度、提高水驱波及效率，从而最终提高原油采收率。目前，聚合物驱已成为国内外最具发展潜力的三次采油方法之一，并且聚合物驱在国内的许多油田已经得到比较广泛的应用，并且已经成为某些油田稳产的重要技术。但是，许多井在转入注聚后，由于聚合物分子量与地层孔喉半径不配伍，聚合物溶解不完全或吸附造成地层堵塞，加上粘土膨胀、注入水质不合格、注入水中含过多悬浮颗粒、细菌等因素，造成注入压力偏高，注聚前 言3困难，不仅完不成配注，有的井甚至注不进聚合物。这时，就必须对注聚井进行解堵和解吸。本研究要配制油田用的注聚井解堵剂使其达到配方简单、适应性强、地层解堵效果明显、成本低等的要求。本研究通过对注聚井地层堵塞的原因和机理的分析与认识，综合考虑影响注聚井解堵剂解堵效果的各种因素，从不同的角度分析研究影响聚合物粘度的因素，从多种解堵剂中筛选出效果较好几种解堵剂然后进行相关的复配试验并复配出具有效果较好、解堵剂加量合适、成本低等优点注聚井高效解堵剂。针对聚合物堵塞地层的解堵剂研究对于注聚井近井地带和远井地带地层堵塞的解除具有十分重要的意义，对于提高地层的渗透率、降低注聚压力、增加注聚井聚合物溶液注入量，提高聚合驱的效果，最终达到提高采收率，获得较高经济利益具有重要的现实意义。注聚井地层的堵塞与解堵4第2章 注聚井地层的堵塞与解堵2.1 注聚井地层堵塞的原因及机理在石油开采过程中，往往采用注水采油来提高采收率。在聚合物驱过程，注入聚合物，导致生产能力和注水能力不断下降。如果发生了聚合物堵塞地层问题，聚合物的累计流量和压力曲线就会发生了很大的变化，其变化的主要特点就是压力流量曲线呈直线，即随着注入量的增加，停留在岩石孔隙当中的堵塞物增加，孔道的渗透率减少，进入孔道的堵塞物越多，那么堵塞的压力就越大。因此流量和压力变化呈正比的关系。2.1.1 聚合物本身和水质的影响通过分析结果可以确认：聚合物的堵塞的部分原因是聚合物中和水中的杂质 7和微生物形成的胶凝物堵塞了地层，使地层孔隙度下降，造成地层的渗透率下降，导致了注入压力的提高。这些堵塞物 8主要是HPAM、粘土与机械杂质、硫化铁、碱式碳酸铁、氧化铁、碳酸镁、碳酸钙、氧化钠与氧化钾、油等，主要成分是聚丙烯酞胺、粘土与机械杂质、硫化铁等。分析认为聚合物堵塞地层的原因是以下几种因素 9的综合作用:（1）聚合物的捕集作用，聚合物高分子链上的狡酸基团存在和电荷的作用，造成了水中的胶体粒子（小于1微米的粒子）絮凝和积聚形成微粒团，在孔喉部分结合生成堵塞物，由于聚合物的捕集作用提高了捕捉微小颗粒的能力，使本来不该沉淀的胶体粒子也沉淀下来。（2）聚合物本身的分选和吸附，经显微镜观察，发现地层当中的粘土，主要分布在地层孔隙的表面特别是孔喉部位。由于聚合物对粘土具有强烈的包被作用（在钻进中被用作粘土的絮凝剂），在孔喉和孔壁的粘十的表面形成了厚厚的聚合物吸附层，对于比较大的聚合物分子首先在近井壁处形成吸附层，一般吸附的厚度为几微米到十几微米，如果这些聚合物还带在运移中所絮凝的微粒，就会卷曲形成一个堵塞的团粒，吸附在底层的孔道上，形成堵塞，即使是没有捕捉到微粒的聚合物，也会在孔道的周围形成堵塞，造成孔道变窄，降低了孔道的渗透率。（3）聚合物当中的一些水膨性微粒和杂质，在注入过程中发生聚集，形成团粒结构，这些结构堵塞了油层的孔隙，造成了地层的渗透率的下降。（4）管线和容器中的铁离子的存在，与聚合物和微生物交联，生成具有刚性的交联物，这些凝胶也是地层堵塞的主要成分。地层和管线中存在着大量的微生物，这些微生物注聚井地层的堵塞与解堵5产生的粘胶也是地层堵塞的因素，特别是粘胶与铁离子等结合以后，形成一种刚性的微粒并堵塞在岩石的孔道中，造成了堵塞。影响油田注水水质的主要因素可分为两大类。一类是对注水设备和管线造成腐蚀的因素，包括水中的溶解氧，硫化氢，二氧化碳，硫酸盐还原菌等。另一类是对地层造成堵塞的因素，包括悬浮固体，二价铁凝胶，乳化原油，腐生菌和硫酸还原菌菌体等。另外利用注水井把水注入油层，以补充和保持油层压力的措施称为注水。油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地层亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。在采油过程中，利用注水来提高采油率的措施应用的很广泛。有的油田则是为了增加产量，注水中添加表面活性剂或聚合物，导致生产能力和注水能力不断下降。与水驱开发相比较，聚合物驱实践时间比较短。随着聚合物驱油技术应用范围的不断扩大和时间的增长，一些新的技术问题如聚合物溶液堵塞地层等逐渐暴露出来，需要进一步完善聚合物驱油技术并对难点问题进行攻关，对注聚井堵塞理论分析，聚合物可通过化学吸附和机械捕集而在多孔介质内发生滞留，造成孔道过流断面减小、液流阻力增加。滞留引起的渗透率降低效应的大小可以用阻力系数和残余阻力系数来描述。通常情况下，阻力系数、残余阻力系数与岩石渗透率、聚合物相对分子质量、分子结构、聚合物浓度、溶剂水的矿化度、注液速度和注入量等因素有关，其中聚合物相对分子质量和分子结构对聚合物溶液的流动性质影响较大。当聚合物分子尺寸即线团回旋半径与岩石孔道半径中值相匹配时，聚合物在多孔介质内不会发生堵塞现象。2.1.2 油藏地质特征和油井生产状况的影响除了上述因素外，油藏地质特征和油井生产状况等因素也影响聚合物溶液的注入：（1）一 些注入井有效采出量较少，造成注采不平衡出现“有注无采”现象，直接导致注入井压力升高。此外，地层渗透率低、连通性差也是造成注入压力升高的主要原因之一。（2）分布射孔时机把握不好，造成注入井初期压力上升快，后期调整困难。实践经验表明，注聚初期在吸液层进行补孔，注入井注入压力上升幅度小，后期调整余地大，而注聚半年后补孔，则注入井压力上升幅度较大。（3）一些油井流压较高，影响注入井的注入状态，采油井地层产液能力与机采设备注聚井地层的堵塞与解堵6抽吸能力不匹配，油井流压较高，影响注入井的注入压力。2.1.3 油田注聚井储层堵塞的类型油田注聚井储层堵塞可以分为以下几类:（1）硬团粒堵塞，由于聚合物的捕捉收集形成的石英、粘土、水垢等形成的团粒结构，这些团粒经过压缩形成了比较结实团粒，形成具有一定承压能力的堵塞物，形成刚性和半刚性堵塞，其特点是压力越高，堵塞越严重，渗透率降低越大。聚合物