无机凝胶深部调驱技术

无机凝胶深部调驱技术 2008 年 现场 应用效果报告 濮阳联力化工总厂 二八年十二月 一、技术简介 聚合物由于其分子本身的局限性，难以在高温、高矿化度条件下保持稳定，因此，其在三采领域中的应用也将受到限制。目前，国内外聚合物驱使用的油藏条件为：温度 75 ，矿化度 2 104mg/l。九十年代以来，兴起了聚合物凝胶深部调剖技术，胶态分散凝胶深部调剖及转向技术等；聚合物凝胶技术应用的条件虽有所放宽，但由于其主体是聚合物，因此，它的性能不会有很大地改善。据有关文献报导，使用高分子聚 合物配制、用于处理断裂及其它高渗透性异常情况的聚合物凝胶在适当的条件下 可 应用于温度高达 270 （约 132 ）的油藏中；但在接近此温度上限时，此类凝胶成功应用的最高矿化度极限为海水的矿化度（约为 104mg/l）。也就是说，聚合物或以聚合物为主体的凝胶不可能同时具有抗高温和高矿化度的能力。一般说来，聚合物凝胶技术使用油藏的极限条件为：温度 95 ，矿化度 10 104mg/l。国内凝胶技术应用较成功的南阳油田，其矿化度、温度条件更低。 另一方面，随着聚合物凝胶调驱技术的应用和推广以及对油藏认识的 深入，该技术也暴露了一些缺点，主要是聚合物凝胶体系的成胶情况容易受各种因素的影响，主要有：交联剂的吸附损耗对成胶性能的影响，聚合物的吸附损耗对成胶强度的影响，聚合物运移过程中剪切对成胶性能的影响等。由于影响因素多，风险相应也较大。 针对聚合物凝胶体系的上述局限性，在聚合物凝胶调驱技术开展的同时，国外也开展了无机凝胶深部调剖技术的室内和现场实验。 二、 无机凝胶深部调剖 调驱 机理 无机凝胶作为一般的调剖堵水材料在油田应用得较早，如比较传统的水玻璃 氯化钙双液法调剖等。主要利用如下反应： 2于该方法产生的硅酸钙凝胶性能差，体系在地面或地下形成的凝胶中有大量的沉淀颗粒，在高温下，很快变成沉淀；而且粒径不易控制，有的沉淀颗粒的直径很大，因此无法实现大剂量的注入，该体系只能作近井的措施处理（即近井调剖）。 随着化工工业的发展，尤其是溶胶 凝胶生产纳米材料技术的发展及应用，满足各种性能要求的硅酸钠凝胶和其它各种无机凝胶相继被开发出来。受有机凝胶深部运移并调整油藏内部渗透率思路的启发，用无机凝胶替代聚合物凝胶同样也是为了解决油藏内 部渗透率的调整、改变注入水在油藏内部的分布状况。 采用医药领域中“涂膜”加“缓释”的思想，并结合溶胶 凝胶生产纳米材料的技术，在较低成本的前提下，通过反复试验，找到一种高性能无机凝胶体系。由于粒径尺寸可控，因此，配合适当的工艺，这种凝胶体系可以运移到油藏深部。该无机凝胶体系可以根据要求调整强度、含水度及粒度。与聚合物凝胶相比，其优点是： (1)可以根据油藏渗透率的大小调整凝胶的颗粒的粒径。 由于聚合物大分子的弹性、分子之间的摩擦及水动力学体积较大，可以用粘度和流变来表征这类体系，但无法控制粒度。而构成无机凝 胶的材料是小分子，因此，通过控制其聚集数来达到控制其粒径的目的。一般地，无机凝胶的刚性强，而且粒径越小，其强度越大，在表征这类体系时可以用“触变性”的概念。 (2)成胶过程相对简单，该凝胶体系只受温度和 的影响。 体系中各组分与岩石的相容性较好，吸附损耗的影响几乎可以忽略，而且在适当钙镁离子浓度下，其强度会增大。从一定程度上说，该技术较充分利用了中原油田的地层特点，把不利因素（二价离子）转化为相对有利的条件。对聚合物凝胶来说，影响其性能的不利因素更多，不仅包括吸附、 、温度，而且二价离子也是一个很重 要的不利因素。 (3)成本低，与聚合物凝胶相比，该体系是一种较廉价的 调剖 调驱剂。 三、 S 型无机凝胶的制备原理 利用颗粒控制剂和酸反应生成酸性中间体，该酸性中间体与水玻璃接触时发生酸碱反应 。 在一定条件下，随着酸性中间体的加入，体系的 缓慢降低，同时 S 型材料 以胶体粒子形式存在的高聚态硅酸根离子不断长大。另一方面，颗粒控制剂在缓慢分解，并释放酸性物质，当温度升高时，释放酸性物质的速度加快。 四、 S 型凝胶性能实验 1、成胶时间实验 溶液的准备 先配制颗粒控制剂体系，再配制一系列浓度的 S 型材料 100 一定的搅拌速度下向上述 S 型材料 中加不同量的 实验内容及结果 在 S 型材料浓度相同的条件下，分别考察了上述体系在不同温度下和不同 度下的成胶时间；同时考察了矿化度对凝胶强度的影响，结果如下： A、温度对体系成胶时间的影响 温度对成胶时间的影响 02040608010012014020 30 40 50 60 70 80 90 100温度（）时间（h）B、 系浓度对成胶时间的影响 (实验温度为 95 ) 成胶时间的影响 h）C、矿化度对凝胶强度的影响 (实验温度为 90 ) 矿化度对凝胶强度的影响 10 15 20 25 30成胶强度、技术性能指标 (1)成胶时间： 95 条件下调整组分浓度成胶时间可控制在 5 (2)成胶前粘度 调； (3)胶后粘度 2000 调； S 型材料浓度为 S 型材料浓度为 4% S 型材料浓度为 S 型材料 浓度为 S 型材料 浓度为 4% 矿化度（ 104） S 型材料浓度为 4% (4)热稳定性： 200内长期稳定； (5)盐稳定性： 0 30 104 l 长期稳定； 五 、 2007 现场应用效果分析 无机凝胶高温调堵体系由无机材料小分子构成，成胶体系也是一种凝胶微粒，通过控制其聚集数来控制其粒径，而且粒径越小，强度越大。表征该体系可以用 “ 触变性 ” 的概念。各组分与岩石的相容性较好，吸附损耗的影响几乎可以忽略，与交联聚合物相比，该体系具有耐温 性能良好，施工方便的特点。 2007在现场采用 无机凝胶高温调堵体系 进行施工 ,取得了较好的效果 ,两年的施工中 ,有成功的经验 ,也总结了失败的教训。 1、 2007 年 濮城油田无机凝胶调驱调剖现场实施情况 2007 年在濮城油田共实施无机凝胶调驱 15 井次，调驱前平均注水压力 注 ， 施后平均注水压力 注 力上升 增加 0 口油井见效，单井日产液从 上升 ，日产油从 ，平均日增油 ，综合含水从 下降 百分点，累计增油 8040 吨。 2、 2008 年卫城油田 无机凝胶调驱调剖现场实施情况 2008 年在卫 360 油田的卫 360进行 无机凝胶调驱调剖 。该区块 原始地层压力为 33力系数 始地层温度 100 ，目前地层温度 85。 沙三中 65%，渗透率 10 2010，沙三下 1 平均 孔隙度 渗透率 2 610， 砂组之间非均质性强。地层水矿化度一般为 2710 4mg/l。 无机凝 胶调驱调剖 剂设计注入 2000实际注入 1400 有达到设计注入量。但该井到目前已经增产原油 500 多吨，日均增油 5 吨。达到了增油的目的。 3、 2008 年 文南、胡状 油田无机凝胶调驱调剖现场实施情况 通过 2008 年 5 月 9 日到 2008 年 11 月 15 日在 文南、胡状等油田共实施 5 口井， 分别为文 79 74、文 133 6、文 72 218、文 3328， 新胡 7。 由于施工时间短及其他因素影响， 文 79 74、文 33 28， 新胡 7 效果不是很理想， 文 133 6、文 72 218井效果较为明显，年累计增油 300 吨以上。效果不好的经主要原因是注入压力较高，导致难以注入，不能按设计要求完成施工，故效果不明显。 各施工井基本情况 基本数据 文 79 74 文 133 6 文 33 28 新胡 7的层 4 15、16、 20、 22 2 2 的层厚度 n n n n 孔隙度 17% 低层温度 106 107 90 73 渗透率 10101009 10化度 104 104 27 104 启动压力 78工后压力 34253计要求达到压力 32885计要求注入无机凝胶量 2500000 800 00 际注入量 1745 000 40 55 79变化曲线0102030400 500 1000 1500 2000注入无机凝胶的量压力系列1文 79 74 井施工参数设计 段塞 名称 调剖体系 液量 度 mg/l 粒径 大施工压力 (前置 凝胶颗粒 400 4000 20 隔离 清水 50 主体 无机凝胶 2500 32 隔离 清水 50 后置 凝胶颗粒 300 6000 45 由施工情况不难看出实际施工与设计符合较好，前置段塞采用2颗粒较符合地层情况，压力上升较平稳，由启动 压力 6 体无机凝胶连续注入且中间隔离清水 50 方较充分，保证压力上升较慢。较好地实现施工设计目的。 文133工压力变化曲线0510150 1000 2000 3000 4000调驱剂注入量压力系列1文 133施工参数设计 段塞 名称 调剖体系 液量 度 mg/l 粒径 大施工压力 (前置 凝胶颗粒 300 4000 12 主体 （交替） 无机凝胶 200 10 28 凝胶颗粒 100 10 6000 28 后置 凝胶颗粒 400 8000 40 顶替液 清水 50 30 由 曲线可知当前置段塞 完成后压力最高为 14体段塞完成后最大压力为 13设计压力 28差较大。综合此井基本参数发现文 133 6 地层温度较高 ， 为 107 ， 超过凝胶颗粒耐温极限，施工时间较长 ， 前置段塞注入时间在 18 天左右。凝胶颗粒可能部分降解。建议采用耐温较高调剖剂 . 文33工压力变化曲线0102030400 200 400 600 800注入无机凝胶的量压力系列1文 33施工参数设计 段塞 名称 调剖体系 液量 度 mg/l 粒径 大施工压力 (前置 凝胶颗粒 400 6000 25 主体 （交替） 无机凝胶 200 9 28 凝胶颗粒 100 9 8000 28 后置 凝胶颗粒 400 10000 40 顶替液 清水 50 32 后续注入无机凝胶具有触变性，属沉淀型调堵剂， 此井所在地层矿化度较高，产生沉积无法推动到更远的地段，故压力升高较快由27升到 34只注入 640 方，未能完成设计要求。 新胡 7施工参数设计 段塞 名称 调剖体系 液量 度 mg/l 粒径 大施工压力 （ 前置 凝胶颗粒 200 8000 40 主体 （交替） 无机凝胶 300 3 13 凝胶颗粒 200 3 6000 45 后置 凝胶颗粒 300 8000 68 顶替液 清水 30 18 此井前期测得吸水指示曲线启动压力为 5际施工时的 启动压力 造成主体段塞注入压力较高为 24于注入压力较高， 导致无法 完 成施工 。 六 、 几点认识 1、 无机凝胶 调驱 体系 具有 粒径尺寸可控 ，成本低，热稳定性、盐稳定性好的特点，适用于中原油田的调驱现场施工。 2、 无机凝胶 调驱 体系 克服了 聚合物凝胶 体系的成胶情况容 易受各种因素的影响（ 交联剂的吸附损耗对成胶性能的影响，聚合物的吸附损耗对成胶强度的影响，聚合物运移过程中剪切对成胶性能的影响等 ）的缺点，是一种低风险的调驱体系 。 3、 无机凝胶 的粒径较小，可以进入油层深部，并且封堵强度高，在现场施工中表现为施工注入压力上升 较 快， 后续调堵 剂 注入困难。因此 在选用无机凝胶调驱剂前应综合考虑地层情况， 充分发挥 无机凝新胡 7压力变化曲线 0 5 10 15 20 25 30 0 500 1000 1500 2000 注入调驱剂的量 压力 系列 1 胶 封堵强度高、 耐盐耐温调驱剂的优势，起到更好的调驱效果。 4、注 无机凝胶 前后应先注清水进行隔离，防止凝胶过早沉淀。 5、 对比 2007使用无机凝胶施工的调驱井，可 以看出无机凝胶对中高渗透率、启动压力低、存在大孔道的井注入效果较好，且压力也较好控制，而对中低渗透率，启动压力高的井