长效纳米地层解堵驱油技术的研究与应用

1、 三次采油技术现已成为油田稳产增产三次采油技术现已成为油田稳产增产的重要措施的重要措施 化学驱技术是三次采油的重要手段化学驱技术是三次采油的重要手段现有常用驱油剂现有常用驱油剂三种驱替剂：三种驱替剂： 1.1.无机碱，如无机碱，如NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3和和NaSiONaSiO3 3 2. 2.表面活性剂一般为烷基苯磺酸钠盐和石油表面活性剂一般为烷基苯磺酸钠盐和石油 磺酸盐磺酸盐 3.3.聚合物主要为水解的聚丙烯酰胺聚合物主要为水解的聚丙烯酰胺 使用后副作用使用后副作用 (1)(1)垢沉淀堵塞油层垢沉淀堵塞油层(2)(2)油层的堵塞和伤害油层的堵塞和伤害(4)(4)设备的

2、腐蚀设备的腐蚀(3)(3)采油和集输管道结垢堵塞采油和集输管道结垢堵塞 如何提高三次采油技术水平，增加现有油如何提高三次采油技术水平，增加现有油藏的采收率（油层长效解堵）藏的采收率（油层长效解堵） 如何减少采油、输油、存油设备的腐蚀如何减少采油、输油、存油设备的腐蚀课题课题公司公司介绍介绍日本新能源日本新能源开发机构开发机构青岛科技大学青岛科技大学科技发展集团科技发展集团青岛华研润通青岛华研润通能源科技有限能源科技有限公司公司 降低油水界面张力降低油水界面张力 扩大油层宏观和微观波及体积扩大油层宏观和微观波及体积 增加并保持油层砂石土的通透增加并保持油层砂石土的通透 性性 对设备无腐蚀性、不易

3、结垢对设备无腐蚀性、不易结垢 技术攻关要求技术攻关要求地层堵塞过程地层堵塞过程 随着原油开采不同来源的地层水随着原油开采不同来源的地层水+ +地层水与地地层水与地面注入水面注入水混合混合采出过程中的降温采出过程中的降温油水分离油水分离过程中的加热过程中的加热为了提高采收率向地层注为了提高采收率向地层注COCO2 2或注或注碱水溶液碱水溶液提高地层的渗透率进行酸化作业提高地层的渗透率进行酸化作业从从水中析出固体物质水中析出固体物质堵塞堵塞 驱油剂使用时产生盐类原因驱油剂使用时产生盐类原因 地层堵塞是油田生产中不可避免而要面地层堵塞是油田生产中不可避免而要面对的主要问题对的主要问题 实施复合驱油，

4、水实施复合驱油，水pHpH值的改变以及碱与值的改变以及碱与油层岩石之间产生的不利化学反应油层岩石之间产生的不利化学反应 结垢沉淀主要是无机盐结垢沉淀主要是无机盐 地层水中加入复合体系后，溶液中含量大地层水中加入复合体系后，溶液中含量大幅度上升的离子是幅度上升的离子是OHOH- -、COCO3 32-2-、和、和SiOSiO3 32-2-，OHOH- -由复合体系引入由复合体系引入 COCO3 32-2-增加的主要来源是增加的主要来源是HCOHCO3 3- -；SiOSiO3 32-2-主要主要来源于碱与岩石矿物反应的产物来源于碱与岩石矿物反应的产物 碳酸盐：碳酸盐：Ca2+CO32- CaCO

5、3Mg2+CO32- MgCO3 氢氧化物：氢氧化物：Ca2+2OH- Ca(OH)2Mg2+2OH- Mg(OH)2产生沉淀堵塞的物质产生沉淀堵塞的物质 硅酸盐：硅酸盐：Ca2+SiO32- CaSiO3Mg2+SiO32- MgSiO3 硫酸盐：硫酸盐：Ca2+SO42- CaSO4Mg2+SO42- MgSO4 硅酸垢：硅酸垢：SiO32-+2H+ H2SiO3SiO44-+4H+ H4SiO4 结垢能力的大小顺序为：结垢能力的大小顺序为： 氢氧化镁垢碳酸钙垢碳酸镁垢氢氧化镁垢碳酸钙垢碳酸镁垢 硅酸镁垢氢氧化钙垢硅酸镁垢氢氧化钙垢 经分析结垢成分为：经分析结垢成分为： 碳酸盐垢为碳酸盐垢

6、为60% 60% 左右左右 硅酸盐垢为硅酸盐垢为30% 30% 左右左右 其余为沥青质、氧化铁和其它化合物其余为沥青质、氧化铁和其它化合物 碱碱/ /表面活性剂表面活性剂/ /聚合物的平衡界面张力能达到聚合物的平衡界面张力能达到1010数量级数量级 必须加入大量的碱必须加入大量的碱 三元复合体系含三元复合体系含0.80.81.51.5的高浓度碱的高浓度碱 pHpH值在值在10101313 碱剂的加入，对油层岩石骨架和胶结物有严重的伤害碱剂的加入，对油层岩石骨架和胶结物有严重的伤害 对油层造成伤害，造成油层渗透率增大，注入压力下降对油层造成伤害，造成油层渗透率增大，注入压力下降 造成油层坍塌，近

7、井地带油层的坍塌造成油层坍塌，近井地带油层的坍塌 造成地层的堵塞造成地层的堵塞现有驱油剂对油层的伤害和堵塞现有驱油剂对油层的伤害和堵塞碱碱/ /表面活性剂表面活性剂/ /聚合物三元复合驱提高采收率聚合物三元复合驱提高采收率技术技术 广泛使用的表面活性剂广泛使用的表面活性剂 来源广来源广、性能稳定的石油磺酸盐性能稳定的石油磺酸盐, ,价格相对价格相对较低较低 非离子型、阳离子型等由于价格昂贵、降低非离子型、阳离子型等由于价格昂贵、降低油水界面张力以及抗温、抗盐的能力低油水界面张力以及抗温、抗盐的能力低表面活性剂在地层水中的沉淀和堵塞表面活性剂在地层水中的沉淀和堵塞 地层水中本身固含的以及阳离子交

8、地层水中本身固含的以及阳离子交换作用产生而得到的大量多价阳离换作用产生而得到的大量多价阳离子子CaCa2+2+和和MgMg2+2+ 注入的石油磺酸盐（钠）与地层水注入的石油磺酸盐（钠）与地层水中的这些多价阳离子发生反应生成中的这些多价阳离子发生反应生成二价石油磺酸盐（钙、镁）二价石油磺酸盐（钙、镁） 表面活性剂产生的结垢离子表面活性剂产生的结垢离子地层水中含有一定浓度的地层水中含有一定浓度的CaCa2+2+和和MgMg2+2+时，就时，就会发生二价石油磺酸盐沉淀会发生二价石油磺酸盐沉淀 二价石油磺酸盐在一定温度条件下，在水二价石油磺酸盐在一定温度条件下，在水中的溶解度有限中的溶解度有限 继续增

9、加石油磺酸盐浓度，沉淀物逐渐溶继续增加石油磺酸盐浓度，沉淀物逐渐溶解解 继续增加石油磺酸盐浓度，又出现沉淀继续增加石油磺酸盐浓度，又出现沉淀表面活性剂浓度增加表面活性剂浓度增加溶液中出现沉淀溶液中出现沉淀溶溶解解再沉淀再沉淀堵塞堵塞研究结果表明研究结果表明 驱油用过程中产生二价石油磺酸盐沉淀驱油用过程中产生二价石油磺酸盐沉淀 (1)(1)严重堵塞油层严重堵塞油层 (2)(2)加快表面活性剂的消耗速度加快表面活性剂的消耗速度 (3)(3)驱油作用过早失效驱油作用过早失效 聚丙烯酰胺产生聚合物物料堵塞聚丙烯酰胺产生聚合物物料堵塞 聚合物：提高驱油体系的粘度、改善流度比聚合物：提高驱油体系的粘度、改

10、善流度比 聚合物的吸附和滞留作用聚合物的吸附和滞留作用导致浓度降低导致浓度降低表面表面张力上升张力上升溶液粘度下降溶液粘度下降小孔隙滤于小孔隙端小孔隙滤于小孔隙端口口注入井附近聚合物积聚注入井附近聚合物积聚井眼和地层堵塞井眼和地层堵塞驱油效果下降驱油效果下降 注入水和地层水不配伍注入水和地层水不配伍 产生井筒和地层堵塞产生井筒和地层堵塞 地层储层存在微粒运移地层储层存在微粒运移 成为结构的晶核成为结构的晶核 加剧了堵塞的程度加剧了堵塞的程度结垢土黄色、质地松软、加酸有气泡产生结垢土黄色、质地松软、加酸有气泡产生3 3 目前驱油剂的发展与现状目前驱油剂的发展与现状 三元体系中含有悬浮杂质钙镁离三

11、元体系中含有悬浮杂质钙镁离子及碳酸根离子子及碳酸根离子 污水中的悬浮杂质为晶核污水中的悬浮杂质为晶核 反应产生难溶的碳酸钙反应产生难溶的碳酸钙、碳酸镁碳酸镁和硅酸钙等物质和硅酸钙等物质 垢质疏松难溶与常规结垢不同垢质疏松难溶与常规结垢不同地层堵塞的原因地层堵塞的原因 腐蚀产物垢（乳硫化亚铁、三氧化二铁）腐蚀产物垢（乳硫化亚铁、三氧化二铁） 碳酸钙垢和注入水中悬浮物（如粘土）碳酸钙垢和注入水中悬浮物（如粘土） 溶解地层岩石溶解地层岩石、扩大孔隙介质中喉道扩大孔隙介质中喉道、提高地层提高地层渗透率渗透率溶解地层渗滤面上的堵塞物溶解地层渗滤面上的堵塞物 酸化：酸化： 依靠酸液的化学溶蚀作用依靠酸液的

12、化学溶蚀作用 地层中挤酸时的水力作用地层中挤酸时的水力作用 提高近井地带地层的渗透率提高近井地带地层的渗透率 改善油气水流动状况改善油气水流动状况 增加产量或注入量的工艺措施增加产量或注入量的工艺措施 适应于后期近井地带污染堵塞井适应于后期近井地带污染堵塞井 3.1 3.1 酸化解堵剂酸化解堵剂酸化液：土酸酸化（盐酸酸化液：土酸酸化（盐酸+ +氢氟酸）氢氟酸） 土酸能侵入地层的粘土土酸能侵入地层的粘土 土酸基本上沿经向渗入地层土酸基本上沿经向渗入地层 与粘土反应速度很快与粘土反应速度很快 酸质只进入井筒周围表面几英寸酸质只进入井筒周围表面几英寸 酸化后油井初期见效快酸化后油井初期见效快 随注入

13、量的增加吸水能力逐渐又呈下降趋势随注入量的增加吸水能力逐渐又呈下降趋势 第二次酸化效果较差第二次酸化效果较差 酸化解堵酸化解堵 3.1.13.1.1酸液不仅对堵塞物产生溶解作用酸液不仅对堵塞物产生溶解作用 会破坏地层的胶结物质会破坏地层的胶结物质 地层胶结疏松停井地层胶结疏松停井 易出砂井不宜实施酸化易出砂井不宜实施酸化 影响酸化效果的因素主要是以下几个问题影响酸化效果的因素主要是以下几个问题 酸液剂量影响酸化效果酸液剂量影响酸化效果 过少，酸化效果差，有效距离短过少，酸化效果差，有效距离短 过多，破坏地层胶结物过多，破坏地层胶结物 酸化腐蚀高酸化腐蚀高 残液必须返排回收处理残液必须返排回收处

14、理 工艺繁琐工艺繁琐 酸化残液排不干净会对集输造成事故酸化残液排不干净会对集输造成事故 废酸液的腐蚀性废酸液的腐蚀性 排放到土壤中会使土壤酸化排放到土壤中会使土壤酸化 酸液与硫化物产生有毒气体酸液与硫化物产生有毒气体 容易引起环境污染问题容易引起环境污染问题 选择本着高效、环保的原则选择本着高效、环保的原则 主要作用是溶解堵塞物中的沥青质主要作用是溶解堵塞物中的沥青质 溶解速率高溶解速率高 溶解能力强溶解能力强 环境污染低环境污染低 选择性强选择性强 成本高成本高高碳有机溶剂、高分子表面活性剂型解堵剂高碳有机溶剂、高分子表面活性剂型解堵剂优点：优点： 对沥青质沉淀物具有较好的处理能力对沥青质沉

15、淀物具有较好的处理能力 有效地溶解沥青质和化学油泥质有效地溶解沥青质和化学油泥质缺点：缺点： 对于碳酸盐类、硅酸盐类、硫酸盐类和无机物对于碳酸盐类、硅酸盐类、硫酸盐类和无机物堵塞物，基本无作用堵塞物，基本无作用 使用局限性很大使用局限性很大 采油井附近的油泥中分离出采油井附近的油泥中分离出100100余种细菌余种细菌 挑选三种细菌（简单节杆菌、假单孢菌和杆草芽挑选三种细菌（简单节杆菌、假单孢菌和杆草芽孢杆菌）孢杆菌） 利用现代生物技术进行诱导突变、筛选和优化利用现代生物技术进行诱导突变、筛选和优化 获得高生物驱油解堵剂产量的菌株获得高生物驱油解堵剂产量的菌株 利用发酵工程进行生物驱油解堵剂的生

16、产利用发酵工程进行生物驱油解堵剂的生产 微生物驱油剂微生物驱油剂 对油田油井采到的菌种进行诱导、筛选和对油田油井采到的菌种进行诱导、筛选和优化技术难度大，要求高优化技术难度大，要求高 井状差异性大，采集细菌标本有偏差井状差异性大，采集细菌标本有偏差 油田的各区块解堵效果不一油田的各区块解堵效果不一缺点 机理：机理： 从孔隙结构角度考虑从孔隙结构角度考虑依据络合原理依据络合原理纳米络合纳米络合剂溶解垢剂溶解垢反应较平缓反应较平缓扩大孔隙喉道扩大孔隙喉道降低砂降低砂石表面阻力提高储层渗透性石表面阻力提高储层渗透性避免产生沉淀颗粒避免产生沉淀颗粒无伤害解堵无伤害解堵孔隙结构相对好孔隙结构相对好负面效

17、应相对负面效应相对很小很小解堵安全系数高解堵安全系数高成功率高成功率高 以以恢复储层渗透性恢复储层渗透性为目的为目的 将储层中的碳酸盐类、硅酸盐类、金属氧化物等将储层中的碳酸盐类、硅酸盐类、金属氧化物等酸溶性非泥质酸溶性非泥质堵塞物质清除堵塞物质清除 不伤及储层骨架不伤及储层骨架，络合溶解潜在的沉淀物也较易，络合溶解潜在的沉淀物也较易控制控制 解堵解堵疏通孔隙喉道疏通孔隙喉道使用本纳米驱油剂的目的使用本纳米驱油剂的目的 利用纳米渗透、增溶和化学转化方法利用纳米渗透、增溶和化学转化方法 堵塞部分发生化学堵塞部分发生化学转化为水溶性盐转化为水溶性盐 使钙、钡、镁的硫酸盐垢和碳酸盐垢在水中溶解使钙、

18、钡、镁的硫酸盐垢和碳酸盐垢在水中溶解 钾、钠、胺的络合物盐钾、钠、胺的络合物盐将硫酸盐垢转化为水溶将硫酸盐垢转化为水溶性的化合物性的化合物 解堵后的废液可自然降解解堵后的废液可自然降解 无腐蚀性，对设备有保护作用无腐蚀性，对设备有保护作用 解堵后即可开泵采油解堵后即可开泵采油驱油剂机理驱油剂机理 硫化物垢与多元羧酸胺盐反应，生成可溶性钙镁硫化物垢与多元羧酸胺盐反应，生成可溶性钙镁盐盐 钒催化剂作用下溶解硫化物垢钒催化剂作用下溶解硫化物垢 沥青垢沥青垢、聚合物垢与聚合物垢与-OH-OH、-ONa-ONa等基团发生协同等基团发生协同效应效应 反应断链生成易溶于水的小分子聚合物反应断链生成易溶于水的

19、小分子聚合物 产品中的生物酶的作用下自生化处理产品中的生物酶的作用下自生化处理 彻底清除高聚物和沥青垢的目的彻底清除高聚物和沥青垢的目的 成分：成分： 多种络合剂、渗透剂、润湿剂、氧化剂、降多种络合剂、渗透剂、润湿剂、氧化剂、降 解剂、生物酶和多种表面活性剂复配而成解剂、生物酶和多种表面活性剂复配而成 渗透、增溶、氧化、断链渗透、增溶、氧化、断链、转化转化 配方组分配方组分无腐蚀性无腐蚀性，不破坏地层，不破坏地层 不会对金属材料产生腐蚀不会对金属材料产生腐蚀 组分有良好的配伍性、互溶性、防腐性、润湿性、组分有良好的配伍性、互溶性、防腐性、润湿性、稳定性和协同性稳定性和协同性 不含不含H H+

20、+、ClCl- -、S S2-2-、SOSO4 42-2-等易产生腐蚀介质的离子等易产生腐蚀介质的离子 材料均为无毒、无味、无腐蚀或偏碱性物质材料均为无毒、无味、无腐蚀或偏碱性物质 解堵液易在地层中降解、不污染环境解堵液易在地层中降解、不污染环境产品特性产品特性 油田地层中的油田地层中的沥青质和其他聚合物沥青质和其他聚合物与与-OH-OH、-ONa-ONa等基团发生协同效应，等基团发生协同效应，反应断链反应断链生成易生成易溶于水的水分子聚合物溶于水的水分子聚合物 本剂中本剂中不含不含H H+ +和和ClCl- -，对采油井设备和采油，对采油井设备和采油杆及井不产生腐蚀，地层中不产生沉淀，不杆及

21、井不产生腐蚀，地层中不产生沉淀，不会产生清洗物沉淀的二次堵井现象会产生清洗物沉淀的二次堵井现象 产品特性产品特性 安全安全无腐蚀化学解堵无腐蚀化学解堵，比传统的酸洗解堵、生，比传统的酸洗解堵、生物解堵和溶剂解堵安全可靠物解堵和溶剂解堵安全可靠 彻底消除了用酸解堵时缓蚀剂失效造成的腐蚀彻底消除了用酸解堵时缓蚀剂失效造成的腐蚀问题问题 规避了溶剂易燃、易爆、有毒和生物技术难以规避了溶剂易燃、易爆、有毒和生物技术难以掌控的风险，对于保证掌控的风险，对于保证安全生产，长周期采油安全生产，长周期采油有着重要意义有着重要意义产品特性产品特性 施工同时采用N80挂片对药剂进行同步腐蚀率测试，腐蚀率仅为0.0

22、063mm/a 长效纳米驱油剂腐蚀试验数据表井号清洗前质量(g)清洗后质量(g)质量差(g)试片表面积(m2)检测时间(h)腐蚀率mm/a3410.494210.49370.00050.00136720.0057 3910.504510.50390.00060.00136720.0068 有毒有害气体现场检测pH值现场检测腐蚀性测试腐蚀性测试 使用中性解堵剂，对碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、使用中性解堵剂，对碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸镁和硫酸钙，硅酸镁和硫酸钙，具有很好的络合溶解作用具有很好的络合溶解作用 反应速率比盐酸和氢氟酸要慢，能反应速率比盐酸和氢氟酸要慢，能有效地控制有效地控制反应速率反应

23、速率 具有很好的渗透性和具有很好的渗透性和増増溶性，能渗入到地层的溶性，能渗入到地层的深部，深部，解堵面积大解堵面积大 反应残留物成糊状，不产生残渣及二次沉淀物反应残留物成糊状，不产生残渣及二次沉淀物 储层免遭酸性损害，储层免遭酸性损害，对毛细管有扩孔对毛细管有扩孔的作用的作用 保护保护地层的地层的胶结构胶结构 长效纳米驱油剂结论长效纳米驱油剂结论 本品解决了盐酸和氢氟酸反应速度过快、溶洞大本品解决了盐酸和氢氟酸反应速度过快、溶洞大而短、不易深入地层、有效距离太短和耗酸量大而短、不易深入地层、有效距离太短和耗酸量大等问题等问题 而中性解堵剂有效地克服了此弊端。为油层流体而中性解堵剂有效地克服了

24、此弊端。为油层流体的采出形成良好的通道，减小附加毛细管压力，的采出形成良好的通道，减小附加毛细管压力，提高油的相对渗透率提高油的相对渗透率，减少酸化易造成所谓的，减少酸化易造成所谓的“水堵水堵”事故事故 酸化解堵时酸浓度只有在较高酸浓度时，才具有酸化解堵时酸浓度只有在较高酸浓度时，才具有溶垢作用，低于溶垢作用，低于1%1%浓度时就无溶垢能力，解堵面浓度时就无溶垢能力，解堵面积小并不彻底积小并不彻底工程应用工程应用现场施工工况现场施工工况N5-31-P34井施工前后生产数据2012-6-8电 流 开始波动31314848洗 井2012-6-27洗井无效果洗井无效果2012-7-7338338天天

25、2013-6-1250.650.6电流：电流：9.5A9.5A关井36h产量：产量：18t/d18t/d转数调整泵型：KGLB500-20909070r/min70r/min探索出三元复合驱后的油井解堵新途径探索出三元复合驱后的油井解堵新途径 对采出井和井下解堵提供了可靠新技术对采出井和井下解堵提供了可靠新技术 中性解堵后单井日增液中性解堵后单井日增液10.8t/d10.8t/d 对螺杆泵定子橡胶性能无影响对螺杆泵定子橡胶性能无影响 提高了螺杆泵的泵效提高了螺杆泵的泵效 解堵后未发生井偷停现象解堵后未发生井偷停现象 N5-31-P34N5-31-P34井检泵情况：井检泵情况： 检泵周期检泵周期416416天，平稳运行天，平稳运行338338天天 1 1、投入使用：、投入使用：6 6万元万元/ /口井口井2 2口井口井1212万元万元 2 2、效益计算：、效益计算： 作业费：作业费用作业费：作业费用2