石油勘探开发过程中油层保护与改造新技术研究与应用

石油勘探开发过程中油层保护与改造新技术研究与应用2007年度中国石油大学(华东)中国石化胜利油田分公司中国石油大港油田分公司国家科技进步奖项目主要汇报内容一、立项背景二、总体思路三、创新点和关键技术四、经济效益及社会效益五、完成人情况一、立项背景石油勘探开发中的油层损害会严重影响新油田的发现和油井产量。勘探开发全过程的油层保护一直是国际石油工程界最为关注的重大技术攻关方向之一，是有待解决的重大国际难题。通过现场调研表明，在我国石油勘探开发过程中：80％的井存在油层损害100％的稠油和疏松砂岩油藏，出砂严重油井产量下降20％以上，甚至“枪毙”油层1.8亿吨0.3亿吨以上国内年原油产量油层损害造成损失比胜利油田的年产油量还多。一、立项背景1、油气勘探中钻井液对油层的损害目前全国每年新钻

2万多口井。无侵入钻井液技术屏蔽暂堵技术所采取的保护油气层钻井液技术主要有：问题：

无法预知油层的孔喉直径分布。问题：

在井壁上形成“膜”的质量差、强度不理想等。结果：

对油层的损害率为

9～20％以上。2、修井、注水过程中对油层的损害1、修井液漏失严重等，对油层造成再次损害，平均产量再次下降10％左右。2、注水井中，注入水的水质得不到充分改善，严重影响水驱油效率和油井产量。存在的问题：目前全国有

10多万口井（约占总井数的50～60％以上）需要频繁修井和长期注水。总井数修井、注水井数（≥50-60%）10多万3、对已损害井的解堵技术方面1、目前国内外无法准确模拟油层条件下可视化损害机理；2、对油层损害类型和程度尚无法进行定量分析。存在的问题：而诊断油层损害是实施解堵的关键。目前全国有10万口左右的井（约占总井数的50～60％以上）已发生损害(油层被堵塞)，必须实施解堵，恢复或增加产量。总井数已损害井数（≥50-60%）10万口4、出砂井的治理方面存在的问题：1、目前的防砂技术方法和配套工具尚不能满足生产需求；2、无法对油层连续出砂空间进行定量模拟；3、防砂技术方法的选择存在盲目性等。目前全国有6万口左右出砂井（约占总井数的30～40％以上），使油井产量下降幅度大，甚至无法正常生产。总井数出砂井数（≥30-40%）6万口钻井液技术修井、注水过程已损害井出砂井油膜法水解法、极化法多要素融合法定量模拟和优化设计法研发“零损害”钻井液新技术研发可水解高弹性修井液、脉冲电磁水处理新技术研发油层改造新技术研发出砂治理新技术建立全过程的系列油层保护与改造新技术，形成系统工程。二、总体思路(一)“零损害”钻井液技术的研究难点1、油层的孔喉直径分布不清楚、分布范围宽，非均质性非常严重。2、目前的屏蔽暂堵和无侵入钻井液技术，不能对全油层实现很好封堵、损害率大等。三、主要研究内容及创新点根据“吸附”、“成膜”理论，采用“油膜”法，发明了钻井液“油膜”暂堵剂，通过在井壁上形成高强度油膜，该油膜可通过射孔或原油溶解而解除，实现了对油层接近“零损害”。原理(一)“零损害”钻井液技术的研究在井壁上快速形成一层韧性强、渗透性极低的“油膜”。关键技术(一)“零损害”钻井液技术的研究采油指数m3∙(d∙m∙MPa)试验井(港339-1)对比井(港深41)试验井(官23-52)对比井(官27-59)对比表明：在相同条件下提高产量1.5倍以上。效果(一)“零损害”钻井液技术的研究创建了对不同渗透性油层接近“零损害”的钻井液新技术体系。创新点(一)“零损害”钻井液技术的研究与国内外同类技术对比国内外同类技术1、对油层损害率达9～20％以上；2、成本高；3、不具广谱性。本技术1、对油层接近“零损害”；2、成本低于国内外同类产品40％以上；3、具广谱性。(一)“零损害”钻井液技术的研究(二)修井、注水过程中保护油层技术研究1、岩石特性、储渗空间、流体性质等已发生变化。2、要求水质处理费用低、高效等。难点1、采用“水解”法，通过在井壁上形成封堵带，修井作业完成后，该封堵带可自行水解，研发了可水解高弹性修井液。原理2、采用“极化”法，对注入水进行脉冲电磁水处理，使处理后的水具有防垢、除垢、杀菌、防膨、缩膨等功能，进一步减轻了对油层的损害，研发了脉冲电磁水处理装置。(二)修井、注水过程中保护油层技术研究1、在井壁上快速形成一层强度高、渗透性极低、水解时间可控的封堵带。2、对注入水进行“强极化”处理。关键技术(二)修井、注水过程中保护油层技术研究脉冲电磁水处理新技术

可水解高弹性修井液

试验井(F128-5)对比井(F128-1)试验井(樊124-5)对比井(樊10-3)米采油指数米吸水指数对比表明，产量提高2倍以上。效果(二)修井、注水过程中保护油层技术研究实现了修井液接近“零漏失”和注入水“强极化”。分别创建了可水解高弹性修井作业和注水过程中脉冲电磁水处理保护油层新技术。创新点(二)修井、注水过程中保护油层技术研究1、已授权发明专利1项(200510066577.3)2、已通过实审的发明专利1项

(200510072118.6

)

。专利(二)修井、注水过程中保护油层技术研究脉冲电磁水处理装置与国内外同类技术对比项目区域对比情况修井作业中的油层保护国内外修井液漏失较严重，修井后产量下降10％左右本技术接近“零”漏失，产量不下降。注水井油层保护国内外注入水“水质”差、处理费用高，对油层损害严重本技术具有防垢、除垢、杀菌、防膨、缩膨等作用，节约费用10％，减轻了对油层的损害。(二)修井、注水过程中保护油层技术研究1、油水井经历的时间长(有的长达几十年)，作业环节众多、复杂。2、油层物性和环境不断发生变化。3、油水井损害机理、原因复杂(往往十几种损害机理同时存在)。难点(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究采用“可视化”、“定量化”、“多要素融合法”，研发了油层损害类型和程度的定量诊断和解堵优化新技术。原理(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究1、研发定量评价仪器。2、油层损害类型和程度的定量诊断。关键技术(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究试验井(K92)对比井(K91)试验井(K92)对比井(K91)日增油(t)累增油(t)1、国内十大油田的现场应用证明，诊断成功率95%、准确率92%

以上。2、对比表明，日产量增加4.2倍、累计增油量提高7.7倍以上。效果(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究1、发明了模拟油层条件、可视化损害机理评价仪器，以及抗剪切强度检测仪。2、研发了模拟油层条件的损害原因、类型和程度定量诊断及解堵优化新技术。创新点(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究已授权发明专利1项。专利与国内外同类技术对比(三)对已损害井的诊断和解堵技术研究评价项目区域对比情况模拟油层条件的可视化损害机理装置国内外无类似的可视化评价装置。本装置能进行油层条件、可视化损害机理研究。水膨体强度评价仪器国内外无类似的抗剪切强度定量评价仪器。本仪器能进行剪切强度定量评价。定量诊断技术国内外无油田开发过程中油层损害类型、程度定量诊断技术。本技术能进行模拟油层条件下，损害原因、类型和程度的定量诊断。(四)对出砂井的预防和治理研究1、油层经历的过程复杂；2、地层流体的性质、岩石性质、出砂空间等不断变化。3、油层出粉细砂越来越严重。难点1、采用岩石力学等理论，研发了油层连续出砂空间定量模拟和防砂方法优选新技术；2、研发了系列防砂技术方法和配套的系列防砂工具。原理(四)对出砂井的预防和治理研究出砂井连续出砂空间的定量模拟。关键技术(四)对出砂井的预防和治理研究1、国内十大油田现场应用证明，定量模拟成功率95%、准确率93%以上。2、对比表明，防砂有效期和累计增油量提高2倍以上。效果油田防砂有效期增加倍数累计增产倍数港西2.222.12港东4.023.87孔店2.562.04胜利2.92.56羊三木2.533.81其它油田2.293.12(四)对出砂井的预防和治理研究创建了出砂空间定量模拟新技术，研发了系列防砂新工具和系列防砂新方法。创新点(四)对出砂井的预防和治理研究1、已授权实用新型专利5

项；2、已通过实审的实用新型专利1

项。专利(四)对出砂井的预防和治理研究与国内外同类技术对比(四)对出砂井的预防和治理研究国内外无连续出砂空间定量模拟技术。本技术可实现生产井油层连续出砂空间定量模拟。发明了“零损害”钻井液创新了模拟油层条件的定量诊断、解堵优化新技术发明了可水解高弹性修井作业暂堵剂和脉冲电磁水处理技术发明了模拟油层条件、可视化损害机理评价方法和仪器，并发明了抗剪切强度检测仪创新了油层连续出砂空间定量模拟和防砂优化新方法、新工具本项目创建的五项创新点分别是：12345敬请专家批评指正并提出宝贵意见谢谢！四、经济效益及社会效益1、2001～2006年已在国内十大油田应用四、经济效益及社会效益目前我国总井数约为

16万口，本项目已在

10大油田累计实施

1.06万井次，占总井数的7％左右，仍有广阔的推广空间。本项目累积增油

368万吨。增收节支总额

30.9亿元。总的投入产出比达到1：6.54

。2、应用效果3、知识产权情况四、经济效益及社会效益已授权的专利序号专利名称知识产权类别1一种脉冲电磁水处理方法及其专用装置发明专利2水膨体抗剪切强度检测仪发明专利3预充填双层筛管防砂管柱实用新型专利4双挡板双向关闭水溶控制器实用新型专利5油田油井双层激光割缝防砂管实用新型专利6筛管式陶瓷滤砂管实用新型专利7粉末冶金滤膜滤砂管实用新型专利已通过实审和进入实审的专利3、知识产权情况本项目除专利以外，还有12项技术已被中石化列为一级专有技术。项目名称知识产权类别国(区)别备注可水解高弹性修井液暂堵剂发明专利中国通过实审油管柱分离器实用新型专利中国通过实审钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂发明专利中国进入实审高温高压玻璃微观模型夹持器发明专利中国进入实审4、论文、专著、获奖、人才培养★近几年发表论文178篇，其中被SCI、EI等收录

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篇，被引用达79次以上，出版专著2部。★获省部级科技进步一等奖2项。★培养了

23名博士生、近百名硕士研究生。四、经济效益及社会效益四、经济效益及社会效益5、对行业技术进步促进作用本项目经历6

年的产、学、研紧密联合攻关，使创新技术经受考验，日趋成熟，目前形成了69项新规范、58

项企业标准，推动了我国石油勘探开发过程中“油层保护与改造技术”的行业技术进步，对实现油田“高产、稳产”作出了重要贡献。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献1蒋官澄教授中国石油大学(华东)1987～20061、占个人总工作量70％。

2、主持研究工作，制定研究路线、方案和计划。3、在“油膜法”、“水解法”、“极化法”、“多要素融合法”的研发中作出了突出贡献4、研究报告的主要编写人。5、发明专利“钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂”的主要发明人；6、出版《疏松砂岩油藏保护新技术》专著1部。7、发表论文47篇。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献2曹钧合教授级高工中国石化胜利油田1987～20061、占个人总工作量

70％。2、提出胜利油田钻井液对油层损害严重的主要原因是：屏蔽暂堵技术不能实现对全油层封堵，对创建不需严格与油层孔径匹配的“油膜法”“零损害”钻井液技术作出了重要贡献。3、对创建脉冲电磁水处理技术作出了重要贡献，使处理后的水具有防垢、除垢、防膨、缩膨等功能。4、提出油层出砂空间的准确模拟是提高防砂效果的重要影响因素之一，并对“定量模拟和优化设计”法作出了重要贡献。5、制定胜利油田低渗、稠油等油藏的现场试验方案和计划，组织现场推广应用，并主要完成胜利油田低渗、稠油等油藏的现场报告编写。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献3马先平教授级高工中国石油大港油田1987～20061、占个人总工作量

70％。2、提出屏蔽暂堵技术的致命缺点是：需要暂堵粒子与油层孔径严格匹配，以及无侵入钻井液技术的弊端是形成膜的质量差，对研发“零损害”钻井液技术作出了重要贡献。3、提出修井作业对油层损害严重的主要原因是：修井液“漏失”，对发明可水解高弹性修井技术作出了重要贡献4、提出对损害油层解堵效果差的主要原因是：不能对油层损害类型和程度进行定量诊断，并对创新定量诊断技术作出了重要贡献。5、发明专利“高温高压玻璃微观模型夹持器”的主要发明人。6、制定大港油田现场试验方案和计划，组织现场推广应用，并主要完成大港油田现场报告编写。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献4李晓清高工中国石化胜利油田1987～20061、占个人总工作量60％。2、提出胜利油田油层保护与改造技术存在的问题。3、对创新可水解高弹性修井液、脉冲电磁水处理技术、新型防砂工具的开发、油层出砂空间的定量模拟等具有重要贡献。4、组织现场推广应用，编写胜利防砂部分的现场研究报告。5郭雄华正高中国石化胜利油田1987～20061、占个人总工作量60％。2、对创新脉冲电磁水处理技术、新型防砂工具的开发、油层出砂空间的定量模拟等具有重要贡献。3、编写孤东油田现场研究报告。4、发明专利“一种脉冲电磁水处理方法及其专用装置”的主要发明人，发表论文19篇。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献6李师涛高工

中国石化胜利油田1991～20061、占个人总工作量60％。2、提出现场存在的问题。3、提出以前的研究者们不能实现油田开发过程中，油层损害类型、程度诊断的主要原因是采取单方法诊断、以及未考虑油田开发过程的特殊性，对创新具定量诊断技术有重要贡献。4、对创新出砂空间定量模拟具有重要贡献。5、组织在胜利油田现场试验及在全国其他油田推广应用。7纪朝凤高工

中国石油大港油田1987～20061、占个人总工作量60％。2、发明专利“高温高压玻璃微观模型夹持器”、“钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂”的主要发明人。3、组织在大港油田的现场试验，及全国其他油田的推广应用。4、编写并审核现场研究报告。五、完成人情况序号姓名单位参加本项目的时间主要贡献8陈应淋教授中国石油大学(华东)1989～20061、占个人总工作量60％。2、组织在胜利、大港油田的现场试验。3、对出砂治理新技术、已损害油层解堵技术具有重要贡献。4、实用新型专利“预充填双层筛管防砂管柱”的主要发明人9谭河清教授中国石油大学(华东)1989～20061、占个人总工作