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聚丙烯酰胺在胜利油田三次采油中的应用

发布时间:2010-12-13 14:33:12  中国污水处理工程网

摘    要:本文介绍了聚丙烯酰胺在胜利油田三次采油中的应用情况,对聚丙烯酰胺的驱油机理、聚合物应用现状及存在问题进行了阐述,提出了三次采油用聚丙烯酰胺的发展方向。

关键词:三次采油、聚合物驱、聚丙烯酰胺、耐温抗盐

聚丙烯酰胺作为三次采油用驱油剂,,目前已经在大庆油田、胜利油田、大港油田,长庆油田、新疆油田、河南油田等投入使用,其中胜利油田每年投入干粉5万吨左右,大庆油田每年投入10万吨以上的聚合物,两个油田三次采油的增油量分别达到170万和1000万吨以上,为东部老油田增产稳产提供了保证,是目前国内聚丙烯酰胺使用量最大的应用领域。相对于其他三次采油技术。聚合物驱技术成熟、成本低廉、投入产出比低,比较适合国内油藏特点。下面介绍三次采油发展历程、聚合物驱机理,驱油用聚丙烯酰胺现状及存在问题、以及驱油用聚丙烯酰胺发展方向。

1、三次采油发展历程

1986 年,我国完成了“中国陆上注水开发油田提高采收率潜力评价及发展战略研究”,制定了“化学驱是我国东部油田提高采收率技术研究主攻方向”的方针,安排部署了聚合物驱工业化应用试验和多层次化学复合驱先导试验。自1996 年起,聚合物驱油技术相继在我国大庆、胜利、大港、中原、新疆等油田实现了工业化生产,1996 年为 359 万吨,到 2000 年首次突破1,000 万吨,2008 年已超过 1,500 万吨,约占我国当年产油量的 8%。

胜利油田上世纪60年代年开始聚合物驱室内研究,1992年开展先导性矿场试验,1994年开展扩大性矿场试验,1997年开始工业化推广应用,上世纪80年代到1997年进行聚合物-表面活性剂-碱三元复合驱的应用试验;二十一世纪开始进行聚合物-表面活性剂二元复合驱的室内研究,2003年开始进行先导性试验(1),2006年进行扩大试验。

“十一五”期间,根据 2008 年 1 月胜利油田“十一五”油气硬稳定工作计划对原“十一五”规划做出的调整,为了确保三次采油增油效果,减缓产量递减,一方面要加快覆盖剩余一、二类储量;另一方面要利用高油价有利条件,优化方案实施,延长注聚单元注聚段塞,扩大二元驱规模并优选油藏条件相对较好的三类油藏注聚。“十一五”三次采油覆盖地质储量 1.38 亿吨、使用聚合物干粉 22.9万吨。同时,要开展三次采油新区先导试验,为“十二五”做好技术储备。EOR资源评价结果表明,胜利油田适用化学驱总资源占已注水单元地质储量的45.4%,进行化学驱有丰富的物质基础,潜力巨大。截至 2009 年,胜利油田共动用地质储量 3.71 亿吨,占适用化学驱地质储量的 33%,占胜利油田地质储量的 9.3%。

2、聚合物驱油机理


聚合物的驱油机理主要是利用水溶性聚丙烯酰胺分子链的粘度,改善驱替液的流度比,提高驱替效率和波及体积,从而达到提高采收率的目的。

(1) 降低油水流度比,能够改变分流量曲线。聚合物驱的前沿含油饱和度和突破时的含油饱和度都明显高于水驱,这表明聚驱能降低产出液含水率,提高采油速度,具有更好的驱替效果。

(2) 聚合物驱通过改善水驱流度比,可以改善水驱在非均质平面的粘性指进现象,提高平面波及效率;在垂向非均质地层,聚合物段塞首先进入高渗层,利用高粘度特性“堵”住高渗层,使后续水驱转向进入低渗层.增加了吸水厚度,扩大了垂向波及效率。

(3) 聚合物在通过孔隙介质时发生吸附、机械捕集等作用而滞留,改变了聚合物所在孔隙处的渗透率。被吸附的聚合物分子链朝向流体的部分具有亲水性,能降低水相相对渗透率而不降低油相相对渗透率,即堵水不堵油;同时聚合物滞留能增加阻力系数和残余阻力系数,渗流阻力增加,引起驱动压差增大,有利于驱动原来不曾流动的油层,提高油层波及体积。

(4)由于聚合物溶液粘滞力的作用,使得其很难沿孔隙夹缝和水膜窜进,在孔道中以活塞式推进,克服了水驱过程中产生的“海恩斯跳跃”现象,避免了孔隙对油滴的捕集和滞留
另外,聚合物溶液具有改善油水接口粘弹性的作用,使得油滴或油膜易于拉伸变形,更容易通过狭窄的喉道,提高微观驱油效果,提高原油采收率(2)(3)。


3、驱油聚丙烯酰胺现状及存在问题

胜利油田适合化学驱的油藏资源丰富,经评价大约有10.76亿吨,同时胜利油田的地质条件复杂,不同油藏条件差别很大,相对与大庆油田,存在地层矿化水矿化度高,地层温度高,渗透率高,淡水资源紧张等突出。以下是胜利油田不同油藏的地质条件及地质储量分布。


目前胜利油田在用驱油用聚丙烯酰胺产品主要围绕提高分子量,利用分子间作用力,提高分子链刚性和提高分子链对钙镁等离子的耐受力几方面进行的。主要的技术有:

3.1,提高产品分子量(4)

利用高分子量提高聚丙烯酰胺的水动力学半径,从而提高产品的增粘能力,此类产品胜利油田于2002年开始在胜利采油厂二类油藏中使用,目前已经广泛应用在孤东、孤岛、河口等各大采油厂,是胜利油田用量最大的聚合物产品。但是随着胜利油田开发难度不断加大,对于地层温度和矿化度比较高的油藏,此类产品具有比较大的局限性,而且分子量的提高具有极限,不可能在工业化生产中无限提高产品分子量。

3.2,疏水缔合类的聚丙烯酰胺产品

通过疏水单体(一般含有长支链)和非离子、阳、阴单体共聚得到疏水缔合类的聚丙烯酰胺,此类产品具有很高的增粘能力,尤其是在高温高盐的条件下粘度高达30mpa.s以上,被认为是提高产品耐温抗盐性能最重要的技术手段,胜利油田自2000年以来联合西南石油大学等科研院所进行产品合成、实验评价等。但是在使用过程中低于临界浓度表观粘度很低,同时由于技术的问题,存在分子量低,溶解性不好,表观粘度不可控,在地层中的稳定性不好、运移传导能力差等。此类产品目前没有大规模推广应用。

3.3,梳形聚合物(5)

在高分子侧链同时引入不同亲水和亲油基团,利用亲油基团和亲水基团的互相排斥,使分子链的卷曲和分子间的缠绕减少,高分子链在水溶液中排列成梳子形状,分子链刚性提高,水力学半径增大,增粘抗盐能力提高。此类产品2003年开始在胜利油田进行使用,主要的特点产品的粘度相对较高,但是随着胜利油田开发难度不断提高,其产品的耐温抗盐性能越来越不满足油田的要求。

3.4,模板聚合合成具有微嵌段结构的新型聚合物

此工艺通过聚合前引入摸板,在低温条件下合成的聚合物分子主链上存在丙烯酸链段,利用丙烯酸链段的负电荷互相排斥以及在水溶液中形成自缔合作用,减少分子主链的卷曲,提高产品的增粘性能(6)。胜利油田在2005年开始使用此技术的二型产品,实际生产表明产品的溶解性好,增粘性能显著。具有良好的驱油效果。2009年山东宝莫在此技术基础上合成开发出分子量在2500万以上,溶解时间小于1.5小时,表观粘度在胜利三型产品标准下在15mpa.s以上的产品,满足了胜利油田三类油藏要求,现在胜利油田开始推广应用。为胜利油田动用三类油藏地质储量,稳定胜利油田产量提供了产品保证。同时也可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

4、驱油聚丙烯酰胺发展方向

4.1 提高产品的耐温抗盐性能

随着我国东部油田油田的开发的难度加大,动用的油藏地质条件越来越复杂,主要表现为地层温度高,地层矿化度高,通过统计胜利油田高温高盐的油藏地质储量达到胜利油田43%,而且由于技术的限制目前没有得到有效开发,同时中石化、中海油以及中国石油等公司积极开展海上采油,对聚丙烯酰胺的耐盐能力提出了更高的要求。因此进一步提高产品的耐温抗盐能力,对稳定东部老油田特别是胜利油田产量,降低开发的成本具有十分迫切的需求。

4.2 提高产品溶解速度特别是盐水中的溶解速度

目前油田注聚工艺普遍采用清水溶解,污水配注的工艺,通过提高产品的溶解速度,可以减少注聚设备的投入,减少油田对清水的需求,降低生产成本;减少采出液的排放,减少环境污染;同时海上油田用聚合物由于海上淡水的缺乏和平台相对有限,更加需要提高在高浓度盐水中的溶解速度。

类别 地层温度 地层水矿化度 地质储量 备注
<70 <10000 2.72 常规
70-80 10000-30000 2.68 高温高盐
80-93 >30000 4.57
边底水、大孔道、井矿不好,油层连通性差 0.79 特殊类型

4.3 粘弹性聚合物的合成研究

通过胜利油田多年的聚合物驱经验积累认为:1、片面的追求高粘度和高分子量在采油过程中不一定适应油藏条件;2、聚合物驱替液的驱油效果主要表现在提高波及体积,但是同时也具有微观驱油的效果,因此研究和改进聚合物溶液的流变特性,改善聚合物的粘弹性,提高聚合物的驱油效果,是今后聚合物合成研究的主要方向之一。

4.4 加强对产品和其他驱油剂的配伍性能研究

随着聚合物驱的进展,二元复合驱、三元复合驱等技术陆续采用,聚合物和表面活性剂以及其他驱油越来越多的进行复合使用,深化驱油剂加合增效的研究,提高产品之间的配伍性能,对产品的性能提出更高的要求。

5、总结和展望

随着国内各大油田纷纷进入开发后期,采出液含水不断上升,对国家的能源安全来说三次采油越来越重要,作为我国三次采油主要的助剂――聚丙烯酰胺的需求量越来越大,同时对产品的性能指标要求也越来越高。进一步提高产品的耐温抗盐性能,提高产品的溶解速度,特别是在盐水中的溶解速度,满足不同油藏条件下的使用要求,是今后聚丙烯酰胺发展一个重要的方向。

参考文献
(1) 胜利油田化学驱开发现状技术攻关方向 李振泉等(中石化胜利油田有限公司开发技术座谈会,2005年)
(2) 粘弹性聚合物溶液提高微观驱油效果的机理研究 夏惠芬等 石油学报 2001年22期 60-65
(3) 粘弹性聚合物溶液提高驱油效率机理研究 刘洋、刘春泽 中国石油大学学报(自然科学版) 2007年第31卷 第2期 91-94
(4) 超高分子量聚丙烯酰胺的研究 张旭红 大庆石油学院硕士研究生论文 2002年
(5) 丙烯酰胺聚合物 方道斌等编 2006年4月第一版 372-374
(6) 模板聚合法合成P(AM/AA)多嵌段共聚物的溶液性质和自缔合作用 张玉玺等 高分子学报 2006年第5期 666-670

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