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塔里木油田高温高矿化度油藏三次采油初步研究

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塔里木 油田 高温 矿化度 油藏 三次采油 初步 研究
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周 明,等:塔里木油田高温高矿化度油藏三次采油初步研究第 31 卷 第 2 期收稿日期: 2009-09-22 修订日期: 2009-12-01作者简介:周 明( 1973-),男,四川安岳人,副教授,博士,三次采油,( 09961a, 2,冯积累1b,江同文1b,刘建勋1,周理志1c( 里木油田分公司 c. 工程研究院,新疆 库尔勒 841000;料学院,成都 615000;)摘 要:概述了塔里木高含水油藏主力油田塔中 4 油田和轮南油田的开发现状及目前面临的问题 。提出了塔里木油田高温高矿化度油藏三次采油前期研究思路,重点突破口在于剩余油分布和新材料的研究 。从高分子水凝胶 、高分子树脂 、有机无机复合材料及无机材料方面对剖面调整所需材料进行了初步研究 。从表面活性剂如非离子 多极表面活性剂和特殊表面活性复配方面对驱油剂进行了初步研究 。关键词:塔里木油田;三次采油;高温;高矿化度中图分类号: 献标识码: 合物驱油技术研究与应用走在世界前列[1]。近年来,三次采油增产的油量已占到我国石油产量的 6%,且逐年上升 。因此,进行三次采油对减缓塔里木油田产量衰减速度 、维持原油稳产具有重要意义[2]。塔里木部分油田已进入高含水 、高采出程度的双高阶段,且这些油田的地温高达 110~150℃,矿化度高达 11×104~26×104,尤其是钙镁离子质量浓度高达 5 000 . 在此条件下实施三次采油技术,国内外鲜有相关报道,现有的三次采油技术也不能全盘照搬至塔里木油田 。因此,研究适于塔里木油田三次采油的技术是一项迫切的任务 。1 塔里木高含水油田开发现状塔里木油田主要有塔中 4、轮南 、东河塘 、塔中16、桑塔木和解放渠东等砂岩油藏,均已进入高含水 、高采出程度阶段,其中,塔中 4 油田和轮南油田是主力油田,也是产量递减最快的油田,因而成为提高采收率重点考虑的油田 。中 4 油田开发现状塔中 4 油田东河砂岩 CⅢ 油组为塔中 4 油田主力油层,储集层为一套滨岸相砂岩地层,埋深 3 540~3 700 m,储集层划分为均质段和含砾砂岩段,岩性以细砂岩为主,含砾砂岩段平均孔隙度 10%,平均渗透率 180×10质砂岩段平均孔隙度 平均渗透率 400×10中孔 、中渗储集层,油藏类型主要为底水块状油藏,在 块带有凝析气顶 。油藏温度 110℃,矿化度 5×104~11×104,钙镁离子质量浓度 5×103~8×103 油田东河砂岩 CⅢ 油组的均质段目前处于高含水阶段,含水上升快,产量递减大,油井已基本水淹;主力油藏储集层纵向非均质性弱,但储量动用不均匀,剩余油在纵向上和平面上分布复杂,进一步增产难度大,可借鉴的经验方法少 。数模研究表明,均质段剩余油集中在局部构造高点及水平井井间 。均质段水锁效应和毛细管末端效应严重,有剩余油挖潜的空间;平面上剩余油沿构造轴部分布,构造轴部以北动用程度低,剩余油相对富集,这与注水南强北弱有关 。从采出程度看,均质段采出程度高,但由于均质段储集层厚,剩余油储量大,有必要进行三次采油 。南油田开发现状轮南油田是由超深 、多层砂岩油藏组成的水驱油田 。油藏埋藏深( 4 880 m),温度高( 123℃),矿化度高( 04),具有油藏类型多 、储集层物性差异大 、油水运动及油水关系复杂等特点,水锥 、单层突进等问题给油田开发带来了很大困难 。油田目前处于高含水阶段,含水上升快,产量递减大;主力油藏纵向非均质性强,储量动用不均匀,剩余油在纵向上和平面上分布复杂,进一步稳产难度大,为确保轮南油田持续稳产,开展提高水驱采收率技术研究已迫在眉捷 。2 塔里木油田三次采油研究思路塔里木油田很多高含水油藏水驱后残余油饱和文章编号: 1001-3873( 2010) 02-0163-04第 31 卷 第 2 期 新 疆 石 油 地 质 31, 22010 年 4 月 20102010 年新 疆 石 油 地 质度在 40%左右,残余油在纵向上分布于沉积单元顶部和砂层发育较差部位;平面上分布在主流线两翼 。利用生产动态 、测井 、密闭取心井等资料,建立一套水驱后剩余油分布的识别方法,可以定量 、准确 、精细地预测注水区块剩余油分布 。笔者认为,针对塔里木油田三次采油的状况,聚合物驱目前难以奏效,必须要寻找一种新的既有调剖功能,又有驱油功能的提高采收率的方法 。调剖方面的材料主要考虑特殊高分子水凝胶(能吸水) 、高分子树脂(不吸水)和有机 条件允许情况下尽可能不选用无机材料如水玻璃等;驱油方面的材料主要从耐盐耐温性表面活性剂如非离子 前者研究相对较易,应高度重视;后者研究难度大,短期内难以见效,需长期攻关 。基于目前科技发展水平,适合塔里木油田的三次采油方法主要有:气驱 、表面活性剂驱和泡沫驱 。气驱主要考虑在低渗薄油藏或水敏性油藏中应用,气源主要采用甲烷气 、氮气和空气 。表面活性剂驱重点考虑耐盐温性表面活性剂 。实验表明,可尝试采用阴离子 特殊结构的表面活性剂和多极表面活性剂;泡沫驱主要在前者的研究前提下,重点考虑氮气泡沫驱和空气泡沫驱 。调驱方式主要有水膨体(复合)颗粒调驱 、聚合物微球调驱 、生物调驱技术等 。水膨体颗粒调驱可用于中高渗透油藏,引入刚性基团和大侧基或与无机材料复合提高水膨体颗粒耐温耐盐性;聚合物微球调驱可用于中低渗透油藏,引入刚性基团和大侧基以及不受盐影响的基团等并进行适度化学或物理交联;生物调驱技术适合中高渗透油藏,应在本原微生物种的筛选和改良上下功夫 。针对塔中 4 油田进入高含水的 CⅢ 均质段(根据渗透率变异系数确定油藏并非绝对均质),应以驱油为主,适度调整吸水剖面 。而轮南油田具有非均质性强的特点,应以深度调剖为主,驱油为辅 。由于塔里木油田是海相沉积油田,基本上都是氯化钙水型,且钙镁离子 ≥5 000 ,目前油管结垢严重,诸如氢氧化钠 、碳酸钠 、碳酸氢钠这些有助于超低界面张力形成的碱在此难应用,因为这些化学剂会与氯化钙产生碳酸钙沉淀和氢氧化镁沉淀,堵塞 、污染油藏 。3 剖用高分子材料( 1)高分子材料 在高温高矿化度下,调剖材料主要为高分子水凝胶和高分子树脂 。前者主要考虑共价键交联且具有刚性基团或具有大侧基的高分子凝胶和有机无机复合高分子材料,具有一定的吸水膨胀性,但需提高材料的柔韧性,提高材料与岩石的结合力,降低其强度,提高注入性[2],外观形貌如图 1 所示 。后者是刚性较强 、玻璃化温度高(在油田地层温度左右)的高分子树脂,在水和油中不溶,在地层温度下软化,处于高弹态,易于流动,流动方式以拉伸流动为主,外观形貌如图 2 所示 。本项目组最近对两种高分子材料进行研究,盐对其性能影响很小,抗温超过120℃. 对于高中渗透油藏采用水溶液聚合或悬浮聚合方式,能满足其注入性,而对于低渗和特低渗油藏采用乳液聚合 、微乳液聚合 、反相乳液聚合等聚合方式可使调剖微球颗粒达到纳米级别,有利于提高注入性,实现逐级调驱功能,外观形貌如图 3 所示 。( 2)高分子无机复合材料 为了解决地下交联体系存在不成胶可能性 、配制注入困难 、无法实现段塞处理 、耐温耐盐性差等技术难题,以丙烯基单体插层纳米粘土法合成耐温耐盐功能性有机无机纳米复合吸水材料,在该技术实施过程中,可通过施工监测过程调整堵剂强度和粒径分布,可避免因地层大孔道认识不清带来的负面影响 。开发这种性能优良的钠基蒙脱土亲水单体纳米复合吸水材料( 吸水后具有很好的弹性和韧图 2 耐温耐盐高弹态凝胶颗粒图 1 耐温耐盐柔性水凝胶颗粒164· ·周 明,等:塔里木油田高温高矿化度油藏三次采油初步研究第 31 卷 第 2 00 1000 1500 2000复合表面活性剂质量浓度, 界面张力,mN/ 表面活性剂( ∶1)质量浓度对界面张力的影响∶1性,可用作油田水井吸水剖面改善处理剂及油井选择性堵水剂 。该技术是将单体 、引发剂 、交联剂作为插层客体与主体粘土在地面聚合交联形成凝胶,经造粒 、烘干 、粉碎 、筛分等工艺过程制备成凝胶微粒,该凝胶微粒在水中以分散的形式存在,具有良好的体膨性能,注入到地层孔隙后,在近井地带,由于压差较大,微粒在水驱压力作用下,产生变形,驱动孔隙内的剩余油向生产井运移,起到驱油的效果;在油层深部,由于压差作用小,该颗粒将在孔隙内滞留,堵塞孔隙通道,具有深部液流转向作用 。该套技术较好地解决了目前油田应用的调驱剂成胶条件难控制 、适用范围窄(温度 、矿化度等) 、施工工艺复杂的弊端,为恶劣地层条件下的高含水区块和特高含水区块稳油控水提供了一套简单实用 、成本低廉的提高水驱采收率方法 。课题组制备了淀粉接枝丙烯酰胺和丙烯酸 ](图 4),其使用温度可达 130℃,抗盐可达150 g/L. 缺点是合成条件苛刻,注入性相对聚合物差,不适合低渗油藏,温度超过 130℃易降解 。该纳米复合吸水材料其 量与复合吸水材料的玻璃化温度变化关系如图 5 所示 。油用表面活性剂非离子型表面活性剂比阴离子型表面活性剂抗盐,但浊点低,不适合高温油藏[4通过分子结构设计将非离子和阴离子分子同时引入表面活性剂分子结构中,实现其既抗温又抗盐的目标 。具有阴离子 仅表面活性好 、配伍性好 、生物降解性能好,而且具有很好的热稳定性和抗钙镁能力 。完全不同于常规的阴离子和非离子复配驱油用表面活性剂[7, 8]。非离子 目前广为使用的非离子与阴离子表面活性剂相比,由于其非离子基团和阴离子基团都在一个表面活性剂分子结构中,可以得到优势互补,必免发生 “色谱分离 ”现象 。笔者在塔中 402CⅢ 均质段特高温高矿化度油藏的表面活性剂研究中,在不加碱的情况下,离子阴离子表面活性剂) +多级表面活性剂)可使原始油水界面张力从 6 mN/0m;采用 20(特殊类型表面活性剂) +使原始油水界面张力降至 100 倍,后者可使抗稀释能力提高 40 倍 。其界面张力随复合表面活性剂质量浓度的变化情况分别如图 6 和图 7 所示 。综上所述,针对塔里木油田特高温特高矿化度油藏三次采油研究只是刚刚开始,项目组针对现高含水油藏,进行了表面活性剂驱油和柔性水凝颗粒 、高弹态凝胶颗粒和纳米复合材料调驱的简单实验研究,是图 4 淀粉接枝丙烯酰胺和丙烯酸 /蒙脱土纳米复合吸水材料的电镜扫描图 3 壳核乳液聚合 500 球10080604020050 70 90 110 130 150 170 190温度, ℃放热,%图 5 不同钠基蒙脱土含量对纳米复合吸水材料玻璃化温度的影响8%5%2%0%165· ·2010 年新 疆 石 油 地 质图 7 表面活性剂( ∶1)00 1000 1500 2000复合表面活性剂质量浓度, 界面张力,mN/∶1否能满足油藏的需要,还有待后期的进一步研究 。参考文献:[ 1] 程杰成 .“十五 ”期间大庆油田三次采油技术的进步与下步攻关方向[ J] . 大庆石油地质与开发, 2006, 25( 1): 18 2] 周亚贤,郭建华,王同军,等 . 一种耐温抗盐预交联凝胶颗粒及其应用[ J] . 油田化学 2007, 24( 1): 75 3] 周 明,杨 燕,代加林,等 . 淀粉接枝丙烯酰胺和丙烯酸 /蒙脱土纳米复合吸水材料的合成[ J] . 高分子材料科学与工程, 2008, 24( 11): 36 4] 郭东红,张飞宇,邱 宾 . 三次采油表面活性剂的研究与应用进展(二)[ J] . 精细与专用化学品, 2008, 16( 8): 32 5] 赵立燕,樊西惊 . 表面活性剂驱油体系的新发展[ J] . 西安石油学院学报(自然科学版), 2000, 15( 2): 55 6] 葛际江,张贵才,蒋 平,等 . 驱油用表面活性剂的发展[ J] . 油田化学, 2007, 24( 3): 287 7] 赵立燕,樊西惊 . 表面活性剂驱油体系的新发展[ J] . 西安石油学院学报(自然科学版), 2000, 15( 2): 55 8] 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