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油田化學驅油技術

作者: 添加時間:2014/6/7 23:37:19 瀏覽:

   潛力評價結果表明,勝利油田適合化學驅地質儲量16.05×108t[1],資源十分豐富,但油藏地層溫度、地層水礦化度、二價離子含量、原油粘度高和非均質嚴重,因此對油藏的再認識、剩餘油分布規律研究以及驅油體係的耐溫性、抗鹽性、增粘性提出了更高要求。針對苛刻的油藏條件,勝利油田1967年開展了室內攻關研究,90年代初開展了先導試驗,1996年進行工業化推廣,形成了獨具特色的化學驅理論和技術係列。

1.1 化學驅技術發展曆程

勝利油田化學驅技術主要經曆了以下四個階段:

    “七五”以前為技術探索階段,先後開展過稠化水驅、堿水驅、CO2驅等三次采油技術的室內研究和小規模現場試驗,探索適合勝利油田的三次采油技術,並確定了以聚合物驅作為三次采油主攻技術,並著手開展技術攻關。

    “八五”期間為礦場試驗階段,在室內試驗研究的基礎上,1992年勝利油田開展了“孤東油田小井距52+3層三元複合驅先導試驗”和“孤島油田中一區Ng3聚合物驅先導試驗”。這兩個先導試驗的成功驗證了勝利油田利用化學驅技術提高采收率的礦場適用性。為了研究大麵積、常規井網、特高含水期聚合物驅工業化推廣的技術經濟可行性,1994年又在孤島中一區Ng3和孤東七區西Ng52+3分別開展了34和40個井組的注聚擴大試驗,4個試驗項目均取得了成功,形成和配套了適合勝利油田特點的化學驅技術,為工業化推廣創造了條件。

    “九五”以來為技術推廣階段,共推廣26個單元,覆蓋地質儲量2.91×108t,已累積增油1676×104t,已提高采收率5.8%,預計增加可采儲量2066×104t,提高采收率7.1%。1995年勝利油田化學驅技術年增油4×104t,1999年躍升到101×104t,2005年累積增油突破1000×104t,化學驅油技術成為老油田提高采收率、減緩產量遞減的主要技術手段之一。

    “十一五”以來為新技術攻關階段,針對化學驅後備資源特點和聚合物驅後進一步提高采收率的技術需求,加大了新技術、新方法的攻關研究力度,配套完善了II類油藏聚合物驅油技術,為解決高溫高鹽III類油藏、IV類油藏和聚合物驅後油藏提高采收率的難題,研製了多種新型組合式驅油體係,開展了孤東七區西Ng54-61二元複合驅先導試驗、埕東西區泡沫複合驅先導試驗、孤島中一區Ng3聚驅後非均相複合驅先導試驗、勝坨油田T28沙二8改性締合聚合物驅先導試驗,形成了化學驅技術多係列共同發展的局麵。

1.2 化學驅實施現狀

    到2011年6月,勝利油田共實施化學驅項目44個,地質儲量4.21×108t,其中聚合物驅項目29個,覆蓋地質儲量3.14×108t,二元複合驅項目12個,覆蓋地質儲量1.03×108t,三元複合驅項目2個,覆蓋地質儲量205×104t,泡沫驅項目1個,地質儲量119×104t。連續7年化學驅年增油160×104t以上,累積增油2027×104t,已提高采收率4.8%,預計可提高采收率7.9%,增加可采儲量3368×104t。

  
    “十一五”以來,化學驅技術成功實現了“兩個”轉變。一是驅油技術由聚合物驅技術向複合驅技術轉變。“十一五”以前化學驅主導技術為聚合物驅技術,“十一五”期間以提高采收率更大的複合驅技術為主。二是驅油陣地由I、II類油藏向II、IV類及聚驅後油藏轉變。“十一五”以前化學驅動用地質儲量中I類油藏占80%,II類油藏地質儲量占20%,“十一五”以來驅油陣地以II類油藏為主,II類油藏地質儲量占76%,同時在III類、IV類及聚驅後油藏開展先導試驗。

    化學驅動用地質儲量占勝利油田動 用地質儲量的9.8%,而其產量則占12.6%,化學驅技術已成為油田增儲穩產的重要手段。“九五”以來勝利油田化學驅累 計增加可采儲量2298×104t,占勝利油田老區增加可采儲量的25.0%以上。1995年到2000年,孤東油田年產油量從329×104t遞減到260×104t,2000年推廣化學驅技術以來,遞減率減緩,2010年年產油量211×104t,化學驅年產油108×104t,占孤東油田年產油的51.3%,從孤東油田產量構成可以看出,化學驅技術顯著地改善了孤東油田的開發形勢。

    化學驅也取得了顯著的經濟效益。對3個聚合物驅試驗項目和3個投入較早的工業化推廣項目進行經濟後評估,在油價為18$/bbl時經濟極限噸聚增油46.2t/t,在油價為26$/bbl時經濟極限噸聚增油31.2t/t,在油價為40$/bbl時經濟極限噸聚增油19.6t/t,在油價為60$/bbl時經濟極限噸聚增油12.8t/t。已結束的5個項目,平均提高采收率8.5%,噸聚增油100t/t。24個已轉後續水驅項目已提高采收率5.9%,噸聚增油已達51.0t/t,預計結束後可提高采收率7.0%,噸聚增油56 t/t;15個正注聚項目已提高采收率3.0%,噸聚增油22t/t,預計結束後可提高采收率6.6%,噸聚增油38 t/t。

2  化學驅提高采收率理論與技術

2.1驅油劑加合增效理論

    隨著化學驅技術推廣規模的不斷擴大,剩餘資源條件越來越差,因此必須尋求改善波及能力更強、洗油能力更好的驅油體係。對勝利油田化學驅而言,由於非均質嚴重,原油粘度高,因此聚合物必不可少。但聚合物耐溫抗鹽能力差、調整非均質能力有限,且無提高洗油效率能力,因此單一聚合物驅提高采收率幅度和應用範圍有限。在聚合物中加入合適助劑通過驅油劑間的超加合作用,體係的耐溫抗鹽能力增強,流度控製能力和洗油效率能力提高,從而形成了聚合物加合增效理論認識,其內涵核心為聚合物加合作用,基礎為聚合物和表麵活性劑的分子設計與合成[2]。

    通過理論計算、分子模擬、室內實驗等手段,研究了化學劑與原油、化學劑之間、化學劑與岩石之間的相互作用及化學劑在多孔介質中的滲流機製,闡明驅油劑加合增效的途徑與條件,指導了新型驅油體係的設計。針對Ⅲ類高溫高鹽油藏、IV類大孔道油藏和聚合物驅後提高采收率的難題,開展新方法攻關研究,研發了3個新的驅油體係,即形成了二元複合驅油體係、強化泡沫驅油體係、非均相複合驅油體係。

2.2聚合物驅技術

    流度比是影響采收率的主要因素[3-5],勝利油田適合化學驅油藏原油粘度高,通過提高驅替液粘度可以較大幅度改善流度比,從而提高采收率。但聚合物溶液在油藏中的滲流過程是非達西滲流,而且聚合物溶液是非牛頓流體,滲流過程粘度是不斷變化的,因此很難求出聚合物驅流度比[6-7],因此開展了粘度比對驅油效果的影響研究。

    當粘度比在0.15~0.5之間時,提高采收率幅度較大,為合理粘度比區間;當粘度比大於0.5時,提高采收率增幅不明顯,經濟效益變差。數值模擬研究也得到相同的結果。

    在I類油藏條件下,采用分子量為1500萬的聚丙烯酰胺,當濃度為1500mg/L時,其粘度比能滿足驅油要求,並依此確定I類油藏的聚合物驅配方為0.05PV×2000mg/L+0.20PV×1500mg/L,配注方式為清水配汙水注。

    1992年10月在I類油藏孤島油田中一區Ng3進行了聚合物先導試驗。試驗區地層原油粘度46.3mPa.s,地層溫度70℃,地層水礦化度5293mg/L,二價離子含量102mg/L,地質儲量為165×104t,設計注入井4口,生產井10口。1997年3月轉後續水驅,累積注入聚合物1389.5t。注聚合物驅後,綜合含水由注聚前的92.1%最低降至70.9%,下降幅度高達21.2%,日產油由注聚前的122 t/d最大上升至351 t/d(圖4),到目前累積增油20×104t,提高采收率12.0%,噸聚增油143t/t。

    對於II類高溫高鹽油藏,濃度為1500mg/L、分子量為1500萬的聚丙烯酰胺溶液,其粘度僅9.3mPa.s。分子量為2000萬的超高分子聚丙烯酰胺在濃度為1500mg/L的條件下,其粘度可達20mPa.s以上,粘度比能滿足驅油要求。通過研究確定二類油藏條件的聚合物驅配方為0.05PV×1800mg/L+0.20PV×1400mg/L,配注方式為清水配汙水注。

    1998年在II類高溫高鹽油藏勝坨油田一區沙二1-3砂層組開展了聚合物驅先導試驗。試驗區麵積5.39km2,地質儲量1089×104t,地層原油粘度25mPa.s,地層溫度80℃,地層水礦化度21000mg/L,二價離子含量311mg/L。設計注入井32口,生產井58口。1998年4月開始現場注入,2001年9月轉後續水驅,累積注入聚合物7005.7t。注聚合物驅後,綜合含水由注聚前的95.9%最低降至81.7%,日產油由注聚前的261 t/d最大上升至608 t/d,到目前累積增油71.5×104t,提高采收率6.6%,噸聚增油102t/t。預計最終可提高采收率7.0%,噸聚增油109t/t。
    到目前,在I、Ⅱ類油藏實施聚合物驅項目29個,覆蓋地質儲量3.14×108t,取得了非常顯著的降水增油效果。累計增油已達1615×104t,已提高采收率5.1%,預計可提高采收率7.1%。

2.3複合驅技術

    勝利油田的複合驅油技術研究始於“七五”後期,主要開展了三元複合驅體係和二元複合驅體係的探索與攻關,研究表明化學複合驅提高采收率幅度在12%~20%之間。

    針對原油酸值高的特點,勝利油田首先研究了三元複合驅體係,1992年在孤東油田實施我國首例小井距三元複合驅現場試驗,試驗前中心井區在含水大於98%的條件下已開采了3年,累積注水達地層孔隙體積的5.1倍,水驅采出程度高達54.4%。通過實施三元複合驅,中心井含水由98.5%下降至85%,累積增油1740t,提高采收率13.4%,當量每噸聚合物增油110噸,試驗結束時中心井區采收率高達76.2%[8-9],試驗獲得重大成功。在試驗取得成功和突破的基礎上,1997年在孤島油田西區進行常規井網複合驅擴大試驗。1997年5月開始三元複合驅投注,2002年4月轉後續水驅,目前已累積增油28.6萬噸,提高采收率14.5%,預計最終可提高采收率15%。

    由於水中鈣鎂離子含量較高,導致注入係統結垢較為嚴重;其次產出液乳化嚴重,導致產出液處理難度較大,三元複合驅技術的推廣受到了一定限製。針對三元複合驅存在的問題,開展二元複合驅技術攻關,創立“油劑相似富集、陰非加合增效、聚表抑製分離”的二元複合驅理論,解決了在無堿條件下體係的界麵張力超低問題,研製了二元複合驅油體係,2003年在孤東油田開展了二元複合驅先導試驗。

    試驗區位於孤東油田七區西Ng54-61單元南部,含油麵積0.94km2,地質儲量為277×104t。設計注入井10口,受益油井16口,注采井距300m。試驗區地層原油粘度40.1mPa.s,地層溫度68℃,地層水礦化度7883mg/L,二價離子含量244mg/L,試驗前綜合含水98.2%。試驗後含水下降至60.4%,日油水平由10.7t/d上升到127t/d(圖6),已累增油12.2×104t,已提高采收率18.0%。全區累積增油24.1×104t,已提高采收率8.7%,預計可提高采收率12%。勝利油區聚合物驅項目無因次產油平均為2.2,孤東油田二元複合驅先導試驗在物質基礎條件差的情況下達到5.4,二元先導試驗區的增油幅度高於單一聚合物驅單元。

    先導試驗獲得成功後,2007年進行了工業化推廣應用,截至2011年6月,先後在孤島、孤東、勝坨及埕東等4大主力油田實施二元複合驅項目12個,動用地質儲量1.03億噸,已累積增加原油產量380×104t, 2010年年增油量占勝利油田化學驅年增油量的50%,增加可采儲量1052萬噸,可提高采收率10.2%,成為勝利油田產量的重要增長點。

2.4 泡沫驅技術

    泡沫耐溫抗鹽,封堵能力強,具有“堵水不堵油”的特點,同時泡沫劑作為優良的活性劑,能降低油水界麵張力,提高洗油效率。勝利油田2000年開展泡沫驅油技術的攻關,探索泡沫在多孔介質中的生成、破滅及運移規律,研究氮氣與泡沫劑的相互作用機理,研製強化氮氣泡沫驅油體係,物理模擬試驗結果表明,水驅後強化氮氣泡沫驅可提高采收率26.0%,聚合物驅後可提高采收率16.7%[10-14]。2003年在孤島油田中二中注聚驅開展了單井試驗,采用氣液交替注入,累積注入0.1倍孔隙體積,注入壓力由6.5MPa上升到9.0MPa,井組日油水平由71.2t/d上升140.9t/d,累積增油2.1×104t。

    2004年9月開展埕東西區泡沫複合驅先導試驗,試驗區地質儲量119×104t,設計注入井4口,對應中心油井3口,受益油井11口。試驗區地層原油粘度74mPa.s,地層水礦化度為6227mg/L,二價離子含量130 mg/L,地層溫度60℃,試驗前含綜合水97.7%,采出程度40%。2004年10月現場實施,2005年7月注入主段塞,累積注入倍數0.32PV。注入壓力由實施前的7.6MPa上升到目前的13.6MPa,上升6MPa,泡沫複合驅阻力係數4.2,而條件相似的注聚區平均阻力係數為1.6,表明泡沫複合體係阻力係數明顯高於聚合物驅,滲流阻力更大,封堵能力更強。從注入剖麵測試結果看,吸水剖麵有所改善,縱向上吸水更加均勻。中心井區綜合含水由試驗前的97%降至82.4%(圖7),累積增油2.1萬噸,提高采收率5.4%。

3 化學驅技術展望

    “十二五”期間,勝利油田將重點針對聚合物驅後、高溫高鹽III類油藏、極端油藏條件下的化學驅提高采收率技術開展攻關研究。在聚合物驅後進一步提高采收率研究方麵,將著重發展井網調整+二元驅技術;針對高溫高鹽III類油藏重點攻關耐溫抗鹽聚合物驅技術、低張力泡沫驅技術和超分子提高采收率技術;在極端油藏條件下化學驅提高采收率研究方麵,將對熱觸變流體驅油法和非均相耐溫抗鹽驅油法(即合成高分子微球體係和預交聯體係)進行探索和攻關。