低滲油氣田強化水驅技術

低滲透油田強化水驅技術,中國石油大學（華東）科學技術研究院2011年11月25日,主講人：張貴才,張貴才教授、博導中國石油大學（華東）科學技術研究院常務副院長中華環(huán)保聯(lián)合會環(huán)境與資源研究院副理事長、院長地址：山東省東營市北一路739號青島經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)長江西路66號電話：0546-83931780532-86981178手機：1370636808013706368080郵箱hanggc,3,1低滲油田開發(fā)概述2低滲透油田注水難的原因分析3低滲油田降壓增注理論與方法4低滲油田改善水驅效果的技術5結束語,低滲透油田強化水驅技術,4,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀1.2低滲油田主要開發(fā)方式1.3提高低滲油田注水開發(fā)效果的途徑注進水、注好水,1低滲油田開發(fā)概述,5,主要產(chǎn)油國低滲透油田分布統(tǒng)計表,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀,6,至2008年底，全國累計探明石油地質儲量287億噸，其中低滲透探明儲量為141億噸，占49.1%，年產(chǎn)量0.71億噸，占總產(chǎn)量的37.6%。剩余油資源量為799億噸，其中低滲透資源為431億噸，達到54%。,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀,7,至2009年底，中石化動用地質儲量60.6億噸，其中低滲透油藏動用10.5億噸，占全部動用儲量的17%。,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀,8,截至2008年底，探明儲量7.67億噸，占全油區(qū)的15.4；特別是2006、2007年探明分別為4331、6811萬噸，占當年探明儲量的44.7%和64.6%。,勝利油區(qū)具有豐富的低滲透油藏資源,勝利油區(qū)低滲透油藏歷年新增探明儲量柱狀圖,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀,9,“十五”以來，特低滲油藏（儲層空氣滲透率10103m2）探明儲量在每年低滲透新增探明儲量中所占的比例呈現(xiàn)增長的趨勢，已逐漸成為勝利低滲透油藏新增探明儲量的主要類型。,勝利特低滲油藏探明儲量占低滲透油藏總探明比例趨勢圖,百分比,1.1低滲油田勘探開發(fā)現(xiàn)狀,10,在統(tǒng)計的68個特低滲透砂巖油田和低滲透砂巖油田中一次采油主要為溶解氣驅：（1）多數(shù)油田（約80.6%）的常規(guī)驅油方式為溶解氣驅（包括單一溶解氣驅和溶解氣為主要驅動方式），其他驅動方式包括氣頂氣驅、底水驅、邊水驅等，但比例較小。（2）我國特低滲透油田的常規(guī)驅油方式全部為溶解氣驅。,1.2低滲油田主要開發(fā)方式,11,特低滲透砂巖油田二次采油方法統(tǒng)計,低滲透砂巖油田二次采油方法統(tǒng)計,1.2低滲油田主要開發(fā)方式,12,特低滲透砂巖油田采收率分布統(tǒng)計,低滲透砂巖油田采收率分布統(tǒng)計,1.2低滲油田主要開發(fā)方式,13,22.2%,中石化,24.8%,中石油,28.9%,國外,2.6,差距就是潛力,已開發(fā)低滲油藏提高采收率潛力,1.2低滲油田主要開發(fā)方式,14,已開發(fā)低滲油藏提高采收率潛力,1.2低滲油田主要開發(fā)方式,15,2低滲油田注水難的原因分析,2.1基質滲透性差2.2開發(fā)過程對注水的影響2.3外來傷害對注水的影響,16,2.1基質滲透性差導致的注水困難,2.1.1孔隙小，流動阻力大2.1.2微孔隙存在邊界層阻力2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力2.1.4壓力敏感性導致滲透率下降,17,喉道中值半徑一般小于1.5微米。滲透率越低，小孔隙所占份額越大。,2.1.1孔隙小，流動阻力大,18,0.3mD儲層,大于0.5mD儲層,滲透率越低，不但孔隙半徑小，喉道半徑更?。汉闼賶汗芯砍晒@示，0.3mD儲層與0.5mD儲層相比，孔隙差別不大，但喉道半徑分布差異較大，0.3mD儲層以微細喉道為主，喉道半徑小于1.0m。,于44-35井長4+5孔隙半徑、喉道半徑分布頻率圖（1940m，=13.6，K=2.19mD）,董81-50井長8孔隙半徑、喉道半徑分布頻率圖（1999.3m，=12.7，K=0.24mD）,2.1.1孔隙小，流動阻力大,19,在實際低滲透油藏中，由于孔隙半徑和邊界層厚度幾乎在同一數(shù)量級上或甚至更小，再加上多孔介質以及黏土的影響，固-液邊界層的影響會大大加強，流體流動的阻力除了黏滯力，還有固-液界面的分子作用力，使得流動產(chǎn)生了非常復雜的綜合現(xiàn)象，從而影響了地層流體在低滲透油藏多孔介質中的滲流特性。,2.1.2微孔隙存在邊界層阻力,20,水在直徑為250m的石英管中的流動實驗結果發(fā)現(xiàn)，水在直徑小于10m管中呈現(xiàn)明顯的低速非線性流動特性。阻力系數(shù)高于經(jīng)典的流體力學理論計算結果，隨驅動力的增大而減小，趨近于一穩(wěn)定值。,2.1.2微孔隙存在邊界層阻力,21,實驗得到了不同空氣滲透率的樣品在5種含水飽和度下的油水兩相最小啟動壓力梯度值。,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,22,建立油水兩相滲流在不同含水飽和度下的最小啟動壓力梯度與樣品空氣滲透率關系曲線。,不同含水飽和度的兩相最小啟動壓力梯度與空氣滲透率呈冪函數(shù)關系。,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,23,油水兩相滲流在不同含水飽和度下的最小啟動壓力梯度與樣品空氣滲透率關系。,最小啟動壓力梯度隨含水飽和度的增加而逐漸減小。,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,24,油水兩相滲流在不同含水飽和度下的最小啟動壓力梯度與樣品空氣滲透率關系。,單相啟動壓力梯度明顯小于兩相啟動壓力梯度。,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,25,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,26,油水兩相啟動壓力梯度包含兩個部分。一部分由于流體與孔隙介質表面作用產(chǎn)生的粘滯阻力，另一部分由兩種流體間的相互作用產(chǎn)生的毛管阻力。,流體粘度,滲流速度,界面張力,2.1.3非達西滲流，存在啟動壓力,27,低滲透油藏普遍存在應力敏感性，且滲透率越低壓力敏感性越強。,發(fā)現(xiàn)了特低滲透油藏具有壓力敏感特征,滲透率與應力敏感系數(shù)關系,2.1.4壓力敏感性導致滲透率下降,28,西13井，長8，2128.31m，單偏光x100。層間縫。,西44-6-87-221-4裂縫巖心滲透率與有效上覆應力關系圖,含微裂縫儲層與無裂縫儲相比，應力敏感性更強，在開發(fā)過程中更應重視防止由于地層壓力降低而造成的壓敏傷害。,裂縫開度與靜圍壓的關系曲線,2.1.4壓力敏感性導致滲透率下降,29,2.2開發(fā)過程對注水的影響,2.2.1水驅油過程的壓力變化曲線2.2.2含水飽和度對啟動壓力的影響,30,2.2.1水驅油過程的壓力變化曲線,低滲油藏水驅油過程中注入水從油井突破前水驅壓差逐步上升，且水驅殘余油階段水的相對滲透率一般小于0.3。因此在基質滲透率低和殘余油的共同作用下，儲層吸水能力的70%被抑制。,31,圖5-1B665-2-3巖心水驅壓力壓力變化曲線,2.2.1水驅油過程的壓力變化曲線,32,2.2.2含水飽和度對啟動壓力的影響,33,2.2.2含水飽和度對啟動壓力的影響,34,2.3外來傷害對注水的影響,2.3.1水中含油的傷害2.3.2水中機械雜質的傷害2.3.3水中細菌的傷害2.3.4粘土膨脹傷害2.3.5結垢傷害,35,2.3.1水中含油的傷害,注入100PV含油污水后巖心滲透率下降情況。,注入400PV不同含油量污水后巖心滲透率下降百分數(shù),36,2.3.1水中含油的傷害,37,液流方向,假定完全水濕。油田油水之間界面張力為18.lmN/m；喉道半徑210-5m，R2=210-4m；油滴的長度為徑410-4m；產(chǎn)生的阻力可由公式計算出。,2.3.1水中含油的傷害,38,毛管阻力由下式計算：,油水井距250m，油水井間壓差20MPa；計算實際油藏的平均驅替壓差為：,毛管阻力與油藏平均驅替壓差之比為：,即一個液滴產(chǎn)生的附加阻力是平均驅替壓力的55.9倍,2.3.1水中含油的傷害,39,2.3.2水中機械雜質的傷害,用B665天然巖心測定了固相顆粒含量為9.6mg/L時注入水對巖心滲透率的影響。圖2-3說明，注入水中固相微粒對天然巖心有明顯的堵塞作用，注入孔隙體積倍數(shù)為400PV時，巖心的傷害率分別為22.8%。,40,用滲透率為3.1210-3m2的人造巖心測定了不同細菌含量、注入400PV時巖心滲透率下降百分數(shù)。隨著細菌含量的增加巖心滲透率下降百分數(shù)直線上升。由于濱南油田注入水中細菌含量小于103，因此對儲層滲透率不會造成嚴重傷害。,2.3.3水中細菌的傷害,41,2.3.4粘土膨脹傷害,我國低滲透油層砂巖礦物成分對比表,42,蒙脫石掃描電鏡照片,2.3.4粘土膨脹傷害,43,發(fā)絲狀伊利石,2.3.4粘土膨脹傷害,44,卷片狀伊利石,卷片狀伊利石,2.3.4粘土膨脹傷害,45,疊片狀高嶺石,疊片狀高嶺石,2.3.4粘土膨脹傷害,46,綠泥石,綠泥石,2.3.4粘土膨脹傷害,47,伊利石與伊蒙混層,伊蒙混層,2.3.4粘土膨脹傷害,48,粘土在孔隙內(nèi)存在三種產(chǎn)狀，表面附著形態(tài)三種產(chǎn)狀。高嶺石鏡下蠕蟲狀或書頁狀，孔隙充填式；伊/蒙混層主要孔壁襯貼式；伊利石呈絲縷狀連接搭橋式為主。,2.3.4粘土膨脹傷害,49,2.3.4粘土膨脹傷害,不同水對臨盤S-3-1（0.3mD2710-2718m）巖心注水壓力影響,50,2.3.5結垢傷害,51,3低滲油田降壓增注理論與方法,3.1注入水精細處理-打好基礎3.2儲層改造-創(chuàng)造條件3.3界面改性-長治久安,52,3.1注入水精細處理,53,碎屑巖油藏注水水質推薦標準（SY/T5329-94）,3.1注入水精細處理,54,用于低滲油藏回注的污水處理工藝基本上采用“三段常規(guī)”/“改進三段”處理（前端處理）+“精細過濾”流程。主要區(qū)別在于根據(jù)油水的性質區(qū)別以及油藏對水質的要求不同來選用“三段”處理方式（前端處理）和精細過濾工藝。,3.1注入水精細處理,55,“三段”流程中主要設備理論性能參數(shù)表,3.1注入水精細處理,56,多功能核桃殼+兩級纖維球精細處理模式,3.1注入水精細處理,57,3.1注入水精細處理,58,三級纖維球精細處理模式,3.1注入水精細處理,59,3.1注入水精細處理,60,精細過濾主要設備理論性能參數(shù)表,3.1注入水精細處理,61,3.1注入水精細處理-PTFE膜處理技術,優(yōu)點（1）抗原油污染能力強，反洗效率高；（2）能定期自動排放雜質，延長裝置的使用壽命;（3）生產(chǎn)處理量增大。,62,熱采油田的鍋爐用水、低滲油田污水回注，對水質有較高的要求，需要對污水進行精細處理。,3.1注入水精細處理-PTFE膜處理技術,63,PTFE荷電膜含油污水精細過濾器200m3/d水質達A1級,3.1注入水精細處理-PTFE膜處理技術,64,工業(yè)現(xiàn)場含油污水處理裝置,PTFE含油污水處理裝置4000m3/d水質A1A2級,65,加拿大Weyburn油田Ralph聯(lián)合站PTFE荷電膜含油污水處理裝置200m3/d,工業(yè)現(xiàn)場含油污水處理裝置,66,3.2儲層改造技術,（1）水平井酸洗投產(chǎn)技術（2）酸化投產(chǎn)技術（3）壓裂投產(chǎn)技術（4）酸化壓裂投產(chǎn)技術,67,我國水平井一般采用割縫襯管完井。采用割縫襯管完井時井壁泥餅和近井泥漿污染通常需酸洗解除。經(jīng)過對近200口不同類型油藏酸洗投產(chǎn)水平井的分析研究，完善了酸液設計原則：（1）有好的緩速和降濾失作用-實現(xiàn)均勻酸化；（2）對油泥分散能力強、溶蝕量大-確保清除徹底；（3）對固相微粒有較好的攜帶作用-避免二次污染。,二個優(yōu)異的水平井酸洗用酸液體系:,3.2儲層改造技術,3.2.1水平井酸洗投產(chǎn)技術,68,（1）泡沫酸體系,漏失比例顯著降低，排出液攜帶出大量泥沙。,酸洗返排情況,69,（2）強穿透多氫酸,強穿透多氫酸對油泥球分散能力強，和常規(guī)土酸相比，酸洗后平均單井日產(chǎn)提高65%。,70,3.2.2酸化投產(chǎn)技術,3.2儲層改造技術,和中高滲透油層相比，低滲儲層酸化必須強化三點要求：（1）低二次傷害（2）強深穿透能力（3）有異的助排能力,71,3.2.3壓裂投產(chǎn)技術,3.2儲層改造技術,壓裂液的發(fā)展逐漸由低傷害向保護油氣層方向發(fā)展。,72,3.2.4酸化壓裂投產(chǎn)技術（1）應用范圍由灰?guī)r發(fā)展到致密砂巖；（2）由酸蝕蚯蚓洞導流為主發(fā)展到酸蝕蚯蚓洞與支撐裂縫共存；（3）酸液由高分子稠化發(fā)展到表面活性劑稠化；（4）酸液由單純鹽酸向復合酸方向發(fā)展。,3.2儲層改造技術,73,3.3界面改性技術,界面改性技術是最大限度發(fā)揮和保持低滲儲層注水能力的技術，該技術主要機理為：（1）降低殘余油飽和度機理（2）潤濕改變機理（3）界面流體滑移效應（4）壓縮邊界層機理,74,3.3.1界面改性增注機理,（1）降低殘余油飽和度機理,75,3.3.1界面改性增注機理,（1）降低殘余油飽和度機理,76,（2）潤濕改變機理,3.3.1界面改性增注機理,77,3.3.1界面改性增注機理,（2）潤濕改變機理,78,3.3.1界面改性增注機理,（3）界面流體滑移效應,Choi等認為壓差增大會抑制氣泡在固體表面的成核，使氣層厚度變薄，滑移長度減??；而速度梯度增大，會使氣泡成核率增加，從而使滑移長度增加。,79,3.3.1界面改性增注機理,1978年，Wolfram提出要使液體在固體表面開始運動，必須克服三相接觸線的臨界線張力。,其中，F(xiàn)C為臨界線張力，N/m；q、h分別為前進角和后退角；vl為氣液表面張力，N/m。,（3）界面流體滑移效應,80,-密度；C-分子間長程吸引作用系數(shù)；D（qll）為流體的集體擴散系數(shù);Sl(qlI)是流體在Z方向上的結構因子；qll是平行于表面的平面向量.,液體在固體表面的接觸角越大，滑移長度越大。若接觸角接近180o，滑移為完全滑移。,3.3.1界面改性增注機理,（3）界面流體滑移效應,81,3.3.1界面改性增注機理,在實際低滲透油藏中，由于孔隙半徑和邊界層厚度幾乎在同一數(shù)量級上或甚至更小，再加上多孔介質以及黏土的影響，固-液邊界層的影響會大大加強，流體流動的阻力除了黏滯力，還有固-液界面的分子作用力，使得流動產(chǎn)生了非常復雜的綜合現(xiàn)象，從而影響了地層流體在低滲透油藏多孔介質中的滲流特性。,（4）壓縮邊界層機理,82,親水儲層邊界層為緊密有序排列的水分子，這些水分子既有自由水分子，又有與離子結合的水分子。界面潤濕性反轉、界面競爭吸附等均可破壞邊界層。,3.3.1界面改性增注機理,（4）壓縮邊界層機理,83,3.3.2界面改性增注技術,（1）表面活性劑增注技術,最理想的表面活性劑增注體系是微乳。,石油磺酸鹽增注壓力變化曲線,微乳增注壓力變化曲線,84,（2）潤濕調節(jié)劑增注技術,3.3.2界面改性增注技術,85,（3）納米顆粒增注技術,3.3.2界面改性增注技術,納米減阻技術(也稱為納米降壓增注技術)是一種新興的物理法降壓增注技術。2000年，中國石油化工股份有限公司從俄羅斯引進了納米減阻技術，在12口高壓注水井中進行了試驗，有效率為75%，最大降幅達9MPa，最大日增注量達101m3，降壓/增注效果顯著。,86,4低滲油田改善水驅效果的技術,4.1近井增注-遠井調剖技術4.2深部調驅技術4.3水氣交替注入技術,87,4.1近井增注-遠井調剖技術,針對高溫低滲透油藏“水井注不進”、“油井采不出”、“油層水驅效率低”等難題，經(jīng)過多年攻關，開發(fā)了酸系、鋁系、鐵系和硅系具有增注作用的調剖劑（ZL200410023489.0），成為改善低滲透油藏水驅效果的關鍵技術之一。,88,該技術在渤南油田五區(qū)（地層溫度132、滲透率為510-3m2）進行了兩輪示范應用，累計調驅18井次、油井解堵17井次。示范區(qū)凈增原油23050噸，提高采收率1.75%，增產(chǎn)噸油措施成本436元。,4.1近井增注-遠井調剖技術,89,4.2深部調驅技術,近年來西方大石油公司的水驅采收率已接近50%，深部調驅技術是核心技術之一。目前我國已研究形成了適合不同類型油藏的深部調驅技術。,深部調驅技術使用條件,90,提高洗油效率,起泡劑降低油水界面張力泡沫在孔隙中的流動類似于“可變直徑活塞”流，驅替效率很高,提高波及體積,堵大不堵小粘度大堵水不堵油氣體上浮作用,提高中低滲層及含油飽和度較高部位的驅替強度,泡沫驅提高采收率機理,氮氣泡沫調驅技術,氮氣泡沫在多孔介質中滲流基本特性研究氮氣泡沫封堵性能影響因素分析氮氣泡沫調驅效果影響因素分析及關鍵參數(shù)界定不同體系及方式提高采收率對比評價,研究基礎：,91,二氧化碳泡沫調驅技術,泡沫大幅度降低CO2流度是非常有效的，改善驅替流體在非均質油層內(nèi)的流動狀況,控制氣體指進、推遲CO2氣體的突破時間。具備了CO2驅和泡沫驅兩方面的優(yōu)點：高效的驅替效率和良好的流度控制能力。,CO2泡沫驅優(yōu)勢：,降低原油粘度：原油中溶解CO2后，原油的粘度會大幅度降低。甚至可以降到1/10-1/100。降低油水界面張力：大量的輕烴與CO2混合，可大幅度降低油水