開題報(bào)告(高鵬超)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題 目： 有機(jī)凍膠調(diào)剖劑室內(nèi)配方研究 學(xué)生姓名： 高鵬超 院 （系）： 石油工程學(xué)院 專業(yè)班級： 石工1003班 指導(dǎo)教師： 李永太 完成時間： 2014年3月21日 1 課題研究的目的與意義油田經(jīng)過鉆井、固井和測試之后便進(jìn)入開采階段。未開發(fā)的油藏由于受地質(zhì)、構(gòu)造等不同成藏條件的影響，儲集油氣的儲集層在水平和垂直方向上的物性分布和滲透率的大小存在一定的差異，使得地下流體的聚集分布以及運(yùn)移規(guī)律也呈現(xiàn)出各向異性。在油田開發(fā)初期，石油是依靠油藏的天然能量從油層流向采油井的即地下儲集層能量來開發(fā)油藏，儲層結(jié)構(gòu)受到較小的破壞，儲層受到較小的污染。然而，隨著石油的不斷采出，天

2、然能量不斷消耗，當(dāng)?shù)叵履芰坎蛔阋园延蜌鈳У降孛?，采油井不能正常生產(chǎn)，油層中的油便失去流動能力，此時應(yīng)采用人工方式向油藏補(bǔ)給能量，以增加石油的采出量，主要的方式為注水開發(fā)。水驅(qū)開發(fā)的油藏，在開發(fā)后期儲層長期受到流體的侵蝕沖刷，膠結(jié)程度較差的粘土礦物以及部分骨架顆粒隨之運(yùn)移加劇了儲層的非均質(zhì)性，加上不利的油水流度比，造成注入水沿高滲透層、大孔道串流突進(jìn)，導(dǎo)致油層過早水淹，剩余飽和度相對較高的低滲透層得不到合理的利用，降低了水驅(qū)開發(fā)效果1。中高滲透砂巖油藏地層本身的非均質(zhì)性較強(qiáng)，長久的注水沖刷、反復(fù)射孔換層和部分井組及區(qū)塊的強(qiáng)注強(qiáng)采，使處于高含水開發(fā)期油田的縱向、平面和層間滲透率差異進(jìn)一步加?。ㄈ鐒?/p>

3、利油區(qū)孤島油田，目前地層滲透率為注水開發(fā)初期的47倍2）。由于油層中剩余油飽和度的降低和層內(nèi)、層間、平面矛盾的加劇，使得堵水調(diào)剖工藝的實(shí)施難度越來越大，實(shí)施效果越來越差（單井堵調(diào)增油量由含水70%80%時的2000t4000t，下降到特高含水期的200t500t2）。通過對高含水或特高含水期調(diào)剖治理效果分析認(rèn)為，造成調(diào)剖效果明顯降低，除了油藏條件的變化（如采出程度高、剩余油飽和度低、含水高和原始及次生大孔道與高滲透條帶較發(fā)育等）外，還有許多主觀原因。首先，對已經(jīng)變化了的油藏條件缺乏合理有效的認(rèn)識方法與手段；其次，雖然認(rèn)識到開展大劑量深部調(diào)剖的必要性，且廣泛進(jìn)行了礦場實(shí)驗(yàn)，但在追求大劑量施工時忽

4、視了調(diào)剖劑與地層的配伍性和在地層中的有效滯留等方面的研究；另外，雖然開展了多種調(diào)剖劑組合使用的礦場實(shí)驗(yàn)，但對不同調(diào)剖劑之間的配伍性及不同地層條件適用的組合方式缺乏研究。為了實(shí)現(xiàn)該類油藏的控水穩(wěn)油，先后開展了粘土單液法、粘土/HPAM雙液法、粘土/Cr3+/HPAM雙液法和弱凍膠法大劑量深部調(diào)剖實(shí)驗(yàn)，取得了一定的效果，但同時也反映出一些問題：（1）粘土的水化分散性能好，可進(jìn)入地層深部，但難以在存在高滲透條帶或大孔道地的地層中有效滯留，易從生產(chǎn)井竄流產(chǎn)出；（2）弱凍膠的流動性能好（成膠后也可運(yùn)移），具有調(diào)驅(qū)雙重功效。但在滲透率差異大的井中，也易竄流產(chǎn)出。注聚區(qū)多為處于高含水或特高含水開發(fā)期的中高滲

5、透油藏。在收到良好效果的同時，也普遍存在聚合物沿高滲透條帶竄流和轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)效果較差的現(xiàn)象。為了提高聚合物驅(qū)替效果，需要在注聚前、注聚中和轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)初期進(jìn)行剖面調(diào)整。要提高剖面調(diào)整的效果，需要對聚合物驅(qū)使地層條件的改變有清楚的認(rèn)識。首先，驅(qū)替液粘度的增加，使地層的滲透率降低的同時，使地層滲透率差異進(jìn)一步加??；其次，由于聚合物在地層巖石表面的吸附滯留，使得巖石界面性質(zhì)改變。地層滲透率差異加劇的結(jié)果，使注入的聚合物溶液在較短時間內(nèi)竄流至生產(chǎn)井產(chǎn)出，嚴(yán)重影響驅(qū)油效果。巖石界面性質(zhì)的改變，一方面影響調(diào)剖劑的有效滯留，一方面對調(diào)剖劑性能提出新的要求。實(shí)踐證明，調(diào)剖技術(shù)作為穩(wěn)油控水措施的主要手段，能有效的改

6、善注水井吸水剖面；緩和油藏開發(fā)中后期層間、層內(nèi)的矛盾；動用剩余油飽和度較高的低滲透層；抑制注入水串流、突進(jìn)等現(xiàn)象，提高注水開發(fā)效果。以凍膠作為封堵物質(zhì)的調(diào)剖劑稱為凍膠型調(diào)剖劑，是應(yīng)用最廣的一類調(diào)剖劑。凍膠是聚合物和交聯(lián)劑形成的具有三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀分子。當(dāng)交聯(lián)劑含量很小時，聚合物只能形成弱凍膠。凍膠型調(diào)剖劑最典型的例子是以聚丙烯酰胺水溶液為主劑，以鉻或鋁離子為交聯(lián)劑，兩者在地層溫度下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成具有三維結(jié)構(gòu)的聚合物凍膠。目前，許多油田礦場都采用注聚合物溶液來控制水的流度，以波及水驅(qū)時未波及到的地方，從而提高采收率。但實(shí)際應(yīng)用中對聚合物溶液的種類和類型要求很高，大量的研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，選用有

7、效的化學(xué)調(diào)剖劑，在注水井中實(shí)施調(diào)剖作業(yè)以封堵注采井之間的高滲透大孔道，這對于高含水油藏的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)具有十分重要的作用。至今在油田現(xiàn)場使用的調(diào)剖劑有近百種之多，都具有一定的調(diào)剖堵水效果。但是，因?yàn)橛筒貤l件、地質(zhì)特點(diǎn)和流體性質(zhì)的差異，這些調(diào)剖劑又都存在一定的性能缺點(diǎn)：如目前在油田使用比較普遍的凍膠類調(diào)剖劑，耐溫抗鹽性能差,在高礦化度油田水中，成膠性能差，甚至不成膠；在高溫油藏條件下，要么成膠時間短，要么所成凍膠很快破膠，失去調(diào)剖作用。為了解決現(xiàn)場調(diào)剖劑存在的上述問題，有必要在前人已有成果的基礎(chǔ)上開展新型調(diào)剖劑的研究，以便更好地提高水驅(qū)油藏的開發(fā)效果。所以凍膠調(diào)剖劑的室內(nèi)研究就顯得格外重要。2 國內(nèi)外

8、的研究歷史及現(xiàn)狀我國陸上石油80%以上是靠注水開發(fā)的2。一個油藏往往由多個油層組成，由于各油田滲透性的差異，注人水將沿高滲透層突進(jìn)，造成油井過早水淹。因此對于注水開發(fā)的油田產(chǎn)水是一個普遍問題，及時弄清產(chǎn)水層和產(chǎn)水方向，采取合理有效的措施即調(diào)剖措施是非常必要的。70年代末到80年代初油田化學(xué)調(diào)剖技術(shù)得到了較好的應(yīng)用和發(fā)展，后來發(fā)展成為注水井調(diào)剖技術(shù)、深部調(diào)剖技術(shù)。深度調(diào)剖的主要作用機(jī)理為：使用不同的方法使注入的化學(xué)調(diào)剖劑進(jìn)人油層深部后堵塞水流通道，使油藏中的液流改向，提高波及系數(shù)，提高原油采收率。采用該方法可有效地解決近井地帶調(diào)剖無法解決的層內(nèi)竄流問題，這項(xiàng)技術(shù)使調(diào)剖工作邁出了新的一步。最近國外

9、新研制的深部調(diào)剖劑有微生物類、沉淀類、凍膠類和膠態(tài)分散凍膠類等。如G.E.Jennemen等人在北Burbank區(qū)塊利用微生物進(jìn)行的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，美國Akzo化學(xué)公司LIAVE等在NorthBurbank開發(fā)區(qū)進(jìn)行的表面活性劑一酒精調(diào)剖，HarwellJ.H.等人采用的兩種混合后形成沉淀的表面活性劑進(jìn)行的調(diào)剖，Dowell公司的ChanK.巳研制的粘度低、交聯(lián)時間可控，可進(jìn)入油層深部的非聚合物凍膠體系以及Tiorco公司R.CFle.meng等人研究的膠態(tài)分散凝膠等技術(shù)都可用于深部調(diào)剖作業(yè)，尤其是膠態(tài)分散凝膠技術(shù)的研究和應(yīng)用既解決了井底凍膠處理無法解決的竄流問題又可解決聚合物費(fèi)用過多的矛盾，因而引

10、起了廣泛重視。國外已經(jīng)實(shí)踐了一批深部調(diào)剖的油井、區(qū)塊和油田，取得了相應(yīng)的效果。如美國TIORCO公司近9年來在美國落礬山地區(qū)對29個油田采用膠態(tài)分散凝膠進(jìn)行深部處理，解決了深部竄流和層間竄流問題，其中有22個項(xiàng)目獲得了成功，提高了原抽產(chǎn)量，降低了產(chǎn)水量。我國油田調(diào)剖技術(shù)始于50年代。那是，早期投入開發(fā)油田的含水率上升問題已經(jīng)十分突出，“八五”以來，研究和發(fā)展了一批新技術(shù)，我國的調(diào)剖技術(shù)從初期的以注水井單井調(diào)剖作業(yè)，慢慢形成了一套以調(diào)剖為主的油田區(qū)塊整體綜合治理的配套技術(shù)，提高了油田開發(fā)效果，使“八五”后兩年全國油田調(diào)剖年增油量突破百萬噸，成力油田控水穩(wěn)油的一項(xiàng)重要措施。調(diào)剖劑在在調(diào)剖技術(shù)中占有

11、極其重要的地位，所以歷來受到高度重視，發(fā)展也十分迅速。油田化學(xué)調(diào)剖技術(shù)從五十年代開始在現(xiàn)場應(yīng)用，至今已有近40年的歷史。開始時使用水泥漿調(diào)剖，而后發(fā)展丁油基水泥、石灰乳、樹脂、活性稠油等，六十年代以樹脂為主，七十年代水活性聚合物及其凝膠開始在油田應(yīng)用，從此，油田調(diào)剖技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，調(diào)剖劑品種迅速增加，處理并次增多，經(jīng)濟(jì)效果也明顯提高。我國油田普遍采用注水開發(fā)方式，地層非均質(zhì)性嚴(yán)重，油藏地質(zhì)復(fù)雜，在開發(fā)中后期含水上升速度加快，目前油井生產(chǎn)平均含水已達(dá)80%以上，東部地區(qū)的一些老油田含水已達(dá)90%以上。因此，調(diào)剖的工作員逐年增大，工作難度增加，而增油潛力降低。例如1981年堵水處理l3

12、10并次，增油54.3萬噸，1990年處理1614井次，增油45.59萬噸2。這種形勢促進(jìn)了調(diào)剖技術(shù)的發(fā)展。目前國內(nèi)研制的深部調(diào)剖劑有兩類：凍膠類和顆粒類。凍膠類又分交聯(lián)可動弱凝膠和膠態(tài)分散凝膠2種。交聯(lián)可動弱凝膠通常采用控制成膠時間的方法達(dá)到凍膠在油層深部形成的目的，成膠時間的控制通常采用加延緩交聯(lián)的添加劑來延長其成膠時間，許多單位對此進(jìn)行了卓有成效的研究工作，而且在現(xiàn)場見到了成效。近20年來，水溶性聚合物類調(diào)剖劑在油田得到了廣泛的應(yīng)用。獨(dú)聯(lián)體各國對聚丙烯睛調(diào)剖有廣泛的研究和應(yīng)用，同時還使用了有機(jī)硅、水泥、泡沫及化工副產(chǎn)品作為調(diào)剖劑；美國以聚丙烯酰酞胺凍膠為主，同時還使用了生物聚合物調(diào)剖劑，

13、經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用，美國和蘇聯(lián)均形成了一套比較完備的適應(yīng)各種地層、溫度等條件的調(diào)剖劑，并進(jìn)行了系列化研究，對調(diào)剖劑的適用條件進(jìn)行了篩選，并對其適用條件和范圍進(jìn)行了研究。由于有機(jī)凍膠調(diào)剖技術(shù)具有聚合物驅(qū)油和凍膠調(diào)剖的優(yōu)點(diǎn)，所以已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到注水井深部調(diào)剖、高溫油藏深部調(diào)剖等方面，同時也促使國內(nèi)外學(xué)者先后開展相關(guān)研究。目前國內(nèi)外研究主要集中在凍膠體系配方、室內(nèi)滲流理論研究、礦場實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬以及調(diào)剖選井、選層、選劑決策等方面。凍膠體系調(diào)驅(qū)技術(shù)最早是由美國Philips公司提出的，美國Tiorco公司做了多次礦場實(shí)驗(yàn)并取得了一定成功。早期的凍膠處理工藝采用檸檬酸鋁/高分子HPAM體系，交替注入的

14、檸檬酸鋁和髙分子HPAM段塞在在地層深部混合并發(fā)生交聯(lián)，但由于費(fèi)用髙、效益差、難于控制而未被重視。近年來，大量研究致力于發(fā)展延遲交聯(lián)Cr3+凍膠體系配方及其特性研究等方面。1988年C.S.Mccod等首先開展室內(nèi)實(shí)臉3，研究聚丙烯酸胺凍膠體系引起地層滲透率下降的機(jī)理。1987年N.A.Mumallah給出了一種實(shí)用的弱凍膠評價方法。此后，國內(nèi)外的許多學(xué)者開展了如礦化度、溫度等因素對成膠影響等方面的研究，并開展了膠態(tài)分散體系配方的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價篩選工作，90年代中期逐漸形成了膠態(tài)分散體系（CDG）的概念。過去十多年來，廣泛應(yīng)用的弱凍膠體系是鉻氧化還原HPAM體系、檸檬酸鋁HPAM/CPAM休系、

15、硅酸鹽丙場跳膝單體以及Cr3+生物聚合物體系。最近幾年，醋酸鉻HPAM凝膠體系也常用于注入井處理。調(diào)剖劑的作用是封堵地層中的高滲透大孔道，只要是能夠在地層條件下生成封堵物質(zhì)的化學(xué)劑都可以成為調(diào)剖劑。90年代以來，國內(nèi)外調(diào)剖劑發(fā)展很快，品種較多。根據(jù)有無選擇性可將調(diào)剖劑分為兩大類：一類為選擇性調(diào)剖劑，另一類非選擇性調(diào)剖劑。以凍膠作為封堵物質(zhì)的調(diào)剖劑稱為凍膠型調(diào)剖劑。此類調(diào)剖劑是目前國內(nèi)外油田使用最多的一類調(diào)剖劑。凍膠是聚合物和交聯(lián)劑形成的具有三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀分子。當(dāng)交聯(lián)劑含量很小時，聚合物只能形成弱凝膠。美國、俄羅斯、德國等國都大力發(fā)展各種聚合物選擇性調(diào)剖劑，據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國EOR方案設(shè)計(jì)中有35%采

16、用聚合物，而其中的60%采用的是凍膠處理4。水溶性聚合物凍膠也是我國70年代以來研究最多應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)剖劑。特別是聚丙烯酰胺（PAM）大量而廣泛的應(yīng)用，使調(diào)剖技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。根據(jù)聚合物、交聯(lián)劑及其它添加劑的不同，聚合物凍膠類調(diào)剖劑又可分為以下幾種：（1）聚丙烯酰胺（PAM）調(diào)剖劑以聚丙烯酰胺（PAM）水溶液為主劑，以鉻或鋁離子為交聯(lián)劑，二者在地層溫度下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物凍膠。法國學(xué)者用兩種改進(jìn)的方法（PAM就地膨脹）調(diào)剖，既改變了常規(guī)PAM處理的效果，又消除了交聯(lián)系統(tǒng)對地層的傷害，而且封堵地層后產(chǎn)油量提高一倍，有效期長達(dá)三年以上。（2）部分水解聚丙烯酰胺

17、（HPAM）調(diào)剖劑部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）可由丙烯酰胺（AM）均聚得到聚丙烯酰胺，再由聚丙烯酰胺水解而得。HPAM對油和水有明顯的選擇性，它降低孔隙介質(zhì)中水相滲透率的幅度可超過90%，而降低油相滲透率的幅度不超過10%。這是由于這種水基調(diào)剖劑具有優(yōu)先進(jìn)入高含水層的能力，進(jìn)入地層后通過氫鍵吸附在帶負(fù)電的巖石表面，而未被吸附的部分在水中伸展開來，對水的流動形成阻力，使水相滲透率降低，當(dāng)HPAM進(jìn)入產(chǎn)油孔道時，分子鏈處于卷曲狀態(tài)，對油的阻力較小。水解度在10%35%的HPAM可用于堵水調(diào)剖。目前國內(nèi)外使用這類調(diào)剖劑主要有以下幾類：HPAM/甲醛：以甲醛為交聯(lián)劑的聚丙烯酰胺凍膠調(diào)剖劑；HPAM/

18、Cr3+（無機(jī)鉻離子、有機(jī)鉻離子）：這類調(diào)剖劑以Cr3+為交聯(lián)劑，如果在體系中添加不同的熱穩(wěn)定劑又可得到中溫、高溫鉻凍膠及混合型凍膠等多種產(chǎn)品；HPAM/（檸檬酸鋁、硫酸鋁）調(diào)剖劑：形成交聯(lián)聚合物溶液的主要反應(yīng)是HPAM與檸檬酸鋁、硫酸鋁的配位交聯(lián)反應(yīng)，增加巖石表面的正電性，以增加聚合物在地層中的吸附量；HPAM/Zr4+：這是以鋯離子為交聯(lián)劑的雙液法注入調(diào)剖劑，形成的凍膠與砂粒間有良好的粘接依附性；HPAM/烏洛托品-間苯二酚調(diào)剖劑：這類調(diào)剖劑以可溶性酚醛樹脂交聯(lián)，耐溫性能好。以上這些調(diào)剖劑在國內(nèi)遼河、勝利、華北、吉林等油田己經(jīng)應(yīng)用。（3）丙烯酰胺（AM）地下聚合調(diào)剖劑丙稀酰胺AM單體以N，

19、N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，在地下聚合生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠產(chǎn)物。根據(jù)引發(fā)劑和其他添加劑的不同，形成用于環(huán)境溫度至1200C的系列產(chǎn)品。另外還可由丙稀酰胺-丙稀腈的共聚物水溶性酚醛樹脂構(gòu)成，具有良好的抗溫抗鹽性能，適用于砂巖地層注水井的調(diào)剖。（4）部分水解聚丙烯腈（HPAN）調(diào)剖劑HPAN有著與HPAM大體相同的分子結(jié)構(gòu)，因此，它也具有與HPAM大體相同的調(diào)剖機(jī)理與性能。HPAN調(diào)剖劑包括兩種類型，一種是HPAN-氯化鈣調(diào)剖劑，其使用的交聯(lián)劑以CaCl2為代表，也可使用甲酵、FeCl2、FeCl3、Pb(N03)2等其它交聯(lián)劑。另一種是HPAN高溫調(diào)剖劑，如HPAN/苯酚-甲醛調(diào)剖劑，其耐溫高

20、達(dá)1300C左右，該技術(shù)在勝利油田高溫地層中獲得成功應(yīng)用。俄羅斯羅馬什金和新依爾柯夫金油田應(yīng)用HPAN調(diào)剖劑，處理了150口井，成功率達(dá)69.2%，有效期長達(dá)1.52年4。目前，延遲交聯(lián)和成膠體系選擇、凍膠體系臨界濃度、交聯(lián)反應(yīng)動力學(xué)模型及成機(jī)理、聚合物交聯(lián)結(jié)構(gòu)表征和凝膠休系評價一直是高分子領(lǐng)域研究中的難點(diǎn)，凍膠評價方法和物理模擬技術(shù)也是尚未解決的問題。3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1）、篩選有機(jī)凍膠調(diào)剖劑主劑和交聯(lián)劑；2）、在瓶內(nèi)進(jìn)行成膠實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選調(diào)剖劑的最佳配方；3）、在最佳配方條件下，評價抗溫、抗鹽和抗剪切性能；4）、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4 設(shè)計(jì)的步驟及方法尋找各類相關(guān)的文獻(xiàn)資

21、料進(jìn)行英文翻譯，并撰寫開題報(bào)告對課題做研究提綱，并根據(jù)提綱查閱有關(guān)資料做相關(guān)有機(jī)凍膠調(diào)剖劑室內(nèi)研究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行總結(jié)根據(jù)所研究課題的需要，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文采用PowerPoint制作課件以便答辯需要5 階段進(jìn)度計(jì)劃 1）、12周，利用圖書館及網(wǎng)絡(luò)資源查詢有關(guān)有機(jī)凍膠調(diào)剖劑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，明確項(xiàng)目研究內(nèi)容和研發(fā)目標(biāo)，書寫開題報(bào)告并翻譯英文文獻(xiàn)、查找資料完成初稿； 2）、34周，查閱資料，了解有機(jī)凍膠調(diào)剖劑工作原理，明確分析出調(diào)剖劑的調(diào)剖與堵水機(jī)理； 3）、56周，查閱有關(guān)有機(jī)凍膠調(diào)剖研究的資料，了解調(diào)剖劑實(shí)驗(yàn)室研究方法，從而建立起自己的研究方法； 4）、79周，做相關(guān)試驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)論； 5）、1014周，整理所學(xué)知識，書寫論文，完成設(shè)計(jì)； 6）、15周，認(rèn)真檢查論文，制作成ppt，對其中不完美的部分進(jìn)行修改，達(dá)到設(shè)計(jì)要求； 7）、16周，