納米減阻增注劑在低滲油田開(kāi)采中的應(yīng)用

1、納米增注材料在低滲油田開(kāi)采中的應(yīng)用主要內(nèi)容一、研究背景二、納米減阻增注劑的設(shè)計(jì)及工業(yè)化制備三、納米減阻增注機(jī)理分析四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用五、總結(jié)與建議一、研究背景 2014年3月發(fā)布的2013年國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告： 中國(guó)原油對(duì)外依存度逐年遞增。 2014年，國(guó)內(nèi)石油需求增速達(dá)4%左右，達(dá)到5.18億噸，對(duì)外依存度逼近60%大關(guān)。而石油戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備量遠(yuǎn)低于美日等發(fā)達(dá)國(guó)家。 嚴(yán)重威脅國(guó)家能源安全！開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)油氣資源，降低對(duì)外依存度 國(guó)家能源安全的重大需求 全國(guó)油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)2010：中國(guó)石油地質(zhì)資源量1037億噸，而低滲透與稠油低品位資源約占石油總資源量2/3，開(kāi)發(fā)難度大，前低滲、稠油開(kāi)采的預(yù)計(jì)技術(shù)采收率僅

2、為1214%。同時(shí)，高含水區(qū)油藏仍有剩余油富集區(qū)。我國(guó)剩余石油資源組成（石油剩余資源量：約800億噸）我國(guó)石油資源開(kāi)采現(xiàn)狀低滲透油藏開(kāi)發(fā)問(wèn)題注水驅(qū)油開(kāi)發(fā)過(guò)程中，油藏巖石水化、結(jié)垢、（粘土）膨脹，造成油藏孔道細(xì)小，滲透率低，導(dǎo)致水注不進(jìn)去，油采不出，嚴(yán)重影響采收率。注水壓力上升使得注水泵負(fù)荷增大，設(shè)備容易出現(xiàn)故障，安全隱患增多，桿管偏磨加劇，區(qū)塊自然遞減增大，水驅(qū)控制量減少。維修投入增加，不能完成配注和注不進(jìn)水，造成油層能源不能及時(shí)補(bǔ)充，導(dǎo)致油井產(chǎn)液量、產(chǎn)油量下降。傳統(tǒng)減阻增注技術(shù)-酸化處理采用強(qiáng)酸（硫酸、鹽酸或氫氟酸）處理注水通道，擴(kuò)大巖石孔隙，可以迅速提高孔隙度，增加水流速度。存在問(wèn)題：酸化

3、不能解決水化和結(jié)垢有效期短(1-3個(gè)月)易造成地層傷害（水突、水竄） 因此對(duì)水井實(shí)施降壓增注是擺在油田科技人員面前的一個(gè)難題，研究新的增注工藝十分必要！二、納米減阻增注劑的設(shè)計(jì)及工業(yè)化制備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、水基納米微粒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備技術(shù) 以與砂巖化學(xué)組成相似的納米聚硅為核，含釘扎基團(tuán)、疏水基團(tuán)的表面修飾劑，與納米聚硅形成超疏水性的納米核；同時(shí)選擇水溶性修飾劑與納米聚硅微粒結(jié)合，形成水分散納米聚硅。無(wú)機(jī)納米微粒（功能載體）的選擇 氧化硅、氧化鈦、碳酸鈣、氧化鋅等表面修飾劑的選擇: “釘扎”基團(tuán)： 羥基、羧基、氨基、環(huán)氧基等 疏水基團(tuán)： 三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷 水分散性基團(tuán)： 含羥基、羧

4、基、胺基的有機(jī)胺化合物和表面活性劑表面修飾劑與納米聚硅的結(jié)合方式： “釘扎”修飾劑：強(qiáng)化學(xué)鍵結(jié)合 疏水修飾劑：強(qiáng)化學(xué)鍵結(jié)合 水溶性修飾劑：弱化學(xué)鍵或吸附結(jié)合 采用自行設(shè)計(jì)制備的多功能剪切乳化反應(yīng)釜與管線(xiàn)式乳化反應(yīng)器相結(jié)合的工業(yè)技術(shù)，使有機(jī)-無(wú)機(jī)納米雜化材料的高效率、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。 多級(jí)連續(xù)乳化生產(chǎn)工藝（2000L反應(yīng)釜)國(guó)家“863”計(jì)劃“納米減阻增注材料及其在石油開(kāi)采中的應(yīng)用”（2009AA03Z326)。2、開(kāi)發(fā)產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)表征NPS-Z(強(qiáng)親油疏水核） NPS-W（水分散、親油疏水） 在乙醇中的透射電鏡照片 XRD圖譜XRD圖譜 納米聚硅粒徑為10-20nm，是由許多平均粒徑為

5、1-2nm的微晶組成的無(wú)定形態(tài)材料。 在溶劑中的分散性壓片接觸角167NPS-W的水分散技術(shù) 采用微乳液分散技術(shù)，通過(guò)分散助劑調(diào)節(jié)水的極性，分散于水中形成透明的溶液（微乳液）。X10=1.83nmX16=2.2nmX50=4.75nmX84=10.28nmX90=12.48nmX99=21.83nmVMD=6.35nmSV=1604.17m2/cm3水乳液(2)平均粒徑6.35nm SV=1604m2/cm3激光粒度分布圖 50%的顆粒直徑小于5nm，這種粒徑較小的納米聚硅使其適用范圍擴(kuò)大到超低滲油田。三、納米減阻增注機(jī)理分析1、改善巖石潤(rùn)濕性 聚硅材料分散或懸浮于合適的溶液中，從井口注入到地

6、層并進(jìn)入到巖石孔隙，聚硅材料在一定條件下吸附到巖石孔隙表面，使巖石的潤(rùn)濕性由親水變?yōu)橛H油；超疏水性納米微粒吸附在地層微孔道表面，形成納米吸附層，降低了高壓下水的流動(dòng)阻力。納米聚硅材料改善巖石潤(rùn)濕性示意圖2、增大有效水流通道水滴通過(guò)含有水膜孔隙的狀態(tài)圖聚硅材料吸附后水滴通過(guò)孔隙的狀態(tài)圖 由于聚硅顆粒具有很高的活性，極易吸附在孔壁上，使孔隙內(nèi)壁的水膜變薄，有效孔徑變大降低了水滴通過(guò)時(shí)的阻力。 1,2 為水膜 3為水滴3、抑制水對(duì)巖石礦物的水化作用 油層巖石的主要成分是二氧化硅、碳酸鹽、粘土礦物、鐵礦物等，其中二氧化硅、碳酸鹽、粘土礦物普遍存在于油層巖石礦物中，由于粘土礦物具有水化作用（也就是遇水膨

7、脹、分散），該作用會(huì)使油層滲透率有不同程度的下降。當(dāng)孔隙經(jīng)過(guò)聚硅納米處理后，其表面由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，這樣就避免了粘土礦物的水化作用，對(duì)保持油層滲透率具有重要的意義。 水基納米聚硅的作用機(jī)理分析圖水分散體系下井后遇鹽或酸破乳，疏水的NPS釋放出來(lái)驅(qū)趕走水化膜，吸附于巖石表面， 使其由親水性轉(zhuǎn)變成疏水性，從而減小了注水流動(dòng)阻力；疏水表面阻止了水的浸入，避免了粘土膨脹和水垢的附著，從而大大延長(zhǎng)了增注有效期；脫附出來(lái)的水溶性修飾劑短期內(nèi)也能起到輔助的降壓增注作用。四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1、選井條件1）井身狀況良好，無(wú)不良作業(yè)井史。2）油層滲透率大于110-3 um2。3）油水井注采對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，構(gòu)造邊緣慎選。4

8、）水井注水量偏低，但能注進(jìn)水的井可優(yōu)先考慮。5）注入水質(zhì)必須達(dá)標(biāo)，一般污水回注井含油量、機(jī)械雜質(zhì)含量不能超標(biāo)。2、施工工藝1）配液：在一定溫度下將納米聚硅分散于有輔料的水中形成穩(wěn)定的透明液體；2）根據(jù)施工井的地層情況采用相應(yīng)的施工工藝清除巖隙中的堵塞和污物，并經(jīng)酸化使巖石裸露出新鮮表面便于納米材料的吸附；3）注入納米聚硅水溶液，并用防膨液將納米液全部頂入地層。4）關(guān)井反應(yīng)，利用酸化后形成的化學(xué)環(huán)境誘導(dǎo)溶液破乳釋放出疏水納米微粒，讓其充分吸附。5）開(kāi)井，正常注水。3、應(yīng)用實(shí)例3.1 寶浪油田 BXX16井施工前后壓力和日注水量變化 2009年6月進(jìn)行酸化+納米增注，注水量由12方增加到35方，油

9、壓26.0MPa，有效期達(dá)10個(gè)多月。2010年6月又進(jìn)行了第二次納米增注作業(yè)，注水量為20m3/d，截止到11年6月仍保持有效。3.2 勝利油田純梁采油廠(chǎng) 2010-2011在純梁采油廠(chǎng)實(shí)施水基納米增注22口井，其中15口井為降壓增注，另外7口井為降壓轉(zhuǎn)注。在降壓增注的15口井中，有效13口，增注有效率86.7%，平均有效期在11個(gè)月，累計(jì)增注水量90000m3，增注效果十分明顯。在降壓轉(zhuǎn)注的7口井中，有效6口井，有效率85.7%，用該工藝處理后，水井增注較常規(guī)轉(zhuǎn)注措施注水壓力下降2Mpa以上，增注有效期延長(zhǎng)4個(gè)月以上（效果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、表2）。主要表現(xiàn)在： 2010-2011年納米聚硅降壓增

10、注效果表 2010-2011年聚硅納米降壓轉(zhuǎn)注效果表在降壓增注的15口井中，措施前油壓平均為27.5 MPa，措施后平均油壓為23 MPa，注水壓力平均下降了4.5 MPa。降壓效果十分明顯，注水壓力的降低，降低了設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷和磨損程度，提高了設(shè)備的保修期和安全系數(shù)，節(jié)能減排意義重大。在降壓增注的15口井中，措施前日注水量平均為13.3m3，措施后日注水量平均為34m3，日增注水量平均為20.7m3，增注效果十分明顯，注水量的增加，提高了油層壓力，增加了對(duì)應(yīng)油井的產(chǎn)量，保持油田增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)十分重要。在轉(zhuǎn)注井用納米聚硅處理的6口井中，區(qū)塊平均注水油壓為23MPa,而措施后的平均注水油壓為18MP

11、a，區(qū)塊平均日注水量為27m3，措施后注水量平均日注水量為34.2 m3，整體表現(xiàn)為注水壓力下降，注水量上升的態(tài)勢(shì)，而且注水的有效期也相對(duì)延長(zhǎng)。3.3 延長(zhǎng)油田吳起采油廠(chǎng)（XX-204 低滲井）應(yīng)用效果 增注措施前油壓為6MPa，施工完畢正常開(kāi)注后，油壓為1.2MPa，注水量逐天上升。注水穩(wěn)定后，平均日注水量為原來(lái)的21.5倍，注水壓力為8Mpa，油壓為0.5MPa，日平均注量已達(dá)到25.8m3，超過(guò)了該井歷史最高日注水量。3.4 江蘇油田采油二廠(chǎng) 高集油田注水井欠注造成油井低產(chǎn)、低效、層間矛盾加劇，導(dǎo)致產(chǎn)能下降。產(chǎn)油水平下降，2011年上半年日產(chǎn)液1150t，日產(chǎn)油301.7t，含水73.8

12、%。與2010年全年平均相比，產(chǎn)油水平下降了34t/d。與2010年底相比，老井下降21.9t。主要原因是2010年相當(dāng)部分注水井欠注，導(dǎo)致油井供液能力下降，在2011年集中體現(xiàn)。因此 2010年1月2011年11月，采油廠(chǎng)在高7-15、高6-79、高6-39、高6-2井、高6-21井、高6-20、高11-5井進(jìn)行了水基納米聚硅增注措施。井號(hào)措施前措施后壓力降MPa增注m3日期油壓MPa日配m3日注m3油壓MPa日配m3日注m3高6-3919.12575.5252513.6182011.2高7-1517.9601815.66053.92.3362010.4高6-2112020050501130

13、2011.3高6-2119.6403018.545451.1152011.4高6-7919.35044.31775742.329.72011.7高11-519.2308.619.63018.7-0.410.12010.4高6-2019.1201915.535353.515.92010.1 水基納米聚硅降壓增注技術(shù)在采油二廠(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用7井次。其中高11-5井無(wú)效其余6口效果良好，措施有效率85.7%，累計(jì)增注4.5萬(wàn)m3。井號(hào)日期增注m3累計(jì)增注m3總累增注m3高6-392011.218480045400高7-152010.43616000高6-22011.3307200高6-212011.415

14、3200高6-792011.729.73600高6-202010.115.9106003.5 中原油田采油四廠(chǎng) 水基納米聚硅增注技術(shù)于2010年初在采油四廠(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，到目前共施工四口井，工藝成功率100%，施工有效率100%，截至目前累計(jì)增注17588m3 ，平均單井增注4389m3 ，平均有效期190d。由于效果明顯得到采油四廠(chǎng)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)一致好評(píng)。五、總結(jié)與建議1、該技術(shù)是一種物理與化學(xué)吸附的結(jié)果，與常規(guī)化學(xué)反應(yīng)或利用在井底產(chǎn)生高能物質(zhì)來(lái)輸通孔道、清除雜物的工藝相比有本質(zhì)的區(qū)別。它不會(huì)造成砂粒脫落，從而避免了二次污染問(wèn)題。2、納米材料在巖石孔隙表面吸附以后，使得注入水無(wú)法和巖石直接接觸也就避免了粘土物質(zhì)的遇水膨脹問(wèn)題。3、由于釘扎基團(tuán)吸附在巖石孔隙表面，比一般的物理化學(xué)（表面活性劑）工藝具有更強(qiáng)的作用力，因此，吸附更穩(wěn)定，更耐沖刷，有更長(zhǎng)的措施有效期。4、該技術(shù)不僅適用于低滲透油田，還適用于超低滲透油田；通常條件下的措施有效周期可達(dá)6個(gè)月至1年以上。這個(gè)周期還受注水強(qiáng)度、孔隙特征、注水水質(zhì)和地層污染程度等多種因素的影響。5、該納米材料無(wú)毒、無(wú)污染，對(duì)管柱及施工人員無(wú)危害，具有明顯的環(huán)保特征。 優(yōu)先選取砂巖地層、井筒附近完全被水飽和的注水井； 適用油層滲透率: 0.510-310010-3m2； 首選啟動(dòng)壓力逐漸上升，吸水指數(shù)逐漸降低的井； 注入水水質(zhì)盡可能達(dá)標(biāo)；井溫