渤海油田聚合物驅(qū)技術(shù)的成功實(shí)踐

渤海油田聚合物驅(qū)技術(shù)的成功實(shí)踐

聚合物驅(qū)油是在水驅(qū)油和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)。這是將聚合物溶液注入油藏的驅(qū)油方法。由于增加了注入水的粘度、改善了流度比,可以有效提高驅(qū)替相波及的區(qū)域,降低含油飽和度,從而提高原油采收率。水溶性聚合物是聚合物驅(qū)技術(shù)的關(guān)鍵,最常使用的兩類水溶性聚合物是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物黃原膠,其中部分水解聚丙烯酰胺應(yīng)用得更為廣泛。聚合物驅(qū)作為油田開(kāi)發(fā)穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的重要手段之一,在國(guó)內(nèi)外陸上油田得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)的大慶、勝利、克拉瑪依等主要油區(qū)都進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)并取得了巨大成功。特別是大慶油田,已進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用階段,在水驅(qū)采收率42%的基礎(chǔ)上,實(shí)施聚合物驅(qū)后采收率又提高了12%,使最終采收率達(dá)到了55%,噸聚合物增油量達(dá)到了120～150t。渤海油區(qū)油田目前還未到高含水期,如果按照陸上油田的開(kāi)采思路,還未到三次采油開(kāi)采期。但是,海上油田開(kāi)采與陸上最大的不同是,平臺(tái)壽命有限,一般不超過(guò)20年;如何在有限的平臺(tái)壽命期內(nèi)盡可能的提高采出程度是海上油田開(kāi)采的關(guān)鍵。前期室內(nèi)研究表明,如果在未達(dá)到高含水期時(shí)開(kāi)始聚合物驅(qū),最終采收率與達(dá)到高含水期后進(jìn)行聚合物驅(qū)基本一致。這意味著如果在海上油田未達(dá)到高含水期即提前注聚,可以有效地在平臺(tái)壽命期內(nèi)和盡可能短的時(shí)間內(nèi)提高采出程度,并節(jié)約大量水資源,以及減少生產(chǎn)污水造成的環(huán)境污染。因此,在海上油田提前注聚提高采收率,無(wú)論是在技術(shù)領(lǐng)先性還是在經(jīng)濟(jì)有效性上,都極具實(shí)施價(jià)值。1試驗(yàn)地層及井區(qū)地質(zhì)概況渤海海域是我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)的重要基地之一,目前在開(kāi)發(fā)(包括在建設(shè))的油田有20多個(gè),其中綏中36-1油田是目前我國(guó)海上最大的自營(yíng)油田。渤海第三系油田儲(chǔ)層巖性、油品性質(zhì)及開(kāi)發(fā)方式等相近:儲(chǔ)層埋深淺、成巖差、膠結(jié)疏松、孔隙度大、滲透率高;原油粘度高、密度大、膠質(zhì)瀝青含量高;縱向上層系多、滲透率級(jí)差大、非均質(zhì)嚴(yán)重;采用3～4大段管內(nèi)礫石充填防砂完井;采用注水開(kāi)發(fā),水驅(qū)采收率為18%～25%。試驗(yàn)區(qū)位于綏中36-1油田J區(qū)和AII區(qū)交界處(見(jiàn)圖1),面積為0.396km2,油層平均有效厚度為61.5m,孔隙體積為730.62×104m3,原始地質(zhì)儲(chǔ)量為484×104t,平均空氣滲透率為3798.7×10-3μm2。J3井為注入井,井組內(nèi)有J16、A2、A7、A12和A13共5口生產(chǎn)井,平均注采井距370m。試驗(yàn)?zāi)康膶訛闁|營(yíng)組下段Ⅰ、Ⅱ油組,為典型的高孔、高滲、高飽和度、高粘度疏松砂巖油藏。油層縱向非均質(zhì)性嚴(yán)重,滲透率變異系數(shù)為0.76。油層埋深1300～1500m,油層溫度65℃,地層原油粘度70mPa·s,原始地層水礦化度6579mg/L、鈣鎂離子含量27mg/L。油田曾先后注過(guò)海水和污水,因此目前地層水礦化度較高,為18000mg/L,其中鈣鎂離子含量為621mg/L。2海上聚合物驅(qū)技術(shù)聚合物驅(qū)在我國(guó)陸上油田開(kāi)展了近20年,取得了很多理論和實(shí)踐成果,已經(jīng)是相當(dāng)成熟的技術(shù)。這對(duì)在海上油田應(yīng)用聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)會(huì)有很大的幫助,許多理論成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)都可以借鑒。但是在海上油田進(jìn)行聚合物驅(qū)具有與陸上油田不同的特點(diǎn):(1)海上平臺(tái)缺乏淡水。傳統(tǒng)聚合物驅(qū)技術(shù)配制聚合物溶液用淡水,同時(shí)還產(chǎn)出大量的污水。如果利用污水配注,必須大幅度提高聚合物的使用濃度。而海上聚合物驅(qū)幾乎不可能使用淡水配制聚合物,只能考慮用海水(礦化度32000～35000mg/L)或地層產(chǎn)出污水。(2)海上平臺(tái)空間狹小。海上平臺(tái)空間狹小,因此要求配制和注入聚合物的設(shè)備小巧靈活、效率更高;同時(shí)要求使用的聚合物具有優(yōu)異的高效增粘性、耐溫耐鹽性及速溶性。(3)油層條件復(fù)雜。如渤海第三系油田地層層系多、層間差異大、滲透率高,地層水礦化度高,原油粘度高;渤海區(qū)域成藏環(huán)境還決定了地層水礦化度偏高,而海水的礦化度更高。傳統(tǒng)聚合物驅(qū)技術(shù)實(shí)施要求有大量的淡水供應(yīng)量、龐大的配注設(shè)備、良好的油層條件、寬松的環(huán)保要求,海上油田難以滿足這些要求,要實(shí)現(xiàn)聚合物驅(qū)技術(shù)的礦場(chǎng)應(yīng)用,需要攻克眾多難題。這對(duì)于聚合物驅(qū)技術(shù)發(fā)展本身也是一個(gè)挑戰(zhàn)。3聚合物驅(qū)的生產(chǎn)技術(shù)海上油田聚合物驅(qū)提高采收率技術(shù)的關(guān)鍵在于聚合物,要求聚合物具有速溶性、高效增粘性、耐鹽性(抗鈣鎂)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性;而靈活機(jī)動(dòng)且高度自動(dòng)化的注入設(shè)備和工藝是聚合物驅(qū)實(shí)施的保證。在滿足了聚合物材料和注入設(shè)備要求的條件下,進(jìn)行了聚合物驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。3.1聚丙烯聚合物的合成通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),研制出適合渤海第三系油田使用的兩類新型抗鹽聚合物:疏水締合型聚合物和結(jié)構(gòu)復(fù)合型聚合物;并實(shí)現(xiàn)了這兩類產(chǎn)品的中試和工業(yè)化生產(chǎn),系統(tǒng)研究了各種產(chǎn)品的基本性能以及在渤海油田條件下應(yīng)用的性質(zhì)。其中,所研制出的疏水締合型聚合物AP-P4已實(shí)際應(yīng)用于綏中36-1油田聚合物驅(qū)試驗(yàn)。疏水締合型聚合物是在部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上引入了少量疏水基團(tuán),溶液中聚合物分子間可通過(guò)疏水基團(tuán)間的締合而發(fā)生具有一定強(qiáng)度但可逆的物理作用,形成超分子結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的形成可使聚合物在較低濃度下具有高粘度。使用綏中36-1油田模擬注入水配制的AP-P4溶液的粘度與濃度的關(guān)系見(jiàn)圖2,圖3示出了AP-P4的溶解范圍。3.2單井聚合物注入設(shè)備國(guó)內(nèi)海上油田聚合物驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以往沒(méi)有進(jìn)行過(guò),能否順利實(shí)施很大程度上取決于注聚設(shè)備和注聚工藝。陸上油田注聚設(shè)備龐大,不適合在海上平臺(tái)上應(yīng)用,在進(jìn)行設(shè)備和流程設(shè)計(jì)時(shí)可供參考的資料也不多。對(duì)于海上油田聚合物驅(qū)的特殊要求,注入設(shè)備是一項(xiàng)空白。根據(jù)海上平臺(tái)的條件,設(shè)計(jì)制造了單井和井組注聚的分散溶解注入設(shè)備。設(shè)備具有以下特點(diǎn):(1)體積小、重量輕、集成化;(2)自動(dòng)化程度高;(3)采取了防腐處理、閥門低剪切等措施,以最大限度地保持聚合物溶液的粘度;(4)采用橇塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)開(kāi)放,留有接口,方便以后根據(jù)方案需要向系統(tǒng)中加入添加劑等工作。根據(jù)海上平臺(tái)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了聚合物注入設(shè)備的關(guān)鍵部件;集成國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù),研制成海上油田單井聚合物注入設(shè)備(圖4),設(shè)備高度集中、橇裝化,滿足在海上平臺(tái)小空間內(nèi)操作的要求;采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了注聚設(shè)備的全自動(dòng)化,滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定的作業(yè)要求。單井聚合物注入設(shè)備在綏中36-1油田聚合物驅(qū)試驗(yàn)中實(shí)際使用獲得成功,基本上達(dá)到了在海上平臺(tái)注入聚合物的要求。3.3合物驅(qū)油藏方案經(jīng)過(guò)研究,選擇綏中36-1油田J3井為聚合物驅(qū)的試驗(yàn)井。進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,制定了聚合物驅(qū)油藏方案,在方案中體現(xiàn)了“油田開(kāi)發(fā)早期注聚”的理念,即在水驅(qū)效果(二次采油)尚未結(jié)束前實(shí)施注聚,以使聚合物驅(qū)在海上平臺(tái)使用期內(nèi)獲得最大效益。研制了適合海上作業(yè)要求的自動(dòng)化注聚設(shè)備。于2003年9月在綏中36-1油田J3井正式實(shí)施了聚合物驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)。3.3.1聚合物干粉的注入進(jìn)行了注聚合物的方案設(shè)計(jì)。聚合物用水源井水(地層水)配制,連續(xù)注入(有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1),實(shí)際注入段塞濃度1750mg/L,截至2005年5月,實(shí)際注入聚合物干粉約421t,平均日注入量500m3。3.3.2締合聚合物溶液配制將疏水締合聚合物用水源井注入水(溫度36～40℃)分散聚合物干粉,然后輸送到2個(gè)有效體積為15m3的溶解罐中攪拌,將締合聚合物配制成高濃度(4000～5000mg/L)母液,母液經(jīng)注入泵并通過(guò)靜態(tài)混合器與來(lái)水混合后注入井內(nèi)。在礦場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中,開(kāi)展了聚合物在線熟化、井底返吐取樣、示蹤劑檢測(cè)等項(xiàng)研究。3.3.3含水率在聚合物驅(qū)之前,J3井組綜合含水率為66%,其中J16井日產(chǎn)液量為380m3、含水率達(dá)到95%。注聚10個(gè)月后,井組見(jiàn)效,整個(gè)井組含水率降低,產(chǎn)油量增加,其中J16井效果最為明顯,日產(chǎn)油量超過(guò)70m3,含水率下降了40%左右,截至2006年3月底累計(jì)增油23000m3(圖5)。4實(shí)行聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn),進(jìn)展迅速、實(shí)施(1)在我國(guó)海上油田實(shí)施聚合物驅(qū)提高采收率是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的舉措,對(duì)于海洋石油的發(fā)展具有重要意義。(2)在海上油田實(shí)施聚合物驅(qū)技術(shù)面臨三大挑戰(zhàn):缺乏淡水資源,常規(guī)聚合物不能滿足要求;海上平臺(tái)空間有限,對(duì)注聚設(shè)備有特殊要求;井網(wǎng)、井距和層系調(diào)整困難。(3)針對(duì)渤海上第三系油田開(kāi)展的聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目的,驗(yàn)證了聚合物在海上平臺(tái)條件下的溶解性和注入能力,考察了所研制的注入設(shè)備和注入工藝,獲得了含聚合物產(chǎn)出液并進(jìn)行了分析研究。(4)聚合物驅(qū)試驗(yàn)獲得了明顯的增油降水效果。聚合