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1、北京奥友兴业 纳米增注材料 在低渗油田开采中的应用 北京奥友兴业 主要内容 一 研究背景 二 纳米减阻增注剂的设计及工业化制备 三 纳米减阻增注机理分析 四 现场应用 五 总结与建议 北京奥友兴业 一 研究背景 2014年3月发布的 2013年国内外油气行业发展报 告 中国原油对外依存度逐年递增 2014年 国内石油需求增速达4 左右 达到5 18 亿吨 对外依存度逼近60 大关 而石油战略储备量 远低于美日等发达国家 严重威胁国家能源安全 开发发国内油气资资源 降低对对外依存度 国家能源安全的重大需求 北京奥友兴业 全国油气资源动态评价2010 中国石油地质资源量1037亿吨 而低渗透与稠油
2、低品位资源约占石 油总资源量2 3 开发难度大 前低渗 稠油开采的预计技术采收率仅为12 14 同时 高含水区油藏 仍有剩余油富集区 我国剩余石油资源组成 石油剩余资源量 约800亿吨 我国石油资源开采现状 北京奥友兴业 低渗透油藏开发问题 注水驱油开发过程中 油藏岩石水化 结垢 粘土 膨胀 造成油藏孔 道细小 渗透率低 导致水注不进去 油采不出 严重影响采收率 注水压力上升使得注水泵负荷增大 设备容易出现故障 安全隐患增多 杆管偏磨加剧 区块自然递减增大 水驱控制量减少 维修投入增加 不能完成配注和注不进水 造成油层能源不能及时补充 导致油井产液量 产油量下降 北京奥友兴业 传统减阻增注技术
3、 酸化处理 采用强酸 硫酸 盐酸或氢氟酸 处理注水通道 扩大岩石孔隙 可以迅速提高孔隙度 增加水流速度 存在问题 u酸化不能解决水化和结垢 u有效期短 1 3个月 u易造成地层伤害 水突 水窜 因此对水井实施降压增注是摆在油田科技人员面前的一个难题 研究新的增注工艺十分必要 北京奥友兴业 二 纳米减阻增注剂的设计及工业化制备 结构设计 1 水基纳米微粒的结构设计和制备技术 以与砂岩化学组成相似的纳米聚硅为核 含钉扎基团 疏水基团的表面修饰剂 与纳米聚硅形成超疏水 性的纳米核 同时选择水溶性修饰剂与纳米聚硅微粒结合 形成水分散纳米聚硅 北京奥友兴业 无机纳米微粒 功能载体 的选择 氧化硅 氧化钛
4、 碳酸钙 氧化锌等 表面修饰剂的选择 钉扎 基团 羟基 羧基 氨基 环氧基等 疏水基团 三甲基 二甲基 乙基 乙烯基 氟代烷 水分散性基团 含羟基 羧基 胺基的有机胺化合物和表面活性剂 表面修饰剂与纳米聚硅的结合方式 钉扎 修饰剂 强化学键结合 疏水修饰剂 强化学键结合 水溶性修饰剂 弱化学键或吸附结合 北京奥友兴业 采用自行设计制备的多功能剪切乳化反应釜与管线式乳化反应器相结合的工业技术 使有机 无机纳米杂化材料的高 效率 大规模工业化生产成为可能 多级连续乳化生产工艺 2000L反应釜 北京奥友兴业 国家 863 计划 纳米减阻增注材料 及其在石油开采中的应用 2009AA03Z326 北
5、京奥友兴业 2 开发产品及结构表征 NPS Z 强亲油疏水核 NPS W 水分散 亲油疏水 北京奥友兴业 在乙醇中的透射电镜照片 XRD图谱 XRD图谱 纳米聚硅粒径为10 20nm 是由许多平 均粒径为1 2nm的微晶组成的无定形态材 料 北京奥友兴业 在溶剂中的分散性 压片接触角167 北京奥友兴业 NPS W的水分散技术 采用微乳液分散技术 通过分散助剂调节水的极性 分散于水中形成透明的溶液 微乳液 X10 1 83nm X16 2 2nm X50 4 75nm X84 10 28nm X90 12 48nm X99 21 83nm VMD 6 35nm SV 1604 17m2 cm3
6、 水乳液 2 平均粒径6 35nm SV 1604m2 cm3 激光粒度分布图 50 的颗粒直径小于5nm 这 种粒径较小的纳米聚硅使其适用 范围扩大到超低渗油田 北京奥友兴业 三 纳米减阻增注机理分析 1 改善岩石润湿性 聚硅材料分散或悬浮于合适的溶液中 从井口注入到地层并进入到岩石孔隙 聚硅 材料在一定条件下吸附到岩石孔隙表面 使岩石的润湿性由亲水变为亲油 超疏水性 纳米微粒吸附在地层微孔道表面 形成纳米吸附层 降低了高压下水的流动阻力 纳米聚硅材料改善岩石润湿性示意图 北京奥友兴业 2 增大有效水流通道 水滴通过含有水膜孔隙的状态图聚硅材料吸附后水滴通过孔隙的状态图 由于聚硅颗粒具有很高
7、的活性 极易吸附在孔壁上 使孔隙内壁的水膜变薄 有效孔 径变大降低了水滴通过时的阻力 1 2 为水膜 3为水滴 北京奥友兴业 3 抑制水对岩石矿物的水化作用 油层岩石的主要成分是二氧化硅 碳酸盐 粘土矿物 铁矿物等 其 中二氧化硅 碳酸盐 粘土矿物普遍存在于油层岩石矿物中 由于粘土 矿物具有水化作用 也就是遇水膨胀 分散 该作用会使油层渗透率 有不同程度的下降 当孔隙经过聚硅纳米处理后 其表面由亲水转变为 亲油 这样就避免了粘土矿物的水化作用 对保持油层渗透率具有重要 的意义 北京奥友兴业 水基纳米聚硅的 作用机理分析图 水分散体系下井后遇盐或酸破乳 疏水的NPS释放出来驱赶走水化膜 吸附于岩
8、石表面 使其由亲水性转变成疏水性 从而减小了注水流动阻力 疏水表面阻止了水的浸入 避免了粘土膨胀和水垢的附着 从而大大延长了增注有效期 脱附出来的水溶性修饰剂短期内也能起到辅助的降压增注作用 北京奥友兴业 四 现场应用 1 选井条件 1 井身状况良好 无不良作业井史 2 油层渗透率大于1 10 3 um2 3 油水井注采对应关系良好 构造边缘慎选 4 水井注水量偏低 但能注进水的井可优先考虑 5 注入水质必须达标 一般污水回注井含油量 机械杂质含量不能超标 北京奥友兴业 2 施工工艺 1 配液 在一定温度下将纳米聚硅分散于有辅料的水中形成稳定的透明液体 2 根据施工井的地层情况采用相应的施工工
9、艺清除岩隙中的堵塞和污物 并经酸化使 岩石裸露出新鲜表面便于纳米材料的吸附 3 注入纳米聚硅水溶液 并用防膨液将纳米液全部顶入地层 4 关井反应 利用酸化后形成的化学环境诱导溶液破乳释放出疏水纳米微粒 让其充 分吸附 5 开井 正常注水 北京奥友兴业 3 应用实例 北京奥友兴业 3 1 宝浪油田 BXX16井 施工前后压力和日注水量变化 2009年6月进行酸化 纳米增注 注水量由12方增加 到35方 油压26 0MPa 有效期达10个多月 2010年6 月又进行了第二次纳米增注作业 注水量为20m3 d 截 止到11年6月仍保持有效 北京奥友兴业 3 2 胜利油田纯梁采油厂 2010 2011
10、在纯梁采油厂实施水基纳米增注22口井 其中15口井为降压增注 另外7口井为降压转注 在降压增注的15口井中 有效13口 增注有效率86 7 平均有效期在11个月 累计增注水量90000m3 增注效果十分明显 在降压转 注的7口井中 有效6口井 有效率85 7 用该工艺处理后 水井增注较常规转 注措施注水压力下降2Mpa以上 增注有效期延长4个月以上 效果统计见表1 表2 主要表现在 北京奥友兴业 2010 2011年 纳米聚硅降压增注 效果表 序号井号措施日期措施前措施后 泵压油压日注泵压油压日注 1C6N21增注2010 0321210211748 2FX102增注2010 07282630
11、282550 3C75 2增注2010 0733338331728 4C26 42增注2010 093028830840 5G890X17增注2010 093030630306 6C41 4增注2010 1032320323125 7C26 10增注2010 11282133282048 8L212 2增注2010 1225301817 9C41X50增注2010 123029 511302728 10F151 5增注2011 0130 030 00302121 11F19 718增注2011 0532 0 32 0 1031 53150 12C27N2增注2011 0528 0 27 0 4
12、6282545 13C7 5增注2011 0518 9 19 0 4218 51844 14C32 10增注2011 0726 8 26 0 626 52630 15F128 13增注2011 0733 0 33 0 0332930 平均值27 513 32334 北京奥友兴业 2010 2011年 聚硅纳米降压转注 效果表 序 号井号措施日期 措施前措施后 泵压油压日注泵压油压日注 1 C41X66转注2010 10313030312841 2 F144 24 转注 2011 02332425332029 3 C75X17 转注 2011 0233202033024 4 C26 08转注20
13、11 0230 18 30 29 916 638 5 C7 26转注2011 0329 22 25 291932 6 C84X8转注2011 0730 28 30 302635 7 CNX26转注2011 0730 19 30 3016 341 平均值23271834 2 北京奥友兴业 在降压增注的15口井中 措施前油压平均为27 5 MPa 措施后平均油压为23 MPa 注水压力平均下降了4 5 MPa 降压效果十分明显 注水压力的降低 降低了设备的 运行负荷和磨损程度 提高了设备的保修期和安全系数 节能减排意义重大 在降压增注的15口井中 措施前日注水量平均为13 3m3 措施后日注水量平
14、均为 34m3 日增注水量平均为20 7m3 增注效果十分明显 注水量的增加 提高了油层 压力 增加了对应油井的产量 保持油田增产 稳产十分重要 在转注井用纳米聚硅处理的6口井中 区块平均注水油压为23MPa 而措施后的平均 注水油压为18MPa 区块平均日注水量为27m3 措施后注水量平均日注水量为34 2 m3 整体表现为注水压力下降 注水量上升的态势 而且注水的有效期也相对延 长 北京奥友兴业 3 3 延长油田吴起采油厂 XX 204 低渗井 北京奥友兴业 应用效果 增注措施前油压为6MPa 施工完毕正常开注后 油压为1 2MPa 注水量逐天上升 注水稳定后 平 均日注水量为原来的21
15、5倍 注水压力为8Mpa 油 压为0 5MPa 日平均注量已达到25 8m3 超过了该 井历史最高日注水量 北京奥友兴业 3 4 江苏油田采油二厂 高集油田注水井欠注造成油井低产 低效 层间矛盾加剧 导致产能下 降 产油水平下降 2011年上半年日产液1150t 日产油301 7t 含水73 8 与2010年全年平均相比 产油水平下降了34t d 与2010年底相比 老井下降 21 9t 主要原因是2010年相当部分注水井欠注 导致油井供液能力下降 在 2011年集中体现 因此 2010年1月 2011年11月 采油厂在高7 15 高6 79 高6 39 高6 2井 高6 21井 高6 20
16、高11 5井进行了水基纳米聚硅增注措 施 北京奥友兴业 井号措施前措施后压力 降MPa 增注m3日期 油压MPa日配m3日注m3油压MPa日配m3日注m3 高6 3919 12575 5252513 6182011 2 高7 1517 9601815 66053 92 3362010 4 高6 21120200505011302011 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 北京奥友兴业 水基纳米聚硅降压增注技术在采油二厂试验应用7井次 其中高11 5井无效 其余6口效果良好 措施有效率85 7 累计增注4 5万m3 井号 日期增注m3累计增注m3总累增注m3 高6 39 2011 218480045400 高7 15 2010 43616000 高6 2 2011 3307200 高6 21 2011 4153200 高6 792011 7
