(吴飞鹏) 逐级深部调剖与整体封窜的材料与技术

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1、逐级深部调剖与整体封窜的材料与技术吴飞鹏中国科学院理化技术研究所电话：01064888004Email：自我介绍1985年毕业于北京师范大学化学系，理学学士，分配到中 科院感光所（现理化所前身）从事功能性高分子研究工作1991、41993、3，日本京都大学留学，从事光电功能高 分子材料研究1996、121998、5，日本科学振兴事业团研究员，在东京 大学从事光磁高分子材料研究1999、122000、5，日本科学振兴事业团客座研究员，东 京大学从事卟啉高分子磁性质研究，同年，获东京大学学 术博士学位2001、1至今，中科院理化所研究员，博士生导师，功能性 聚合物研究组负责人主要研究领域：光响应高

2、分子，信息存储与显示高分子材 料；水溶性功能聚合物，驱油聚合物材料油田急需解决的主要问题1、窜流型油藏提高水驱效率 （陆上，海上）2、低渗透油藏提高原油采收率（水窜严重，产能低）3、聚合物驱后进一步提高采收率（控水材料）4、高温高盐油藏（不适合聚合物驱）油藏提高采收率5、普通稠油水驱油藏提高产量和采收率6、深海油藏开采技术7、微生物驱油技术？提高采收率技术地质和工艺方法： 水平井技术强注强采技术调剖堵水技术井网调整三次采油技术： 聚合物驱油技术二元复合驱技术（聚合物碱）三元复合驱技术 （聚合物表活剂碱）蒸汽吞吐稠油降粘微生物驱 等等化学驱化学驱是三采的主要手段以聚合物驱为代表的化学驱技术是目前

3、三采最主要的提高采收率手段大庆2004年石油总产4800万吨，其中三采技术产量2000万吨，聚合物驱油1200万吨。B、孤岛2004年石油总产360万吨，聚合物驱油186万吨。化学驱技术特点：聚合物驱要求整装油田，中高渗化学驱资源： 50亿吨左右 （179.4亿吨）海水速溶高性能驱油聚合物开发的必要性：海上资源的利用日显重要海水驱不能强注强采海上平台和设备寿命有限（1520年左右）采出程度低 （78）含水上升快 （4080）聚合物技术最为成熟，可靠对聚合物的要求： 海水速溶 50分钟以内粘度性能好目前的聚合物都不能在海水中快速溶解，粘度也达不到要求 在自然能量开采和注水开发期间，油藏中的高渗透

4、率部分 通常优先被注入水驱替，而低渗透率部分由于驱替水波及 不到，往往具有较高的含油饱和度 注入的聚合物溶液优先流入油藏高渗透率部分以前形成的 水通道，并且由于其较高的表观黏度，对此部分起到封堵 作用，致使后续的驱替液被迫进入油藏低渗透率部分，使 先前不可动原油开始流向生产油井，从而改善波及效率 聚合物驱油的基本原理kw,o 分别表示水和油的有效渗透率w，o分别表示水和油各自的黏度 流度比Water / polymer机理：增大粘度改变流度比，造成液流改向聚合物驱油是深部相渗调整过程 随流度比降低，波及效率迅速增加流度比对波及效率的影响影响聚合物表观粘度的因素内因：分子量水解度成分分子结构外因

5、：水的温度水的矿化度渗流通道现有解决驱油聚合物耐温抗盐性能的主要途径:a、提高分子量提高水动力学体积，降低临界交叠浓度不能提高耐温抗盐性能b、疏 水 缔 合提高高分子间相互作用能力；提高耐盐能力溶解困难，增加地层吸附c、增加抗盐成分提高耐温抗盐性能分子量降低，绝对粘度低，增加成本通过控制高分子一、二级结构， 提高驱油聚合物性能部分水解聚丙烯酰胺的基本结构：其中目前为止可以控制的是n和水解度通过超分子组装技术，在单体聚合前或者聚合过程中 ，控制高分子链段上丙烯酸钠的排列控制一（二）级结构，大幅度提高聚合物性能？盐高温盐高温普通部分水解聚丙烯酰胺超分子技术合成耐温抗盐聚丙烯酰胺任意缠绕水动力学体积

6、减少部分链段不能缠绕尽量保持水动力学体积1、聚合物结构控制基本原理研究通过离子键合的模板聚合安排聚合物结构序列 模板对单体选择性导致结构不同选择合适的模板可以实现对产物结构控制AAAAM MMMAMAMAMAM AMAMAMAMAMAM聚合AAAAM MMMAMAM AMAMAMAM分解除去室温,溶液pH为6.1,得KM=12.61模板聚烯丙基氯化铵与AA缔合常数AM/AA体系模板共聚合1:12:11:2模板共聚物模板共聚物模板共聚物13C NMR测定序列结构AAAMMM普通共聚物模板聚合有效的提高AA和 AM序列长度模板与 AA的 比例模板共聚物更高的粘度增幅溶液粘度响应性二、海水速溶材料的

7、基本性能一、聚合物理化指标聚合物固含量为94.62%。二、配制用水配制用水矿化度分析结果见表1。表1 矿化度分析结果K+Na+Mg2+Ca2+Cl-SO42-HCO32-CO32-Sr2+总计海水95691320466173642659171/3.8931549三、溶解速度聚合物溶解50分钟后放置，溶液溶解均匀。四、粘浓关系将用海水配制好的聚合物母液稀释至不同聚合物浓度，在 70下用布氏粘度计测试6rpm下溶液粘度，结果见表2。表2 聚合物溶液粘度测试结果浓度100015002000250030003500400045005000粘度12.5418.1734.8459.2678.36114.9

8、147.5189.6249.1创新点与展望尝试了驱油聚合物的合成控制的新理论材料具有优异的耐温抗盐性能材料具有油田污水和海水直接溶解能力，为环保绿色生产 提供技术保障材料性价比高在现有原始粗浅思想的基础上，完善理论研究，形成核心 技术，获得更优异的产品。聚合物驱油的特点：1、改变流度比，造成液流改向；原油粘度大时，效果差2、利用整个渗流通道；用量大，成本高3、油田地质条件复杂；聚合物品种少4、注入设备复杂；投资很大聚合物驱油是成熟技术，却可能不是最理想的驱油手段有没有新的思路和材料可以改变现状？REh驱替液波及系数决定采油效率波及体积系数洗出效率1、驱替液波及不到时，没有洗出效率2、驱替液波及

9、的地方无油时，没有洗出效率提高波及系数是提高采出速度和提高采收率的关键深部相渗调控的必要性渗水通道岩石，砂砾剩余油水相油水相平衡制约水驱效率的关键因素之一聚合物驱后油藏微观照片微观渗流通道控制材料与技术water提供改变相对渗透率和油水相重新分配机会渗水 通道岩石， 砂砾剩 余 油水 相达西定律u = kA =k iDh l石油开发历程与理想驱油原理现有调剖堵水材料分析1 、 调 剖 堵 水 技 术无机材料 近井调剖、堵水可以在近井大幅度改变层间渗水剖面，解决层间矛盾 。由于会沉淀，不能进入地层深部。聚合物凝胶（体膨体） 近井调堵，封窜可以解决层间矛盾和部分层内矛盾由于颗粒大，存在注入深度与封

10、堵强度之间矛盾；存 在剪切变小，失效快的问题。现有深部调剖剂分析2 、 深 部 调 驱聚合物 溶液进入地层深部，渗水通道，高效容易受到污水条件和地质条件的影响；着眼渗水通道 。可动弱凝胶 容易进入地层深部，渗水通道，有效凝胶形成可靠性差 （交联剂分离，吸附，与地层成分 反应）；可控性差; 成本高LPS 容易进入地层深部，孔喉，有效容易受污水条件影响；浓度受到限制；长期连续注入 会失效。逐级深部调剖剂应该具有的特征1、要进入地层深部，必需在水中稳定存在溶液/溶胶2、初始的尺寸必需小于孔喉直径纳米/微米材料3、具有封堵孔喉的能力膨胀/交联4、具有一定的封堵强度弹性5、必需在压力下会突破变形问题：1

11、、能不能大量生产廉价微凝胶微球？2、如何控制微凝胶微球的弹性？3、如何控制水化膨胀的速度？4、如何控制和调节封堵效率？5、如何控制微球的尺寸和尺寸分布？一、实现聚合物微球控制阴离子型中性阳离子型尺寸控制技术10nm10mm组分控制水化时间和水化倍数根据油藏和工艺要求生产所需要的调驱剂微乳、乳液聚合表面性质膨胀系数封堵机理的确定 微球尺寸与地层 孔喉的匹配关系 水化前聚合物微球A的TEM照片二、例：胜利海洋用纳米球基本特性1、聚合物微球大小2、 聚合物微球大小随水化时间的变化水化时间：一天70度，10000ppm矿化度水化时间：7天聚合物微球外部发生水化水化时间：14天聚合物微球从外到 内大部分

12、水化3、聚合物纳米球在水中膨胀后的真实形态100倍光学显微镜照片400倍光学显微镜照片自来水中35天，室温1号 2号 3号 4号注入 砂芯四、聚合物微球堵塞特性突破微球向深部 移动水化时间：1天 浓度：300 ppm 注入量：0.3 Pv 温度：室温聚合物微球在90度10000矿化度水中水化35天（有氧）注 微 球注 水注 水突破具有良好的稳定性1、试验条件及试验方案（1）试验用油：锦16块脱水原油；（2）试验用水：锦16块模拟注入水； （3）试验用岩心模型：锦16块天然松散油砂，经酒精苯 洗涤后人工充填模型；（4） 试验温度：地层温度60；（5）驱替速度：依据L1来计算驱替速度。1.1 试验

13、条件五、聚合物纳米球驱油效果评价根据试验要求，聚合物微球驱油效果评价试验方案为：（1） 单管模型驱油试验：试验模型渗透率选为2.0m2左右；注入段塞：0.3PV；（2） 双管模型驱油试验：试验模型高渗透率选为2.0m2左右，低渗透率选为1.0m2 左右；注入段塞：0.5PV； （3） 三管模型驱油试验：试验模型高渗透率选为3.0m2左右，中渗透率选为2.0m2左 右，低渗透率选为1.0m2左右；注入段塞：0.5PV；模型长度：30cm；化学剂浓度：0.18（原液浓度为20）。 1.2 试验方案充填试验模型达到要求后，抽空饱和水测孔隙体积和孔隙度，测水相渗透率后，饱和油，制造束缚水，然后进行水驱

14、，水驱时记录压力、采出液量、采出油量；当含水达到98以后，依据要求转注一定段塞的化学剂段塞，再注入一段塞后，关闭岩心模型两端的阀门，候凝45d后，再进行水驱，观察突破压力，试验结束后测水相渗透率，计算封堵效率。 1.3 试验过程2 试验结果与分析 2.1 单管模型的驱油效果 模型号1空气渗透率m22.30孔隙度 41.20水相渗透率m21.16配方体系0.18聚合物微球注入段塞 PV0.3原始含油饱和度 %68.81水驱驱油效率 %60.68总驱油效率 %69.60化学驱驱油效率 %8.92突破压力 MPa0.100水驱后渗透率m20.0909封堵效率 92.16表1 单管模型聚合物微球的驱油

15、效果 单管模拟驱替实验水驱效率为 60.68，注入0.3PV， 效率为69.60 ，化学驱油效率 提高了8.92 ；水相渗透率由1.16m2下降到0.0909m2，封堵效率为92.16 ， 该聚合物微球具有一定的封堵和调驱效果。 模型号23 空气渗透率m22.431.31 孔隙度 41.9339.45 水相渗透率m20.9660.322 配方体系0.18聚合物微球 注入段塞 PV0.5 原始含油饱和度 %70.8470.30 水驱驱油效率 %单管68.4658.38 双管63.60总驱油效率 %单管74.1770.38 双管72.34 化学驱驱油效 率 %单管5.7112.00 双管8.74 突破压力 MPa0.57 单管水驱后渗透率m20.01590.0152 单管封堵效率 98.3595.282.2 双管模型的驱油效果 模拟双管驱替调驱实验（0.5 pV)高渗：966低渗：322高渗： 0.0159低渗： 0.0152双管岩心驱油效率提高8.74。具有比单管更好封堵调驱效果 。模型号456空气渗透率m22.631.810.727孔隙度 40.5933.5432.42水相渗透率m21.160.3100.112配方体系0.18聚合物微球 注入段塞 PV