低毒性弱凝胶调驱提高采收率技术研究

论文摘要

本文以华北岔河集油田为研究背景，将弱凝胶调驱技术与环保理念相结合，综合研究了弱凝胶调驱体系的低毒性配方、弱凝胶的成胶反应机理、弱凝胶的应用性能评价、弱凝胶的注入参数优选及提高采收率规律、含凝胶产出污水处理等配套技术。研究成果为低毒性弱凝胶调驱配套技术的研究和矿场应用打下了坚实的基础。 通过大量的室内筛选实验，研制出了适用的低毒性弱凝胶体系的配方为：聚合物HPAM浓度为1500mg／L，交联剂浓度为60mg／L，缓凝剂浓度为450mg／L，除氧剂浓度100mg／L，稳定剂浓度为200mg／L。该体系成胶时间可调可控，可以用岔河集油田矿化度为8432mg／L产出污水配液。本文还对这类弱凝胶配方体系的成胶反应机理和缓交联机理进行了研究。 研究了弱凝胶体系的盐热稳定性、筛网系数、转变压力、孔隙阻力因子、注入性、传播性、动静态老化稳定性、阻力系数、残余阻力系数、有效粘度、及其在孔隙介质中的渗流特征等。结果表明，弱凝胶体系具有较好的盐热稳定性和抗剪切性。用筛网系数评价弱凝胶体系成胶时间、转变压力评价强度是合理的。弱凝胶的孔隙阻力因子达到80以上，这说明成胶后的弱凝胶具有较高的粘弹性，能够满足该油藏调驱的要求。弱凝胶具有良好的注入性、传播性。弱凝胶通过岩心后的粘度保留率一般为79-82％，具有较好的动态稳定性。弱凝胶与同浓度的聚合物溶液相比，阻力系数高10-30倍，残余阻力系数提高8-30倍，而有效粘度基本相当。说明弱凝胶是一种以物理堵塞高渗透窜流大孔道（深部调剖）为主要机理的技术。另一方面，由于有效粘度的存在，又具有驱油的功能（可动）。实施弱凝胶调驱的油藏孔喉尺寸越大，采收率越高；渗透率越高，采收率越高；原油粘度应不高于50mPa．s。 通过物理模拟实验研究了弱凝胶的主剂浓度、粘度（强度）、段塞尺寸、注入量、段塞组合、注入时机等因素对采收率的影响规律。结果表明，最佳主剂浓度为1500 mg／L，段塞尺寸为0.20PV，注入量为200 mg／L·PV，强度为500 mPa．s，段塞组合方式为浓度1500mg／L前置段塞+浓度1200mg／L主体段塞+浓度800mg／L的后续段塞，注入时机为含水70％左右。通过正交设计试验研究出影响采收率的主次要因素依此为：段塞尺寸＞注入时机＞主剂浓度（强度）＞注入方式。认识了弱凝胶提高采收率的注入参数界限，为矿场合理选块选井和施工方案优化设计提供了较为科学的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 岔河集油田油藏地质特征
• 1.1.2 油田开发现状
• 1.1.3 油田开发过程中存在的问题
• 1.1.4 岔河集油田稳油控水技术对策
• 1.2 弱凝胶调驱技术国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 弱凝胶的发展历程
• 1.2.2 弱凝胶体系的特征
• 1.2.3 弱凝胶研究存在的问题
• 1.3 油田含弱凝胶产出污水处理技术研究现状
• 1.4 本文的研究思路及创新点
• 1.4.1 本文的研究内容及思路
• 1.4.2 本文的创新点
• 2 低毒性弱凝胶调驱体系配方的研制
• 2.1 实验条件及实验方法
• 2.1.1 实验条件
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 弱凝胶的配制
• 2.1.4 技术指标
• 2.2 化学剂药品筛选及配制
• 2.2.1 聚合物的选择
• 2.2.2 交联剂的选择
• 2.2.3 缓凝剂、除氧剂和盐热稳定剂的选择
• 2.3 弱凝胶体系配方的筛选
• 2.3.1 聚合物浓度的优选
• 2.3.2 交联剂浓度的优选
• 2.3.3 稳定剂浓度的优选
• 2.3.4、最佳配方
• 2.4 弱凝胶成胶反应机理
• 2.4.1 HPAM与Al（Ⅲ）的交联机理
• 2.4.2 弱凝胶的延缓交联机理
• 2.5 本章小结
• 3 弱凝胶调驱体系的应用性能评价
• 3.1 盐热稳定性
• 3.2 筛网系数
• 3.3 转变压力（Transition Pressure）
• 3.4 孔隙阻力因子
• 3.5 弱凝胶的注入性、传播性
• 3.6 静态老化稳定性
• 3.7 动态稳定性
• 3.8 阻力系数、残余阻力系数、有效粘度
• 3.9 粘度（强度）与油藏孔喉特征的匹配规律
• 3.10 粘度（强度）与渗透率的匹配规律
• 3.11 粘度（强度）与原油粘度的匹配规律
• 3.12 本章小结
• 4 弱凝胶注入参数优选及提高采收率规律研究
• 4.1 实验条件及实验方法
• 4.2 水驱油空白实验
• 4.3 主剂浓度对采收率的影响规律
• 4.4 段塞尺寸对采收率的影响规律
• 4.5 注入量对采收率的影响规律
• 4.6 强度对采收率的影响规律
• 4.7 调驱剂注入方式的影响规律
• 4.8 段塞优化组合实验
• 4.9 调驱剂的注入时机对采收率的影响规律
• 4.10 各因素对采收率影响的主次要关系研究
• 4.11 弱凝胶调驱提高采收率机理探讨
• 4.11.1弱凝胶调驱的基本原理
• 4.11.2弱凝胶调驱与聚合物驱油的区别
• 4.11.3 弱凝胶的堵塞作用
• 4.11.4 弱凝胶的微观驱油机理
• 4.12 本章小结
• 5 含弱凝胶产出污水氧化降解处理的实验研究
• 5.1 Fenton氧化技术原理
• 5.1.1 Fenton氧化技术的特点
• 5.1.2 羟基自由基（·OH）的性质
• 5.1.3 Fenton试剂反应机理
• 5.1.4 UV／Fenton试剂氧化法
• 5.2 实验条件及方法
• 5.2.1 主要药品及仪器
• 5.2.2 实验分析方法
• 5.3 UV／Fenton法对弱凝胶的氧化降解研究
• 2O₂浓度对弱凝胶降解的影响'>5.3.1 H₂O₂浓度对弱凝胶降解的影响
• 2+浓度对弱凝胶降解的影响'>5.3.2 Fe²⁺浓度对弱凝胶降解的影响
• 5.3.3 pH值对弱凝胶降解的影响
• 5.3.4 温度对弱凝胶降解的影响
• 5.3.5 不同氧化体系对弱凝胶降解及降粘效果的影响
• 5.4 UV／Fenton法对含弱凝胶产出污水的氧化降解研究
• 2O₂浓度对污水COD去除效果的影响'>5.4.1 H₂O₂浓度对污水COD去除效果的影响
• 2+浓度对污水COD去除效果的影响'>5.4.2 Fe²⁺浓度对污水COD去除效果的影响
• 5.4.3 初始pH值对污水COD去除效果的影响
• 5.4.4 温度对污水COD去除效果的影响
• 5.4.5 紫外光对污水COD去除效果的影响
• 5.4.6 曝气对污水COD去除效果的影响
• 5.4.7 各种反应体系的比较
• 5.5 UV／Fenton法降解含弱凝胶采油污水的动力学研究
• 5.5.1 UV／Fenton氧化降解含弱凝胶产出污水的动力学模型
• 5.5.2 UV／Fenton反应动力学的影响因素分析
• 5.6 反应机理探讨
• 5.6.1 UV／Fenton氧化反应机理
• 5.6.2 曝气在反应中的作用机理
• 5.7 小结
• 6 含弱凝胶产出污水联合处理方案的实验研究
• 6.1 混凝沉降的基本原理
• 6.1.1 胶体的稳定性理论—DLVO理论
• 6.1.2 混凝作用机理
• 6.2 实验材料及方法
• 6.2.1 主要药品及仪器
• 6.2.2 实验分析方法
• 6.3 含弱凝胶产出污水的氧化-混凝处理
• 6.3.1 不同混凝剂除油效果的比较
• 6.3.1 氧化剂加量对除油效果的影响
• 6.3.2 混凝剂的用量对除油效果的影响
• 6.3.3 pH值对除油效果的影响
• 6.3.4 反应温度对除油效果的影响
• 6.3.5 搅拌时间对除油效果的影响
• 6.3.6 搅拌速度对除油效果的影响
• 6.3.7 联合法与单独处理效果的比较
• 6.4 含弱凝胶产出污水的防垢处理
• 6.5 含弱凝胶产出污水的防腐处理
• 6.5.1 缓蚀实验方法
• 6.5.2 缓蚀剂浓度对缓蚀效果的影响
• 6.6 联合法处理含弱凝胶产出污水机理探讨
• 6.6.1 氧化破胶机理
• 3+混凝机理'>6.6.2 Fenton试剂中Fe³⁺混凝机理
• 6.6.3 PAFSS混凝吸附机理
• 6.7 小结
• 7 弱凝胶现场配注工艺与污水处理工艺研究
• 7.1 弱凝胶现场配注工艺研究
• 7.1.1 概述
• 7.1.2 弱凝胶调驱的选井原则
• 7.1.3 弱凝胶调剖剂配方的优选
• 7.1.4 注入压力确定
• 7.1.5 注入工艺的确定
• 7.1.6 现场注入工艺的要求
• 7.2 污水处理现场工艺研究
• 8 结论与建议
• 致谢
• 参考文献