聚合物驱降压增注技术及机理研究

论文摘要

本文在国内外有关聚合物驱、表面活性剂降压增注等基础理论文献的基础上,对聚合物粘弹性、渗流力学和高浓聚合物驱提高采收率、表面活性剂降压增注机理等方面内容进行了系统的研究。同时,结合这些理论进行了高质量浓度聚合物驱油方法、表面活性剂降低高浓聚合物注入压力实验研究、高浓聚合物矿场低压注入方案研究及效果评价等具体工作。本文的研究成果对提高高浓聚合物注入能力、拓展聚合物工程实践和丰富高浓聚合物驱油理论研究,具有重要的学术理论意义和工程实际应用意义。全文的研究共分四个部分,下面分别作简要叙述:1、聚合物溶液的粘弹特性本部分进行了聚丙烯酰胺和黄原胶溶液的粘弹性的实验测试研究,并且对影响粘弹性因素(溶液质量浓度、配制水矿化度及分子量)进行了实验测试。本节的主要目的是根据稳态剪切实验和动态力学实验,揭示出HAPM与黄原胶溶液粘弹特性的差异及各影响因素对溶液粘弹性的影响规律。研究表明:HPAM的第一法向应力差的大小与HPAM溶液的质量浓度、分子量和矿化度有关;HPAM的法向应力差N1随着溶液质量浓度、分子量的增加或矿化度的减小而增加;黄原胶溶液的法向应力差N1随着随剪切速率的增加,呈波动下降趋势。通过对比,黄原胶溶液是具有储存模量和低法向应力差的粘弹性流体。HPAM溶液弹性粘度/剪切粘度与剪切速率之间具有较好的线性关系;在油层流速条件下,聚合物溶液出现拉抻流动。2、高质量浓度聚合物驱油方法的室内实验和矿场试验研究室内岩心驱油实验结果表明,高质量浓度聚合物驱转注时机越早;或质量浓度越高、或分子量越高,都能够使采收率比水驱提高20%OOIP左右,增加采收率的幅度与三元复合驱相当,但其费用比三元复合驱低。2002年8月,在大庆油田6口注聚井(3口高渗井,3口低渗井)进行高质量浓度聚合物注入能力试验,其油层有效渗透率范围0.354~1.06μm2。试验结果表明:高渗透率油层(K≥0.890μm2 )可以实现高质量浓度(2000mg/L ~2500mg/L,粘度200 ~ 250 mPa.S)聚合物的连续有效注入。2003年9月,6口分散注聚井周围油井平均单井日产液94.2吨,平均单井日产油23.7吨,平均含水率为74.9%,与注入浓度为1000mg/L聚合物溶液相对比,平均单井日产液稳定,平均单井日产油上升6.2吨,增幅为35.4%,平均含水率下降6.6%。结果表明,高质量浓度聚合物溶液的注入是有效的。3、表面活性剂降低高浓度聚合物注入压力室内实验以及作用机理的研究室内降压结果表明:在注入氧化剂和注入1.0倍孔隙体积NOS表面活性剂体系后,使后续高浓度聚合物溶液驱替压力下降了47.86%~67.01%,连续注入90.0倍孔隙体积左右后,注入压力不回升;NOS体系的界面张力越低,高浓度聚合物溶液的注入压力越低。表面活性剂降低高浓聚合物注入压力的原理是:(1)先注入氧化剂溶液将砂岩孔道上吸附的聚合物膜脱除;(2)表面活性剂洗掉油层中的部分残余油以提高了油层的渗透率,实验证明:可动油饱和度明显增加,残余油饱和度降低,油、水等渗点发生右移,扩大了油、水两相共渗区;(3)注入的表面活性剂可在砂岩孔道表面形成一个吸附层,相对于聚合物吸附层厚度很小,因此对渗透率的影响很小,并且表面活性剂分子可以防止聚合物分子再次形成新的厚聚合物膜,从而保持渗透率不再下降。4、降低高浓度聚合物注入压力矿场试验研究和效果评价6口单井试验结果证明:采用表面活性剂降压和树脂砂压裂技术,可以降低高浓聚合物注入压力,增注后的降压幅度和增注量可以满足注入量和将注入压力降到破裂压力以下的要求。对于渗透率较高的地层,表面活性剂降压效果更好。采用表活剂的增注有效期是常规压裂的2倍以上。对隔层比较好、并且需要单层增注的井,应该选用树脂砂压裂工艺;对隔层不好、或者需要多层增注的井,应该选用活性剂降压工艺。现场区块试验结果表明,高浓度、高分子量聚合物驱可以突破采收率增加值是12%左右的界限而达到18~24%左右,而且聚合物浓度越高,采收率进一步提高的幅度越大,说明了注高浓度聚合物溶液可以进一步提高采收率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的理论意义及应用价值
• 1.2 目前的研究概况和水平
• 1.2.1 聚合物溶液的流变特性和粘弹特性
• 1.2.2 聚合物溶液在多孔介质中的流变性和粘弹性效应
• 1.2.3 粘弹性效应对聚合物驱采收率的作用
• 1.2.4 高浓度聚合物驱降压技术理论的发展和现状
• 1.2.5 聚合物驱油矿场试验及发展趋势
• 1.3 本文要进行的主要研究工作
• 第二章 聚合物溶液的粘弹特性及其在多孔介质中显示出的粘弹效应
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验材料与设备
• 2.1.2 岩心渗流实验
• 2.2 聚合物溶液的粘弹特性
• 2.2.1 粘弹性现象
• 2.2.2 粘弹性的数学描述
• 2.2.3 聚合物溶液粘弹性的实验测试研究
• 2.3 聚合物溶液在孔隙介质中的粘弹效应
• 2.3.1 聚丙烯酰胺在孔隙介质中的拉伸粘度
• 2.3.2 弹性粘度与剪切速率的关系
• 2.4 小结
• 第三章 高浓度聚合物驱油物理模拟实验研究
• 3.1 实验用材料及实验方法
• 3.1.1 实验用材料
• 3.1.2 实验程序
• 3.2 聚合物用量对聚合物驱油效果的影响
• 3.3 注入方式对聚合物驱油效果的影响
• 3.3.1 阶梯段塞与整体段塞
• 3.3.2 交替注入方式
• 3.4 相同聚合物用量条件下注入时机对聚合物驱油效果的影响
• 3.5 小结
• 第四章 降低高浓度聚合物注入压力的研究
• 4.1 不同因素对聚合物注入能力影响
• 4.1.1 评价方法
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 岩心参数
• 4.1.4 实验方案
• 4.1.5 结果与讨论
• 4.2 高浓度聚合物低压注入方法室内实验研究
• 4.2.1 降低高浓度聚合物注入压力的理论依据
• 4.2.2 表面活性剂体系性能的研究
• 4.2.3 表面活性剂降低聚合物溶液注入压力实验
• 4.3 表面活性剂在油砂及岩心中的吸附能力
• 4.3.1 表面活性剂在油砂上的静态吸附
• 4.3.2 表面活性剂在油砂上的动态吸附
• 4.3.3 各因素对表面活性剂动态吸附量的影响
• 4.4 小结
• 第五章 表面活性剂降低聚合物溶液注入压力机理的研究
• 5.1 近井地层中残余油状态与注入压力的关系
• 5.2 氧化剂对降低聚合物溶液注入压力的作用
• 5.2.1 氧化剂对岩心残余阻力系数的影响
• 5.2.2 氧化剂对后续表面活性剂在砂岩表面的吸附的影响
• 5.3 表面活性剂在油砂上的吸附
• 5.3.1 NOS 表面活性剂在油砂上的吸附
• 5.3.2 表面活性剂吸附对聚合物吸附量的影响
• 5.4 低界面张力体系对油水相对渗透率的影响
• 5.4.1 实验流程及实验原理
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.5 小结
• 第六章 高浓聚合物低压注入与高浓度聚合物驱油矿场试验
• 6.1 高浓聚合物低压注入矿场试验进展
• 6.1.1 树脂砂压裂
• 6.1.2 表面活性剂降低注入压力情况
• 6.1.3 增注方法的选择
• 6.2 注入高浓度聚合物驱油现场试验效果
• 6.2.1 六口分散注高浓度聚合物溶液井周围采出井见效情况
• 6.2.2 注入高浓度聚合物溶液试验区见效情况
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的文章
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢
• 详细摘要