聚合物驱提高油田采收率.ppt
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1、Improving oil recovery by polymer flooding,聚合物驱提高油田采收率,目 录,绪论 问题的提出第一章 聚驱的基本概念第二章 国内外的发展现状第三章 国内外的现场实施情况第四章 发展与展望,绪论 问题的提出,全球石油资源状况,全球可采资源量(常规),4582,累计采出量,1229,剩余探明可采储量,1427,待发现可采资源量,1926,100%,27%,31%,42%,资源量(亿吨),百分比,单位:亿吨,全球石油剩余资源分布,石油待发现资源主要分布在中东、前苏联、北美地区,7%,全球石油资源总量丰富,但分布非常不均,绪论 问题的提出,0,1,000,2,0
2、00,3,000,4,000,5,000,6,000,7,000,Production,Consumption,Production,Consumption,Mtoe 兆吨,OECD,Transition economies,Developing countries,1971,-,2000,2000,-,2030,世界能源产量和消费增长,从图中可见发展中国家的能源消耗量在未来的的20年中仍占有相当大的比重,绪论 问题的提出,我国石油资源潜力,剩余石油资源主要分布在八大盆地中,探明可采储量59.5亿吨,占全国94%,待发现可采资源量64.3亿吨,占全国74%,绪论 问题的提出,1.油气田开发现状
3、,我国已开发油田总体上已进入高含水后期深度开发阶段,国内油田主体已进入开发中后期,2003年底三大公司综合含水已达到84.1%,中石油和中石化所属油田的综合含水分别达到83.7%和88.4%;含水超过80%的高含水油田所占有的可采储量在全国的比重达到68.7%。可采储量采出程度大于60%的储量占82.4%,总体可采储量采出程度已达到72.8%,中石油和中石化公司分别达到72.6%和75.3%。稳产难度增大,特别是陆上东部地区的老油田,产量下降已难以避免。,绪论 问题的提出,含水80%的油田的可采储量占全国可采储量的比重为68.7%,可采储量采出程度60%的油田的比重为82.4%。,1.油气田开
4、发现状,绪论 问题的提出,我国已开发的油田大多属于陆相沉积,与国外海相沉积相比,纵向上和平面上非均质性严重,使得水驱采收率较低,目前全国已开发油田现有技术的采收率为32.2%,其中陆上东部地区采收率较高,达到34.9%,如不计算大庆的采收率,东部地区平均只有27.6%,而陆上西部地区和近海仅分别为24.3%和24.2%。,1.油气田开发现状,绪论 问题的提出,2.我国石油未来的需求,2000-2020中国石油缺口,2003年进口原油9112万吨2004年前4个月进口4777万吨比去年同期上升58%,未来20年我国石油供需平衡途径,绪论 问题的提出,China Oil Supply Outloo
5、k,Chinas oil imports will soar from less than 2 mb/d now to almost 10 mb/d in 2030 equal to over 80%of demand.,2.我国石油未来的需求,绪论 问题的提出,根据估算,我国注水油田的采收率每提高一个百分点,就可增加可采储量1.5亿多吨,相当于发现一个5亿吨级的大油田,因此,介于以上严峻的形势,老油田挖潜对东部增储上产,实施“深化东部,发展西部”战略,具有至关重要的作用。,提高水驱采收率是老油田剩余油挖潜的主要措施之一,进一步扩大注水波及体积,继续提高注水采收率。,注水驱不出的剩余油和残余油
6、,通过三次采油技术进一步提高采收率。,绪论 问题的提出,三次采油提高采收率技术潜力,三次采油潜力重点是后聚合物驱。大庆已有成熟的可借鉴的技术通过聚合物驱为代表的先进技术规模应用可增加11.84亿吨的可采储量,相当于增加探明地质储量47.36亿吨这个问题有待深入研究,目 录,绪论 问题的提出第一章 聚驱的基本概念第二章 国内外的发展现状第三章 国内外的现场实施情况第四章 发展与展望,第一章 聚驱的基本概念,1.什么是聚合物驱油,聚合物驱技术是化学驱技术中比较可行的一种提高采收率技术。聚合物驱通过在注入水中加入水溶性高分子量聚合物,增加水相粘度和降低水相渗透率,改善流度比,达到提高石油采收率的目的
7、。聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物,因此它又称为改性水驱,是所有提高采收率方法中最简单的一种。一般来说,当油藏的非均质性较大和水驱流度比较高时,聚合物驱可以取得明显的效果。,第一章 聚驱的基本概念,2.基本驱油机理,聚合物注入油层后,将会产生两项重要作用:,(1)增加水相粘度;,(2)由于聚合物的滞留引起油层渗透率下降。,(1)控制水淹层段中水相流度,改善水油流度比,提高水淹层段的实际驱油效率;(2)降低高渗透率的水淹层段中流体总流度,缩小高、低渗透率层段间水线推进速度差,调整吸水剖面,提高实际波及系数。,第一章 聚驱的基本概念,2.1 宏观驱油机理,A 改善流度比B 抑制注入液突进
8、C 调整吸水剖面,对于均质油层,在通常水驱条件下,由于注入水的粘度远远低于原油粘度。驱油过程中水、油流度比不合理,导致产出液中含水率上升很快。过早地达到采油经济所允许的极限含水率的结果,使得实际获得的驱油效率远远小于极限驱油效率。向油层注入聚合物的结果,可使驱油过程的水、油流度比大大改善,从而延缓了采出液中的含水率上升速度,使实际驱油效率更加接近极限驱油效率,甚至达到极限驱油效率。,第一章 聚驱的基本概念,2.1 宏观驱油机理,A 改善流度比,在水驱油条件下,水突破后采收液中油的分流量为:,上式简化得到:,根据流体流度的概念,可以写出水油流度比的定义式:,式中 为水油流比;、为水、油的流度;、
9、为水、油的有效渗透率;、为水、油的粘度。,第一章 聚驱的基本概念,2.1 宏观驱油机理,A 改善流度比,从聚合物的流变性可看出,在水中加入聚合物后,水的粘度明显增大,并且聚合物的浓度越大,粘度也越大。另外,当岩石表面亲水时,聚合物容易吸附在岩石表面,注入水从吸附层表面通过时,吸附层薄膜发生膨胀,从而降低了水相的有效渗透率,当油与吸附层接触时,就不会发生膨胀现象。因此在含油饱和度很低的油层内,使用聚合物可显著地降低水的流动度,增加波及系数,从而改善原油采收率,第一章 聚驱的基本概念,2.1 宏观驱油机理,B 抑制注入液突进,由于沿主流线方向突进的聚合物溶液有较高的粘度及聚合物的吸附、捕集,降低了
10、水相渗透率,在主流线两翼方位上,由于聚合物驱主流线部位相对于两翼部位的压力梯度大于水驱,因此聚合物驱流体流速相对水驱量值大,且更加偏向两翼方向。因此,扩大了向两翼方向的波及作用,增大波及面积,加深波及程度。,注水井,采油井,注水井,采油井,水,油,聚合物流体,油,第一章 聚驱的基本概念,2.1 宏观驱油机理,C 调整吸水剖面,对于非均质油层,由于层间渗透率差异太大,防止水的舌进要采用调剖技术,向油层注入高浓度小段塞聚合物溶液。因高渗层的分配比大,吸水指数大,聚合物溶液首先进入高渗透层,随着溶液在高渗层的推进,高渗透层的流动阻抗增加,若在聚合物段塞之后注水,将迫使水进入低渗层,有效地推进低渗层的
11、油水前缘,从而扩大波及范围。,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,长期以来,在石油工程领域内普遍认为聚合物驱提高采收率的机理是改善流度比、提高宏观波及效率,但对其提高驱油效率的机理则认识不足。近期研究表明,粘弹性的聚合物溶液均会不同程度地降低各类残余油量,从而提高驱油效率。在注入水波及到的油层,残余油以簇状、柱状、孤岛状、膜(环)状、盲状五种形态滞留在孔隙介质中,聚合物驱对这几种残余油都有一定的驱替效果。,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,A 聚合物能够驱替簇状残余油,由于聚合物是水溶性高分子,分子含有许多亲水基团,在聚合物分子外形成的“水鞘”,增加了相对移动的内摩檫力。
12、,上述基团在水中解离,产生许多带电符号相同的链节,这些链节互相排斥,使聚合物分子线团在水中更加舒展,使聚合物有很强的增粘能力。,聚合物分子量相当大,在岩石中产生滞留,增加了驱替相流体在孔隙介质中的流动阻力。,提高了微观波及系数,将水驱后的簇状残余油驱替出来。,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,B 聚合物能够驱替孤岛状残余油,驱油过程中,驱替相作用在油相上的剪切应力可用下式表示:,为驱替相作用在油相上的剪切应力;为驱替相在油相表面处的粘度;为两相流体间的界面速度梯度。,粘弹性的大分子聚合物溶液在流经弯曲孔隙和小喉道时,聚合物链出现拉伸,拉伸产生的拉伸粘度在一定的流动条件下比剪切粘度大
13、二到三个数量级。,在相同平均流速下,聚合物溶液孔道壁附近的速度梯度远远大于水的流速梯度。,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,C 聚合物能够驱替膜状残余油,当聚合物溶液开始驱油时,由于聚合物溶液在近岩石表面处的速度梯度远大于水,聚合物溶液与油的界面粘度(4.810-5N.s/m)远远大于水油的界面粘度(2.510-8N.s/m),因此,聚合物溶液在流动过程中产生的平行于油水界面并作用于残余油的“拖动”力远大于水。,若油膜是连续的,残余油膜就会不断地被驱替而向前流动,把油膜拉成油丝,油丝来回摆动,为油的流动形成通道(图1)。且油膜逐渐减薄,残余油饱和度降低;,图1 油膜状残余油被拉成油
14、丝的过程,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,C 聚合物能够驱替膜状残余油,若油膜相对较厚,但不是大面积连续,后边的油膜将被驱替向前流动,且逐渐减薄,而前边的油膜逐渐加厚,从而形成一个“驼峰”,该“驼峰”对聚合物溶液流动产出大的阻力。当“驼峰”达到一定大小时,由于聚合物溶液流动的阻力而产生的拖拽力就会大于原油的粘着力,油膜前端的油就会形成油滴并与油膜脱离,油滴随着聚合物溶液向前流动。此时,油膜减薄(有时油膜会消失),使微观残余油饱和度降低,图2 膜状残余油的驱替过程,第一章 聚驱的基本概念,2.2 微观驱油机理,D 聚合物能够驱替盲端残余油,亲水岩石盲端状残余油的驱替过程,亲油岩石“
15、盲端”状残余油的驱替过程,粘弹性流体首先驱动岩石中未被波及或驱替效率小于最终值的可动油部分,这部分可动油向前流动时,与其它残余油接触、聚并,使原为残余油的油流动,从而降低“盲端”处残余油饱和度。,孔隙边界处的高速度梯度。聚合物溶液的高粘度,聚合物溶液与油的界面粘度远远大于水油的界面粘度聚合物溶液的弹性使主流线的聚合物溶液能够拉动其边部的流体,第一章 聚驱的基本概念,良好的水溶性 明显的增粘性 良好的化学稳定性 较强的抗剪切性 良好的抗吸附性 良好的多孔介质传输性 价格低廉,货源充足,驱油用聚合物的基本要求,第一章 聚驱的基本概念,聚合物驱油藏筛选标准,由于聚合物产品的性能,油藏条件和经济效益的
16、限制,不是所有的油藏都可以采用聚合物驱,根据国内外大量室内实验和现场实施的结果,初步筛选标准如下:,第一章 聚驱的基本概念,影响聚驱采收率的几个重要因素,聚合物溶液的注入时机聚合物的用量与分子量聚合物溶液的注入方式注入水水质井网井距,第一章 聚驱的基本概念,聚合物溶液的注入时机,过晚含水过高,影响产量;非均质性加剧,效果变差过早损失低成本开采期,影响总体经济效益,所谓注入时机,就是指油田的综合含水是多少时,实施聚合物驱效果最佳。,第一章 聚驱的基本概念,聚合物的用量与分子量,分子量的确定高分子量之利:增粘效果好,阻力系数和残余阻力系数高,波及体积大 高分子量之弊:注入困难,剪切降解严重,驱油性
17、能损失严重。,因此,必须综合考虑以下几个问题,聚合物分子量与渗透率的匹配关系 孔隙半径中值与聚合物分子旋回半径的关系 聚合物分子量与增粘效果,阻力系数和残余阻力系数的关系 聚合物分子量与剪切降解的关系 聚合物分子量与采收率提高幅度的关系,第一章 聚驱的基本概念,聚合物的用量与分子量,聚合物用量的确定 聚合物的用量是聚驱中一个很重要的问题,不仅要考虑到其增油效果,还应考察到整个项目的经济效益。,用量单位:一般用聚合物注入油层的孔隙体积倍数(PV)和注入浓度(mg/L)的乘积来表示。,用量过大,采收率大,但增大幅度减缓,吨聚产油量下降,总体经济效益下降。,用量过小,采收率低,第一章 聚驱的基本概念
18、,聚合物溶液的注入方式,油层的注入能力允许的情况下,聚合物浓度越高,提高采收率幅度越大。非均质性严重的地层,宜于采用高浓度聚合物段塞。以往普遍认为,为防止后续注入水突进,应采用降低浓度的“阶梯型”注入方式。但最近的研究表明,这种“阶梯型”注入方式只有在聚合物段塞足够小时才能起到保护和防止注入水突进的作用。否则,阶梯段塞不仅起不到应有的效果,还会降低聚合物的驱油效果。,第一章 聚驱的基本概念,注入水水质,目前措施:低矿化度水配制聚合物溶液,在聚合物段塞前后注低矿化度水保护段塞。,发展方向:研制使应性强的聚合物(污水,高盐,高Ca2+,Mg2+),第一章 聚驱的基本概念,注聚合物井网井距的选择,井
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