可動凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

可動凝膠調(diào)驅(qū)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

可動態(tài)凝膠體系調(diào)節(jié)和驅(qū)油技術(shù)是近十多年來從高濃度主體凝膠體系發(fā)展而來的一種深度調(diào)驅(qū)新技術(shù)。在國外，它通常被稱為油藏深流導(dǎo)向擠出技術(shù)或分散膠位擠出擠出技術(shù)。國內(nèi)學(xué)者將其稱為CDG、弱凝膠、交聯(lián)聚合物溶液(LP)、深度調(diào)剖劑等。一般情況下用于堵水調(diào)剖的凝膠為可流動的,這里統(tǒng)稱為可動凝膠。可動凝膠體系由聚合物和交聯(lián)劑配比組成,兼具深部調(diào)整液流方向和驅(qū)替的特點(diǎn),能夠大大增加水流通道的滲流阻力,有效改善宏觀和微觀不利水驅(qū)流場、擴(kuò)大波及體積,達(dá)到提高采收率的目的。本文綜述了可動凝膠的發(fā)展現(xiàn)狀,對比分析可動凝膠兩種不同類型的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,分析并總結(jié)了可動凝膠深度調(diào)驅(qū)的機(jī)理。1可動凝膠體系可動凝膠體系的發(fā)展大體可分為兩大類:一類是傳統(tǒng)交聯(lián)聚合物可動凝膠體系,如石油大學(xué)李明遠(yuǎn)研制的交聯(lián)聚合物溶液(LPS);另一類是預(yù)凝膠可動凝膠體系,如中國石油勘探開發(fā)研究院高含水油田二次開發(fā)項(xiàng)目組新開發(fā)的預(yù)交聯(lián)可動微凝膠SMG體系。1.1鋼質(zhì)材料的復(fù)配傳統(tǒng)的交聯(lián)聚合物可動凝膠體系為聚合物溶液和交聯(lián)劑溶液混合后、注入地層緩慢交聯(lián)的雙液法體系。傳統(tǒng)可動凝膠體系可用來降低產(chǎn)水量,已經(jīng)得到廣泛使用。用于此類凝膠交聯(lián)劑一般為Al3+、Cr3+等金屬離子,主要適用于中、低溫油藏(<70℃);一般必需采用清水配制;交聯(lián)技術(shù)方面也發(fā)展到使用有機(jī)交聯(lián)劑,以分子間交聯(lián)為主,粘度高、封堵性好,適宜中高滲油藏,在一定程度上提高了耐溫性能。該項(xiàng)技術(shù)中可動凝膠是的地下反應(yīng)生產(chǎn)的,對近井地帶的較嚴(yán)重的層間矛盾和水竄通道具有較好的抑制作用。但是其成膠特性取決于很多因素,常常受到地面配套設(shè)施、近井地區(qū)中的剪切應(yīng)力、近井地區(qū)聚合物和/或交聯(lián)劑的吸附、以及礦場試驗(yàn)中物化條件(pH值、礦化度和溫度)、充填過程中分散造成的稀釋的限制;各種因素的不確定性使得膠凝時間、最終的凝膠強(qiáng)度以及凝膠滲透的深度很難預(yù)測;相對于深部調(diào)驅(qū)的目的,其最大的不足是粘度過高時難以推進(jìn)到深處,而且當(dāng)注入量達(dá)到一定的規(guī)模時,大大影響生產(chǎn)井的供液能力,導(dǎo)致重新被驅(qū)動的剩余油不能充分產(chǎn)出;這些都將影響到可動凝膠深度調(diào)驅(qū)的效果。1.2預(yù)締結(jié)可動凝膠針對傳統(tǒng)凝膠存在耐溫、耐鹽性能差等問題,劉一江等人提出了預(yù)交聯(lián)凝膠微粒深度調(diào)剖技術(shù)。又有人將預(yù)交聯(lián)凝膠微粒體系稱為交聯(lián)聚合物微球分散體系、交聯(lián)聚合物微球、聚合物微球等。該技術(shù)是將聚合物交聯(lián)體系在地面交聯(lián)形成凝膠,然后經(jīng)造粒、烘干、粉碎、篩分等工藝過程制備成凝膠微粒,進(jìn)行注水井深度調(diào)剖。預(yù)交聯(lián)可動凝膠具有以下優(yōu)點(diǎn):①具有耐高溫高鹽的性能,可以用于高溫高鹽油藏的深部調(diào)驅(qū),解決高溫高鹽油藏提高采收率的問題;②預(yù)交聯(lián)可動凝膠不怕剪切,可采用簡單工藝在原有注水流程在線注入,節(jié)省大量建站等投資;③預(yù)交聯(lián)可動凝膠粒徑可控,可與實(shí)際油藏孔喉?xiàng)l件進(jìn)行匹配;④預(yù)交聯(lián)可動凝膠易存放和調(diào)剖效果好。2聚合物驅(qū)更可采用納米微膠凝劑驅(qū)油可動凝膠以凝膠狀態(tài)或是膠團(tuán)狀態(tài)在多孔介質(zhì)中流動,由于可動凝膠在多孔介質(zhì)中的阻力系數(shù)大,滯留時間長不易受油藏中礦物質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn),因此比聚合物驅(qū)更有效。實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為可動凝膠提高采收率的機(jī)理在于:注入過程中優(yōu)先進(jìn)入高滲透層,提高低滲透層的吸水作用;克服賈敏效應(yīng),排出油包氣鎖住的油;選擇性進(jìn)入大孔道,阻塞水的流動,實(shí)現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向;可動凝膠技術(shù)應(yīng)用廣泛,可用于解決層間非均質(zhì)問題,調(diào)整層內(nèi)矛盾;納米微米級凝膠通過運(yùn)移、封堵、突破過程,可實(shí)現(xiàn)的深部調(diào)驅(qū);毫米級的凝膠具有“變形蟲”的特點(diǎn),可進(jìn)入油藏深部。(1)可動凝膠進(jìn)入低滲透層的研究可動凝膠的流動主路徑總是沿著孔隙度較高的方向前進(jìn),這條主路徑往往都是前期水竄的通道。這是因?yàn)榇罂椎澜?jīng)過長期的水驅(qū)沖刷后,巖石表面磨圓度更好,對可動凝膠運(yùn)移阻礙程度相對較低,這使得可動凝膠的流動更流暢。同時,長期的水驅(qū)也使得大孔道的壁面呈強(qiáng)親水性。可動凝膠為水溶性聚合物配制而成,帶有負(fù)電荷表現(xiàn)出親水性,更易于占據(jù)親水表面,因此可動凝膠在大孔道中運(yùn)移時的界面張力也較低。可動凝膠大量進(jìn)入高孔隙度通道必然使高滲透層的滲透率大幅度下降,大大增加了后續(xù)注水的流動阻力,于是后續(xù)注入水易進(jìn)入低滲透層進(jìn)行驅(qū)油。可動凝膠優(yōu)先進(jìn)入高滲透層起到了啟動低滲透層的作用。李洪璽等人采用線性填砂模型、平面填砂模型和微觀透明填砂模型進(jìn)行了宏觀和微觀的系統(tǒng)試驗(yàn)研究。線性填砂模型的研究結(jié)果表明,弱凝膠在多孔介質(zhì)中有較強(qiáng)的流動性能和傳播性能。由平面填砂模型試驗(yàn)得出,弱凝膠主要是通過降低高滲透層的滲透率,進(jìn)而啟動低滲透層。在微觀透明填砂模型試驗(yàn)結(jié)果表明在弱凝膠注入大孔道初期,高滲透區(qū)域的滲透率暫時降低,但隨著水驅(qū)的繼續(xù),弱凝膠的強(qiáng)度降低,并被水驅(qū)出大孔道或高滲透區(qū)域。(2)弱凝膠驅(qū)油機(jī)理趙秀娟等人在室溫下將透明薄片填石英砂模型用礦化度2g/L的地層水飽和,用粘度38mPa·s的模擬油驅(qū)替至飽和剩余水,用地層水驅(qū)油至剩余油,再用粘度200mPa·s的HPAM/Cr3+弱凝膠(或?qū)Ρ葎〩PAM溶液)驅(qū)油,同時用顯微攝象儀記錄驅(qū)替過程。描述了典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,給出了弱凝膠驅(qū)油機(jī)理:弱凝膠選擇性地優(yōu)先進(jìn)入大孔道;弱凝膠使后續(xù)液流轉(zhuǎn)向,在絕大多數(shù)情況下,小孔隙中的剩余油是被弱凝膠驅(qū)動的水(和油)驅(qū)出的;弱凝膠克服賈敏效應(yīng)驅(qū)油,弱凝膠驅(qū)使水進(jìn)入氣鎖孔隙,逐漸將剩余油驅(qū)出。(3)儲用儲層用微凝膠國外對此現(xiàn)象開展了廣泛的研究。Mennella認(rèn)為凝膠在油相中收縮,而在水相中伸展;Seight提出重力對凝膠在地層的分配起到一定作用,凝膠的彈性和毛管力對油水的流動又不同影響;Seight和Liang等對Berea砂巖注可動凝膠的研究表明,水、油相滲透率降低差別達(dá)80~90倍,微觀研究證明凝膠捕集分散的油,從而阻塞了水的流動。李興訊等人根據(jù)彩南油田油藏室內(nèi)試驗(yàn)評價,1999年在彩南油田三工河組油藏進(jìn)行了6個井組的CDG凝膠調(diào)驅(qū)礦場試驗(yàn),取得了較顯著地經(jīng)濟(jì)效益,當(dāng)年投入產(chǎn)出達(dá)到了1∶3.9,從而證實(shí)三工河組油藏適用于CDG凝膠。認(rèn)為其驅(qū)油機(jī)理是:當(dāng)溶液注入地層深部后,發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成微凝膠。在近井地帶由于注入壓差大,該體系能像聚合物一樣流動,形成連續(xù)的驅(qū)油流體:在遠(yuǎn)井地帶當(dāng)注入壓差小于轉(zhuǎn)變壓力時,微凝膠很難流動,易形成堵塞條帶,起到封堵大孔道或高滲層的作用,從而達(dá)到地層深部液流改向的目的。(4)凝膠調(diào)驅(qū)驅(qū)油機(jī)理可動凝膠調(diào)驅(qū)后,由于凝膠強(qiáng)度較弱,隨著水的驅(qū)替沖刷,大孔隙中的凝膠在地層中可移動。對于非均質(zhì)的油藏,在水驅(qū)后注入可動凝膠,可以非均勻的降低油、水相對滲透率,即水相滲透率降低幅度遠(yuǎn)大于油相滲透率(DPR)。石油勘探開發(fā)研究院利用三管并聯(lián)和單管模型驅(qū)油試驗(yàn)對層間非均質(zhì)油藏和層內(nèi)非均質(zhì)油藏可動凝膠調(diào)驅(qū)驅(qū)油機(jī)理進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:可動凝膠體系可以調(diào)整油藏層內(nèi)矛盾,能夠持續(xù)見效,壓力波動大反應(yīng)出可動凝膠的邊堵邊流的特點(diǎn)。在高分子量聚合物驅(qū)后,仍可提高采收率13%。(5)地層壓力附性能納米級和微米級的預(yù)交聯(lián)微凝膠水溶性好,可均勻分散在水中形成溶液或溶膠,具有遇水膨脹和吸附性能,在運(yùn)移過程中使地層壓力升高當(dāng)壓力達(dá)一定程度后,微球變形通過孔喉,繼續(xù)向地層深部運(yùn)移遇到下一孔喉又發(fā)生封堵,壓力再次上升,后又穿過孔喉,發(fā)生突破,注人壓力略降低。凝膠微球通過“封堵—突破—運(yùn)移—再封堵”,達(dá)到地層深部孔喉的封堵和改變流體方向的目的。(6)凝膠的預(yù)交聯(lián)凝膠預(yù)交聯(lián)凝膠研究進(jìn)展中國石油勘探開發(fā)研究院采油所相關(guān)研究人員,通過微觀機(jī)理、室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)對毫米級的凝膠進(jìn)行系統(tǒng)研究,指出預(yù)交聯(lián)凝膠具有“變形蟲”的特點(diǎn),可在多孔介質(zhì)傳輸過程中通過破碎實(shí)現(xiàn)自然造粒的過程。3輔助配套技術(shù)(1)加強(qiáng)老體系可動凝膠深部調(diào)驅(qū)礦場試驗(yàn)的相關(guān)配套技術(shù)研究。針對部分礦場試驗(yàn)中存在的注不進(jìn)、堵不遠(yuǎn)、調(diào)不深、注入液突破后開發(fā)效果嚴(yán)重變差等情況,應(yīng)采取完善井網(wǎng)類型,提高驅(qū)油劑對地下剩余油的控制程度;優(yōu)化注入?yún)?shù),針對單井組開展個性化的注入設(shè)計方案;輔助實(shí)施層系調(diào)整、分層注入、階梯注入等配套技術(shù)或措施,綜合發(fā)揮可動凝膠深部調(diào)驅(qū)提高地下原油采收率的實(shí)際作用。(2)開展可動凝膠成膠動力學(xué)和成膠機(jī)理研究。通過準(zhǔn)確描述其地下滲流規(guī)律,采取恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法建立成膠動力學(xué)方程,進(jìn)而改進(jìn)或編寫適合可動凝膠深度調(diào)驅(qū)的數(shù)模軟件,進(jìn)行敏感性分析、調(diào)試軟件來滿足礦場需求,為將來編制多功能、集成化的化學(xué)驅(qū)軟件奠定基礎(chǔ)。(3)目前,針對預(yù)交聯(lián)可動凝膠新體系的室內(nèi)評價方法和標(biāo)準(zhǔn)尚未形成,有待研究和建立。(4)新體系數(shù)值模型不成熟。從調(diào)研的文章可以看出沒有目前還沒有較好的數(shù)值模擬軟件對該體系的滲流規(guī)律進(jìn)行描述,究其原因是滲流的基礎(chǔ)理論是連續(xù)流體,而顆粒型凝膠是非連續(xù)流體,基礎(chǔ)理論的限制導(dǎo)致了軟件很難實(shí)現(xiàn)預(yù)測和礦場指導(dǎo)?？苫诜沁B續(xù)性流體理論:深層滲濾理論對體系滲流規(guī)律進(jìn)行深入研究。4凝