调剖调驱专项技术

调剖调驱专项技术
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主要内容
一、调剖调驱的必要性及现状
二、调剖调驱化学剂体系
三、调剖调驱潜力评价技术 四、调剖调驱优化设计技术 五、调剖调驱效果评价技术
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一、调剖调驱的必要性及现状
目前，中油股份公司东部老油田均已进入高含水、特高含水开采期。 据统计，股份公司可采储量的85%以上、年产油量的80%来自含水大于 80%的高含水油藏，改善高含水油田水驱开发效果是油田开发工作的主 体和重点。高含水油藏原始非均质性严重，加之长期水流冲刷逐渐形成 的大孔道，导致注水沿大孔道或高渗条带低效或无效循环，严重影响水 驱开发效果和油田开发整体效益。 我国自50年代开始进行堵水技术的探索和研究。玉门老君庙油田自 1957年就开始进行封堵水层的工作，1957年～1959年6月，共堵水66井 次，成功率61.7％。七十年代以来，大庆油田在机械堵水，胜利油田在 化学堵水方面有较快的发展。其它油田也得到相应的发展。八十年代初 期进一步提出了注水井调整吸水剖面来改善一个井组或一个区块整体的 注水波及效率的新目标，经过多年的发展，已形成机械和化学两大类堵 水调剖技术，主要包括油井堵水技术、注水井调剖技术、油水井对应堵 水、调剖技术、油田区块整体堵水调剖技术和油藏深部调剖技术。相应 地研制成功八大类近百种，堵水、调剖化学剂。总体来讲，我国堵水调 剖技术的研究内容和应用规模，其发展大体经历了四个阶段。 3
二、调剖调驱化学剂体系
一、化学调剖作用原理
化学调剖作用原理
堵 塞
分
流
改善流度
用溶胶、冻胶进行 调剖时，注入水将沿聚 合物的边缘流动，聚合 物与水接触的部分逐渐 溶解、溶胀，增加了水 的粘度，从而改变了油 水流度比，提高了面积 扫油效率，扩大了调剖 的影响半径。
调剖剂优先进入流
动阻力低的高渗透层
段，并在预定时间内 生成冻胶、凝胶或固 体沉淀，对高渗透层
H2O
OH
H2O
OH
H2O
OH
H2O
Cr
H2O OH
Cr
H2O OH
Cr
H2O OH
Cr
H2O
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二、调剖调驱化学剂体系
常用的木素冻胶调剖剂
序号 名 称 铬木素冻 胶调剖剂 1 基本组成，％（质量） 木钙：2.0～5.0 Na2Cr2O7：4.5 木钠：4.0～6.0； Na2Cr2O7：2.2～2.5 木质素磺 2 酸钙调剖 剂 木钙：3.0～6.0； PAM：0.7～1.1； CaCl2 ： 0.7 ～ 1.1 ； Na2Cr2O7：1.0～1.1。 木钠：4.0～5.0； PAM：1.0； CaCl2 ： 1.0 ～ 1.6 ； Na2Cr2O7：1.0～1.4。 木钠：3.0～4.0； PAM：0.4～0.6； CaCl2：0.5～0.6； Na2Cr2O7：0.5～0.6。 木钠：4.0～6.0； PAM：0.8～1.0； CaCl2：0.4～0.6； Na2Cr2O7：0.9～1.1。 主要性能与适用条件 适用于50℃～70℃的地层大剂量调剖。 适用于50℃～70℃的地层大剂量调剖。 1．木钙中的还原糖、羟基和醛基在一定条件下还原Cr6＋为Cr3＋。 2．Cr3＋交联木钙、PAM，木钙交联PAM，形成结构复杂的冻胶。 3．适用于终向渗透率级差大、油层厚度大的注水井调剖。 1．成胶前粘度低（0.10mPa· s～0.15mPa· s）、成胶时间可控、热稳定性好、可 酸化解堵。 2．适用于温度低于90℃的地层调剖。 1．成胶前粘度低（0.10mPa· s～0.15mPa· s）、成胶时间可控、热稳定性好、可 酸化解堵。 2．成胶时间长，适用于大剂量处理高渗透地层。 1．成胶前粘度低（0.10 15mPa· ～0.15mPa· s s）、成胶时间可控、热稳定性好、 可堵可解（酸解）。 2．适用于温度为90℃～120℃的地层调剖。
一、调剖调驱的必要性及现状
①50至70年代，油井堵水为主，堵剂材料主要是水泥、树脂、活性稠油、 水玻璃/氯化钙等。②70至80年代，随着聚合物及其交联凝胶的出现， 堵水调剖剂研制得以迅速发展，以强凝胶堵剂为主，作用机理多为物理 屏障式堵塞，以调整近井地层吸水剖面及产液剖面为目的。③90年代， 油田进入高含水期，调剖技术也进入鼎盛期，其中深部调剖(调驱)及相 关技术得到快速发展，以区块综合治理为目标。④2000年以后，基于油 藏工程的深部调剖改善水驱配套技术的提出，使深部调剖技术上了一个 新台阶，将油藏工程技术和分析方法应用到改变水驱的深部液流转向技 术中。处理目标是整个油藏，作业规模大、时间长。 堵水调剖及相关配套技术在高含水油田控水稳产(增产)措施中占有重要 地位，但随着高含水油藏水驱问题的日益复杂，对该领域技术要求越来 越高，推动着堵水调剖及相关技术的不断创新和发展，尤其近年来在深 部调剖(调驱)液流转向剂研究与应用方面取得了许多新进展，形成包括 弱凝胶、胶态分散凝胶(CDG)、体膨颗粒、柔性颗粒等多套深部调剖(调 驱)技术，为我国高含水油田改善水驱开发效果、提高采收率发挥着重 要作用。仅中国石油天然气股份有限公司(中国石油)所属油田近年来的 堵水调剖作业每年就达到了2500-3000井次的规模，增产原油超过50万 4 吨/年。目前，我国油田堵水调剖的综合技术水平处于国际领先地位。
段造成封堵，迫使注
入水改变流动方向而 进入中低渗透层段
聚合物链上有许多反应基 团与交联剂发生交联反应，形 成网状结构，把水包含在晶格 结构中形成具有粘弹性的冻胶 体，这种冻胶体在孔隙介质中 形成物理堵塞，阻止水流通过 或改变水流方向，而未被交联 的分子或分子上的极性基团， 可卷缩在孔道中，起到阻止水 流的作用。 6
酰胺－ 7
柠檬酸 铝调剖 剂
隔离液（水）；
柠檬酸铝：0.05～0.10 可多段赛重复。
2．柠檬酸根与地层中高价离子反应生成沉淀，Al3+ 与PAM
交联生成冻胶。 3．连续交替注入PAM和柠檬酸铝，可增加吸附层厚度，降 低处理层段渗透率。 14
在地层条件下发生交联反应，生成具有网状结构的不溶于水的冻胶，堵塞
地层孔隙，阻止注入水沿高渗透层流动。 Cr3+交联：－CH2-CHO=C －CH-CH2- 醛类交联： －CH2-CHC=O O=C
NH CH2 NH
O
Cr
O C=O
O
－CH-CH2-
C=O －CH-CH2-
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二、调剖调驱化学剂体系
木 冻 胶 类
二、调剖调驱化学剂体系
二、调剖剂
冻 胶 类
凝 胶 类
调 剖 剂
颗 粒 类
沉 淀 类 树 脂 类
泡 沫 类
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二、调剖调驱化学剂体系
1、冻胶类调剖剂 冻胶类调剖剂是以水溶性线性高分子材料（PAM、HPAM、HPAN、XC、 CMC等）为主剂，以高价金属离子（Cr3+、Al3+、Ti4+等）或醛类为交联剂，
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二、调剖调驱化学剂体系
1．AM在过硫酸铵作用下，生成PAM。PAM与861反应生成冻 BD-861 5 调剖剂 AM：4.0～5.0； 过硫酸铵：0.2～0.4； 861：0.05～0.10 胶。调剖剂优先进入高渗透层，生成冻胶堵塞大孔道。冻 胶吸水膨胀，扩大调剖剂影响半径。 2．地面粘度低、冻胶强度大、封堵能力强、热稳定性好、 有效期长。 3．适用于50℃～80℃地层堵水调剖。 1．乌洛托品在酸性条件下加热变成甲醛，甲醛与间苯二酚 PAM-HR 6 调剖剂 PAM：0.6～1.0； 乌洛托品：0.12～0.16； 间苯二酚：0.03～0.05 反应生成多羟甲基间苯二酚，交联PAM，生成复合冻胶。 2．多羟甲基间苯二酚与PAM反应，分子链中引入苯环，增 强冻胶体的耐温性。 3．适用于50℃～80℃地层堵水调剖。 聚丙烯 PAM：0.1～0.16 1．PAM溶液在岩石表面产生吸附，阻止水的流动。
素
冻
胶
聚丙烯酰胺冻胶
其 他 类 冻 胶
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二、调剖调驱化学剂体系
（1）木素冻胶 木素冻胶的主剂为木质素磺酸盐（酸法造纸工业的副产品，为木质 素和芳香植物醇的总称）。
油田常用的为木质素磺酸钙盐（简称木钙）和木质素磺酸钠盐（简
称木钠）。木钙和木钠中含有甲氧基、羟基、双键、醚键、羧基、芳香 基和磺酸基等多种官能团，其化学结构十分复杂。
1．AM与MBAM在过硫酸铵引发下发生聚合、交联反应，生成具有网 状结构的高粘聚合物，封堵高渗透吸水层，迫使注入水转向；聚 合物在注入水冲刷下溶胀、溶解，增加水的粘度，改善流度比。 2．配制液地面粘度低（1.04 mPa·s）、成胶时间：1 h～15h、 冻胶粘度：200×104mPa·s。 3．适用于30℃～90℃的砂岩和碳酸盐岩油藏堵调。
木素冻胶调剖剂中，木钙、木钠和PAM为主剂，起交联作用的为Cr3+。
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二、调剖调驱化学剂体系
木钙或木钠中的还原糖及其分子中的羟基和醛基在一定条件下将Cr6+还原 为Cr3+，Cr3+在水中通过与水络合、水解、羟桥作用产生多核羟桥络离子：
R-CH2OH ＋ Na2Cr2O7 ＋ 8H＋→R-CHO ＋ 2Na＋ ＋ 2Cr3+ ＋ 7H2O R-CHO ＋ Na2Cr2O7 ＋ 8H＋→R-COOH ＋ 2Na＋ ＋ 2Cr3+ ＋ 4H2O
木质素磺 3 酸钠调剖 剂
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2、常用聚丙烯酰胺冻胶调剖剂
序号 名 称 铬交联部分 1 水解聚丙烯 酰胺冻胶 基本组成，％（质量） HPAM：0.6～1.0； Na2Cr2O7：0.05～0.10； Na2S2O3：0.05～0.15。 主要性能与适用条件 1．Na2S2O3在一定条件下还原Cr6＋成Cr3＋， Cr3＋交联带有－COO－ 基团的HPAM生成冻胶。 2．堵剂溶液地面粘度低、成胶时间可控、冻胶粘度： >2×104mPa·s、堵塞率：>95%。 3．适用于50℃～80℃砂岩、碳酸盐岩油藏堵水调剖。 甲醛交联部 2 分水解聚丙 烯酰胺冻胶 HPAM：0.8～1.5； 甲醛（37％）：0.18～1.10； 苯酚：0.1～0.5； Na2S2O3：0.05。 1．甲醛、苯酚与HPAM中的－CONH2 基团反应生成带有环状结构的 聚合物－树脂冻胶。冻胶中接入芳环，增加其热稳定性能。 2．堵剂地面粘度低，成胶时间可控，冻胶粘度：（15～20） ×104mPa·s、堵水率：>98%。 3.适用于120℃～150℃砂岩和碳酸盐岩油藏堵调。 1．AM与MBAM在过硫酸铵引发下发生聚合、交联反应生成冻胶。 2．配制液粘度低（<3 mPa·s）、成胶时间：30～180min、冻胶 粘度：80×104mPa·s、堵水率：>95%。 3．适用于渗透率差异大的40℃～80℃的地层堵水调剖。
AM：5～8； 3 丙凝 N 、 N- 甲 叉 基 双 丙 稀 酰 胺 ： 0.01～0.03； 过硫酸铵：0.05～0.15； 缓凝剂：0.001～0.1。 AM：3.5～5.0； 4 TP-910调剖 剂 MBAM：0.015～0.03；
过硫酸钾：0.008～0.02；
缓凝剂：0～0.004； 缓冲剂：0～0.6。
二、调剖调驱化学剂体系
1、交联聚合物弱凝胶深部调剖技术 主要由聚丙烯酰胺与交联剂组成。HPAM浓度一般800-3000mg/L，可实现地层中的动 态封堵。现场广泛应用，不适宜高矿化度、90℃以上的低渗地层 2、胶态分散凝胶（CDG）调驱技术 由美国TIORCO提出，分子内交联聚合物凝胶体系，聚合物浓度300-800mg/L，但其耐 温耐盐性能及封堵差，成胶条件苛刻，目前的研究及应用更趋向弱凝胶。 3、体膨颗粒深部调剖（调驱）技术 体膨颗粒具有较好的耐温抗盐性及广泛的油藏及流体适应性，在高含水大孔道油田 具有广泛应用，但不适宜小孔低渗油层深部调剖作业 4、微生物深部调剖技术 微生物用于注水井调剖最早始于美国，国内大港、大庆油田也有研究和应用，但细 菌的大量繁殖及代谢需要苛刻的环境条件，一般不适宜高温高盐油层条件。 5、无机凝胶涂层深部调剖技术 中石油研究院研究提出的一种新型深部调剖方式，该调剖剂借用地层水高矿化度离 子形成无机凝胶，通过吸附涂层方式在岩石骨架逐渐结垢形成凝胶涂层，使流动通 道逐渐变窄形成流动阻力，使流体转向扩大波及体积。2006.3塔里木轮南油田（温 度120 ℃ 、矿化度20万mg/L）LN203井进行了现场试验，处理后获得了注水压力升 5 高、吸水剖面明显改善、油井增油降水等效果。