CN101314712B - 微球调驱剂、驱油体系以及驱油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微球调驱剂，用于石油开采中，由功能聚合物水溶液与直径在0.2～20μm的微球混合的分散体系，其中微球浓度为0.05～0.2wt％。本发明还公开利用该调驱剂形成的组合驱油体系和组合驱油方法，通过由高粘度至低粘度功能聚合物和微球组成的组合段塞进行驱油，能适应多种类非均质油层，有效提高原油采收率，降低无效水循环，提高经济效益，此种体系有效组合采收率大幅度增加，总采收率达到70～89％，采油成本也大幅度降低，可广泛用于三次采油。

Description

微球调驱剂、驱油体系以及驱油方法

技术领域：

本发明涉及采油技术领域，具体涉及在三次采油中提高原油采收率的化学驱油体系以及对应的驱油方法。

背景技术：

地下原油的开采主要是一次采油，原油从地下油藏被驱动到地表面而采出，由于天然能量的消耗，一次采油之后油藏中更多的原油是通过二次采油采出的，通过注水提供原油从地下驱到地表所需的压力。受油藏沉积环境和条件的影响，油层在平面上和纵向上的渗透率分布不均一，例如大庆油田纵向渗透率变异系数多为0.65左右。在注水开发过程中，注入水大部分进入高渗透区域，受长期注水冲刷，非均质性更为严重，注入水无效循环严重。传统的水驱只能开采出地下原油的40％左右，大部原油滞留在地下有待于开采，必须用三次采油方法提高原油采收率，三次采油可以用不同方法实施，如热采法、火驱法、CO₂驱和化学驱，其中热采法、火驱法、CO₂驱等传统的方法进一步改进的潜力不大。采用化学驱提高采收率的方法已成为人们研究的目标，油田先后开展了聚合物驱油，三元化学驱，泡沫驱、聚驱+深部调剖等驱油方式，收到了比较好的挖潜效果，但驱油效率仍不够高。目前的颗粒型调剖剂，由于其粒径较大，往往只在水井附近油层起到封堵作用，水会很快绕流再次进入高渗层；交联聚合物凝胶，当后继注入水突破凝胶层后，其对水的阻力会大幅降低，使有效期变短。这些调剖方法，主要是改善了注水井附近渗流状况，提高了注水井附近的波及体积，而注水井附近剩余油饱和度小，因此提高采收率程度不大。

聚合物驱采收率可以在水驱的基础上提高10％左右，三元复合驱可以在水驱的基础上提高20％左右，泡沫复合驱在水驱的基础上采收率提高30％左右。几种方法均存在不足，聚合物驱因不能大幅度降低原油/水间的界面张力而提高采收率幅度不够高。三元复合驱虽可以大幅度降低界面张力，但由于碱的加入极大地削弱了聚合物的黏弹性，尤其是聚合物弹性，此外，碱引起结垢和原油乳化，影响油井正常生产，泡沫驱易发生气窜等。并且，几种方法都存在大量的无效水循环现象。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能适应多种类非均质的油层的结合微球调剖的驱油体系及驱油方法，能有效提高原油采收率，降低无效水循环，提高经济效益。

本发明在该驱油体系中，首先采用了一种功能聚合物。

功能聚合物具有如下结构：

其中：X为-CH₂-(CH₂)_n-CH₃，

Y为

n为大于0小于20的整数。

功能聚合物是一系列接枝、嵌段的聚丙烯酰胺共聚物，这种功能聚合物既具有聚合物的粘弹性可调节注入液体的黏度，同时还有表面活性剂的作用(被称为高分子表活剂)。在驱油工艺中，功能聚合物既可作为调剖剂，还可作为泡沫的发泡剂、稳泡剂。

本发明在该驱油体系中，主要提供由该功能聚合物组合微球形成的微球调驱剂，作为驱油中的高渗层调剖剂。颗粒物质用作调剖剂是早就有的方法，本发明采用微球用于调剖，微球颗粒不是堵死大孔道，而是阻碍流体在大孔道内的流动，使流体在层间/层内流到渗流阻力低的油层，扩大流体波及体积。而不同浓度的功能聚合物流体与微球组合调剖，在扩大波及体积的同时又由于功能聚合物具有表面活性故还有洗油功效。聚合物弹性微球能在油层岩石孔隙中运移，多个微球的堆积能封堵大孔道使水绕流。当封堵压差升高到一定程度时，微球发生弹性变形，通过喉道继续向油层深部运移，微球在油层岩石孔隙中运移、封堵、变形、再运移、再封堵，不断改变油层岩石中注入流体的流动方向，逐级向油井推进，有效增大油层尤其是深部和油井附近油层的波及体积。

本发明驱油体系，包括由高粘度至低粘度功能聚合物和微球组成的聚合物微球段塞。

其中可以包括依次注入的以下段塞：0.1PV聚合物加微球(黏度1500mPa.s，微球大小d＝0.2-20μm，微球浓度500-2000mg/L)、0.1PV聚合物(黏度1350mPa.s)。

以上段塞还可以进一步组合0.25PV泡沫段塞(聚合物加发泡剂烷醇酰胺类表活剂或石油磺酸盐表活剂，气液比1∶1；黏度7.3mpa.s)而形成一组合段塞。

利用该驱油体系进行驱油的方法为：前期水驱2PV后，注0.1PV聚合物加微球(黏度1500mPa.s，微球大小d＝0.2-20μm，微球浓度500-2000mg/L)、0.1PV聚合物(黏度1350mPa.s)，然后注0.25PV泡沫段塞(气液比1∶1；黏度7.3mpa.s)；后续水驱2PV。

本发明在驱油过程中，还可以循环注入多个组合段塞，各子段塞驱油剂注入量比例根据各段油层厚度确定，组合段塞个数为2-4个。

本发明是基于油层非均质的特点，用功能聚合物组合微球形成高效化学驱油体系，在增加波及系数的同时提高了洗油效率，从而大幅度提高了原油采收率，总采收率达到70～89％；本发明通过由高粘度至低粘度功能聚合物和微球组成的组合段塞进行驱油，能适应多种类非均质油层，在提高原油采收率的同时，降低无效水循环，使采油成本大幅度降低，经济效益提高，可广泛用于三次采油。

附图说明：

图1是依据本发明实施例一非均质岩芯的动态驱油曲线。

图2是依据本发明实施例二非均质岩芯的动态驱油曲线

具体实施方式：

本发明主要解决三次采油采收率低及无效水循环的问题。本发明的设计思想是：通过选择一类功能聚合物，以它为出发点结合其它方法进行调剖，创建全新的驱油体系，使无论是均质油层还是非均质油层(只有在极小范围内才可以说均质油层，并且是相对而言)，驱油过程中每一组段塞都有堵调驱洗中的两种以上功能，使波及体积与洗油效率同时提高，从而大幅度提高采收率。

本发明中使用的的调节黏度的聚合物是功能聚合物，它是聚丙烯酰胺衍生的嵌段、接枝共聚物。具体而言，功能聚合物具有如下结构：

式一

其中：X为-CH₂-(CH₂)_n-CH₃，

Y为

n为大于0小于20的整数。

这种多功能功能聚合物，既具有聚合物的粘弹性可调节注入液体的黏度，同时还有表面活性剂的作用(被称为高分子表活剂)。在驱油工艺中，多功能功能聚合物既可作为调剖剂，又可作为洗油剂，还可作为泡沫的发泡剂、稳泡剂。本发明中选择增粘能力大于40mpa·s的功能聚合物，可以选择购自上海海博生产的功能聚合物(I型，黏度大于100mPa.s，III型，黏度大于50mPa.s)。

本发明结合的其它调剖方法为微球调剖。微球在驱油过程中，能在油层岩石孔隙中运移，多个微球的堆积能封堵大孔道使水绕流，当封堵压差升高到一定程度时，微球发生弹性变形，通过喉道继续向油层深部运移，微球在油层岩石孔隙中运移、封堵、变形、再运移、再封堵，不断改变油层岩石中注入流体的流动方向，，从而使流体在层间/层内流到渗流阻力低的油层，扩大流体波及体积。功能聚合物组合微球形成微球调驱剂，需根据油层渗透率的不同来调节聚合物流体的黏度和微球浓度。本发明中，可用的微球尺寸为d＝0.2-20μm，且微球浓度在500-2000mg/L范围(相当于质量浓度0.05～0.2wt％)。

本发明中，利用调驱剂获得既能够大幅度提高波及体积又能够大幅度提高洗油效率的驱油段塞是本发明配制驱油体系的理想目标。首先要获取油层渗透率数值，利用功能聚合物的多功能性，选择适当的组合物形成不同黏度的段塞，由高粘度至低粘度顺序注入油层(称为一个组合段塞)。组合段塞间可用水间隔。若干个组合段塞在地层深部形成多个立体柱塞墙。在一定条件下，墙中不同段塞能够近似平行移动，从而形成相对完整的活塞式驱油方式，迫使注入水进入更微小的孔隙，提高注入水驱油效率。

本发明中，不同粘度的段塞为子段塞，由高粘度至低粘度顺序注入油层形成一个组合段塞。本发明还可以循环注入多个组合段塞，各子段塞驱油剂注入量比例根据各段油层厚度确定，组合段塞个数为2-4个；

比例：(Q₁/H₁)∶(Q₂/H₂)∶…∶(Q_n/H_n)＝1∶2∶…∶n

其中：Q_i(i＝1，…n)为渗透率由高到低各段注入量，

      H_i(i＝1，…n)为渗透率由高到低各段厚度，

      Q＝Q₁+Q₂+…+Q_n

下面结合附图和实施例进一步详细描述本发明。应该理解，实施例仅为公开本发明的具体内容使本领域技术人员易于理解和掌握，并不能作为对本发明的限制。本发明其它部分的描述和综述，也应理解为可以参照具体实施例进行的其它可以具体实施的方式，不能因为其没有列在实施例名目下而忽视其对技术方案的具体说明作用。

实施例一、微球调驱剂的配制

材料：

聚合物1：购自上海海博公司功能聚合物I型，黏度大于100mPa.s。

聚合物2：购自上海海博公司功能聚合物III型，黏度大于50mPa.s。

微球：中国石油大学研制(参见新疆石油地质2007年28卷6期749-751页)，微球大小d＝0.2-20μm，优选微球直径范围d＝0.2～10μm。

配制：

调驱剂一：取0.15g聚合物1加入1L水配成溶液，再加入0.5g的微球，混合后得到微球浓度为0.05wt％的聚合物1-微球调驱剂分散体系。

用同样的方法，可以配制：

调驱剂二：微球浓度为0.1wt％的聚合物2微球调驱剂分散体系；

调驱剂三：微球浓度为0.15％聚合物2-微球调驱剂分散体系；

调驱剂四：微球浓度为0.2％聚合物1-微球调驱剂分散体系。

以上配制的调驱剂用于后续的驱油实验。结果显示，微球浓度在0.05～0.2wt％范围内的调驱剂均有效，最好浓度为0.1～0.2wt％。

实施例二、非均质岩芯聚合物-微球驱油体系的驱油实验

采用室内物理模拟实验。

实验条件：

非均质岩芯：4.5×4.5×30cm，三层气测渗透率分别为100md、1000md、3000md。

油：模拟原油，黏度在45℃下为10mPa·s；

水：油田污水；

调驱剂：按实施例一配制；

实验温度：45℃；

聚合物：实施例一中的功能聚合物。

实验方法：

前期水驱2PV后，注0.07PV、1500mg/L的I型功能聚合物(黏度1500mPa.s)+0.01PV、1500mg/LIII型功能聚合物加1000mg/L微球(微球大小d＝0.2-20μm，黏度560mPa.s)+0.15PV、1000ppmIII型功能聚合物(51mPa.s)(注入两轮)+0.3PV泡沫(0.3％发泡剂+500mg/L的III型功能聚合物)，后续水驱2PV。

驱油结果：参见图1。表明总采收率达到70％左右，在水驱基础上采收率提高38％以上。由图1还可以看到在注入驱油剂过程中压力均有升高；后续水驱压力明显降低。

和实施例二上述实验条件和方法相同，其中变化的是使用调驱剂一、三、和四；驱油结果显示，使用功能聚合物-微球驱油能够在水驱基础上提高采收率达35％以上，总采收率达到70％左右。

实施例二通过以上系列非均质岩芯的实验可以说明：功能聚合物-微球驱油能够在水驱基础上，提高采收率，总采收率可高达73％。与通常的聚合物驱(采收率10％左右)、三元复合驱(采收率20％左右)、泡沫复合驱(采收率30％左右)相比，驱油效率明显提高。

实施例三、聚合物-微球-发泡驱油体系的驱油实验

采用室内物理模拟实验。

实验条件：

非均质岩芯：4.5×4.5×30cm，三层气测渗透率分别为100md、1000md、3000md。

油：模拟原油，黏度在45℃下为10mPa·s；

水：污水；

化学剂：实施例一中功能聚合物以及微球，发泡剂为烷醇酰胺类表活剂或石油磺酸盐表活剂；

实验温度：45℃；

泡沫：发泡液与压缩空气的体积比为0.4∶1；

实验方法：

水驱含水率至98％以上，前期水驱2PV后；注一组组合段塞，依次为：0.1PV调驱剂一(聚合物1黏度1500mPa.s，微球1大小d＝0.2-20μm，微球浓度500mg/L)、0.1PV聚合物1(黏度1350mPa.s)，0.25PV泡沫段塞(聚合物加发泡剂烷醇酰胺类表活剂或石油磺酸盐表活剂，气液比1∶1；黏度7.3mpa.s)；后续水驱2PV。

驱油结果：参见图2。表明总采收率在89％左右，在水驱基础上提高48％以上。由图2还可以看到在注入驱油剂过程中压力均有升高；后续水驱压力明显降低，但高于前水驱。

实施例三可以表明，功能聚合物微球驱组合功能聚合物泡沫驱而形成组合段塞驱油，与通常的聚合物驱、三元复合驱、泡沫复合驱相比，驱油效率提高幅度更大。

Claims (2)

1.一种微球调驱剂，用于石油开采中，其特征在于，由基本结构单元为式一的丙烯酰胺接枝共聚功能聚合物水溶液与直径在0.2～20μm的微球混合的分散体系，其中微球浓度为0.05～0.2wt％，功能聚合物浓度为0.15g/L；所述微球能发生弹性变形，其直径范围d＝0.2～10μm，

所述丙烯酰胺接枝共聚功能聚合物的基本结构单元为： 

式一 

其中：X为-CH₂-(CH₂)_n-CH₃， 

Y为 

-CH-CH₂SO₃Na 

| 

CH₂(CH₂)_n-CH₃，n为大于0小于20的整数； 

该功能聚合物为上海海博公司粘度大于100mPa.s的I型功能聚合物，或粘度大于50mPa.s的III型功能聚合物。 

2.根据权利要求1所述微球调驱剂，其特征在于，其中微球浓度为0.1～0.2wt％。 

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