CN106522906B - 韦兰胶在特高温油藏驱油中提高采收率的应用 - Google Patents
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Abstract
一种韦兰胶在特高温油藏驱油中提高采收率的应用。所述应用的步骤包括，针对长时间水驱的特高温高含水油藏，以每分钟1毫升的速度连续注入0.1～0.4％的韦兰胶水溶液共0.2～2倍于油藏孔隙体积。在驱油流体中加入驱油剂韦兰胶，能够选择性的封堵高渗透率的区域，调控油藏剖面的渗透率，从而有利于驱油流体进入低渗透区，实现原油的高产和稳产。同时韦兰胶可以耐受高达140℃的温度，因此韦兰胶的耐温优势和优良的流变性能，使其成为适用于特高温油藏的驱油剂。经实验验证可以实现提高驱油效率6～12％的效果，解决了特高温油藏缺乏有效驱油剂的技术瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于生物技术和能源开采领域。具体来说，就是一种耐高温的生物聚合物韦兰胶及其在特高温油藏三次采油开发中的应用。
背景技术
韦兰胶是由产碱杆菌Alcaligenes sp.(ATCC31555)产生的一种生物多糖，在与葡萄糖醛酸及鼠李糖相连的葡萄糖残基的C3位上连接有α-L-鼠李糖或α-L-甘露糖支链，连接鼠李糖的几率占2/3；此外，约有半数的四糖片段上带有乙酰基及甘油基团。韦兰胶中含有2.8～7.5％的乙酰基，11.6～14.9％的葡萄糖醛酸。甘露糖、葡萄糖和鼠李糖的摩尔比例为l：2：2。
韦兰胶具有如下特性：
(1)独特的流变性、假塑性：韦兰胶溶液是一种典型的假塑性流体，其溶液粘度与剪切速率成反比，即随剪切速率的增加溶液粘度明显降低，随着剪切速率的减弱溶液粘度即刻恢复。
(2)低浓度时具有高粘性：韦兰胶能溶于冷水中，在水溶液中呈现规则、稳定的结构。低浓度的韦兰胶水溶液即可获得高的粘度，25℃时1.0％的水溶液粘度可达3300cp。
(3)良好的热稳定性及热可逆性：韦兰胶水溶液对热稳定，在25～140℃范围内韦兰胶溶液的表观粘度的变化很微小，基本不受温度的影响。在正常条件下，温度升高造成韦兰胶溶液的粘度下降，但在温度降低后可完全恢复。
(4)酸碱稳定性：韦兰胶水溶液对酸、碱十分稳定，在酸性和碱性条件下都可使用。在pH6～9范围内粘度无变化，pH1～12范围内粘度有非常轻微的变化，基本不受影响。
(5)良好的耐盐性能：韦兰胶具有良好的耐盐性能,与大多数盐都有配伍性，在多种盐存在时，韦兰胶具有良好的相容性和稳定性。在有高浓度糖类存在的情况下，韦兰胶也可保持稳定的增稠体系。
(6)具有广泛的相容性，良好的配伍性：韦兰胶与其他胶有很好的兼容性，可与大多数合成的或天然的增稠剂配伍，混合后粘度显著增加。
(7)无味、无臭、使用安全性强：韦兰胶是天然原料发酵而成的生物高聚物，无毒害，具有良好的环境友好性。
在石油工业中，韦兰胶可用于调配钻井泥浆，以保持水基钻井液的黏度和控制其流变性能。韦兰胶无论在低固含量体系还是高密度体系中,都能以其在低剪切速率下的高黏度，以达到最优的流变学控制。韦兰胶在低盐、低pH(小于10)淡水中表现出优越的温度耐受性，并且在石灰处理系统、水泥浆、硬塑料以及阳离子抑制系统中能保持其作用。在众多流体(包括高pH,基于石灰的钻井液系统)中它具有独特的井眼净化作用和悬浮作用，其抗沉降性能尤其适用于高黏度系统以及作为隔离液的配方。国内外许多文献已经报道，韦兰胶与其他同类产品(如黄原胶)相比，在更大范围具有热稳定性。目前随着油井开采的深入，钻井每深入100m，驱动剂耐温要求提高5℃。目前油井深度已达3000m以上，对采油驱动剂耐温要求>140℃，因此韦兰胶的耐温性能在石油钻井中的应用显得非常重要。
油田的开发初期是用水作为驱替相，将原油驱替出岩石孔隙到达地面。由于不同地质条件的油层，其温度和渗透率的差异很大，驱油流体倾向于进入高渗透率的区域，而不能到达低渗透率的高产油区域。为了解决此问题，当油井含水率达到一定程度(50～90％)时，开始聚合物驱油等三次采油技术的应用，以期进一步提高原油的采收率。目前比较清楚三次采油提高采收率的机理，一方面是提高水驱波及体积，另一方面是提高水驱洗油效率。而应用的比较成熟的聚合物驱机理就是增加驱替相黏度，调整吸水剖面，增加驱替相波及体积，从而提高石油采收率。驱油用聚合物(部分水解聚丙烯酰胺)是国内目前主要的驱油剂，包括聚合物驱、聚合物/表面活性剂二元驱，聚合物/表面活性剂/碱三元复合驱。聚合物与化学剂发生化学反应形成交联聚合物凝胶或冻胶也是常用的调剖堵水药剂，作为油藏增产措施使用。
聚合物驱油主要机理是提高驱替相聚合物的流度比，提高渗流阻力，扩大注入液的波及体积，因而，聚合物在油藏中要滞留较长的时间并保持较高的阻力，这就需要化合物有较好的热稳定性，一般而言在温度超过50摄氏度的条件下溶液发生降解，这是由于残留在聚合物中的过氧化物引发剂引起大分子降解，使其粘度降低。聚合物易于发生水解反应使酰胺基转换为羧基，在高温条件下，酰胺基团不断水解而生成羧酸基团，使水解度不断上升，聚合物链上的羧基易于和水中的高价金属离子，尤其是钙镁(Ca2+，Mg2+)离子络合产生沉淀，随着温度的升高驱使这种络合物发生相分离，使溶液粘度丧失。
尽管聚合物驱油技术已经产业化并取得不错的效果，但是其适用范围主要在温度小于90摄氏度、地层水矿化度小于10000mg/L的油藏(刘玉章等编《聚合物驱提高采收率》)。而超过90摄氏度、矿化度大于10000mg/L的油藏难以使用聚合物驱油技术，这类油藏所占的比例也较高，使用什么样的聚合物是进一步提高采收率的瓶颈，也是迄今为止急需解决的重大问题。
理论上，在驱油流体中加入驱油剂韦兰胶，其能够选择性的封堵高渗透率的区域，调控油藏剖面的渗透率，从而有利于驱油流体进入低渗透区，实现原油的高产和稳产。与此同时，传统驱油用聚合物，难以适用恶劣地质条件下高温油藏的原油开采，而韦兰胶可以耐受高达140℃的温度，因此韦兰胶的耐温优势和优良的流变性能，使其有望成为适用于高温油藏的驱油剂。
由于韦兰胶的剪切稀化作用及其优良的流变性能，韦兰胶主要作为增稠剂、悬浮剂、乳化剂、稳定剂、润滑剂、成膜剂和粘合剂应用于工农业的各个方面，特别是在食品、石油、油墨等工业中有广泛的应用前景。国内山东大学、南京工业大学和南昌大学先后报道了韦兰胶的流变学性质、发酵条件及其在食品添加剂、石油钻井和水泥建材中的应用，南京工业大学也公开了关于韦兰胶化学改性增黏的专利技术，但是目前尚没有其作为驱油剂应用于高温油藏提高采收率的报道。原因主要有两个，一是因为韦兰胶的转化率较低导致其作为驱油剂而言成本太高，二是对其作为驱油剂的使用方法缺乏系统科学的研究。本申请发明人前期对韦兰胶的生产菌种和发酵条件进行了描述和专利保护(ZL200910069960.2等)，通过优化发酵条件提高了产物转化率，降低了生产成本，本发明将对其作为驱油剂的使用方法进行描述。
发明内容
本发明的目的是解决在超过90摄氏度、矿化度大于10000mg/L的油藏难以使用聚合物驱油技术的问题，提供一种具有优良高温流变性能的生物聚合物韦兰胶在特高温油藏驱油中提高采收率的应用。
本发明提供了一种韦兰胶在特高温油藏驱油中提高采收率的应用。所述应用的步骤包括，针对长时间水驱的特高温高含水油藏，以1毫升/分钟的速度连续注入0.2～0.3％的韦兰胶水溶液共0.5～2倍于油藏孔隙体积。所述的特高温油藏指90～140℃的油藏。所述长时间水驱油藏指注水量超过3倍孔隙体积的油藏。
本发明所提供的物理模拟驱油是通过实验室物理实验模拟真实物理过程的方法。将实际地形物理的缩小模型置于采油地质环境内，在满足基本相似条件(包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似)的基础上，模拟油田采油过程。
本发明所提供的物理模拟实验采用单管填砂Ф50mm×600mm高压模型管模型，能够有效模拟高温油藏的孔渗、压力和温度等条件，岩心孔隙体积在220mL和240mL之间，孔隙度在33.0％和34.8％之间，渗透率在0.9D和1.1D之间，原始含油饱和度在90.6％和95.0％之间，温度分别控制为60℃、90℃、120℃。恒温培养箱的最高温度120℃，控制精度：±1℃。
本发明所提供的油样为胜利油田某油井的脱气脱水原油，饱和水样为该油井所在区块的地层水，驱替水样为该油井所在区块的注水站水样。
本发明所提供的驱替实验的具体实验步骤是：
(1)装岩心，渗透率大约1000×10-3μm2左右；
(2)岩心抽真空饱和地层水；
(3)岩心测孔隙度和渗透率；
(4)岩心饱和油，并在不同温度下放置7天；
(5)一次水驱，驱替速度1.0ml/min，水驱3PV为止，计算一次水驱驱油量；
(6)注入韦兰胶体系(见表2)0.5～2倍孔隙体积，驱替速度为每分钟1毫升，计量增油量。
本发明所提供的驱油剂分别为0.2％、0.3％的韦兰胶水溶液，注入方式为连续注入2PV，生物聚合物韦兰胶在60℃、90℃、120℃油藏条件下均具有较好的提高采收率的潜力，分别为11.6％、11.4％、9.4％。
本发明所提供的驱油剂分别为0.2％、0.3％的韦兰胶水溶液，注入方式为连续注入0.5PV，生物聚合物韦兰胶在60℃、90℃、120℃油藏条件下均具有较好的提高采收率的潜力，分别为7.9％、8.0％、6.9％。
本发明所提供的韦兰胶在压力756PST，温度138℃下，其盐溶液仍可保持较好的流变性能。
本发明所提供的韦兰胶在压力756PST，温度138℃下，具有独特的剪切稀释性。当施加一定的剪切力时，粘度迅速下降，一旦失去剪切力粘度仍能恢复。
本发明的优点和积极效果：
南开大学在2009年的专利技术ZL200910069960.2“一株鞘氨醇单胞菌TP-5及其生产韦兰胶的方法和应用”公开了一株具有自主知识产权的韦兰胶生产菌株，形成了稳定的发酵生产工艺，最终得率为29g/L，糖转化率大于50％。在此基础上，利用发酵液中韦兰胶含量大于2.5％的特点，经下游提取纯化，以此制备的韦兰胶产品在良好耐温性能的前提下，具备较高的粘度，较好的流变性和耐盐性能。
在驱油流体中加入驱油剂韦兰胶，其能够选择性的封堵高渗透率的区域，调控油藏剖面的渗透率，从而有利于驱油流体进入低渗透区，实现原油的高产和稳产。与此同时，传统驱油用聚合物，难以适用恶劣地质条件下高温油藏的原油开采，而韦兰胶可以耐受高达140℃的温度，因此韦兰胶的耐温优势和优良的流变性能，使其成为适用于高温油藏的驱油剂。
经实验验证，对于水驱体积超过3PV的岩心，注入0.2～0.3％的韦兰胶水溶液0.5～2PV，驱替速度每分钟1毫升的连续注入的技术，能够达到增加驱替相黏度从而提高洗油效率的效果，解决了特高温油藏缺乏有效驱油剂的技术瓶颈，形成了系统科学的将韦兰胶作为驱油剂的使用方法。该技术有望应用于高温，尤其是特高温油藏大幅度提高采收率。
附图说明
图1是温度对不同浓度的韦兰胶水溶液表观粘度的影响；
图2是高温高压对浓度0.3％的韦兰胶盐溶液流变性质的影响；
图3是高温高压下剪切速率对浓度0.3％韦兰胶盐溶液流变性质的影响。
具体实施方式
实施例1
本发明所提供的韦兰胶的物模驱油实验(具体内容详见发明内容部分)。
实验中各岩心孔隙体积、孔隙度、渗透率、原始含油以及原始含油饱和度见表1，其中1-x，2-x，3-x等为实验组，x为平行实验的岩心数。
表1实验基本参数
表2注入体系及注入方式
| 岩心序号 | 温度 | 韦兰胶浓度 | 注入方式 | 注入体积 | |
| 1-1 | 60℃ | 0％ | 连续注入 | 2PV | |
| 1-2 | 60℃ | 0.2％ | 连续注入 | 2PV | |
| 1-3 | 60℃ | 0.3％ | 连续注入 | 2PV | |
| 2-1 | 90℃ | 0％ | 连续注入 | 2PV | |
| 2-2 | 90℃ | 0.2％ | 连续注入 | 2PV | |
| 2-3 | 90℃ | 0.3％ | 连续注入 | 2PV | |
| 3-1 | 120℃ | 0％ | 连续注入 | 2PV | |
| 3-2 | 120℃ | 0.2％ | 连续注入 | 2PV | |
| 3-3 | 120℃ | 0.3％ | 连续注入 | 2PV | |
| 4-1 | 60℃ | 0％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 4-2 | 60℃ | 0.2％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 4-3 | 60℃ | 0.3％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 5-1 | 90℃ | 0％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 5-2 | 90℃ | 0.2％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 5-3 | 90℃ | 0.3％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 6-1 | 120℃ | 0％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 6-2 | 120℃ | 0.2％ | 连续注入 | 0.5PV | |
| 6-3 | 120℃ | 0.3％ | 连续注入 | 0.5PV |
各岩心一、二次水驱提高采收率及韦兰胶提高采收率值见表3。
表3一次、二次驱油效率及生物聚合物提高采收率值情况
(1)可以得出结论，在60℃油藏条件下，一次水驱油效率在65％～69％之间，空白岩心1-1二次水驱提高采收率为3.2％，1-2和1-3岩心二次水驱分别提高采收率14.6％和15.0％，二次水驱平均提高采收率14.8％，减去空白对比岩心二次水驱提高采收率值，1-2和1-3岩心生物聚合物驱分别提高采收率11.4％和11.8％，平均提高采收率11.6％。物理模拟驱油实验结果表明，生物聚合物在60℃油藏条件下具有较好的提高采收率的潜力。
(2)可以得出结论，在90℃油藏条件下，一次水驱油效率在62.8％～69.2％之间，空白岩心2-1二次水驱提高采收率为3.5％，2-2和2-3岩心二次水驱分别提高采收率14.2％和15.5％，二次水驱平均提高采收率14.8％，减去空白对比岩心二次水驱提高采收率值，2-2和2-3岩心生物聚合物驱分别提高采收率10.7％和12.0％，平均提高采收率11.4％。物理模拟驱油实验结果表明，生物聚合物在90℃油藏条件下具有较好的提高采收率的潜力。
(3)可以得出结论，在120℃油藏条件下，一次水驱油效率在65.0％～68.0％之间，空白岩心3-1二次水驱提高采收率为3.5％，3-2和3-3岩心二次水驱分别提高采收率13.3％和12.5％，二次水驱平均提高采收率12.9％，减去空白对比岩心二次水驱提高采收率值，3-2和3-3岩心生物聚合物驱分别提高采收率9.8％和9.0％，平均提高采收率9.4％。物理模拟驱油实验结果表明，生物聚合物在120℃油藏条件下具有较好的提高采收率的潜力。
实施例2
本发明所提供的韦兰胶的黏温特性。
配制浓度分别为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的韦兰胶水溶液，在20～120℃范围内、恒定转速60r/min条件下用DVLV-II型旋转粘度计测定溶液的表观黏度(图1)。不同浓度的韦兰胶溶液在不同温度下的黏度变化很小，说明韦兰胶水溶液具有良好的热稳定性，在20～120℃范围内，其溶液黏度基本不受温度变化的影响。
实施例3
本发明所提供的韦兰胶的耐温特性。
配制浓度为0.3％的韦兰胶水溶液，加入23氯化钠，使用Fann 50SL高温高压流变仪，测定压力756PST，温度138℃下，转速为60RPM时韦兰胶流变性质变化(图2)。1％的韦兰胶盐溶液黏度虽有下降但最终粘度保持在130mPa·s，说明了韦兰胶在高温高压下仍可保持较好的流变学性质。本实验中用相同的方法测定了浓度为1％黄原胶盐溶液的流变变化，可以看出在同等条件下，黄原胶盐溶液的黏度显著低于韦兰胶，此外黄原胶盐溶液粘度在开始处理20-35分钟后有明显的下降，这都可以说明韦兰胶的在高温高压下的流变学性质是优于黄原胶的，而且这些优良特性也有利于韦兰胶在特高温油藏驱油中的使用。
实施例4
本发明所提供的韦兰胶高温高压下的抗剪切性能。
配制浓度0.3％的韦兰胶水溶液，加入23％氯化钠，使用Fann 50SL高温高压流变仪，测定压力756PST，温度138℃下，不同转速下的韦兰胶流变性质变化(图3)。转速从6RPM升到600RPM然后再降到6RPM的过程中韦兰胶盐溶液的黏度随着剪切速率的增大而降低，当转速降低时黏度又可回升，呈现典型的假塑流体特征，证明具有良好的剪切稀释性。
Claims (2)
1.韦兰胶在特高温油藏驱油中提高采收率的应用；
其中，所述应用的具体步骤为，针对长时间水驱的特高温高含水油藏，以1毫升/分钟的速度连续注入0.2～0.3％的韦兰胶水溶液共0.5～2倍于油藏孔隙体积，可以实现提高采收率6～12％的效果；
所述韦兰胶由鞘氨醇单胞菌TP-5产生；所述的特高温油藏指90～140℃的油藏。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述长时间水驱油藏指注水量超过3倍孔隙体积的油藏。
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