开题报告有机冻胶调剖剂室内配方研究.doc

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1、本科毕业设计（论文）开题报告 题 目： 有机冻胶调剖剂室内配方研究 学生姓名： 院 （系）： 石油工程学院 专业班级： 石工1003班 指导教师： 完成时间： 2014年3月21日 1 课题研究的目的与意义油田经过钻井、固井和测试之后便进入开采阶段。未开发的油藏由于受地质、构造等不同成藏条件的影响，储集油气的储集层在水平和垂直方向上的物性分布和渗透率的大小存在一定的差异，使得地下流体的聚集分布以及运移规律也呈现出各向异性。在油田开发初期，石油是依靠油藏的天然能量从油层流向采油井的即地下储集层能量来开发油藏，储层结构受到较小的破坏，储层受到较小的污染。然而，随着石油的不断采出，天然能量不断消耗，

2、当地下能量不足以把油气带到地面，采油井不能正常生产，油层中的油便失去流动能力，此时应采用人工方式向油藏补给能量，以增加石油的采出量，主要的方式为注水开发。水驱开发的油藏，在开发后期储层长期受到流体的侵蚀冲刷，胶结程度较差的粘土矿物以及部分骨架颗粒随之运移加剧了储层的非均质性，加上不利的油水流度比，造成注入水沿高渗透层、大孔道串流突进，导致油层过早水淹，剩余饱和度相对较高的低渗透层得不到合理的利用，降低了水驱开发效果1。中高渗透砂岩油藏地层本身的非均质性较强，长久的注水冲刷、反复射孔换层和部分井组及区块的强注强采，使处于高含水开发期油田的纵向、平面和层间渗透率差异进一步加剧（如胜利油区孤岛油田，

3、目前地层渗透率为注水开发初期的47倍2）。由于油层中剩余油饱和度的降低和层内、层间、平面矛盾的加剧，使得堵水调剖工艺的实施难度越来越大，实施效果越来越差（单井堵调增油量由含水70%80%时的2000t4000t，下降到特高含水期的200t500t2）。通过对高含水或特高含水期调剖治理效果分析认为，造成调剖效果明显降低，除了油藏条件的变化（如采出程度高、剩余油饱和度低、含水高和原始及次生大孔道与高渗透条带较发育等）外，还有许多主观原因。首先，对已经变化了的油藏条件缺乏合理有效的认识方法与手段；其次，虽然认识到开展大剂量深部调剖的必要性，且广泛进行了矿场实验，但在追求大剂量施工时忽视了调剖剂与地层

4、的配伍性和在地层中的有效滞留等方面的研究；另外，虽然开展了多种调剖剂组合使用的矿场实验，但对不同调剖剂之间的配伍性及不同地层条件适用的组合方式缺乏研究。为了实现该类油藏的控水稳油，先后开展了粘土单液法、粘土/HPAM双液法、粘土/Cr3+/HPAM双液法和弱冻胶法大剂量深部调剖实验，取得了一定的效果，但同时也反映出一些问题：（1）粘土的水化分散性能好，可进入地层深部，但难以在存在高渗透条带或大孔道地的地层中有效滞留，易从生产井窜流产出；（2）弱冻胶的流动性能好（成胶后也可运移），具有调驱双重功效。但在渗透率差异大的井中，也易窜流产出。注聚区多为处于高含水或特高含水开发期的中高渗透油藏。在收到良

5、好效果的同时，也普遍存在聚合物沿高渗透条带窜流和转后续水驱效果较差的现象。为了提高聚合物驱替效果，需要在注聚前、注聚中和转后续水驱初期进行剖面调整。要提高剖面调整的效果，需要对聚合物驱使地层条件的改变有清楚的认识。首先，驱替液粘度的增加，使地层的渗透率降低的同时，使地层渗透率差异进一步加剧；其次，由于聚合物在地层岩石表面的吸附滞留，使得岩石界面性质改变。地层渗透率差异加剧的结果，使注入的聚合物溶液在较短时间内窜流至生产井产出，严重影响驱油效果。岩石界面性质的改变，一方面影响调剖剂的有效滞留，一方面对调剖剂性能提出新的要求。实践证明，调剖技术作为稳油控水措施的主要手段，能有效的改善注水井吸水剖面

6、；缓和油藏开发中后期层间、层内的矛盾；动用剩余油饱和度较高的低渗透层；抑制注入水串流、突进等现象，提高注水开发效果。以冻胶作为封堵物质的调剖剂称为冻胶型调剖剂，是应用最广的一类调剖剂。冻胶是聚合物和交联剂形成的具有三维结构的网状分子。当交联剂含量很小时，聚合物只能形成弱冻胶。冻胶型调剖剂最典型的例子是以聚丙烯酰胺水溶液为主剂，以铬或铝离子为交联剂，两者在地层温度下发生交联反应，生成具有三维结构的聚合物冻胶。目前，许多油田矿场都采用注聚合物溶液来控制水的流度，以波及水驱时未波及到的地方，从而提高采收率。但实际应用中对聚合物溶液的种类和类型要求很高，大量的研究和应用实践表明，选用有效的化学调剖剂，

7、在注水井中实施调剖作业以封堵注采井之间的高渗透大孔道，这对于高含水油藏的持续稳产具有十分重要的作用。至今在油田现场使用的调剖剂有近百种之多，都具有一定的调剖堵水效果。但是，因为油藏条件、地质特点和流体性质的差异，这些调剖剂又都存在一定的性能缺点：如目前在油田使用比较普遍的冻胶类调剖剂，耐温抗盐性能差,在高矿化度油田水中，成胶性能差，甚至不成胶；在高温油藏条件下，要么成胶时间短，要么所成冻胶很快破胶，失去调剖作用。为了解决现场调剖剂存在的上述问题，有必要在前人已有成果的基础上开展新型调剖剂的研究，以便更好地提高水驱油藏的开发效果。所以冻胶调剖剂的室内研究就显得格外重要。2 国内外的研究历史及现状

8、我国陆上石油80%以上是靠注水开发的2。一个油藏往往由多个油层组成，由于各油田渗透性的差异，注人水将沿高渗透层突进，造成油井过早水淹。因此对于注水开发的油田产水是一个普遍问题，及时弄清产水层和产水方向，采取合理有效的措施即调剖措施是非常必要的。70年代末到80年代初油田化学调剖技术得到了较好的应用和发展，后来发展成为注水井调剖技术、深部调剖技术。深度调剖的主要作用机理为：使用不同的方法使注入的化学调剖剂进人油层深部后堵塞水流通道，使油藏中的液流改向，提高波及系数，提高原油采收率。采用该方法可有效地解决近井地带调剖无法解决的层内窜流问题，这项技术使调剖工作迈出了新的一步。最近国外新研制的深部调剖

9、剂有微生物类、沉淀类、冻胶类和胶态分散冻胶类等。如G.E.Jennemen等人在北Burbank区块利用微生物进行的先导实验，美国Akzo化学公司LIAVE等在NorthBurbank开发区进行的表面活性剂一酒精调剖，HarwellJ.H.等人采用的两种混合后形成沉淀的表面活性剂进行的调剖，Dowell公司的ChanK.巳研制的粘度低、交联时间可控，可进入油层深部的非聚合物冻胶体系以及Tiorco公司R.CFle.meng等人研究的胶态分散凝胶等技术都可用于深部调剖作业，尤其是胶态分散凝胶技术的研究和应用既解决了井底冻胶处理无法解决的窜流问题又可解决聚合物费用过多的矛盾，因而引起了广泛重视。国

10、外已经实践了一批深部调剖的油井、区块和油田，取得了相应的效果。如美国TIORCO公司近9年来在美国落矾山地区对29个油田采用胶态分散凝胶进行深部处理，解决了深部窜流和层间窜流问题，其中有22个项目获得了成功，提高了原抽产量，降低了产水量。我国油田调剖技术始于50年代。那是，早期投入开发油田的含水率上升问题已经十分突出，“八五”以来，研究和发展了一批新技术，我国的调剖技术从初期的以注水井单井调剖作业，慢慢形成了一套以调剖为主的油田区块整体综合治理的配套技术，提高了油田开发效果，使“八五”后两年全国油田调剖年增油量突破百万吨，成力油田控水稳油的一项重要措施。调剖剂在在调剖技术中占有极其重要的地位，

11、所以历来受到高度重视，发展也十分迅速。油田化学调剖技术从五十年代开始在现场应用，至今已有近40年的历史。开始时使用水泥浆调剖，而后发展丁油基水泥、石灰乳、树脂、活性稠油等，六十年代以树脂为主，七十年代水活性聚合物及其凝胶开始在油田应用，从此，油田调剖技术进入了一个新的发展阶段，调剖剂品种迅速增加，处理并次增多，经济效果也明显提高。我国油田普遍采用注水开发方式，地层非均质性严重，油藏地质复杂，在开发中后期含水上升速度加快，目前油井生产平均含水已达80%以上，东部地区的一些老油田含水已达90%以上。因此，调剖的工作员逐年增大，工作难度增加，而增油潜力降低。例如1981年堵水处理l310并次，增油5

12、4.3万吨，1990年处理1614井次，增油45.59万吨2。这种形势促进了调剖技术的发展。目前国内研制的深部调剖剂有两类：冻胶类和颗粒类。冻胶类又分交联可动弱凝胶和胶态分散凝胶2种。交联可动弱凝胶通常采用控制成胶时间的方法达到冻胶在油层深部形成的目的，成胶时间的控制通常采用加延缓交联的添加剂来延长其成胶时间，许多单位对此进行了卓有成效的研究工作，而且在现场见到了成效。近20年来，水溶性聚合物类调剖剂在油田得到了广泛的应用。独联体各国对聚丙烯睛调剖有广泛的研究和应用，同时还使用了有机硅、水泥、泡沫及化工副产品作为调剖剂；美国以聚丙烯酰酞胺冻胶为主，同时还使用了生物聚合物调剖剂，经过多年的研究和

13、应用，美国和苏联均形成了一套比较完备的适应各种地层、温度等条件的调剖剂，并进行了系列化研究，对调剖剂的适用条件进行了筛选，并对其适用条件和范围进行了研究。由于有机冻胶调剖技术具有聚合物驱油和冻胶调剖的优点，所以已经广泛的应用到注水井深部调剖、高温油藏深部调剖等方面，同时也促使国内外学者先后开展相关研究。目前国内外研究主要集中在冻胶体系配方、室内渗流理论研究、矿场实验、数值模拟以及调剖选井、选层、选剂决策等方面。冻胶体系调驱技术最早是由美国Philips公司提出的，美国Tiorco公司做了多次矿场实验并取得了一定成功。早期的冻胶处理工艺采用柠檬酸铝/高分子HPAM体系，交替注入的柠檬酸铝和髙分子

14、HPAM段塞在在地层深部混合并发生交联，但由于费用髙、效益差、难于控制而未被重视。近年来，大量研究致力于发展延迟交联Cr3+冻胶体系配方及其特性研究等方面。1988年C.S.Mccod等首先开展室内实脸3，研究聚丙烯酸胺冻胶体系引起地层渗透率下降的机理。1987年N.A.Mumallah给出了一种实用的弱冻胶评价方法。此后，国内外的许多学者开展了如矿化度、温度等因素对成胶影响等方面的研究，并开展了胶态分散体系配方的室内实验评价筛选工作，90年代中期逐渐形成了胶态分散体系（CDG）的概念。过去十多年来，广泛应用的弱冻胶体系是铬氧化还原HPAM体系、柠檬酸铝HPAM/CPAM休系、硅酸盐丙场跳膝单

15、体以及Cr3+生物聚合物体系。最近几年，醋酸铬HPAM凝胶体系也常用于注入井处理。调剖剂的作用是封堵地层中的高渗透大孔道，只要是能够在地层条件下生成封堵物质的化学剂都可以成为调剖剂。90年代以来，国内外调剖剂发展很快，品种较多。根据有无选择性可将调剖剂分为两大类：一类为选择性调剖剂，另一类非选择性调剖剂。以冻胶作为封堵物质的调剖剂称为冻胶型调剖剂。此类调剖剂是目前国内外油田使用最多的一类调剖剂。冻胶是聚合物和交联剂形成的具有三维结构的网状分子。当交联剂含量很小时，聚合物只能形成弱凝胶。美国、俄罗斯、德国等国都大力发展各种聚合物选择性调剖剂，据统计，美国EOR方案设计中有35%采用聚合物，而其中

16、的60%采用的是冻胶处理4。水溶性聚合物冻胶也是我国70年代以来研究最多应用最广泛的一种调剖剂。特别是聚丙烯酰胺（PAM）大量而广泛的应用，使调剖技术进入了一个新的发展阶段。根据聚合物、交联剂及其它添加剂的不同，聚合物冻胶类调剖剂又可分为以下几种：（1）聚丙烯酰胺（PAM）调剖剂以聚丙烯酰胺（PAM）水溶液为主剂，以铬或铝离子为交联剂，二者在地层温度下发生交联反应，生成具有三维网状结构的聚合物冻胶。法国学者用两种改进的方法（PAM就地膨胀）调剖，既改变了常规PAM处理的效果，又消除了交联系统对地层的伤害，而且封堵地层后产油量提高一倍，有效期长达三年以上。（2）部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）调剖

17、剂部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）可由丙烯酰胺（AM）均聚得到聚丙烯酰胺，再由聚丙烯酰胺水解而得。HPAM对油和水有明显的选择性，它降低孔隙介质中水相渗透率的幅度可超过90%，而降低油相渗透率的幅度不超过10%。这是由于这种水基调剖剂具有优先进入高含水层的能力，进入地层后通过氢键吸附在带负电的岩石表面，而未被吸附的部分在水中伸展开来，对水的流动形成阻力，使水相渗透率降低，当HPAM进入产油孔道时，分子链处于卷曲状态，对油的阻力较小。水解度在10%35%的HPAM可用于堵水调剖。目前国内外使用这类调剖剂主要有以下几类：HPAM/甲醛：以甲醛为交联剂的聚丙烯酰胺冻胶调剖剂；HPAM/Cr3+（无机铬

18、离子、有机铬离子）：这类调剖剂以Cr3+为交联剂，如果在体系中添加不同的热稳定剂又可得到中温、高温铬冻胶及混合型冻胶等多种产品；HPAM/（柠檬酸铝、硫酸铝）调剖剂：形成交联聚合物溶液的主要反应是HPAM与柠檬酸铝、硫酸铝的配位交联反应，增加岩石表面的正电性，以增加聚合物在地层中的吸附量；HPAM/Zr4+：这是以锆离子为交联剂的双液法注入调剖剂，形成的冻胶与砂粒间有良好的粘接依附性；HPAM/乌洛托品-间苯二酚调剖剂：这类调剖剂以可溶性酚醛树脂交联，耐温性能好。以上这些调剖剂在国内辽河、胜利、华北、吉林等油田己经应用。（3）丙烯酰胺（AM）地下聚合调剖剂丙稀酰胺AM单体以N，N-亚甲基双丙烯

19、酰胺为交联剂，在地下聚合生成三维网状结构凝胶产物。根据引发剂和其他添加剂的不同，形成用于环境温度至1200C的系列产品。另外还可由丙稀酰胺-丙稀腈的共聚物水溶性酚醛树脂构成，具有良好的抗温抗盐性能，适用于砂岩地层注水井的调剖。（4）部分水解聚丙烯腈（HPAN）调剖剂HPAN有着与HPAM大体相同的分子结构，因此，它也具有与HPAM大体相同的调剖机理与性能。HPAN调剖剂包括两种类型，一种是HPAN-氯化钙调剖剂，其使用的交联剂以CaCl2为代表，也可使用甲酵、FeCl2、FeCl3、Pb(N03)2等其它交联剂。另一种是HPAN高温调剖剂，如HPAN/苯酚-甲醛调剖剂，其耐温高达1300C左右

20、，该技术在胜利油田高温地层中获得成功应用。俄罗斯罗马什金和新依尔柯夫金油田应用HPAN调剖剂，处理了150口井，成功率达69.2%，有效期长达1.52年4。目前，延迟交联和成胶体系选择、冻胶体系临界浓度、交联反应动力学模型及成机理、聚合物交联结构表征和凝胶休系评价一直是高分子领域研究中的难点，冻胶评价方法和物理模拟技术也是尚未解决的问题。3 毕业设计的主要内容1）、筛选有机冻胶调剖剂主剂和交联剂；2）、在瓶内进行成胶实验，优选调剖剂的最佳配方；3）、在最佳配方条件下，评价抗温、抗盐和抗剪切性能；4）、对实验数据进行分析处理，得出实验结果。4 设计的步骤及方法寻找各类相关的文献资料进行英文翻译，

21、并撰写开题报告对课题做研究提纲，并根据提纲查阅有关资料做相关有机冻胶调剖剂室内研究实验，进行总结根据所研究课题的需要，撰写毕业设计论文采用PowerPoint制作课件以便答辩需要5 阶段进度计划 1）、12周，利用图书馆及网络资源查询有关有机冻胶调剖剂国内外研究现状和发展趋势，明确项目研究内容和研发目标，书写开题报告并翻译英文文献、查找资料完成初稿； 2）、34周，查阅资料，了解有机冻胶调剖剂工作原理，明确分析出调剖剂的调剖与堵水机理； 3）、56周，查阅有关有机冻胶调剖研究的资料，了解调剖剂实验室研究方法，从而建立起自己的研究方法； 4）、79周，做相关试验，得到数据，并分析数据，得出相关结

22、论； 5）、1014周，整理所学知识，书写论文，完成设计； 6）、15周，认真检查论文，制作成ppt，对其中不完美的部分进行修改，达到设计要求； 7）、16周，答辩。6 参考文献1张琪. 采油工程原理与设计M.东营:石油大学出版社.20092赵群. 冻胶类调剖剂性能评价方法及适用条件研究D.大庆石油学院,2004.3滕飞. 弱冻胶调剖综合决策技术研究D.中国石油大学, 2009.4惠会娟. 缓膨抗盐黏弹颗粒调剖剂室内研究D.西安石油大学,20115 杨田志. 油田开发中后期高含水油藏堵水调剖工艺研究及应用D.中国石油大学,2007.6韩显卿.提高采收率原理M. 北京:石油工业出版社，19937

23、胡勇. 交联聚合物性能及调驱机理研究D.大庆石油学院,2005.8王威. 新型化学调剖剂调剖效果研究D.东北石油大学,2010.9李宇香,刘豫章,百宝君. 体膨型颗粒堵水调剖技术研究J.石油钻采工艺,1999,21(3):65-6810刘金河,叶天序,郝青. 低浓度HPAM/AlCit体系的评价及成胶性能影响因素研究J.石油与天然气化工,2003,32(6):375-37511王兴宏. 低成本弱凝胶的室内研究与现场应用D.长江大学,2013.12唐孝芬,刘玉章,常泽亮等. 适宜高温高盐地层的无机涂层调剖剂室内研究J.石油勘探与开发, 2004,31(6):92-9413王学立,陈智宇,李晓良等. 官69断块微生物驱油现场试验效果分析J.石油勘探与开发, 2005,32(2):107-10914陈铁龙等. 弱冻胶调驱提高采收率技术M.北京:石油工业出版社,2006.9,14-2015唐孝芬,吴奇,刘戈辉,等. 区块整体弱凝胶调驱矿场试验及效果J.石油学报, 2003,24(4):58-61指导教师意见：指导教师签名：年 月 日系（教研室）意见：主任签字：年 月 日8