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黄原胶和瓜尔胶在石油开采中应用

世界石油工业100多年的发展史,可以说是一部技术发展史,不同时期的技 术进步推动着油气田开发迈上一个新的台阶,特别是近20年随着现代科技发展 的突飞猛进,多学科的协同与集成推动着油气田开发水平正在向新的髙度进展。 然而目前油气田开发领域仍面临着一系列新的形势和前所未有的困难。从资源角 度看,今后的较长一段时间内,油气开发主要集中在老油田、低渗透油藏、重油 及油砂油藏、深水油藏、天然气藏非常规油气藏(煤气油、油页岩、天然气水合 物等)六大领域。

(1)压裂采油技术

特别低滲透油气藏在探明储量中的比例越来越高,开发、开采难度越来越大。 从世界油气资源分布来看,成一个三角形态,即品味高、易开采的油气资源进展 很小的比例,而渗透油气藏、致密气藏是接替高品位常规油田资源的必然趋势。 据报道,俄罗斯各油气区中难以开采的石油储量占剩余可开采储量的40%以上, 渗透率低于〇.〇5@2的低渗透储集层中的储量约有15〇xl〇8t,其中65%分布在西 伯利亚。目前全俄罗斯从低渗透油藏中采出的石油约占全部产储量的25%。在美 国200年致密气藏的产量约占全国天然气总产量的15%,储量占22%。而在剩余 探明储量中致密气的比例将占25%。我国每年探明储量中低渗透原油储量的比例 也越来越高,以中国石油为例,从“八五”的59%增长到“九五”的67%,“十五”期 间则占到了 70%左右E14]。如何有效的开发低渗透油气藏已成为世界共同关注的难 题。

区域整体压裂改造技术是低渗透油田高效开发的有效方法"从1948年用于 油井增产以来,压裂技术有令人满意的历史[15】。压裂改造提高油井的产量的机理 是通过人工往地下油层注入液体,使油层在压力作用下裂缝增大或畅通,改善地 层的渗透能力,提高油气田的倒流能力,从而使原油有利于向地面流动,达到提 高采油产量的目的。压裂液是压裂施工中的介质,为水力压裂施工作业提供了手 段岡。

(2)EOR技术与聚合物驱油

油田采油大致分三个阶段:直接抽油、注水采油和注驱油剂采油。在原油的 开采过程,初次采油一般依靠地底压力让原油自喷而出。而后由于地下压力减小, 不得不往地下注水将油驱除,称为二次采油。经过上述两次采油,我国的综合原 油采出率仅有40%〜50%多一些,也就是说,还有50%多的原油留在地下无法采 出。因此,进行三次采油(Tertiary Oil Recovery)即强化采油(Enhancedoil recovery,简称EOR),提高原油采出率,是缓解我国多数油田衰老速度,维持我 国原油稳产、减少我国对国外原油依赖程度的战略要求[17]。

目前我国大庆、胜利、中原、华北、大港等大型油田均己进入开采中后期, 采出油含水率高达90%。因此,采用EOR技术提高采收率已成为我国石油工业的重 要战略措施。采用EOR可是采油率提高到80-85%,在世界范围内EOR的产油量 已经达到世界产油量的5%。美国石油总产量的37%来自一次采油,而51%的最大 份额则是由注水、注气等二次采油贡献的,约12%的石油产量来自三次采油,即 EOR。上述产量比例在美国至少保持了 15年之久。

目前,EORX艺主要包括热采工艺,混气驱和非混气驱技术,微生物驱油技 术和化学驱工艺等[18]。尽管化学驱油在美国所受到的关注和推广长达二十多年, 其成效却一直不理想,但化学驱油技术在中国却得到了成功应用。国内外科研及 车产实践表明,聚合物驱油是一种提高石油采收率行之有效的方法。

1.1.3.2黄原胶在石油开采中应用

钻井液是钻井过程中使用的作业流体,在钻井过程中使用的作业流体,在 钻井过程中,钻井液起着重要的作用,人们常常把钻井液比喻为“钻井的血液”, 其功能是:悬浮和携带岩屑,清洗井底;润滑冷却钻头,提高钻头进尺,通过钻 头水眼冲击地层,有利于破碎岩石;形成泥饼,增加井壁的稳定性;建立能平衡 地层压力的液柱压力,以防止发生卡、塌、漏、喷等复杂事故;使用涡轮钻具时, 可作传递动力的液体。钻井液增粘剂是其主要成分之一,其功能是增加黏度和切 力,提高钻井液悬浮能力,这是钻井液行使功能必可缺少的[191。

在提髙采收率的各种方法中,聚合物驱油占有重要地位。聚合物的作用是调 节注水的流变性,增加驱动液的黏度,改善水驱波及效率。降低地层水相渗透率,使 水与油能匀速的向前流动。这类聚合物在油藏条件下,必需具有优良的增黏性能, 而且在温度、压力及盐的作用下要有高的黏度保持率^

我国油田用化学品主要是聚丙烯醜胺、cmc、变性淀粉等,造成打井成本

高、出油率低。黄原胶在增黏、增稠、抗盐、抗污染能力等方面远比其他聚合物 强,尤其在海洋、海滩、高卤层和永冻土层钻井中用于泥浆处理、钻井液和完井 等方面效果显著,对加快钻井速度、防止油井坍塌、保护油气田、防止井喷和大 幅度提髙采油率等方面都有明显的作用[2'当黄原胶与磷酸酯化度在0.03〜0.5 的刺槐豆胶混合使用时可以取得更好的效果。

由于黄原胶溶液具有良好的增粘性、流变性、水溶性、化学稳定性,并具有 较强的机械抗降解能力,因此可作为油田开采的驱替剂。由于该产品与一般的水 解聚丙烯酰胺相比,其物理化学性质稳定、加工工艺简单、驱油效果好、制造成 本低,又由于其具有良好的抗剪切降解能力,在地层中能选择性流动,具有更好 的驱油效果[21],己逐渐作为提高油田采收率的驱替剂或改善开采效果的化学调剖 剂应用到油田开采中。物理模拟实验进一步说明黄原胶具有提高石油采收率的作 用,是一种性能优良的油田开采驱替剂[22]。

此外,黄原胶在压裂液也有所应用,主要用于水基压裂液的稠化剂,兼有减 少摩阻的功能[23]。

瓜尔胶在石油开采中应用

在压裂施工过程中,向井内挤入的全部液体称为压裂液。在水力压裂改造油 气藏过程中,压裂液的作用是在压裂过程中传递压力,使储层产生人工水力裂缝, 并使之向深处延伸拓展;同时沿着人工水力裂缝输送并铺置支撑剂,形成具有导 流能力的支撑(有效)缝隙,提高产能。

压裂液必须具备一定的物理化学特性才能满足压裂工作要求,主要包括(1) 压裂液应与地层物质和流体相配伍。如果压裂液的化学性质引起地层中粘土膨 胀,就会堵塞孔隙通道,将会造成施工失效[24];如果压裂液产生原油的乳化物或 沉淀物等,将引起堵塞而不能达到增产目的[25]。压裂液应有足够的粘性能输送支 撑剂进入管道,穿过炮眼,深入裂缝[26]。(3)理想的压裂液应有适当的效率,大 部分液体应留在裂缝中而不是滤失到地层里。液体的利用率一般由高黏度与滤失 添加剂结合起来获得[27]。(4)压裂液另一个重要特性是当它存留于地层时,有从 髙黏度回复到低黏度的能力,以使处理液易于从地层清除[28]。另外,压裂液应该

既顾及到高黏度又具有减阻特性。

许多种液体都可用作水力压裂的压裂液。对一口具体的井选择出适宜的压裂 液,就必须了解各种压裂液的性能要求,以及如何使其改性来达到各种预期的效 果。压裂液的性能对压裂后的增产效果起着非常关键的作用。压裂液在压开裂缝 后必须能够将支撑剂携带并充填于裂缝中,一旦压力解除后,裂缝仍处于开启状 态,从而形成一个超过地层传导率的裂缝传导率。一般认为,压裂后的增产主要 取决于裂缝的导流能力和支撑裂缝的几何形状。裂缝的导流能力在很大程度上依 赖于支撑剂的粒度、形状和强度。此外,还与支撑剂分布和浓度有关。而压裂液 的黏度直接影响裂缝的几何形状(及裂缝的长度、宽变和深度)。高黏度的压裂液 几乎在整个传输过程中使髙浓度、大颗粒支撑剂处于悬浮状态并将其输送到远距 离;高黏度的压裂液也增大了裂缝的面积。这样,可以获得较大的裂缝导流能力。 高黏度的压裂液还能够减少滤失率和提高其携带支撑剂的能力。因此,压裂液的 粘性是其一个重要指标。

在压裂作业过程中为保证压裂液的性能施工工艺要求,需要添加适当的压裂 化学剂,这些化学剂就叫压裂用化学品。压裂用化学品主要有稠化剂(增稠剂)、 交联剂、pH值控制剂、破胶剂、粘土稳定剂、杀菌剂、温度稳定剂、破乳剂、 乳化剂、消泡剂降滤失剂、助排剂、润湿剂减阻剂和支撑剂等。其中稠化剂是压 裂液的核心,其主要作用是增粘,并于交联剂反应形成冻胶,大幅度提高压裂液 的黏度,同时还有降滤失降摩阻的功能[29]。

目前国内外主要采用瓜尔胶及其衍生物作为稠化剂,包括未改性的瓜尔胶 (GG),改性后的瓜尔胶衍生物羟丙基肌胶(HPG),羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG), 羧甲基羟乙基瓜尔胶,羧甲基瓜尔胶等等。据统计在稠化剂中,未改性的天然瓜 尔胶占20%,而羟丙基瓜尔胶约占2/3,两者的用量约占总量的90%。


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