專利名稱：通過聚合物無需輔助設備或制品來改進強化采油的制作方法
通過聚合物無需輔助設備或制品來改進強化采油本發(fā)明涉及一種改進的強化采油方法。具體而言，本發(fā)明涉及在有限的時間期間使用一種具有非常高的濃度和高粘度的親水聚合物溶液(粘性液段塞)以在含油地層的開采期間通過聚合物改進強化采油的采收率，而不使用輔助設備或化學品。目前開采的大多數(shù)油田已成熟，因此已進入采量下滑期或即將如此。這些油田的采收率普遍平均為約30-35%。因此，其還具有相當大的開采潛力。油藏中所含原油通常用若干步驟采收。開采首先得自減壓的液體和巖石的天然能量。此耗竭階段完成時，地面的采油量平均占原始儲量的約10-20%。因此有必要在第二步中采用目標在于提高開采量的技術。最常使用的方法包括通過專門用于注水或鹽水這一目的的注入井向油藏中注水或鹽水。這稱為二次開采。在通過生產(chǎn)井產(chǎn)出的混合物中的含水量太高時，結束該后一階段。此處收率(以附加采收率計)為約20%。然后可通過加入水溶性聚合物來降低所得鹽水的流度以提高注水洗井效率。這稱為通過聚合物的強化采油(EOR)。這種方法包括通過鉆進地層中的注入井向含油地層中注入由高分子量(MW)聚合物產(chǎn)生的粘性聚合物溶液。這產(chǎn)生使地層中的剩余油被更均勻地驅入鄰近的生產(chǎn)井中所需的洗井能量和動作。這種開采方法的效率隨地層的異質性即地層滲透性的不同以及待驅替的油的粘度而異。聚合物EOR于20世紀70年代由美國開發(fā)。但由于20世紀80年代油價下降，大多數(shù)項目被放棄。因此，US3687199公開了一種使用少量聚合物的方法。該方法包括注入就油粘度而言具有低粘度的含聚合物的水介質的初始段塞(參見實施例1)和然后注入含降低的聚合物濃度的第二段塞。這種方法不能在工業(yè)上使用。20世紀90年代初，中國大慶油田表明其是用于聚合物注入的良好候選方案，并選擇了 SNF用于55000噸聚丙烯酰胺工廠的設計和施工。僅注入鹽水時，大慶油田的采油率平均為40%，通過注入聚合物，同樣的采收率平均提高至52%。同時表面活性劑用于強化采油已得到廣泛描述。針對強化采油，人們提出各種類型的表面活性劑。出于成本和穩(wěn)定性原因，最常用的表面活性劑是磺酸鹽類型的。其使用具有減小水和油間的界面張力并從而促進油在水相中乳化的作用。然而，使油有效地原位 “增溶”所需表面活性劑的量非常大(注入鹽水的比例按質量計為5000到15000ppm)，這使得項目在經(jīng)濟上不可行。US 4 231似6和US 4 299 709中公開了這種類型的方法，其中必須采用的表面活性劑流體的量通過使用示蹤劑確定。為克服該主要缺點，已經(jīng)開發(fā)了一種稱為ASP(堿/表面活性劑/聚合物)的技術。 其需要通常與水溶性聚合物組合使用苛性鈉或碳酸鈉以降低使用的表面活性劑濃度(降低約1000到5000ppm)。但該技術需要將注入水凈化，意味著一大工業(yè)問題。這是因為注入鹽水中存在的二價離子將與堿反應形成沉淀因此必須從注入水中移除以避免油藏的任何堵塞。這些問題尤其解釋了在大慶ASP的發(fā)展受到制約的原因。然而，這些試驗已證實，對于98 %的含水率(產(chǎn)出水相對于采出油的百分數(shù))，采收率可提高至少20 %。
最后，已通過持久地(即連續(xù)不斷地)增大聚合物濃度進行試驗(SPE101202)，但證明所得產(chǎn)量因注入能力的損失而低，同時表明，從非常長遠的觀點來看，可獲得與ASP相似的采收率提高。通常，注入聚合物帶來的增產(chǎn)解釋為由于洗井體積的增大而不是每單位體積效率的提高。但當使用分子量非常高(MW > 1800萬)的聚合物時，實驗室中觀察到的巖芯實驗結果(表明油的微觀驅替得到改善)在油田中未能得到證實。這可用聚合物的粘彈性來解釋。這是由于巖芯試驗使用確定的未降解的聚合物而在油田中聚合物將發(fā)生實驗室中通常不再現(xiàn)的相當大的變化的事實。從1995年起，SNF對EOR項目中產(chǎn)出的水的眾多樣本分析了這些改變。所得結果表明，在油田中，聚合物的降解有時可能特別高，由此確認，巖芯試驗僅是片面的研究，只涉及注入能力。在注入聚合物而未移除氧的中國大慶或勝利油田，觀察到了非常高的降解-通過自由基當注入的溶液含氧時，其將與氧抑制劑(亞硫酸氫銨)、鐵、硫化氫通過產(chǎn)生自由基而反應，所述自由基通過鏈反應破壞分子量并在注入后的數(shù)小時或僅數(shù)天內(nèi)達到。分子量越高，降解越大
-由于機械應力聚合物在注入時將經(jīng)歷迅速加速至5_20m/秒，這是由于低注入面積及其隨時間的減小砂、粘土、鐵銹、硬凝膠(不可降解的交聯(lián)聚合物)或由于機械裝置 (噴嘴)。特別是如果其分子量高的話，則瞬時通過速率可使聚合物急劇降解；-由于化學降解效果是聚合物的某些官能團水解增加及特別是在Ca2+的存在下可能沉淀，這將導致濃度和粘度的降低。因此，特別是當油田注入條件不是最佳時，與實驗室試驗相比，可能觀察到如下情況-注入流體的粘度下降到1/5到1/20，-聚合物的分子量減小到1/3到1/20，-沉淀或稀釋致使?jié)舛认陆档?/2到1/5。為此，SNF開發(fā)了降低這些負面效應的實際解決方案并取得了專利-采用專用設備在低剪切、高濃度和氮氣下溶解聚合物以將氧的注入減少到最低限度，-有效使用最小限度的減氧劑用于減少自由基的形成，-使用自由基吸收劑以防止自由基通過鏈反應破壞聚合物，-產(chǎn)生不具有不可注入的硬凝膠和具有最小量的軟凝膠的聚合物，其可在低壓下注入，-控制所用水中的鐵，-使用共聚而不是在油田將促進沉淀的共水解或后水解的方法控制水解速率分布，-調節(jié)水解速率，特別是在油田溫度下，以避免或限制其沉淀，-引入對水解和沉淀較不敏感的功能單體。同樣，為限制降解對聚合物的影響，研究已證實存在最佳分子量，最佳分子量常介于1200萬到1800萬之間，具體取決于油田、其溫度、其鹽度、其滲透性、其注入條件，最佳分
4子量用來提供最佳成本效益比。盡管有所有這些預防措施，但必須考慮到分子量的降解將為約5_20%，從而要求注入時過濃度，此外，在油藏中稀釋將是其特有的。但與大慶的試驗(SPE 101202)相反，單單提高注入水中的聚合物濃度即可抵銷非常高的降解，這是因為當該濃度增加到2倍或更高時，這樣做將與注入能力(注入容量) 的問題沖突。因此，存在必須克服的實際不可能性以獲得適宜的每井流動速率。除聚合物降解所引起的問題外，要獲得高效采油所面臨的主要問題基于的是實際上沒有哪個現(xiàn)有含油地層具有均勻的滲透性的事實。相反，典型的含油地層包含多個具有不同的滲透率(從1到30 000毫達西)和孔隙率(例如孔隙率為5-30% )的巖層而隨液體(鹽水、油、含水層水等)產(chǎn)生顯著不同的壓降。在這種情況下，很明顯，驅替介質傾向于選擇性地沿最小阻力的路徑例如高抗?jié)B帶行進并在其中快速滲透而包圍住油。在這些不利條件下，生產(chǎn)井將快速供給一些驅替介質，與油相比，其量太高以致強化采油方法不再有利可圖。為改變這一特點和減少優(yōu)先通道所采取的解決方案有A-堵水，其中注入聚合物和交聯(lián)劑以在這些優(yōu)先通道中優(yōu)先產(chǎn)生凝膠。然而，由于無任何效果或阻斷注入而必須再通過聚合物的化學降解進行解決，故許多堵水已失敗。 US3741307A公開了一種這類方法，其中向油藏中注入液體試劑如硅膠以形成封堵材料而降低地層的滲透性。B-注入在油藏中粘度隨時間增大的交聯(lián)聚合物-Dow(US 4182417)注入一種粘性的交聯(lián)聚丙烯酰胺乳液。-BJ注入一種在鹽水中的交聯(lián)乳液，其降低粘度和通過在油田稀釋達到其效果 (US 5735 349)。-BJ注入一種在烴中的雙重交聯(lián)乳液(穩(wěn)定和不穩(wěn)定的)，其通過水解獲得其粘度 (US 5466792)。-Nalco (US 2003-149212和US 2003-155122)注入一種在水中的雙重交聯(lián)聚丙烯酰胺乳液的懸浮體(穩(wěn)定和不穩(wěn)定的)，其通過在油田溫度下水解變粘或通過注入堿變粘。但這些工藝的裝配需要使用大量和特定的資源，其僅作為最后手段采納。此外，聚合物注入井的數(shù)量(某些油田上有數(shù)千個)要求既簡單和廉價的解決方案。當前的調剖方法不能達到此目的。US4415033A公開了一種采油方法，包括向地層中引入含表面活性劑的膠束流體， 然后引入含聚合物的流度控制流體。注入的流體的粘度從其前部的低粘度到其后部的較高粘度不等，從而防止因聚合物和表面活性劑的干涉而在注入的流體內(nèi)形成粘性區(qū)。本發(fā)明克服了所有上述缺點，特別是設計以減少優(yōu)先通道，同時聚合物用量低且采油速率高。本發(fā)明涉及一種用于強化采油的新型和特別有效的連續(xù)方法。已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，其可保持強化采油用驅油流體的品質。-首先，在高滲透帶中注入粘度比原地的油高的粘性液段塞，這意味著注入含聚合物的段塞，直至所述聚合物的濃度增加到達到高于油藏內(nèi)的油的粘度的粘度，-然后，在優(yōu)先通道已被處理后，通過降低注入的驅油流體的粘度至正常，這意味著漸進地降低聚合物的濃度直至達到初始粘度用于回到初始采油速率。更確切地說，本發(fā)明的一個目的是通過注入粘度高于油的聚合物來堵塞含油地層中存在的水的優(yōu)先通道，即通過注入粘性液段塞來調剖。因此，粘性液段塞將充滿被水侵襲的高滲透帶而成比例地降低通過速率。恢復注入時的初始粘度將起到回到初始采油速率的作用，但“含油量”(油/水比)要高得多。輔助作用是減少產(chǎn)出每桶油所需聚合物的量。換言之，本發(fā)明涉及一種在含油地層中的強化采油方法，所述含油地層具有構成注入液體的優(yōu)先通道的高滲透帶，所述方法包括-a)任選地確定待處理的優(yōu)先通道的體積，-b)通過向地層中注入有利的相應體積的濃度為使得水溶液的粘度高于油的粘度的基于水溶性聚合物的水溶液(粘性液段塞)，來處理優(yōu)先通道，-c)完成步驟b)后，注入聚合物濃度較低的與b)中所用水溶液具有相同組成的水溶液。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，確定待處理的優(yōu)先通道的體積-在時間Tl時，向含油地層中注入含示蹤劑的水溶液，-然后測定注入的水溶液的量直至在所產(chǎn)出的水中出現(xiàn)示蹤劑的時間T2，通過用注入速率乘T2與Tl之差。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案，確定待處理的優(yōu)先通道的體積-在時間Tl時，向含油地層中注入含示蹤劑的聚合物水溶液，-然后測定注入的水溶液的量，直至在所產(chǎn)出的水中出現(xiàn)示蹤劑的時間T2，用注入速率乘T2與Tl之差。在第二實施方案中，含示蹤劑的水溶液中存在的聚合物與意在處理優(yōu)先通道的注入溶液中存在的聚合物相同。優(yōu)選含示蹤劑的水溶液中存在的聚合物濃度相對低于意在處理優(yōu)先通道的注入溶液中存在的聚合物濃度。根據(jù)另一特征，含示蹤劑的水溶液中存在的聚合物濃度與步驟b)結束時溶液中注入的聚合物濃度相同。更確切地，所述方法的步驟實際如下步驟1 (分析)產(chǎn)出水中聚合物和/或示蹤劑的存在或含水率的大幅提高的先驗確定。該步驟用來檢查可能存在的優(yōu)先通道及因聚合物的降解而將注入的過量聚合物。步驟2 (分析)當確認存在優(yōu)先通道時，測定驅油流體在高滲透帶中的通過時間。 該測定用示蹤劑(通常是碘)進行，將示蹤劑注入注入井中并然后測定在產(chǎn)水井中再現(xiàn)其蹤跡所需的時間。然后將該時間轉換成注入體積(V)(流量X時間)，如此測得的體積對應于待處理的體積。步驟3 (注入)然后向地層中注入與體積V相似體積的粘性液段塞，如果可能，要考慮聚合物的降解。術語粘性液段塞指在安全系數(shù)為約10-30%的擴展速率下粘度比原地的油高的驅油流體。由于在此階段期間油的驅替，故可相對于測得的體積V注入額外的體積。更確切地，為獲得此濃度，應漸進地減小聚合物溶液的稀釋度，同時通過注入的體積保持注入壓力，以避免地層斷裂。這僅通過在控制面板上改變輔助設備或制品的注入?yún)?shù)進行。
在困難的情況下，該高濃度注入可根據(jù)V持續(xù)1-5周。步驟4 (注入)注入體積V的粘性液段塞后，緩慢增加稀釋度以恢復正常聚合物注入，同時檢查注入壓力。根據(jù)本發(fā)明，使用的水溶性聚合物不需要開發(fā)特定的聚合方法。其可通過本領域技術人員熟知的任何聚合技術(溶液聚合、凝膠聚合、沉淀聚合、隨后進行或不進行噴霧干燥步驟的乳液聚合(水乳液聚合或反相乳液聚合)、懸浮聚合、隨后進行或不進行沉淀步驟的膠束聚合)獲得。實際上，所用的聚合物包含a)至少一種單體，其選自非離子單體丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、醋酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯、烯丙醇、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺，b)和任選的一種或更多種離子單體，其選自具有羧基官能團的陰離子單體(例如丙烯酸、甲基丙烯酸及其鹽)或具有磺酸官能團的陰離子單體(例如2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(ATBQ及其鹽)。所述聚合物可以是線形的、支化的、締合的、梳形的、嵌段的等，但在任何情況下均是水溶性的。實際上，所述聚合物的分子量高于500萬g/mol，有利地高于800萬g/mol，特別是用于處理滲透率高于500毫達西的優(yōu)先通道。優(yōu)選所述聚合物是水溶性的、基于丙烯酰胺的陰離子的，并且分子量通常為800 萬到3000萬g/mol之間。陰離子性來自共聚合、共水解或后水解過程。根據(jù)本發(fā)明，含示蹤劑的水溶液中存在的聚合物濃度以質量計在500到3000ppm 之間變化。類似地，粘性液段塞中的聚合物濃度以質量計在IOOOppm到IOOOOppm之間變化。根據(jù)本發(fā)明，使用的示蹤劑不需要任何特定的開發(fā)。其通常是本領域技術人員熟知的并且可以是-染料類型的，通過比色，選自熒光素或熒光素鈉的衍生物，-放射性同位素類型，選自Na24、Ca47、J131、銫、氚，-鹽水類型，通過微量化學測定，選自碘化鈉或碘化鉀、氯化鉀、硫酸鋅或硫酸銅。如果產(chǎn)出水中的油濃度開始降低，則根據(jù)本發(fā)明的處理方法可進行一次或反復進行。根據(jù)本發(fā)明的改進的強化采油方法使產(chǎn)出水中油比例提高為2-10倍。此外，已發(fā)現(xiàn)，除提高油田的采油速率和總產(chǎn)量外，本發(fā)明的實施還將減少產(chǎn)出每桶油所需聚合物的量，與現(xiàn)有工藝相比，這是一個驚人突破。下面結合非限制性實施例更全面地示意本發(fā)明，特別地，這些實施例不能視為對聚合物的組成和形式的限制。
實施例所選油藏具有如下特征-壓力100巴-溫度45°C
-鹽度5000ppm TDS-油粘度25cps-水粘度0.6cps-垂直/水平滲透率比(Kv/Kh):01-Swir “束縛水飽和度”井中存在的水的比例0. 25-Sor “殘余油飽和度”井中非可采油的比例0. 30運行方案如下注入速率200m3/h。井下壓力保持在170巴的破裂壓力之下。開始開采時80m3/天每井。可調節(jié)該起始量使生產(chǎn)井的最小井下壓力保持在10巴。注入的聚合物為分子量為1500萬的丙烯酰胺/丙烯酸鈉共聚物。在含低于200ppm氧的氮氣下通過使用PSU (W0 2008/107492)將其溶解在原液中， 濃度為IOg/升，初始氧濃度為20ppb。然后用含IOppb氧的經(jīng)處理的產(chǎn)出水稀釋。將該原液稀釋至800ppm，得到Brookfield UL 6rpm粘度為19cps，零剪切粘度 (zero-rate viscosity, Bohlin Gemini)為 35cps。油田先前通過注水處理至水中油濃度為4%，2%油時的理論計算采收率為 24. 3%。然后注入含SOOppm的聚合物溶液，持續(xù)3年以上，直到產(chǎn)出的油濃度為7 %，2 %油時的計算采收率為32.5%。注入碘示蹤劑，于第17天在所產(chǎn)出的水中發(fā)現(xiàn)，注入體積為3400m3。所產(chǎn)生的聚合物的分子量為1250萬。具有這些詳細情況，為同時考慮降解和稀釋，決定將聚合物濃度增至1200ppm，以獲得 35cps 的 Brookfield UL 6rpm 粘度和 70cps 的零剪切粘度(Bohlin Gemini)。在保持注入壓力的同時漸進地減小水流量，對于1200ppm的聚合物，流量在130m3/ 天時達到平衡。保持該流量沈天。然后恢復水和聚合物流量同時監(jiān)測注入壓力8天。產(chǎn)出水中油的比例升至沈%，計算表明在2 %的最終濃度時采收率為約44%。就產(chǎn)出的油而論，在2年的時間內(nèi)，聚合物的消耗量減少到小于1/3。這種方法的使用不需要改變地面設備，也不需要新的化學品。這可取代降解非常高的油田情況下作為解決方案選擇的持久和大幅增加聚合物消耗量的做法。
權利要求
1.一種在含油地層中的強化采油方法，所述含油地層具有構成注入液體的優(yōu)先通道的高滲透帶，所述方法包括a)通過向所述地層中注入濃度為使得水溶液的粘度高于油的粘度的基于水溶性聚合物的水溶液，來處理所述優(yōu)先通道，b)完成步驟a)后，注入聚合物濃度較低的與b)中所用的水溶液具有相同組成的水溶液。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括在處理所述優(yōu)先通道之前，確定待處理的優(yōu)先通道的體積。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，為確定待處理的優(yōu)先通道的體積-在時間Tl時，向所述含油地層中注入含示蹤劑的聚合物的水溶液，-然后測定注入的水溶液的量直至在所產(chǎn)出的水中出現(xiàn)示蹤劑的時間T2，通過用注入速率乘以T2與Tl之差。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于，所述含示蹤劑的水溶液中存在的所述聚合物與意在處理所述優(yōu)先通道的注入溶液中存在的所述聚合物相同。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，意在處理所述優(yōu)先通道的基于聚合物的所述水溶液的注入通過漸進地減小所述含示蹤劑的聚合物水溶液的稀釋度同時保持相同注入壓力來進行。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，完成步驟b)后，所述水溶液的注入通過稀釋意在處理所述優(yōu)先通道的注入溶液同時保持相同注入壓力來進行。
7.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于，含示蹤劑的所述聚合物水溶液的聚合物濃度以質量計為500 3000ppm。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，意在處理所述優(yōu)先通道的所述水溶液的聚合物濃度以質量計為1000 lOOOOppm。
9.根據(jù)前述權利要求中的一項的方法，其特征在于，所述聚合物的分子量高于500萬 g/mol0
10.根據(jù)前述權利要求中的一項的方法，其特征在于，所述聚合物包含a)至少一種單體，其選自非離子單體丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、 醋酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯、烯丙醇、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺，b)和任選的一種或更多種離子單體，其選自具有羧基官能團的陰離子單體丙烯酸、 甲基丙烯酸及其鹽，或具有磺酸官能團的陰離子單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(ATBS) 及其鹽。
11.根據(jù)前述權利要求中的一項的方法，其特征在于，所述示蹤劑為-染料類型的，選自熒光素或熒光素鈉的衍生物，-放射性同位素類型的，選自Na24、Ca47、J131、銫、氚，-鹽水類型的，選自碘化鈉或碘化鉀、氯化鉀、硫酸鋅或硫酸銅。
全文摘要
一種在含油地層中的強化采油方法，所述含油地層具有構成注入液體的優(yōu)先通道的高滲透帶，所述方法包括a)通過向所述地層中注入濃度為使得所述水溶液的粘度高于油的粘度的基于水溶性聚合物的水溶液來處理所述優(yōu)先通道，b)完成步驟a)后，注入聚合物濃度較低的與b)中所用的水溶液具有相同組成的水溶液。
文檔編號E21B43/20GK102257094SQ200980150973
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者勒內(nèi)·皮希 申請人:S.P.C.M.股份公司