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黄原胶在油田开发中的应用

发布日期:2014-09-22 09:46:44
黄原胶在油田开发中的应用详细研究先容
黄原胶在油田开发中的应用
黄原胶在油田开发中的应用,黄原胶是一种由黄单抱杆蔺分泌的皰外多糖生物聚合胶。文章<1、绍了黄原胶的分子 组成、化学结构、性能及制备方法。黄原胶应用广泛,由于其具有良好的增粘性、流变性等优良性能, 在油田开发中已开始被应用于钻井液、完井液、调剖堵水及三次采油。本文阐述了其在调剖堵水以 及三次采油上的应用,并给出了各种应用实例。矿场实践初步资料表明,黄原胶是一种多故能的、应 用故果比较好的油田化学助荆。最后分析了黄原胶应用中存在的问题,展望了其应用前景。
黄原胶是由微生物黄单胞杆菌分泌的胞外多糖 生物聚合胶,无毒,溶于水,为阴离子电解质多糖。
(一)结构
黄原胶是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D■葡萄糖醒 酸、乙酰基及丙酮酸组成的高分子酸性胞外粘性杂 多糖(见图1)。其分子是以纤维素为主链,带有许多 *随着油田开采程度进一步深入,地层发生很大 变化,开采难度增加,钻采工艺也随之不断更新发 展,对油田化学助剂亦提出更高要求。原有纯化工产 品已不能很好地适应现场应用,急需开发新型油田 化学助剂,以期提高其投入产出比。国外于60年代 即已着手研制开发生物聚合物,并且成功地选育出 黄单胞菌株,制备出黄原胶。接着,在矿场使用黄原 胶,应用效果较好。国内的南开大学、山东大学微生 物学系、中科院微生物所、辽河油田及探矿工艺所也 相继开展了黄原胶的生产开发和应用研究。
黄原胶是一种生物聚合胶,可用作增稠剂、乳化 剂、稳定剂、成型剂和悬浮剂,广泛应用于食品工业、 轻工业、化工业、农业及石油工业。黄原胶在油田开 发中也开始应用于钻井、完井、调剖堵水及三次采 油,被形象地喻为“油井的优质催产素”。
 
黄原胶的理化性质稳定:耐酸碱,抗盐,抗钙,抗 剪切降解并具有热稳定性(见图2?4)。找独特的分 子组成和化学结构赋予黄原胶许多优良性能:好 
 
 
的增粘性(见图5)、优越的流变性(见图6)、乳化稳 定性、悬浮性及良好的兼容性,因此黄原胶对于不同 类型、不同性质的油气田都有广阔的适用性。
0255075' 1〇〇
91 度(C)
<sic!™totx>« 
黄原胶由于其良好的增粘性及流变性,可在钻 井液、完井液中作增粘剂。黄原胶在盐溶液中溶解性 好,不絮凝,不沉淀,抗温性增强,水溶液具有较强的 结构粘度,辽河油田研制的卤水水包油完井液外相 为高矿化度水溶液,由于黄原胶不会与高矿化度地 层水发生作用,特选用它为增粘剂,试验表明,在相 同条件下黄原胶的提粘切效果好于其它增粘剂且乳 化稳定性好(见表1)。 
S3通度对黄簾胶粘度的影《
注,黄原K浓度为0.5%。
 
〇13501357
浓度(%)浓度(%>
ab
图4盐对黄原胶粘度的彩鴯
汉:黄原肢浓度为0.4%。
 
 
 
图5黄原胶的增粘性曲线囝6黄原胶的触变性曲线
用黄原胶作为添加剂的钻井泥浆处理剂剪切稀 释作用强(见表2);抗盐、抗钙污染能力强(见表3)»
悬浮加重剂能力显著,明显优于PAM、CMC;抑制 劣质土和水敏性页岩膨胀和垮塌能力较强,少用或 不用搬土就能达到充分洗孔目的。
黄原胶用于压裂液可以增粘并减少地层伤害; 也可作为驱油液的增稠剂和流度控制剂,黄原胶在油田开发中的应用,应用于油 田调剖堵水和三次采油,提高了原油采收率。
 
 
表1増粘剂对卤水水包油完并液性能的彩响
增粘剂
(0.2%)表观粘度 (mPa • s)塑性粘度 (mPa • s)动切力
(Pa)初切/终切滤失量
(mL)乳化稳定性
ABABABABABAB
HV-CMC29.532.523256. 57.50. 280. 307.227分层分层
HEC69.570.0515018. 520.00. 360. 404.832稳定分层
MA-87116.526.012301.56.00. 380. 306.418分层分层
XC+ 9.053.5343615.017.50. 440.496.07.0稳定稳定
注:A—常a测定的性能,B—30C恒温16h测定的性能
表2 XCu. s、XC13,、PAM、CMC流变性性能对照表
处理剂名称XCu.sXCi31PAMCMC .
浓 度(%>0. 050.2,0.40. 050.20.40. 050.20.40. 050• 20.4
性荑切稀释指数21469718626669712421154207282755
獼度系败0.622.99.39.30.272.90. 020.612.60. 060. 240.
0003
.ft性指数0.400.420.350. 590. 420. 361.00. 650.550. 730.551.59
表3 XCm、PAM抗汚染能力对黑表
使用浓度0.3%0.4% 病黄单胞菌)发酵生产的发酵液通过后提取工艺处
比较項目抗盐能力抗《能力 理而回收得到的,其工艺流程见图8。其中,预处理
XC,s抗饱和盐水0.05mg/mL 的方法有离心法、过滤法、酶处理法、次氯酸盐氧化
PAM0. 002mg/mL0.000 2mg/mL 法。采用有机溶剂沉淀,黄原胶可与低级醇混合,待
混合液中的醇浓度超过50%,黄原胶能以纤维状沉
(=)^淀的形式提取出来,同时还可部分洗脱掉发酵液中
黄原胶制品是由野油菜黄单胞菌(或甘蓝黑腐的色素、外源盐类及菌体细胞。 
 
囝8黄原胶后提取工艺流程图
 
三、黄原胶的矿场应用
(一)在钻井作业上的应用
1,美国的Kelco油田集团研制成功一种以黄 原胶作为增粘剂的高度精制的完井生物聚合物泥 浆,黄原胶在油田开发中的应用,其主要组分为黄原胶、盐、加重材料、降失水剂、 pH值控制剂、杀菌剂、防腐剂和解絮凝剂等。该泥 浆的携屑和悬浮能力强、润滑能力好且对地层无损 害,由此解决了用普通钻井液打水平井时发生的井 眼清洁不充分等问题。美国和其他国家的矿场应用 表明,应用这种泥浆打水平井效果良好。
2,辽河油田研制的低搬土生物聚合物水平井 钻井液是一种特别适用于稠油油藏的优良水平井钻 井液。其组分中选用了黄原胶,因此具有高结构低触 变流变特性,所以该钻井液结构性强,环空钻屑不易 于在下井壁沉积,少量沉积钻屑也不能形成坚实的 沉积带,有利于防止井眼中未被清除的钻屑形成岩 屑床;合理调整钻井液流变参数,可减小斜井段大小 环空的流速差,提高井眼净化能力。冷平1井的应用 实践即为一例证。冷平1井在井深1 465 m,井斜 80°时,下入单弯螺杆钻具,仅开排量26 L/s,钻进 43 m不返钻屑,起钻正常,再次下钻顺利到底,开双 泵循环并旋转钻具,岩屑大量返出。
3,探矿工艺所研制成功的XC131生物聚合物 泥浆,是-种优良的多效能泥浆处理剂。该种泥浆在 砂砾、卵石层水文钻井以及岩盐矿、石膏矿、煤地层 钻井的使用比较简单、方便、有效,一般不需要再添 加其它处理剂来调节泥浆的性能.
(二)在调剖堵水上的应用 调剖剂一般指能调整注水地层吸水剖面的物 质,通过提高波及体积而增加采收率。用铬的多核羟 桥铬离子交联的黄原胶即为一种理想的调剖剂。 黄原胶的侧基上含有羧基,可与三价金属离子
(如铬和铝)发生交联反应,形成冻胶。这类弱粘合交 联使剪切变薄,保留其假塑性,并当剪切力降低时形 成其胶联力,使得凝胶能在地面混合后再注入地层。 研究表明,用羧酸铬及新生态三价铬作为交联剂时 反应速度比直接用三价铬时较为缓和,所生成的冻 胶有良好的稳定性,在注水井调剖方面已得到C业 性应用。
美国俄克拉何马州东南Bradley油田的A区, 由三层砂岩组成,油层层深为2 713?3 292 m,射开 油层的平均厚度为14 m,油藏渗透率差异大,其平 均值为58 10、m2。1958年开始进行注水开采以保 持地层压力。在该区选择了 4 口油井试注黄原胶生 物聚合物。这4 口井均未进行过任何修井作业,也未 采取过任何增注措施。注入聚合物前后都进行了放 射性测井和压降试井,结果如表4。 
表4注聚合物前后井ft对照表
并号注聚合物前注聚合物后
注水压力 (MPa)吸取能力kh
(10'3/^m2/ m)渗透率(l〇-Vm2)表皮系数注水压力 (MPa)吸取能力kh
(l〇*3^m2/m)渗透率(urVrn2)表皮系数
abab
L-1324.2210.39.343. 1-5.1030.2232.310.3<42.0-2.2
N-1329. 1344. 612.3141.3-5. 9031.2246.38.867.4-1.5
N-1529.2230. 715. 129. 1-5. 0738.6108.17.19.6-4.6
0-1332- 0286.510. 259.3-5.0834.8262.19-243.0-3.8
 
事实表明,每口井的裂缝在高度或泣度上或在 这两个方面都有所扩展,黄原胶在油田开发中的应用,井筒周围的进水层位已经 发生变化,从而达到调剖的丨彳的(见阁9)。注入聚合
注入聚合物后裂缝的延伸
 
图9通过注聚合物增加了面积波及范围
物后一年,原油产量平均高于基线产t 2 8 %,共增 产原油约3 . 97 4X 106 1,相舀于埒注入0. 454 t聚合 物增产原油127. 2 t。原油产量仍在持续增长。
中原油田采油二厂于1997年初在濮2-31井、 2-319井实施了黄原胶调剂堵水,采用黄原胶-钠土 双液法调剖封堵高渗透层,井用钙水泥强化封 堵,以增大注水波及系数,提高采收率。濮2-31井、 2-319井的完钻层位为沙二段,井深均达2 500 m左 右,2-31井的调剖层厚度达30. 67 m,2-319井的调 剖层厚度为17. 2 m,调剖前后的水井生产状况如表
5所示。
表5调创前后水井生产数据表
调剖前调剖fe
并号泵压
(MPa)油压
(MPa)实注
(m3/d)泵压
(MPa)油压
(MPa)实注
(m3/d)
2-3115.05.520013.06.3184.6
2-31915.59.012015.010. 578.0
(三)在三次采油上的应用
驱油剂是指从注入井注入地层,并将油驱至采 油井的物质。聚合物驱油是通过提高波及体积而增 加采收率,驱油剂必须与其它强化驱油作用的油田 化学剂(如示踪剂、调剖剂、堵水剂、牺牲剂、流度控 制剂等)协同使用。
黄原胶分子结构是半刚性的棒状,在流场变化 的条件下,只是改变r其棒状分子的排列顺序,并无  
拉伸存在。黄原胶在微孔介质中,无论剪切速率高还 是低,都表现出剪切稀释特性。
这就说明,黄原胶作为驱油剂时,不会由于孔喉 大小和流场的变化而产生附加的粘度升高,即其粘 度比较稳定。德国Eddesse-Nord砂岩储层实施了黄 原胶聚合物驱先导试验。该储层深350 m,地层温度 22X:,平均渗透率为lMm2,厚度为5 m,粘土含量为 10%。1985?1988年,将黄原胶以2%的发酵液配置 注入2 口井中。油井含水率为(80?92)%,总计注入 9 450 kg。溶液的粘度为12 mPa.s,总计增产原油1 000?1 500 m3,为原始石油地质储量的(5?7)%, 1%7年含水率降低到(30?40)%,
中原油田胡七南块的开发层位是沙三中9?10 砂层组,含油井段为1 755?1 832 m,含油面枳为 0. 46 km2,平均有效厚度为11. 6 m。1986年投入注 水开发,1989年采用了 150 m井距、正方形井网、五 点法面积注水方式进行了细分层系、加密井网调整。 “八五”期间,在该块建立了三次采油试验区,选用癥 粒一聚合物型堵剂与黄原胶调剖相结合以封堵大孔 道,试验了 7 口井10井次,取得良好的降水增油效 果(见表6),投入产出比为1 : 3. 35,年获利系数为 0.261,综合效益系数为1.385„同水举相比,黄原胶在油田开发中的应用,在综合 含水达到95%时,其最终采收率由18. 004%提高到 23. 307%,采收率提高了 5. 303%。 
*6奴••镧«和t地舞鑪*鎗计表
.调《井号饞工
日期
(月•曰)对应
油井调翁产状调后产状有效时间
(mon)累计增油
(t)累计降水
(m3)
(m’)油
(t)含水率
(%)液
(m3)油
(0含水率
(%)
胡 7-1634. 26?5,3 7.4 ?7. 57-16038.34.386.242.74.786.04290140
7-16531.8874.846.01371.93250100
7-13328.62.790.629.05.182.42134134
胡 7-1527.18 ?7.197-15161394.86汶197.20未见效未见效
7-15535.52.59341391-711515
期 7-1565.17 ?5.21 7.8 ?9. 97-18222289.626.73.885-811461440
7-12310461.317.95.067.00.51550
朗 7-1667.13 ?7.16 7.19?7. 207-160547.785.742.74.786.04
7-1654413.269.346.01371.93
7-133295.182.429.05.182.42
胡 12-449. 7 ?9. 912-43112595104792.78540478
12-60000000
12-12714.21.290-115.41.490123
胡 7-1584.16 ?4.217-15374295.858.13- 193352.459.6
7-15535.52-593
均为1994年讅工合 计1 7691 420
 
四、存在问题及前景展望
(一)存在问麵
尽管黄原胶具有许多优良的性能,并在油田生 产中获得广泛应用,但它作为油田化学剂的使用还 存在着一些有待解决的问题。
1,黄原胶的生产工艺要求高,生产成本高;并 且广泛应用于食品工业、轻工业、化工业、农业等,市 场需求量大,供求矛盾十分突出,因此价格较贵,在 一定程度上限制了应用。
2,开采地层较深(比如中原油田的开采层深 达到3 000 m左右),黄原胶在油田开发中的应用,地层温度较高,容易引起黄原 胶的化学降解,影响使用效果。因此,选育优良的耐 高温菌种乃当务之急。
3,地层微牛物的分解作用也有可能使得黄原 胶发生生物降解,因此往地层注入黄原胶时需同时 加入甲醛等杀菌剂以控制其生物降解。
4,黄原胶中微量的污染物和微粒凝胶可引起 地层堵塞,使用前要对黄原胶进行酶处理或严格的 过滤以保证其纯度。
(二)前最展望
1,寻找耐盐性更强、产率更高的菌种,研制更 耐温、更稳定的黄原胶是最根本的解决问题的途径, 也是国内外微生物学界所致力研究的项目之一。
2,探索经济有效的黄原胶生产工艺,采用非 醇法生产,以简化设备,降低生产成本。
3,为了更好地应用于现场,要认真研究地质 地层构造以及开发现状,制定合理的施工方案,采用 恰当的施工方式,以期增强应用效果。
4,黄原胶单井使用方便,无需进行整体布局 规划,因此尤其适用于断块油田的幵采,较之其它调 剖剂,其应用效果也更为显著。
随着油田开发的不断深入,开采程度逐步提高。 为了适应现场应用的需要,油田化学助剂也在不断 更新发展,由无机物发展到有机物直到如今的生物 聚合物。可以想见,黄原胶在油田开发中的应用,随着生物技术的不断发展,并与 油田幵发实践有机结合,新型的油田化学助剂—— 生物聚合物将越来越显示出其巨大的发展潜力及良 好的应用效果,并将逐步取代现有的有机高分子类 油田化学助剂。
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