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工程生物流體完美解決各類油田開發難題

工程生物流體完美解決各類油田開發難題

生物化學工程是生物學與化學工程相互滲透而逐步形成的一門新學科,它研究和解決生物反應過程中具有共性的工程技術問題。國外HPPE公司利用這項技術研發了一系列的油田化學用劑,大大地解決了現場壓裂、鉆完井作業中遇到的一系列問題。

來自 | E&P
編譯 | 張毅

生物化學工程作為一項新技術,被引入并應用于許多不同的領域。在許多行業中,這些經過生化改造的產品能夠以更低的成本提供更為優越和獨特的性能,且對環境也更為友好。就像真空管更新到硅片一樣,新一代的工程生物流體(EBF)比第一代生物聚合物的性能更為優良,因為它們從分子水平上提出了生化工程改造方案。為滿足特定的需求,這些EBF特意選擇了成熟的聚合物,并配合精確的分子取代技術一起使用。這種新性能首次為許多行業,包括石油行業,提供了一種新穎優質的低成本方案。

生物聚合物技術對石油行業來說并不陌生。比如,瓜爾膠和黃原膠就是兩種常見的生物聚合物。工程生物流體的獨特之處在于,它可以從分子水平上設計一個新產品,使其化學性能更加契合特定的任務需求。

為優化各行各業產品的性能,生物聚合物被設計成不同的形狀,且具有不同的分子交換特性。比如,石油行業中不同類型的EBF聚合物的性能就各不相同,既可以用來減阻,也可以用作粘土等靶面的包覆層、控制表面活性劑用量和粒度、封存硫化氫、控制塵埃以及優化固井效果。同一種聚合物能夠設計具有不同的分子間相互作用方式,從分子取代基水平提高聚合物的功能性。在生化工程設計階段,為了適用不同的用途,分子定制技術能夠通過特殊的分子取代來對分子結構進行微調。

能夠描述這個過程的一個很好的例子就是HPPE公司的CS3315粘土抑制和微粒穩定產品。該產品優化了基礎聚合物分子之間的相互作用,使其更易吸附到粘土上,能夠通過其長鏈結構增強粘土成膜和微粒的穩定性。為提高生物聚合物性能,可通過分子水平的取代反應將目標分子置換到基礎生物聚合物上。最終產品成為首款既能解決粘土膨脹又能解決微粒運移問題的化學品。由于CS3315是一種工程生物流體,因此它的結構更加完善,具有可持續性、環保的優點,并且成本更低。

這些功能化生物聚合物還有許多優點,比如分子結構穩健,功能強大,在常規pH、鹽度和微量金屬范圍內很穩定,且具有強健的電子交換特性。

生物粘土穩定劑

在水力壓裂或其他會導致外來流體入侵的作業中,粘土抑制和泥頁巖穩定是優化油藏開采的一個重要方面。HPPE已向水力壓裂界推出了生物聚合物類的粘土穩定系列產品——ClayStabilizer(CS),包括CM3300、CM3315和CM3330。這些產品是經改造的生物聚合物,具體來說,是高分子量功能化多糖分子,在抑制粘土膨脹和微粒運移方面已顯示出卓越的效果。

由第三方(多家)獨立對上述產品的粘土抑制性進行了實驗室測試,試驗結果均表明CS系列產品抑制粘土膨脹和運移的效果優于目前市面上的其他同類產品。在毛細吸水試驗、熱滾以及流動實驗中,CS系列產品也表現出相同的優越性。

工程生物流體完美解決各類油田開發難題

人造巖心流動實驗通常不會記錄濾液的性質。目測法是判斷化學品微粒運移趨勢的一種有效方法。上圖是典型的粘土包流動實驗產液的圖像。該圖像顯示產液中含有大量的運移微粒,并伴有一種主要的粘土抑制劑。但是使用HPPE CS系列產品時,產液清澈透明。這表明工程生物流體確實是一種更為優良的抑制微粒運移的流體。這是因為,為實現控制微粒運移的目的,CS系列產品經過了專門的設計,優化了聚合物鏈長度和電子交換引力。由于其他樣品濁度較高且粘土包流動實驗裝置尺寸較小,目測法預計將觀察到常規工業的粘土膨脹抑制產品會產生大量的運移微粒。在很多地層中都能看到這種現象,這是因為在存在粘土膨脹和運移問題的地層中,只解決了粘土膨脹的問題。

常規油田作業必須泵送兩種不同的化學品來分別解決粘土膨脹和運移這兩個問題。CS功能化生物聚合物經過特殊設計,一種化學品能夠實現兩個目的。此外,因為它是液體,可以散入到整個油藏和裂縫系統中,為解決粘土運移和膨脹提供了一種最佳的方案。出于成本和運輸的考慮,作業人員抑制粘土膨脹時,往往會忽略微粒運移,雖然運移問題如觀察到的一樣,十分常見。使用HPPE的粘土抑制生物聚合物,就可以解決必須泵送兩種不同化學品的問題,這樣也就降低了作業成本。

生物表面活性劑

表面活性劑在油田的增產、鉆完井液中的應用十分廣泛。其中一個主要作用就是減少儲層流體與壓裂液之間的相互作用,從而減少對地層的傷害并提高油井產量。

HPPE表面活性劑由納米級的表面活性劑微滴組成。微滴尺寸是一個很重要的新指標,它形成的穩定、小尺寸分散相可以降低液體與液體之間、液體與礦物之間的表面張力,同時,也能進入非常規油藏的特低滲透區域。此外,一些測試表明HPPE的工程生物流體表面活性劑能夠減少吸附損耗,這也是完井中經常遇到的一個問題。

界面張力是增加相鄰不混溶兩相之間的界面尺寸所需做的功。表面活性劑能夠降低界面張力,增加地層原油的流動性,進而提高原油采收率。與常規工業表面活性劑相比,HPPE生物表面活性劑能夠更好地降低界面張力,因而非常具有競爭優勢,在突破時間和原油產出率上的表現也十分優異。這些屬性加上是市場上最小的納米乳液,HPPE生物表面活性劑能夠最大程度地提升油藏接觸面積,并優化應用效果。這些特征最終構建了一種穩定的、具有納米級液滴的溶液,它能夠減小油藏中液體之間的接觸角。這款生物表面活性劑的常規濃度為0.5~2.0加侖/千加侖(加侖/千加侖,每千加侖補充水對應的產品處理量)。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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