• 实现地下油藏“全波及驱替”

    今年以来,新冠疫情席卷全球,全球经济深受影响,国际国内形势发生着深刻复杂变化。应当看到,在日益错综复杂的国际形势下,我国石油对外依存度在2019年已达72%,且还在持续升高,已成为全球最大的原油进口国,国家能源安全的重大风险防范日益迫切。然而,我国老油田开发难度不断提高,剩余原油主要富集于储层物性更差的相对低渗透纳微米孔隙区域,而正是在这些相对低渗透区域,以往开发技术难以突破。新挑战呼唤技术创新,纳米化学重点实验室从零开始,引进国际先进仪器、研发标志性设备、打造创新研究平台,“边建设、边研究、边应用、边调整”,建设了纳米基础材料实验平台、纳米化学剂物化性能表征实验平台和纳米化学剂智能驱油评价与模拟实验平台,取得理论认识、产品研发、现场应用三大创新,支撑低渗透油藏水驱开发取得颠覆性进步,充分发挥了重点实验室创新支撑平台的决定性作用。

    能源安全迫切呼唤低渗透油藏高效开发颠覆性技术。目前,全球平均采收率35%,我国平均30%左右,对于品质好的油田也仅能采出1/3,品质差的有90%原油留在地下,低/特低/超低渗透油藏成为未来资源的潜力区。普通水分子间的强氢键缔合作用形成的具有“大分子”网络结构的动态大分子“水团簇”难以进入到油藏中的纳/微米孔道,因此,普通水驱无法波及油藏低渗透区域的原油。如何能把油藏中常规水驱无法驱替的纳/微米孔隙中的原油有效驱替出来?纳米化学重点实验室科研团队在实验室主任罗健辉教授的带领下,密切跟踪国际科技前沿,针对油田的实际情况,对纳米材料表面进行创新性的分子设计与改性研究,研制出第一代纳米驱油剂产品,可有效地减弱/破坏水分子间的氢键作用,将“普通水”变为“小分子水”,即纳米水。在相同条件下,“普通水”中加入第一代纳米驱油剂iNanoW1.0可在“普通水”驱基础上再增加波及体积约13个百分点,增量主要来自“普通水”驱不可波及的超低渗区域,大幅度提高可采储量。

    纳米智能驱油剂赋予纳米材料特殊功能与智能特性。国内外均开展了大量的纳米技术基础与应用研究,然而,现有纳米驱油技术主要是将纳米材料与表面活性剂复配或进行表面修饰,仍未脱离改变油、水界面性质的思维,在原有水驱优势通道中做工作,没有实现油藏低渗区域有效开采,很难满足大幅度提高采收率的实际要求。事实上,纳米代表的不仅是一种尺寸,更重要的是体现纳米级材料功能的巨大突变与智能特性。通过进行创新分子设计与改性研究,逐步赋予纳米材料特殊功能与智能特性。正如中国石油集团原科技部总经理袁士义院士所说,纳米智能驱油剂将具备这样的特性功能:尺寸足够小,可以达到油藏的任意角落,实现全油藏波及;强憎水强亲油,遇水就跑,遇油就亲和,从而实现智能找油,智能避水;具备分散油聚并功能,实现残存油全驱替,捕集分散油,形成油墙。

    现场试验表明,第一代纳米驱油剂具有注入更低渗透新通道驱替增油特性。2018年11月起,在长庆油田陆续开展第一代纳米驱油剂井组、区块先导试验,试验效果持续见好,实现了降递减硬增油。先导试验结果表明,“纳米水”驱进入了原来水驱无法波及的更低渗透区域,纳米驱油剂使原来无法建立水驱驱替关系的超低渗储层,建立了水驱驱替关系。纳米驱油理论(纳米驱油提高采收率机理与纳米驱油技术)与实践相吻合,颠覆性发展了低渗透油藏水驱开发理论,改变超低渗储层流体渗流规律,意味着可以转变超低渗储层开发方式,这将是革命性的。

    纳米化学重点实验室在建设期内共申请、授权国内外发明专利30余件,制定企业标准2项,发表论文44篇,其中1篇论文发表在化学化工类世界顶级Angewandte Chemie期刊上,影响因子最高12.1(为中国石油发表论文最高影响因子)。“纳米驱油技术”入选2018年国家“引发产业变革的重大颠覆性技术”,评为中国石油勘探开发研究院“2019年十大科技进展”,连续两年(2019年和2020年)入围中国石油“十大科技进展”。   目前,世界正经历百年未有之大变局,国际力量对比深刻调整,新一轮科技革命和产业变革深度融合,在成本、效益、产量的多重压力下,广大石油人也正面临着一场前所未有的提质增效攻坚战。纳米智能驱油战略从提出至今,已走过整整10年,石油科技工作者们必将不负众望,研制出性能更加优良的第二代、第三代产品,为提高原油采收率、为中国石油提质增效做出更大的贡献。

  • 罗健辉

    纳米化学重点实验室主任、教授

    纳米化学重点实验室是在集团公司科技部大力支持下,按照完全项目制组建的集团公司级重点实验室,经过多年发展,实现了从没有研究手段,到不仅拥有国际先进设备,而且自主研发出标志性设备的转变,形成了纳米驱油机理、产品研制、本质特性评价表征、先导试验等一系列创新成果,达到了国际领先水平,成为集团公司首个以支撑颠覆性技术研究为导向建立的重点实验室。纳米驱油技术2018年入选国家“引发产业变革的重大颠覆性技术”,并被中国石油集团评为“未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技术”之一,2019年入围集团公司“十大科技进展”项目。

    2011年,中国石油集团原科技部总经理袁士义院士创新提出了“尺寸足够小、强憎水强亲油、分散油聚并”的纳米智能驱油战略思想。在此基础上,实验室经过10多年摸索,形成了颠覆性认识:解决了现有成熟的提高采收率技术(如聚合物驱、复合驱等)对劣质资源的开发成效甚微的问题。实验室研发的纳米驱油剂,使普通水变成“小分子水”,即纳米水,可抵达常规水驱难以波及的低渗区域,增加可采储量,提高采收率。

    纳米智能驱油技术关键是解决水的问题。水看似简单,却十分复杂,是国际同行攻关的重点。普通水不是单分子存在,是水分子的聚集体。这就好比水是一粒米,黏在一起是一个饭团,我们就是要将饭团打散,让水分子聚集体变得更小,更容易进入低、特低、超低渗透油藏,注水驱油,产量不仅不递减,而且实现硬增油。纳米驱油技术在长庆姬塬油田先导示范区试验,实施9口注入井,不到10个月,对应38口采油井自然递减率由1.48%下降至负0.7%,累计递减增油1712吨,实施效果明显。

    未来,我们将瞄准不断挑战注水的“门槛”渗透率极限,向着气驱可及的渗透率极限发展,同时攻关使油分子聚集体变小技术,即“纳米油”,大幅度提高压裂效果,逐步赋予纳米驱油剂强憎水强亲油、分散油聚并功能,实现智能驱油目标。(记者谭萍采访)

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