本发明涉及用于聚合物驱油操作的方法和组合物。更具体而言，本发明涉及在碳酸盐储层中使用调谐水(tunedwater)和聚合物进行聚合物驱油操作的方法和组合物。
背景技术：
：聚合物驱油工艺是成熟的提高采油率(eor)技术之一，并且目前在碳酸盐储层的粘性油采收中具有一定的重要性。由于添加聚合物而增加的水相粘度降低了注入水的流度，从而提供一定的流度控制，并且减缓了在这种原油在驱替工艺中的粘性指感。聚丙烯酰胺系聚合物或共聚物是当今工业中最广泛采用的eor用聚合物。这些聚合物本质上是阴离子的，并且这些聚合物的增粘性受到盐度和补充水中存在的一价/二价阳离子的阻碍。部分水解的eor聚合物的负电羧基与带正电荷(例如，补充水中存在的一价和二价阳离子)的离子强烈相互作用。这些盐离子与聚合物链中带负电荷的羧基紧密结合以产生“卷曲状态”并抑制了聚合物分子在水中的伸长/溶胀以增加粘度。与一价阳离子相比，二价阳离子由于其与聚合物链的强桥接作用所以是更加有害的，并且二价阳离子甚至可以在相对较低的离子浓度下使聚合物从溶液中析出。因此，与低盐度水相比，采用高盐度水/海水的eor工艺通常需要更大量的聚合物，以实现在粘性油采收工艺中适当的流度控制所需的合适粘度(decentviscosities)。因此，高盐度水的使用通常局限于诸如海水等高盐度水容易获得的情况。这种高聚合物量的要求可能使成本受到限制，从而无法在含有粘性原油的某些地层中应用聚合物驱油技术。另外，地层温度和原地水组成可能影响为eor选择的聚合物的类型。在常规聚合物驱油操作中，注入流体中的聚合物浓度通常为1000ppm以上。对于涉及碳酸盐储层和粘性油采收的工艺，通常将注入流体作为至少0.3孔隙体积的有限段塞而注入。技术实现要素：本发明涉及用于聚合物驱油操作的方法和组合物。更具体而言，本发明涉及在碳酸盐储层中使用调谐水和聚合物进行聚合物驱油操作的方法和组合物。本发明的第一方面提供了一种在具有原位岩体的含有粘性油的碳酸盐储层中用于聚合物驱油操作的组合物。该组合物包含：聚合物，该聚合物能够有效地增加所述组合物的粘度；和调谐水，该调谐水能够有效地改变所述原位岩体的润湿性。所述调谐水的总溶解固体为5,000ppm至7,000ppm，所述总溶解固体包含盐，并且所述组合物的粘度为4cp至100cp。在某些方面中，所述聚合物包含丙烯酰胺和丙烯酸酯的共聚物。在某些方面中，所述聚合物包含丙烯酰胺和丙烯酰胺叔丁基磺酸盐(atbs)的共聚物。在某些方面中，所述盐可以选自由氯化钠、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁、碳酸氢钠以及它们的组合构成的组。在某些方面中，所述调谐水包含300ppm以下的二价阳离子。在某些方面中，所述调谐水包含400ppm以上的二价阴离子。在某些方面中，所述聚合物的含量为1,000重量ppm至3,000重量ppm。在第二方面中，提供了从碳酸盐储层中采收油的方法。该方法包括以下步骤：将调谐水/聚合物段塞注入所述碳酸盐储层中，其中所述调谐水/聚合物段塞包含调谐水和聚合物；使所述调谐水/聚合物段塞改变所述碳酸盐储层的润湿性；以及注入海水追随剂(seawaterchase)，其中所述海水追随剂能够有效地从所述碳酸盐储层中采收所述油。在某些方面中，该方法还包括：在使所述调谐水/聚合物段塞改变所述碳酸盐储层的润湿性的步骤之后，将调谐水段塞注入所述碳酸盐储层中的步骤。在某些方面中，该方法还包括：在使所述调谐水/聚合物段塞改变所述碳酸盐储层的润湿性的步骤之后，将一个或多个渐缩的调谐水/聚合物段塞注入所述碳酸盐储层中的步骤。在某些方面中，所述调谐水/聚合物段塞的体积为至少0.3孔隙体积。在某些方面中，所述油是粘性油。在某些方面中，所述油是重油。在某些方面中，所述调谐水的总溶解固体为5,000ppm至7,000ppm，其中所述总溶解固体包含盐。在某些方面中，所述调谐水/聚合物段塞的粘度为4cp至100cp。附图说明结合以下说明、权利要求书以及说明书附图，本发明的这些以及其他的特征、方面和优点将会变得更好理解。但是需要注意的是，附图仅示出了本发明的若干实施方案，因此不能认为附图是对本发明范围的限制，因为本发明的范围可以允许其他等效的实施方案。图1是对于实施例1的两种不同组合物，粘度对温度的图形比较。图2是实施例2中的eor采油率对从岩心驱油研究中注入的孔隙体积的图示。发明详述虽然将用几个实施方案来描述本发明，但是应该理解的是，相关
技术领域：
的普通技术人员将知晓，本文描述的装置和方法的许多例子、变型和改变都在本发明的精神和范围内。因此，虽然列出了本文描述的本发明的实施方案，但其一般性不应有任何损失，并且不应对权利要求书造成限制。本发明涉及与使用调谐水和聚合物有关的组合物和方法。本发明的组合物和方法可用于涉及碳酸盐储层中的粘性油采收的聚合物驱油工艺。有利的是，由于调谐水的较低的盐度和特定的离子组成，本文所述的组合物和方法将所需的聚合物浓度降低高达50％。特定的离子组成有利地与碳酸盐储藏的原位岩体和流体(包括原油和地层水)相互作用，以改变原位岩体的润湿性并提高孔隙尺度下的微观驱扫效率(sweepefficiency)。另外，与常规聚合物驱油流体(例如海水)相比，较低的盐度和特定的离子组成能够增加聚合物的增粘性，从而降低所需的聚合物浓度。有利的是，聚合物提供调谐水的更好的流度控制，这增加了宏观驱扫效率。有利的是，本发明的组合物和方法具有获得额外的增量采油率(高达5至10％)的协同作用。有利地，与用于碳酸盐储层中的粘性油采收的常规聚合物驱油工艺相比，本发明的组合物和方法由于较低的聚合物体积而表现出改进的效率和经济性。如本文所使用的“调谐水”是指经调谐的水化学物质的注入水；根据盐度和特定的单独离子组成进行调谐。在至少一个实施方案中，调谐水是含有约5,000ppm至约7000ppm的tds、300ppm以下的二价阳离子总量和400ppm以上的二价阴离子总量的较低盐度水。在至少一个实施方案中，二价阴离子是硫酸根，使得调谐水含有400ppm以上的硫酸根。调谐水在表面条件下的粘度可以在约0.9cp和1.0cp之间的范围内。调谐水在碳酸盐储层条件(例如约100℃的温度)下的粘度可以在约0.2cp和0.3cp之间的范围内。在至少一个实施方案中，可以通过用淡水稀释海水来制备调谐水。在至少一个实施方案中，除了上面指定的tds和离子以外，调谐水不含外部化合物或添加剂。期望在调谐水中一价离子贫乏而二价离子富集。在至少一个实施方案中，在用于聚合物驱油的调谐水中，优选较高量的硫酸根和较低量的一价阳离子和二价阳离子，以有利地使带正电的离子与聚合物中存在的负电羧基的相互作用最小化。碳酸盐表面通常在储层条件下的地层水盐度、组成和ph下表现出正电荷。原油的负电羧基附着至碳酸盐岩表面。不受特定理论的约束，该机理可以被理解如下。最初，硫酸根离子吸附在原位岩体的表面上，以减少该表面对原油中带负电荷的羧基的吸引力。钙离子通过结合到界面的油侧，从而进一步降低这种吸引力。而后，钙离子被镁离子置换，这是因为这些离子在较高温度下的反应性增加。岩石表面处的这些有利的离子相互作用将原位岩体的润湿性改变为中等润湿或水润湿状态，从而从储油岩石的孔隙中释放油。非活性一价离子的存在可以防止二价离子对在原位岩体表面处的相互作用的可接近性，从而降低该工艺的效率。因此，提供具有减少量的一价离子的注入流体是有利的。如本文所使用的“海水”是指含有大量二价阳离子的约35,000ppm至56,000ppmtds的高盐度水。表1示出了典型海水与代表性调谐水的比较。表1.海水和调谐水组成离子海水(ppm)调谐水(ppm)钠(na+)18,3001,824钙(ca2+)65065镁(mg2+)2,110211硫酸根(so42-)4,290429氯(cl-)32,2003,220碳酸氢根(hco3-)12012tds57,6705,761如本文所使用的“二价离子”包括但不限于钙离子、镁离子和硫酸根离子。如本领域技术人员将理解的，钙离子和镁离子是阳离子。如本文所使用的“一价离子”包括但不限于钠离子和氯离子。一价离子和二价离子可以以盐的形式存在。调谐水可以包含一种或多种盐。可用于本发明的盐的实例可以包括氯化钠(nacl)、氯化钙(cacl2)、氯化镁(mgcl2)、硫酸钠(na2so4)、硫酸镁(mgso4)、nahco3以及它们的组合。如本文所使用的“原地储层条件”可以指储层中局部存在的高压和高温条件、岩石矿物组成和流体组成。如本文所使用的“粘性油”或“粘性原油”是指原地储层条件下，粘度为大于约2cp且小于100cp的原位储层原油。如本文所使用的“重油”是指在原位储层条件下，api比重小于22.3°或粘度大于100cp的原油。如本文所使用的“增量采油率”是指就相对于任何基础情况或作为常规水驱的传统采收工艺而言，采油率的增加(就原油地质储量百分比而言)。如本文所使用的“孔隙尺度”是指与原位岩体的孔隙空间的孔隙大小范围相对应的尺度，通常约为2微米至5微米。如本文所使用的“微观驱扫效率”是指在孔隙尺度下的驱替流体的驱扫效率。微观驱扫效率是注入流体如何有效地从储油岩石的孔隙中流动并置换油的量度。如本文所使用的“宏观驱扫效率”或“体积驱扫效率”是指在储层尺度下的驱替流体的驱扫效率。宏观驱扫效率是驱替流体如何有效地在面上方向(areally)和垂直方向上接触储层的体积的度量。如本文所使用的“协同作用”是指二次采收工艺(例如调谐水)的有利相互作用的相加作用，以改善一次采收工艺(例如聚合物)的性能和经济性，而不会损失两个工艺在组合时的单独采收效益。如本文所使用的“碳酸盐储层”是指在海洋环境中沉积且主要由碳酸钙组成的沉积岩条件。碳酸盐储层具有化学活性，并且可能经历被称为成岩作用的一系列物理和化学过程。成岩作用改变了岩石结构，从而使岩石性质(如孔隙率)显示出巨大变化。如本文所使用的“聚合物驱油”是指使用增粘的注入水来降低注入水的流度，从而更好地与储层接触。聚合物驱油工艺与水驱工艺的不同之处在于：水驱工艺使用注入储层的普通水(例如海水)以提供一定的压力支持，并且将油从注入井中物理地驱替到生产井。如本文所使用的“总溶解固体”或“tds”是指注入水中包含的带电离子(例如一价离子和二价离子)形式的所有无机盐的总量。tds也可以被视为是调谐水的盐度的量度。本文提供了用于聚合物驱油工艺的组合物，该工艺涉及在具有原位岩体的碳酸盐储层中的粘性油采收。该组合物是调谐水/聚合物组合物。该组合物可以包含调谐水和聚合物。可以基于碳酸盐储层来选择调谐水的组成。在至少一个实施方案中，本发明的调谐水组合物不适合于砂岩储层。砂岩储层需要富含一价离子和较低浓度的二价离子的注入流体。聚合物可以是能够增加调谐水的粘度的任意聚合物。适用于本发明的聚合物的实例包括丙烯酰胺和丙烯酸酯的共聚物以及丙烯酰胺和丙烯酰胺叔丁基磺酸盐(atbs)的共聚物。有利的是，丙烯酰胺和atbs的共聚物可以承受高达95℃的储层温度(正如在普遍的碳酸盐储层中的温度)。在至少一个实施方案中，丙烯酰胺和丙烯酸酯的共聚物可以来自法国snffloerger的标准flopaamtm系列聚合物。在至少一个实施方案中，丙烯酰胺和atbs的共聚物可以来自法国snffloerger的flopaamtman系列聚合物。可以向调谐水中添加浓度在0.05重量百分数至0.30重量百分数(重量％)(500重量ppm至3000重量ppm)的范围内，或者0.1重量％(1000ppm)至0.3重量％(3000ppm)，或者在0.1重量％至0.2重量％的范围内，或者在0.1重量％至0.15重量％的范围内，或者在0.15重量％至0.2重量％的范围内的聚合物，以产生调谐水/聚合物组合物。在至少一个实施方案中，调谐水/聚合物组合物中的聚合物的浓度在1000ppm至3000ppm的范围内。在至少一个实施方案中，调谐水/聚合物组合物中的聚合物浓度在1000ppm至2000ppm的范围内。将注入调谐水用作补充水以溶解聚合物并将聚合物带入碳酸盐储层中。调谐水/聚合物组合物可以改变碳酸盐储层中原位岩体的润湿性，并具有改善的流度控制。当将岩石润湿性朝向更有利的中等润湿或水润湿状态改变时，减少了残余油的毛细管俘获，从而从孔隙中释放更多的油。换句话说，岩石润湿性的改变有利地提高了微观驱扫效率。由于添加聚合物而使得调谐水的粘度增加也将增加注入流体的储层接触(垂直接触和面上接触)以使剩余的油流动。换句话说，与不存在聚合物的调谐水相比，由于聚合物的存在而导致的调谐水的粘度提高了宏观驱扫效率。与不具有提高的效率的注入流体相比，微观驱扫效率和宏观驱扫效率的提高可获得更高的增量采油率。调谐水/聚合物组合物不含添加剂。添加剂可以包括但不限于增粘剂、表面活性剂、稳定剂、ph控制剂、阻垢剂。在至少一个实施方案中，调谐水/聚合物组合物仅包含水、二价离子、一价离子和聚合物。本申请提供了用于碳酸盐储层中粘性油采收的聚合物驱油工艺。本发明的聚合物驱油工艺可用于任何含有待采收的油的碳酸盐储层。待采收的油可以包括粘性油和重油。在至少一个实施方案中，本发明的聚合物驱油工艺使用调谐水/聚合物组合物来采收粘性油。在至少一个实施方案中，聚合物驱油工艺限于在碳酸盐储层中使用。可以基于所需的粘度并且为了实现碳酸盐储层中目的特定粘性油的水-油流度比来选择调谐水/聚合物组合物中聚合物的浓度。如本文所用的“流度比”是指注入流体(例如水)的流度与被驱替的流体(例如原油)的流度的比值。流度被定义为有效渗透率与粘度的比值。有效渗透率可以在油驱替前沿之前的含水饱和度处确定，同时可以在注入流体的驱替前沿之后的含水饱和度处确定。通常，小于或等于1的流度比是优选的，以提供类似活塞的位移并避免粘性指感。在至少一个实施方案中，用于油采收的聚合物驱油工艺可以包括：在第一步骤中，将调谐水/聚合物组合物的初始段塞注入碳酸盐储层中，将调谐水聚合物组合物的初始段塞的体积可以是至少0.3孔隙体积(pv)。如本文所使用的“孔隙体积”是指储油岩石材料中可用的空隙空间的度量单位。在第二步骤中，将连续注入的调谐水注入碳酸盐储层。在一个可替代的实施方案中，用于油采收的聚合物驱油工艺可以包括：在将调谐水/聚合物段塞注入碳酸盐储层的第一步骤中，调谐水聚合物段塞的体积可以为至少0.3pv。在第二步骤中，可以将调谐水段塞注入碳酸盐储层中，调谐水段塞的体积可以为至少0.5pv。在最后的步骤中，聚合物驱油工艺可以包括连续注入海水追随剂(chase)。如本文所使用的，“海水追随剂”是指使用海水作为追随流体。在可替代的实施方案中，用于油采收的聚合物驱油工艺可以包括：在将调谐水/聚合物段塞注入碳酸盐储层的第一步骤中，调谐水聚合物段塞的体积可以为至少0.3pv。在第二步骤中，可以将一个或多个渐缩的调谐水/聚合物段塞注入碳酸盐储层中，所有这种渐缩的调谐水/聚合物段塞的累积体积可以是至少0.2pv。如本文所使用的“渐缩的”是指将聚合物浓度从初始最大值连续降低至零。举例来说，如果第一步骤中的调谐水/聚合物段塞的浓度为3000ppm，则渐缩的调谐水/聚合物段塞可以遵循表2中所示的浓度。表2.渐缩的调谐水/聚合物段塞中的聚合物浓度的实例渐缩的调谐水/聚合物段塞#聚合物浓度渐缩的调谐水/聚合物段塞12500ppm渐缩的调谐水/聚合物段塞22000ppm渐缩的调谐水/聚合物段塞31500ppm渐缩的调谐水/聚合物段塞41000ppm渐缩的调谐水/聚合物段塞5500ppm渐缩的调谐水/聚合物段塞60ppm在注入一个或多个渐缩的调谐水/聚合物段塞之后的最后的步骤中，聚合物驱油工艺可以包括连续注入海水追随剂。本发明有利地提供了用于从碳酸盐储层中回收重油和粘性油的方法和组合物。实施例实施例1。实施例1是在不同温度下进行的高盐度水(hsw)/聚合物组合物和调谐水/聚合物组合物的流变学数据的比较研究。使用丙烯酰胺和atbs的共聚物作为聚合物。丙烯酰胺和atbs的共聚物是来自法国snffloerger的磺化聚丙烯酰胺an-125。丙烯酰胺和atbs的共聚物的分子量为1200万道尔顿，聚丙烯酰胺水解度为5％，并含有25％atbs和75％丙烯酰胺的聚合物含量。制备hsw以具有约69,000ppm的tds，该hsw含有55,786mg/l的nacl；10,654mg/l的cacl2·2h2o；4,483mg/l的mgcl2·6h2o；2,610mg/l的na2so4和503.9mg/l的nahco3。制备调谐水以具有约6,900ppm的tds，使其成为hsw的10倍稀释型，该hsw含有5,578.6mg/l的nacl；1,065.4mg/l的cacl2·2h2o；448.3mg/l的mgcl2·6h2o；261mg/l的na2so4和50.39mg/l的nahco3。通过将粉末状聚合物溶解在相应流体中来制备hsw/聚合物组合物和调谐水/聚合物组合物。hsw/聚合物组合物含有0.3重量％的丙烯酰胺和atbs的共聚物。调谐水/聚合物组合物含有0.2重量％的丙烯酰胺和atbs的共聚物。使用来自antonpaar的mcr301流变仪，在三个温度25℃、40℃和60℃下测量各组合物的聚合物粘度。mcr301基于锥/板几何形状，并可以在0.1秒-1至1000秒-1范围内的剪切扫描下产生聚合物溶液的粘度曲线。聚合物粘度是在6.81秒-1的特定剪切速率下测定的。表3包含来自研究的数据。图1示出了针对两种组合物的组合物的粘度对温度的关系。表3.在两种不同补充水中，作为温度的函数的聚合物溶液粘度*储层温度为99℃下的粘度数据是通过对其他三个温度下的测量数据进行外推得到的。表3和图1中的数据表明聚合物浓度为2000重量ppm的调谐水/聚合物组合物表现出与聚合物浓度为3000ppm的hsw/聚合物组合物几乎相同的粘度。这说明：与高盐度水相比，为了实现相同的目标粘度，调谐水/聚合物组合物需要更少的聚合物。在该实施例中，使用调谐水/聚合物组合物的工艺的聚合物消耗量比hsw/聚合物组合物的聚合物消耗量少33％(1/3)。实施例2。实施例2描述了使用与实施例1相同的hsw和调谐水组合物的储层条件岩心驱替研究。首先用盐水使具有2.0达西(darcy)渗透率的碳酸盐储层岩心样本完全饱和，然后将粘度为4.5cp的粘性原油注入岩心以建立初始含水饱和度。然后将碳酸盐储层岩心样品浸没在粘性原油中并老化四周。四周后，将碳酸盐储层岩心样品装入岩心驱替系统，然后在储层条件下进行驱油试验。在驱油试验的第一步骤中，在不存在具有如实施例1中所述的组成的聚合物的情况下，通过注入高盐度水来置换油。在第二步骤中，注入具有0.3重量％聚合物的hsw的hsw/聚合物段塞。最后，注入0.2重量％聚合物的调谐水的调谐水/聚合物段塞。表4和图2总结了在这些不同的驱替阶段获得的岩心原油(ooic)级分的采油率数据。表4.来自岩心驱替研究的采油率的总结从这些数据可以看出，与二次hsw驱替相比，用hsw/聚合物组合物的三次聚合物驱油能够回收18.2％的增量油。使用调谐水/聚合物组合物后的三次聚合物驱油能够增加额外的6.5％增量油，这可以被视为是来自调谐水的个体贡献。通过组合来自这些阶段的结果，可以得出结论，来自三次调谐水/聚合物组合物聚合物驱油的增量采油率应为约25％，其比来自hsw/聚合物组合物聚合物驱油的增量采油率高约6％至7％。这种较高的采油率是由于调谐水与聚合物的组合加成效应。虽然已经对本发明做了详细描述，但是应该理解，在不脱离本发明的原则和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和更改。因此，本发明的范围应由所附权利要求及其适当的法定等同物来确定。除非上下文另有明确规定，则否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数形式。“任选的”或“任选地”是指随后描述的组分可以存在或可以不存在，或者事件或情况可能发生或可能不发生。该描述包括组分存在的实例和组分不存在的实例，以及事件或环境发生的情况以及不发生的情况。在本文中，范围可以被表示为从大约一个特定值起，和/或到大约另一个特定值为止。当表述这样的范围时，应该理解的是，另外的实施方案是从所述的一个特定值起，和/或到所述的另一个特定值为止，以及所述范围内的所有的组合。在本文及所附的权利要求书中，所用的词语“包含”、“具有”、“包括”及其所有的语法变体形式均旨在具有不排除还存在附加的要素或步骤的开放式的、非限制性的含义。如本文所使用的诸如“第一”和“第二”之类的术语是任意分配的，并且仅用来区分装置中的两个或更多个部件。应该理解，该词语“第一”和“第二”没有其他的作用，并且并不是该部件的名称或描述的一部分，也并非必然限定部件的相对位置或布置。此外，应该理解，仅使用术语“第一”和“第二”并不要求有任何“第三”部件，但是那种可能性也在本发明的范围内。当前第1页12