化学驱提高采收率研究进展.doc

化学驱提高采收率的研究进展张家梁西安石油大学 石油工程学院 研11级石油与天然气工程摘 要：本文对碱水驱、表面活性剂驱、聚合物驱和三元复合驱等化学驱提高采收率的机理和发展应用作了简要综述，包括各种方法在现场的应用情况，最后提出了化学驱的发展方向。关键词：机理；碱水驱；表面活性剂驱；聚合物驱；三元复合驱当前，国内陆地上 80%多的油田采用注水的方式进行开发，但陆相沉积油藏的非均质性十分严重，注水开发的效率较低，平均采收率只有 33%。相关文献曾报道当地层中剩余油约为 6. 80 109t 储量时，提高采收率可增加可采储量 1. 18 109t，而其中化学驱潜力最大，约为 6. 00 108t。一些统计值表明，表面活性剂研究者和生产商有千载难逢的好机会：多数现有的油井只能采出 30%的油气，化学驱是可用的、为数不多的二次和三次开采增加石油产量的方法。一些工业观察家对这些言论很敏感。20 世纪 70年代20 世纪 80 年代的石油危机推高了石油价格，掀起了研究热潮。但是，21 世纪的化学驱有明显的区别：在新技术的帮助下，客户使用的表面活性剂浓度更低，大大改变了旧观点。美国德克萨斯休斯顿的壳牌国际探索与生产公司的资深研究工程师认为，壳牌对表面活性剂化学驱充满信心。化学驱是一种很大的奖励，它能使现存的资源最大化，化学驱将是迎接世界能源挑战的一个重要角色。1 化学驱油简介化学驱油是指向注入水中加入一定的化学剂，以改变驱替流体的性质及驱替流体与原油之间的界面性质，从而有利于原油生产的一种采油方法。化学驱技术包括碱水驱、表面活性剂驱、聚合物驱和三元复合驱,这些技术在常规原油的开采中已经获得了成功。碱驱和表面活性剂驱是通过降低油水之间的界面张力来提高洗油效率,聚合物驱则是通过降低水油流度比从而提高波及系数，三元复合驱是将碱剂、表面活性剂、聚合物三者协同使用，即碱剂- 表面活性剂- 聚合物驱。2 化学驱技术发展2.1 碱驱提高采收率2.1.1 碱水驱油机理碱剂同原油、岩石矿物相互作用，改变“原油-水-岩石”间的界面性质，从而改变水驱油的条件，使剩余油流动。减低界面张力、原油的乳化作用和改变岩石表面的润湿性等对碱水驱油提高采收率起决定作用。2.1.2 碱驱的发展早在1925年在勃来德福油田就进行了Na2CO3水驱现场实验,但结果令人失望。在以后的六十年里美国完成了60个碱驱矿场实验,矿场实现表明,由于大量的碱耗以及不合适的流度比,导致碱驱的波及效率和驱替效率都很低。己经进行过的碱驱现场试验表明,采收率的增加值不会超过6% 8%(OOIP),一般在2%左右(OOIP),主要是由于大量的碱耗以及不适宜的流度比而引起的低的波及效率和驱油效率造成的,此外还有结垢、黏性指进等不利因素,因此碱水驱并未进行工业化推广应用。2.2 表面活性剂驱提高采收率2.2.1 表面活性剂驱油机理活性剂驱油是通过在注入水中加入一定量的表面活性剂,降低油水界面张力,从而驱替水驱残余油,进一步降低剩余油饱和度,提高驱油效率。界面张力越低,降低剩余油饱和度的幅度越大,提高驱油效率和采收率的幅度就越大。2.2.2表面活性剂驱的发展表面活性剂驱油一出现就引起了人们的极大兴趣，被公认为最有前途和效率最高的采油方法。虽然如此，表面活性剂驱油的研究路程充满了荆棘，但同时也孕育了希望。例如，曾风靡一时的微乳液驱油，最终由于经济性和风险性等方面的原因，至今也没有工业化的可能。但是这方面的研究却带动了表面活性剂的基础理论研究，形成了很多理论，对表面活性剂的发展产生了深远影响。对官1断块进行3个月的表面活性驱提高采收率矿场试验研究，水驱效果变好，水驭控制程度提高表面活性驭后，区块的日注能力增加了70方，水驱储t控制程度从58%上升到67%。由于原油流动性改变、岩石润湿性变化、界面张力减小和油膜脱落，形成油墙和含油富奥带因此油井含水率大幅度降低且供液增强.水驱效果变好。2.3 聚合物驱提高采收率2.3.1 聚合物驱油机理聚合物驱油是通过在注入水中加入一定量的高相对分子质量的聚丙烯酰胺,增加注入水的粘度,改善油水流度比。注入的聚合物溶液具有较高的粘度和通过油层后具有较高的残余阻力系数以及粘弹效应等。粘度越高,残余阻力系数越大,驱替相的流度就越小,驱替相与被驱替相的流度比就越小,聚合物驱扩大油层宏观和微观波及效率的作用就越大,采收率提高值就越高。2.3.2 聚合物驱的发展1979年,原石油部将三次采油列为我国油田开发十大科学技术之一,进行了技术调研,并组织与国外的技术合作,揭开了我国三次采油高速发展的序幕。1982年,对国外五个主要石油生产国十余种三次采油方法筛选标准进行了综合分析,对我国23个主力油田进行了三次采油方法粗筛选。1984年开始在大港、大庆、玉门等油田进行聚合物驱油、表面活性剂驱油的国际技术合作,为我国在较短时间内吸收和掌握80年代国际三次采油先进技术创造了条件。“七五”(19861990)、“八五(19911995)期间,三次采油技术连续列为国家重点科技攻关项目。遵循“立足国情,着眼三次采油转化为生产力,加快实现工业化应用步伐的指导思想,根据我国探明气源不足,油田混相压力较高,不具备广泛混相驱条件的国情,确定化学驱油为我国三次采油的主攻技术。首先将机理清楚、技术较简单、成本较低的聚合物驱作为重点。严格遵循科学试验程序不超越,实施步伐必须加快的原则,仅用了十年左右的时间,聚合物驱油技术已基本掌握,并完善配套了十大技术。即注水后期油藏精细描述技术;聚合物筛选及评价技术;合理井网井距优化技术;数值模拟技术;注入井完井、分注和测试技术;聚合物驱防窜技术;聚合物配制、注入工艺和注入设备国产化;采出液处理及应用技术;高温聚合物驱油技术;聚合物驱方案设计和矿场实施应用技术。使聚合物驱先导性和工业性矿场试验均取得比水驱提高采收率10%以上的好效果。至今大庆油田已经在25个区块进行了工业化应用,从已完成聚合物驱全过程的工业化聚合物驱区块看,平均含水下降幅度达到了24.8个百分点,其中北二区西部东块含水下降幅度达到了35.2个百分点;受效高峰时的单井平均日产油量达到了40t,与注聚前相比,日产油增加了30t以上。聚合物驱与水驱相比,大幅度地减少了注水量,提高了注水利用率。25个工业化区块总计少注水1.93108m3,按每方清水3.5元计算,可节约费用6.76108元。根据喇南一区和北一断西工业性试验区资料统计,聚驱吨油耗水比水驱减少21.8 m3,相当于吨油成本降低30.52元,大庆油田工业化聚合物驱区块已累积产油4 992.43104t,相当于节约成本15.24108元,仅以上两项,聚合物工业化区块已节约成本22108元,平均每年节约费用3.14108元。预计到25个区块聚驱全部结束后,将节约费用51.6108元。大庆油田三次采油的年产量已经占到全油田总年产量的22.6%。随着聚合物驱油技术的日趋成熟、各项配套技术措施的日益完善以及聚合物驱规模的逐年加大,聚合物驱技术已成为保持大庆油田持续高产及高含水后期提高油田开发水平的重要技术手段。2.4 三元复合驱提高采收率2.4.1 三元复合驱油机理三元复合驱油是通过在注入水中加入一定量的表面活性剂、碱和高相对分子质量的聚合物,大幅度降低油水界面张力,增加注入水的粘度,从而降低油水流度比,扩大油层宏观和微观波及体积,进一步驱替水驱残余油,大幅度降低剩余油饱和度,提高驱油效率和原油采收率。界面张力越低,降低剩余油饱和度的幅度越大,提高驱油效率和采收率的幅度就越大。2.4.2 三元复合驱的发展在“七五”攻关掌握表面活性剂驱油技术的基础上,“八五”期间按系统工程组织了科技攻关,开展了复合驱油机理、多种化学剂间相容性和协同性、驱油剂和油田地质条件的适应性、复合驱数值模拟软件研制、合理注采关系和动态监测、注采工艺及采出液净化处理等技术的研究。期间,人们主要开发研制了阴离子表面活性剂、烷基本磺酸盐为主的表面活性剂、改性木质素磺酸盐、生物表面活性剂、烷基萘磺酸盐等多种驱油用表面活性剂。大庆油田采用抚顺洗化厂的重烷基苯成功研制了驱油用重烷基苯磺酸盐,实现了工业化生产,并应用到杏二中三元复合驱工业性矿场试验,目前已见到较好的增油降水效果,显示出良好的应用前景。在此基础上,大庆油田正在开展原料组分相对单一的烷基苯磺酸盐精细化合成研究,初步评价结果已显示出良好的界面活性和驱油效果。此种新型的、组分相对单一的烷基苯磺酸盐如能成功工业化生产应用,势必很大程度地解决多组分、宽分布表活剂体系所带来的活性剂自身色谱分离问题,进一步提高该类表活剂的驱油效能。自行设计了不同油区、不同类型的五个复合驱油先导性矿场试验方案和实施方案。1993年在胜利油区孤东油田小井距试验区试验成功。在采出程度54%(超出水驱预测最终采收率属油田枯竭)条件下,又提高采收率13.4%,使总采收率达到67%。目前,三元复合驱虽然已取得了技术上的成功,但是其较高的化学剂成本和地面设备投资是限制该技术工业化应用的一个重要因素,降低复合驱成本是工业化应用必须要面对和解决的主要问题之一。多年的三元复合驱实验表明使用强碱会带来管线结垢、地层伤害以及产出液破乳难等问题,因而表面活性剂的发展趋势应是碱的适应范围应由强碱到弱碱,进而由弱碱到低碱,最终达到无碱;并且还应提高表面活性剂性能,增强其耐温抗盐能力,减少复合驱中化学剂用量,降低成本,提高经济效益。3 化学驱油技术的发展方向3.1 聚合物驱与深部调剖相结合聚合物驱提高采收率原理为降低水相流度，改善流度比，从而调节油藏平面的非均质性; 降低水相渗透率，改善油藏的层间非均质性，扩大水淹体积。从大量的现场试验看，聚合物驱主要进一步强化了油层下部高渗透层强水洗段的采出程度，而中、上部的水洗程度却并没得到明显的改善。因此，聚合物驱与深部调剖相结合是一种必然的趋势。3.2 污水配注聚合物技术清水配注聚合物在技术上保证了溶液的黏度和稳定性，提高了驱油效果，但随之而来的是油田产出液无法处理和污水排放对环境造成污染的问题。采用污水配注的问题是引起溶液黏度大幅度下降，降低聚合物驱的效果。影响溶液黏度的因素主要为化学降解和盐敏效应，而在污水中就存在这两种因素。分析其原因一方面是污水从油层中携带出了丰富的还原物质，如 H2S、二价铁以及不饱和醛酮等，这些物质遇到清水中解离的氧，会反应生成自由基，使聚合物分子发生化学降解，在很短的时间内使溶液黏度下降 60% 以上。另一方面，采出水中的矿化度很高，由于盐的作用，聚合物分子线团收缩，黏度降低。通过在一些油田的实验研究发现，解决污水配注聚合物的问题必须从抑制化学降解和增加抗盐性两方面入手，其中必须首先解决化学降解的问题。3.3 驱后提高采收率聚合物驱后油藏中仍有一定的剩余油饱和度。聚合物驱后检查井资料表明: 聚合物驱提高了中、高渗段的采收率，采出程度大幅度提高，但油层中仍有大量的剩余可动油，一些未波及的层位采出程度很低，聚合物驱后油藏中还具有一定的开发潜力。因此，解决驱后开发问题是目前生产中面临的当务之急。目前解决的方法有低成本调剖技术、精细调堵技术、定位平衡压裂技术和封堵大孔道技术等。3.4 泡沫复合驱油技术泡沫复合驱体系与单一聚合物驱相比，其阻力系数更高、扩大波及体积的能力更强、对大孔道的封堵更加有效。大庆油田开展了大量泡沫复合驱的室内研究和矿场试验，其中北二东矿场试验连续 36 个月含水在70% 左右，采用泡沫复合驱取得了不错的效果。胜利油田对孤岛油田中一区中部的 28-8 井开展了氮气泡沫复合驱中一井试注试验，取得了较好效果。因此有必要对泡沫复合驱开展更深入的研究。4 结束语国内的油藏储层以陆相沉积为主，非均质性严重，水驱采收率偏低，需要通过聚合物、表面活性剂等化学剂的注入提高波及效率和驱油效率，实现大幅度提高采收率，但同时要考虑经济成本。为很好的解决驱油问题，可从以下几个方面考虑: 通过三元体系段塞、浓度优化来降低三元体系的化学剂用量，提高复合驱的经济效益; 表面活性剂国产化是提高三元复合驱经济效益的主要途径之一; 通过提高聚合物的相对分子质量及调剖手段，可减少聚合物的用量; 同时应更深入地开展泡沫复合驱技术、微生物驱油技术技术等化学驱油的新技术在提高石油采收率技术中应用的探索研究。参考文献：1 郭万奎,程杰成,廖广志. 大庆油田三次采油技术研究现状及发展方向J. 大庆石油地质与开发,2002,21(3):1-7.2 伍辉,邵丽艳,王贺强等. 官1断块表面活性驱提高采收率矿场试验研究J. 科技信息,2006,(9):208-209.3 周成裕,萧瑛,张斌等. 国内化学驱油技术的研究进展J. 日用化学工业,2011,41（2）131-135.4 计秉玉. 国内外油田提高采收率技术进展与展望J. 石油与天然气地质，2012,33（1）111-1