提高石油采收率基础 绪论

1、提高石油采收率基础 岳湘安 中国石油大学(北京) 2009.2 背景： 石油供求矛盾日益突出 油田开发面临严峻挑战 对提高采收率 技术的需求越来越迫切 对提高采收率 技术人才的需求越来越迫切 开发 工程 渗流 提高 流变学 采收率 化学 促 进 学科方向特点： 1. 综合性强（交叉性、边缘性） 学科领域的高度综合 提高采收率 采油化学（误解） 力学 物理 化学 开发 材料 地质 科学 流体 力学 数学 物理 提高采收率 引 领 相关学科 理论与技术突破、孕育新的学科生长点 学科方向特点： 1. 综合性强（交叉性、边缘性） 技术的高度集成 驱油 剂 提高采收率 注入 驱替 采出测试 地面 工程

2、钻井 油藏 油层 改造 保护 学科方向特点： 2. 发展迅速 理论发展拓宽、深化、完善、更新 技术发展新技术思路、新技术、技术配套 课程内容安排的难点： （1）适应其高度的综合性 众多基础理论的融合； 众多技术的共同理论体系；与其他课程的有机衔接。 （2）适应其高速发展跟踪前沿、了解进展、及 时更新补充教学内容 教材： 提高石油采收率基础，石油工业出版社，岳湘安等 两大部分，八章内容 1. 应用基础部分第一章至第四章，包括绪论、 油层的物理和化学性质、采油物理化学和流变学基础、 驱油基本原理。 2. 应用技术部分第五章至第八章，包括化学驱 油技术、气体驱油技术、热力采油原理与技术、微生物 采油

3、技术。 课程内容安排： 讲授内容：第一章第五章 自学参考：第六章第八章 第一章 绪论 第一节 基本概念 第二节 提高石油采收率技术分类 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 第四节 提高采收率技术发展概况 第一章 第一章 绪论 石油: 埋藏于地层深部的流体矿藏，具有独特的开采方式 采收率较低 在非均质油藏中，注水开发的原油采收 率（Oil Recovery Efficiency）通常只有其原始地质储量 （OOIP Original Oil in Place）的 2040% 。 提高原油采收率（Enhanced Oil Recovery EOR），是 油田开发必然面临并极具吸引力的问题。 第一章

4、 第一章 绪论 一是补充原油地质储量(G ooip )， 二是提高原油采收率(E R )。 原油可采储量 在特定技术和经济条件下，剩余的原油可采储量（G r Recoverable Oil）与已探明的原始地质储量（G ooip）、采出 油量（G p ）以及该技术和经济条件下可达到的原油采收率 （ER ）有如下关系 Gr = Gooip ER - GP 增加原油可采储量的途径有两个： 潜力？ 第一章 第一章 绪论 增加原油可采储量的潜力分析： 新增地质储量（新油田、新油藏、油藏扩边） 原油增产和稳产最直接、最有效的途径 难度越来越大，潜力 必将 越来越小 提高原油采收率 在我国各油田的潜力非常大

5、 原油可采储量的补充，越来越多地依赖于已探明地 质储量中采收率的提高。 注水开采只是整个油田开发全过程的一个阶段，而 提高采收率则是油田开发 永恒的主题。 第一章 第一节 基本概念 1.1.1 提高石油采收率的定义 “提高石油采收率 ”（Enhanced Oil Recovery EOR）作为一个术语，已被普遍接受和使用。 早期，按照油田开发的不同阶段将石油开采技术 分为一次采油、二次采油和三次采油。 第一章 第一节 基本概念 1.1.1 提高石油采收率的定义 按采油阶段划分技术类别的不科学性 例： 稠油油藏的热采 早期注水（超前注水） 油田的实际开采阶段与“二次”、“三次”采油的概念是 矛盾

6、的。 “三次采油 ”这个术语在近年的国际石油工程文献中几 乎已经消失，而 “提高石油采收率 ”（EOR）则被广泛接 受和采用。 第一章 第一节 基本概念 石油开采技术分类： 天然能量采油技术 利用油藏中的天然能量作为驱油动 力的一类原油开采方法。天然能量包括溶解气驱、气顶驱、天 然水驱、流体和岩石弹性能、以及重力驱等。 第一章 第一节 基本概念 石油开采技术分类： 天然能量采油技术 补充能量采油技术 通过注水（或注气）补充油藏能量 开采原油的一类方法。 第一章 第一节 基本概念 石油开采技术分类： 天然能量采油技术 补充能量采油技术 提高石油采收率技术向储层中注入驱油剂，改善油藏 及油藏流体的

7、物理化学特性，提高宏观与微观驱油效率的采油 方法统称为提高石油采收率技术（Enhanced Oil Recovery EOR）。在此定义下，提高石油采收率可囊括除了利用天 然能量开采和以补充地层能量、保持地层压力为目的的注水 （或注气）开采之外的各种采油方法。 第一章 第一节 基本概念 驱油剂 泛指由地面注入油层用于驱油的所有液体、气体和 复合体系。 石油采收率 文字定义 有关概念的深入理解、机理的初步认识 第一章 第一节 基本概念 石油采收率 定义：对于一个特定的油藏，其石油采收率的定义为原油采 出量与油藏中原始地质储量之比。 （1.1） E R 原油采收率，%； N p 采出原油量的地面体

8、积，m3 ； N ooip 原油原始地质储量的地面体积，m3； N or 油层剩余油量的地面体积，m3。 N p N ooip N ooip N o r N ooip E R = = 分别为原始含油饱和度和残余油饱和度。 第一章 第一节 基本概念 or Soi、S 石油采收率 油量计算： （1.2） 关键：各参数的确定 方法：地质方法、油藏工程方法、实验方法 第一章 第一节 基本概念 石油采收率 文字定义有关概念的深入理解、机理的初步认识 N p N ooip N ooip - No r N ooip ER = =统一计算条件 引入油藏参数 原始定义 概念的深入理解 机理的初步认识 oior

9、R V AV VDDV E A s h s S A h E - S S oi = = EE E= E 第一章 （1.3） oior D E 平面波及系数垂向波及系数 驱油效率波及效率 第一节 基本概念 石油采收率 机理： 采收率定义式的变形概念的建立、机理的认识 提高采收率技术 的目标、机理 第一章 第一节 基本概念 波及效率 （1.4） E V = E VA E VV 驱油效率（以残余油饱和度定义） oior D S E S S oi =（1.5） 剩余油驱油剂未波及到的区域内所剩下的原油 残余油驱油剂波及到的区域中未被驱出的原油 ED = = 第一章 第一节 基本概念 （1.6） 1.1.

10、2 驱油效率与波及效率 1. 驱油效率 驱油效率（ ED）又称微观驱替效率，其定义为：在驱油 剂波及的区域内采出油量与波及区域内原油储量之比（以残 余油量定义） Nps Nos Nos - Nsr Nos Nos 驱油剂波及区域内的原油储量； N ps 驱油剂波及区域内被驱出的油量； Nsr 驱油剂波及区域内未被驱出的油量，即残余油量。 ED = = 第一章 主控因素：驱替动力学和物理化学条件 孔隙结构 润湿性 Nps Nos Nos - Nsr Nos 驱油效率 残余油量、残余油饱和度 第一节 基本概念 1.1.2 驱油效率与波及效率 1. 驱油效率 Soi - Sor Soi ED = 第

11、一章 第一节 基本概念 降低驱油剂与原 油的界面张力 压差（油滴） 粘滞力 （油膜） 毛管力 提高驱油效率 的技术思路 增强驱油剂粘弹性 1.1.2 驱油效率与波及效率 1. 驱油效率 驱替残余油的动力学条件：驱动力与阻力的相对大小 第一章 第一节 基本概念 1.1.2 驱油效率与波及效率 2. 波及效率 波及效率( E V ) 驱油剂波及的油藏体积与油藏总体积 之比。（宏观波及效率） 主控因素：储层的垂向和平面非均质性 原油、驱油剂的视粘度 原油与驱油剂的相对渗透率 原油与驱油剂的重力差 第一章 第二节 提高石油采收率技术分类 1.2.1 化学驱 凡是以化学剂作为驱油介质，改善地层流体的流动

12、特 性，改善驱油剂、原油、油藏孔隙之间的界面特性，提高 原油开采效果与效益的所有采油方法统称为化学驱 （Chemical flooding）。 化 学 驱 聚合物驱 表面活性剂驱 碱水驱 化学复合驱 表面活性剂 聚合物驱 碱 表面活性剂驱 碱 表面活性剂 聚合物驱 （ ASP三元复合驱） 气 驱 混相驱 非混相驱 按相态特性分类按驱替介质分类 气 驱 CO2驱 N2驱 轻烃驱 烟道气驱 第一章 第二节 提高石油采收率技术分类 1.2.2 气驱 凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱（Gas flooding）。 热 力 热流体法 化学热法 物理热法 注蒸汽 注热水 火烧油层 液相氧化

13、电磁波加热 电加热 按油藏加热方式分类 以在地面加热后的流体 （如蒸汽、热水等）作 为热载体注入油层 通过在油层中 发生的化学反 应产生热量 采 油 利用物理场加 热油层中原油 第一章 第二节 提高石油采收率技术分类 1.2.3 热力采油 凡是利用热量稀释和蒸发油层中原油的采油方法统称为 热力采油（Thermal recovery）。这是一类稠油油藏提高采 收率最为有效的方法。 第一章 第二节 提高石油采收率技术分类 微生物采油（Microbial Enhanced Oil Recovery MEOR） 是利用微生物及其代谢产物作用于油层及油层中的原油，改 善原油的流动特性和物理化学特性，提高

14、驱油剂的波及体积 和微观驱油效率。 1.2.4 微生物采油 按注入方式分类 微生物吞吐、微生物驱 按菌种类型分类 好氧菌、厌氧菌、兼性菌 按菌种来源分类 本源 (内源）微生物、外源微生物 第一章 第二节 提高石油采收率技术分类 油层深部调剖 物理法（如声波、电场等）采油 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 随着我国国民经济的稳定增长，对石油需求迅速提高。 1993年 成品油的净进口国 1996年 原油的净进口国 2003年 原油进口9112.63万吨，进口成品油2824万吨，原 油进口依赖度已高达36.1%。 2004年 原油产量为1.75亿吨(相当于每天49万吨)，而石油 消耗量为

15、每天93.58万吨，全年进口原油1.2272亿吨，进口成品 油3788万吨，石油的对外依赖度为48%。 预计2020年我国石油需求达每天118万吨，原油产量达约1.95亿 吨(相当于每天54.6万吨)，对外依赖度将上升为54%。 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 1. 我国石油资源的基本特点 （1）油田小 我国目前共发现油田576个，其中特大型和大型油田数量占总 油田数量的7.3，但储量占总储量的58。 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1. 我国石油资源的基本特点 （2）地质和地面条件复杂 地质构造复杂。我国的石油资源大部分属

16、于陆相河流 三角 洲沉积的砂岩油藏，地质年代以陆相白垩系、第三系为主 （82.8%）；地层条件复杂的油藏占44%； 油层埋藏深。埋藏深度在2000 3500m之间的石油资源占 56%，埋藏深度在3500m以上的深层石油资源占23.6%。 地面环境恶劣。陆上有35.8%的石油资源分布在高原、黄土 塬、山地、沙漠、沼泽和滩海等较恶劣的环境中。 待探明的可采资源量中大都是埋深更大、质量更差、边际性 更强的难动用资源。 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 （3）储层物性差 非均质性严重。同一油藏内的储层渗透率差异可达数十倍到 上千倍。 储层天然能量低，边底水不活跃。 地质构造复杂。断裂发育，断层

17、纵横交错，储集层被切割成 破碎的小断块，油水分布十分复杂。 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 1. 我国石油资源的基本特点 （4）原油物性差 原油粘度高。陆相生油母质中腐殖质较多，生成原油粘度 较高。我国油田原油的地下粘度低于5mPa.s的稀油只有34%， 粘度在520mPa.s的原油为44%，粘度在2050mPa.s的高粘 度原油为8%，粘度高于50mPa.s的稠油为14%。 含蜡高，凝固点高。陆相生油母质中含有较高的木质素和纤 维素，使生成的原油含蜡量和凝固点较高。我国原油含蜡量高 于20%的储量约占 70% 以上，凝固点高于25的储量

18、约占 90% 。 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 1. 我国石油资源的基本特点 西部油田产量持续上升 海上油田产量上升较快 全国原油产量稳中有升 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 2. 我国油气田开发状况 产量 原油产量： 1978年超过1亿吨 2003年原油年产量达1.7亿吨，居世界第5位。 天然气产量：2003年达到341亿立方米，位居世界第18位。 东部油田产量自然递减 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 2. 我国油气田开发状况 采出程度： 已开发油田大多数进入了高含

19、水和高采出程度的开采阶段 水驱可采储量的采出程度大于60%的油田占 82.4% 含水超过80%的油田所占有的储量比例达到 68.7% 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 2. 我国油气田开发状况 含水： 我国油田开发的主要特点 原油含水上升较快 约60%的可采储量在含水60%之后开采出来 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 2. 我国油气田开发状况 提高水驱采收率的主要措施： 加密注采井网，提高注采井数比例。 细分层注水，提高差油层的开采速度。 提高排液量，不断提高剩余可采储量的采油速度。

20、效果： 我国大多数油田的原油产量的稳产期可以达到采出可采储量的 5060%。 1.3.1 我国石油资源特点及其开发状况 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 1.3.2 提高石油采收率的潜力 水驱采收率低 全国已开发油田 32.2%， 陆上东部油田34.9% （ 27.6%除去大庆喇萨杏油田） 陆上西部油田24.3% 近海油田24.2% 水驱之后，我国还有近百亿吨探明地质储量残留在地下 我国提高采收率的巨大资源潜力。 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 两次EOR潜力评价： 19871990年、19961999年 评价范围：陆上17个油区的101.3610 8 吨地质储量 占

21、当时已投入开发地质储量（139.5610 8 吨）的72.6。 其中通过EOR初筛选的覆盖地质储量为79.810 8 吨。 1.3.2 提高石油采收率的潜力 提高采收率方法覆盖储量 8 (10 吨) 采收率增值 () 增加可采储量 8 (10 吨) 聚合物驱67.508.205.53 二元复合驱4.8112.700.61 三元复合驱58.6017.9010.50 混相气驱8.5218.701.59 非混相气驱7.538.600.65 热 采5.7322.201.28 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 各种提高采收率方法技术潜力分析 注：表中各种提高采收率方法覆盖的储量间有重叠 1.

22、3.2 提高石油采收率的潜力 第一章 第三节 我国油田开发状况及采收率潜力 从经济效益角度评价，在现有技术条件下当油价高于 15美元/桶 时，聚合物驱在经济上具有应用的可能性； 只有当油价高于 20美元/桶 时，复合驱才有应用的可 能性。 1.3.2 提高石油采收率的潜力 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 据 “油气杂志 ”(Oil Gas Journal )2000年独家的提高采收率 调查： 1998年初，全世界提高石油采收率（EOR）项目的石油产 量大约为2.310 6 桶天，比1996年初的2.2106 桶天稍 有增长，占全世界石油产量的 3.5 。 美国EOR产量中约60来自热采

23、，其他绝大多数来自注气 （轻烃、二氧化碳和氮气）。 我国的化学驱技术的研究与应用发展迅速。 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 1.4.1 国外提高采收率技术概况 1美国提高采收率技术发展状况 二十世纪初起步，初期发展较慢。 1973年，阿拉伯石油禁运，并对提高采收率项目给予特殊的优 惠政策，使提高采收率的研究和应用得到迅速发展。 1986年，达到高峰，全年共实施512个项目 1986年后，随着油价急剧下跌，提高采收率项目持续减少； 1992年产量最高，达760907桶天，以后略有下降。 2004年，美国EOR的产量为663451桶天。 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 1美国提高采

24、收率技术发展状况 热采 为主导提高采收率技术，占EOR产量的60以上。 二氧化碳混相驱项目一直在稳定增加。 原因：油藏条件适合CO 2 混相驱 具有十分丰富的天然二氧化碳气源 （新墨西哥州、 Texas州） 并在高油价下已修好了三条输送二氧化碳的管道，可以把二氧 化碳从产地直接输送到二氧化碳的用地Texas州。 CO 2 驱技术的发展，其成本大幅度下降。目前，CO 2 驱 每桶原油的成本已从1985年的18.20美元降到10.25美元。 1.4.1 国外提高采收率技术概况 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 1美国提高采收率技术发展状况 化学驱自1986年以来一直呈下降趋势，特别是表面活性

25、剂 驱几乎停止。 聚合物调剖仍有很大的发展。美国已把调剖和聚合物驱、 钻加密井、水平井等列为改进水驱技术，均属于提高采收率技 术范筹。 深度调剖已不再是单纯的增产措施，在一定条件下它可以 代替聚合物驱，或与聚合物驱结合，使聚合物驱获得更大的成 效。深部调剖与聚合物驱相比，具有所用化学剂量较少、投资 回收快等特点。 1.4.1 国外提高采收率技术概况 为热力采油、化学驱和气驱。 实施热采的主要地区是哈萨克。累计产油量到1992年已达 4080万吨。其中近一半是靠蒸汽驱采出的（2030万吨）。注 热水产油1690万吨，火烧油层产油360万吨。 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 1.4.1 国

26、外提高采收率技术概况 2. 前苏联EOR技术应用状况 前苏联曾在 122个油田 的237个区块上实施过EOR方法，主要 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 2. 前苏联EOR技术应用状况 到1992 年 化学 驱已 累计 产原 油3920 万 吨， 其中 主要 是靠 聚合物驱 采出的。也做过一些活性剂驱的矿场试验，但由于 设备陈旧、管理不善、活性剂成本高，大多数试验的经济效 益不好。 到1992 年底，天然气和水气交替注入累计采油量达670万 吨。主要是在西西伯利亚实施。 非常注意采用化工厂的废液，并开发了许多简单易行的增 产增注办法，如注粘土胶、纸浆废液和物理采油方法等。 1.4.1 国

27、外提高采收率技术概况 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 1.4.2 我国EOR技术发展状况 1. 发展历程 起始于60年代初，其发展高峰是80年代初。 1979年，原石油工业部将EOR列为我国油田开发十大科学 技术之一。开始着手进行EOR技术调研，组织国际合作，引 进先进技术，就此揭开我国EOR技术高速发展的序幕。从经 济和产量角度综合考虑，化学驱是我国油田提高采收率技术 的最佳选择。 1982年，在对国外五个主要石油生产国十余种EOR方法综 合分析的基础上，对我国23个主力油田进行了EOR方法粗 选。 1984年开始与日、美、英、法等国在大庆、大港、玉门等 油田进行聚合物驱和表面活性济驱的技术合作。 第一章 第四节 提高采收率技术发展概况 2. 主攻方向 以化学驱为提高采收率的主导技术。 原因： 油藏和原油