三次采油理论简介

1、三次采油技术简介三次采油技术简介 汇汇 报报 提提 纲纲3 基本概念 发展历程 驱油机理 发展现状124三次采油是什么？三次采油是什么？ 三三 次次 采采 油油 是：是： 油田开发第三阶段的泛称油田开发第三阶段的泛称提高采收率则是：包含二次采油在内的增加提高采收率则是：包含二次采油在内的增加 采收率所有方法的总称所有方法的总称利用油藏天然能量开采的采油方式利用油藏天然能量开采的采油方式v 二次采油：二次采油：通过注水或注气提高油层压力并驱替油层中通过注水或注气提高油层压力并驱替油层中 原油的驱油方式原油的驱油方式v 三次采油：三次采油：利用物理、化学、生物等新技术对剩余油进利用物理、化学、生物

2、等新技术对剩余油进行开采的驱油方式；这种驱油方式主要是通过注化学剂、行开采的驱油方式；这种驱油方式主要是通过注化学剂、蒸汽、微生物、混相或非混相驱等方式改变油水界面性蒸汽、微生物、混相或非混相驱等方式改变油水界面性质或原油物理性质，从而达到提高采收率的目的质或原油物理性质，从而达到提高采收率的目的v 化学驱：聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱以 及由它们复配而成的复合驱v 气 驱：混相或部分混相驱v 热 采：蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱和火烧油层v 微生物采油：微生物调剖或微生物驱油 目前世界上已形成四大三次采油技术系列即化学驱、气驱、热力驱和微生物采油 1、强化采油（Enhanced Oil Rec

3、overy，EOR） 在任何时期、阶段，向油藏中注入流体、能量，以提高产量或采收率为目的的所有方法，被统称为强化采油。 2、剩余油 由于注入流体波及系数低，注入流体尚未波及到区域内的原油。其特点是宏观上连续分布。 3、残余油 在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不连续分布。 4、波及系数 被驱替流体驱扫过的油藏体积占原始油藏体积的百分数，也等于平面波及系数和纵向波及系数之积。 5、驱油效率 驱替流体波及范围内驱走的原油体积与驱替流体波及范围内总含油体积之比，也等于原始含油饱和度的降低相对量。 6、采收率 采出原油的储量与总地质储量之比，其数值等于波

4、及效率和驱油效率之积。 7、流度 一种流体通过孔隙介质能力的量度，在数值上等于流体的有效渗透率除以粘度。 8、流度比 驱油时驱动液流度与被驱动液流度的比值 9、毛管数又称毛管准数，或临界驱替比。是表示被驱替相(例如油)所受到的粘滞力与毛细管力之比的一个无量纲数。它反映了多孔介质两相驱替过程中不同力之间的平衡关系。10、界面张力沿着不相溶的两相(液-固、液-液、液-气)间界面垂直作用在单位长度液体表面上的表面收缩力。汇汇 报报 提提 纲纲3 基本概念 发展历程 驱油机理 发展现状124 三次采油技术经过近三次采油技术经过近4040年的艰苦攻关，几代人年的艰苦攻关，几代人的默默耕耘，在高分子聚合物

5、工业化生产、室内机理的默默耕耘，在高分子聚合物工业化生产、室内机理研究、物理模拟实验、驱油过程的数学物理描述与模研究、物理模拟实验、驱油过程的数学物理描述与模拟等方面取得了重要进展。拟等方面取得了重要进展。 实现了从先导性矿场试验、工业性矿场试验到大规实现了从先导性矿场试验、工业性矿场试验到大规 模工业化推广的三个飞跃模工业化推广的三个飞跃 形成了以聚合物驱技术为代表的油藏工程、采油工形成了以聚合物驱技术为代表的油藏工程、采油工 艺、地面工程等三次采油系列配套技术艺、地面工程等三次采油系列配套技术 三次采油提高采收率的研究与实践起源于大三次采油提高采收率的研究与实践起源于大庆油田开发初期。庆油

6、田开发初期。19651965年大庆油田在勘探开发研年大庆油田在勘探开发研究院成立了提高采收率实验室，近四十年来先后究院成立了提高采收率实验室，近四十年来先后研究了：研究了：活性水驱活性水驱 水水/天然气交替注入天然气交替注入二氧化碳驱二氧化碳驱 聚合物驱聚合物驱三元复合驱三元复合驱 泡沫复合驱泡沫复合驱热采热采 微生物采油微生物采油等多项三次采油技术等多项三次采油技术开展了开展了1111种方法种方法2727次提高采收率矿场试验次提高采收率矿场试验: :1972年在小井距试验区开展了聚合物驱先导性矿场试验1990年开展了中区西部聚合物驱先导性矿场试验1993年、1994年开展了北一断西和喇南聚合

7、物驱工业性试验1994年、1995年、1996年、1997年相继开展了中区西部、杏 五区中块、杏二区、北一区断西三元复合驱先导性矿场试验1997年开展了北二区东部泡沫复合驱先导性矿场试验2001年开展了杏二中三元复合驱工业性矿场试验 截止到目前，投入聚驱开发的工业化区块数达到50余个，聚驱年产油超过1300万吨，占油田总产量的20%以上。图例图例聚合物驱聚合物驱三元复合驱三元复合驱天然气驱天然气驱二氧化碳驱二氧化碳驱微生物采油微生物采油热力采油热力采油三三次次采采油油矿矿场场试试验验分分布布图图萨北厚层区萨北厚层区喇南喇南中区西部双层区中区西部双层区中区西部单层区中区西部单层区南三区南三区杏二

8、区西部杏二区西部杏十三区杏十三区萨北过渡带萨北过渡带北三区西部北三区西部北二区东部北二区东部小井距小井距北一区断东北一区断东北一区断西北一区断西萨南萨南CO2驱驱杏二区中部杏二区中部北一区断西北一区断西杏五区中部杏五区中部杏五区中部杏五区中部汇汇 报报 提提 纲纲3 基本概念 发展历程 驱油机理 发展现状124一、聚合物驱机理 毛管数越大采收率越高，增加毛管数将显著地提高原油采收率，理想状态下毛管数增加至10-2时，采收率可达到100%。注水开发后期，毛管数一般在10-610-7 这个范围内。界面张力毛管数 NcwV/ 式中：Nc毛管数；w驱动流体的粘度；V驱动速度；界面张力。 从毛管数的定义

9、可知，要增大毛管数，有如下途径： （1）降低油水界面张力，通过降低油水界面张力，可使毛管数有3-4个数量级的变化。因此提出表面活性剂驱和混相驱的采油方法。 （2）增加驱替相粘度（这也是提出聚合物驱的依据）。 （3）提高驱替速度（但有一定的限度）。一、聚合物驱机理 研究表明：在聚驱过程中，聚合物溶液表现出三种粘度，即：本体粘度界面粘度拉伸粘度 在这三种粘度的共同作用下，聚合物驱不仅可以提高波及系数，而且还可以提高水波及域内的驱油效率。 1、聚合物溶液本体粘度的增高，改善了水油流度比和水驱前缘，可以驱替出水驱未波及剩余油和簇状残余油。2、界面粘度使聚合物溶液在多界面粘度使聚合物溶液在多 孔介质中的

10、粘滞力增加孔介质中的粘滞力增加 聚合物溶液与残余油之间的界面粘度远远高于注入水与残余油间的界面粘度值。聚合物溶液粘度的增加，是由于聚合物分子中含有许多亲水基团，这些亲水基团在聚合物分子外形成的“水鞘”，增加了相对移动的内摩擦力。 1 12 23 34 4 聚合物溶液将滞留在孔隙中的孤岛状残余油拉成丝状、聚合物溶液将滞留在孔隙中的孤岛状残余油拉成丝状、再断开，变小后的油珠容易通过喉道被携带运移再断开，变小后的油珠容易通过喉道被携带运移 聚合物驱能将水驱、甘油驱驱替不出来的盲端残余油明显减少甘油驱结束甘油驱结束聚合物驱结束聚合物驱结束3. 拉伸粘度使聚合物溶液存在粘弹性-是驱替盲状残余油的主要原因

11、柔性聚合物分子在应力作用下将产生形变，其弹性又会使其恢复、收缩当具有粘弹性的柔性聚合物溶液通过多孔介质时，既存在着剪切流动，也存在着拉伸流动聚合物分子在流经孔道尺寸变化处时，聚合物分子就受到拉伸而表现出弹性聚合物的弹性使进入盲端孔隙的聚合物溶液具有与流动方向垂直、指向连通孔道的法向应力 聚合物溶液正是因为上述机理，才能够驱替盲端中的剩余油。 用带盲端的单管模型实验，可以得出聚合物溶液和盐水在不同宽度盲端中速度分布示意图HWD流动边界 流体在带盲端的单管中流动示意图 实验结果表明：在相同流速下，同一盲端中聚合物溶液达到的深度比水大同一流体在流动过程中盲端越宽,所能达到的深度也越大同一流体流速越大

12、，在同一盲端中所能达到的深度越大 聚合物驱替盲端中水驱剩余油是必然的1 1、注聚体系粘度高，聚驱效果好、注聚体系粘度高，聚驱效果好工业化聚驱区块注入粘度与采收率提高值关系图工业化聚驱区块注入粘度与采收率提高值关系图678910111213142025303540455055注入粘度（mPa.s）采收率提高值（）二、工业化聚合物驱取得的几点认识聚合物溶液粘度与原油粘度之比对聚驱采收率提高值的影响聚合物溶液粘度与原油粘度之比对聚驱采收率提高值的影响0 02 24 46 68 810101212141416160 02 24 46 68 810101212粘度比粘度比采收率提高值（）采收率提高值（）

13、1.23.6粘度比粘度比3-5较为合较为合理理2 2、聚驱控制程度较高的区块，聚驱效果好、聚驱控制程度较高的区块，聚驱效果好 由于聚合物分子尺寸远大于水的分子尺寸，水驱中的相当部分可及孔隙体积成为聚驱的不可及孔隙体积，使得聚合物驱对于中、低渗透油层的控制程度大大降低。因此，在聚合物驱开发方案设计中，引入了聚驱控制程度这一重要的特征指标。理论研究及矿场实践表明，随着聚驱控制程度的增加，聚驱采收率提高值增加。要求聚驱控制程度达到70以上30304040505060600.40.40.60.60.80.81 1聚驱控制程度（）聚驱控制程度（） 采出程度（）采出程度（）0 02 24 46 68 81

14、010 采收率提高值（）采收率提高值（）聚驱采出程度水驱采出程度采收率提高值聚驱控制程度对聚驱效果的影响规律(vk=0.62)3 3、采取分层注入措施，有利于提高聚驱效果、采取分层注入措施，有利于提高聚驱效果 数值模拟结果表明，在层间渗透率级差较大时，分层注入聚合物效果好于笼统注入方式。层间渗透率级差 2.5分层注聚采收率提高 2.04%开采时间缩短 2年左右少注溶液 0.365PV 4 4、存在高渗透通道的油层，采取调剖可以取得好效果、存在高渗透通道的油层，采取调剖可以取得好效果0.760.390.561.21.20.90.480.54葡葡I1 5.8 2 7.0 3 2.4 4 0.8 4

15、 0.4自然电位自然电位 渗透率渗透率 层号层号 厚度厚度 4.72.48.08.325.48.484.719.13.560.916.40 50 10057.0时间时间98.6.5 时间时间98.6.5 时间时间98.6.5 （调剖前）（调剖前） （调剖后）（调剖后） （调剖后）（调剖后）0 50 100 0 50 100调剖前后吸水剖面对比调剖前后吸水剖面对比 由于高分子量聚合物具有：由于高分子量聚合物具有： 更好的增粘性更好的增粘性 更大的残余阻力系数更大的残余阻力系数 更高的粘弹性更高的粘弹性 因此，在相同聚合物用量和注入能力允许的条件下，因此，在相同聚合物用量和注入能力允许的条件下，聚

16、合物分子量越高，采收率提高幅度越大。聚合物分子量越高，采收率提高幅度越大。5 5、高分子量聚合物前置段塞可大大改善聚合物驱效果、高分子量聚合物前置段塞可大大改善聚合物驱效果 当前置高分子量聚合物段塞占总用量的当前置高分子量聚合物段塞占总用量的20%时，比单独注入时，比单独注入中分子量聚合物可提高采收率中分子量聚合物可提高采收率2.0%。 当前置高分子量聚合物段塞的比例达到当前置高分子量聚合物段塞的比例达到33%以上时，基本上以上时，基本上与单独注入高分子量聚合物的驱油效果相同。与单独注入高分子量聚合物的驱油效果相同。不同高分子量聚合物用量比例对驱油效果的影响101112131415160102

17、030405060708090100高分子量聚合物用量比例（%）采收率提高值（%）先高后低先低后高二、复合驱机理二、复合驱机理 二元/三元复合驱技术既扩大波及体积，又提高驱油效率，主力油层试验表明，可比水驱提高采收率20个百分点。目前已形成了表面活性剂研制、检测及评价、配方优化、矿场试验方案设计等配套技术。34EV波及效率 ED驱油效率二元复合驱采收率二元复合驱采收率34 二元复合驱驱油机理二元复合驱驱油机理波及效率波及效率驱油效率驱油效率决定于决定于决定于决定于乳化作用乳化作用即可提高波及效率及驱油效率 二元/三元复合体系中由于聚合物的存在可扩大波及体积，同时因表面活性剂与碱协同作用大大降低

18、了油水间界面张力，又可大大提高驱油效率。 由于毛管力效应，残余油以分散油滴、油膜或油带环的形式束缚于孔隙介质中，以致于一般水驱方式对它无能为力。只有当驱动压力梯度大于或等于毛管压力梯度时，束缚油滴才活化，但驱动压力梯度达到这一要求的难度很大，水驱条件下这一驱动压力梯度是一定值，因此，降低界面张力是使油滴活化的唯一出路。 复合驱油存在一个使油滴活化的临界界面张力，只有当界面张力小于这一临界值时，油滴才能活化，进而被驱替形成油墙。 目前研究结果认为，大庆油田油水界面张力的临界值为10-3 mN/m数量级。因此，三元复合驱必须使油水界面张力达到10-3mN/m数量级，才能有高的驱油效率，而且其基数越

19、低越好。 1、泡沫复合驱机理 泡沫复合驱油技术既具备三元复合驱的技术优势，又具有较强的封堵高渗透层的能力，可比水驱提高采收率25个百分点以上。目前已形成了从驱油机理研究、配方优化到现场方案设计的配套技术。三、泡沫复合驱技术三、泡沫复合驱技术在泡沫复合驱驱替过程中，通过持续的局部压力变化，使水波及域内的成片残余油启动、运移，最后被采出；局部压力的不断变化，也是泡沫复合驱区别于其它液相驱替的一个显著特征。与一般泡沫驱相比，泡沫复合体系能够形成更细小的泡沫；这些泡沫能够进入到被细小的喉道封堵的大孔隙及孔隙盲端，将那里的残余油采出；同时，泡沫复合体系较强洗油能力可以驱替水驱后粘附在岩石壁面的膜状残余油

20、。因此可以有效地提高驱油效率。泡沫对油层孔隙的封堵具有选择性，它首先容易进入渗透率较高的大孔道，并在其中保持较高的渗流阻力；高渗透岩心中，泡沫的封堵作用最为有效。对于有隔层条件下的高、中、低渗透层进行合注分采时，泡沫可有效封堵高渗透层，使注入流体向中、低渗透层分流，从而调整注入剖面，并产生良好的流度控制作用，扩大了波及体积。堵大不堵小堵大不堵小堵水不堵油堵水不堵油泡沫驱泡沫驱/泡沫复合驱技术的本质是：泡沫复合驱技术的本质是： 泡沫驱油技术或泡沫复合驱油技术在大孔道强调剖和控制低效、无效水循环以及更进一步提高采收率研究中具有重要的意义。 2 2、现场应用存在问题、现场应用存在问题 泡沫驱的适用条

21、件筛选 泡沫驱目前尚未建立起系统有效的油田适用标准。泡沫驱的注入方式、注入速度、表面活性剂的浓度等重要的施工参数并未与油田的地层物性、流体性质、以及温度压力等因素进行有效的结合。 泡沫的稳定性 泡沫体系一个很大的缺点即为稳定性差，施工后有效期短。中国普遍采用的泡沫复合驱在一定程度上解决了该问题，但主要是聚合物以及碱的作用弥补了泡沫破裂的问题，并不是根本上解决了泡沫的稳定性问题。 泡沫驱的传播距离 泡沫驱其影响的主要范围为井筒周围不超过100m的范围。在这种情况下很难对油藏深部的流体流动性产生影响。四、微生物采油技术四、微生物采油技术 微生物采油技术具有成本低、操作方便、无环境污染等特点，特别对枯竭和近枯竭油田具有巨大潜力