《提高采收率》之原理解析

提高采收率原理施雷庭西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室主要内容1绪论2提高采收率方法及原理概述3聚合物驱及其相关技术4表面活性剂驱油5碱水驱6复合驱(二元、三元驱、泡沫复合驱等)7气体混相驱(天然气、二氧化碳、氮气、液化气驱等)8热力采油(热水、蒸汽驱、蒸汽吞吐、火烧油层)9微生物采油(微生物调剖、堵水、微生物驱油、降解原油)10其它提高采收率方法射频法采油(RadioFrequencyRecovery)超声波法采油(Ultra-SonicRecovery)振动采油(VibratingRecovery)磁法采油(MagneticRecovery)1绪论原油采收率是采出地下原油原始储量的百分数，即采出原油量与地下原油原始储量之比。在经济条件允许的前提下追求更高的原油采收率，既是油田开发工作的核心，又是对不可再生资源的保护、合理利用、实现社会可持续发展的需要。1绪论采油方法回顾“一次采油”，主要是利用油藏本身的天然能量来采出一部分原油。其采油机理是：随着油藏压力的下降，液体的体积膨胀和岩石压缩作用把油藏流体驱入井筒。当油藏压力降低到原油的饱和压力以下时，气体释放和膨胀又能采出一部分原油。有些油藏带有气顶，气顶膨胀和重力排驱也能促使原油流入生产井。一些油藏与含水层相连，它能提供活跃的或部分活跃的水驱。含水层的水侵既能驱替油藏孔隙中的原油，又能弥补由于原油开采造成的压力下降。对于不同的油藏，一次采油的采收率相差极大，这取决于开采机理和各种机理的组合、油藏类型、岩石性质、原油性质。一次采油的采收率一般为5%～20%。1绪论采油方法回顾在一次采油后一定时间内注入流体的采油方法通常被称为“二次采油”。一次采油和注水或非混相注气的二次采油的最终采收率通常为原始地质储量的20%～40%。在二次采油达经济极限时，向地层中注入流体、能量，将引起物理化学变化的方法通常被称为“三次采油（TertiaryRecovery）”。包括聚合物驱、各种化学驱（活性水驱、微乳液驱、碱性水驱）及复合化学驱、气体混相驱（不是以保压为目的的注气）。在任何时期，向地层中注入流体、能量，以提高产量或采收率为目的开采方法常被称为“强化采油（EnhancedOilRecovery-EOR）”。包括三次采油中的所有方法和热力采油法。1绪论常规注水、注气等二次采油技术所不能开采的那部分原油构成了三次采油或强化采油的目标油量，它包括所谓的“剩余油”和“残余油”。由于波及系数低，注入流体尚未波及到的区域所剩余下的原油被称为“剩余油”，如低渗透夹层内和水绕流带中的剩余油；钻井未钻到的透镜体中的原油，局部不渗透遮挡处的原油等，其特点是宏观上连续分布。在注入水波及区内或孔道内已扫过区域内残留的、未被驱走的原油被称为“残余油”，其特点是分布不连续。1绪论1绪论EOR方法提高采收率提高波及效率类提高洗油效率类降低原油粘度类聚合物驱泡沫驱复合化学驱微生物采油活性水驱微乳液驱碱水驱复合化学驱气体混相驱微生物采油热采气体混相驱与非混相驱微生物采油提高采收率聚合物驱表面活性剂驱碱水驱复合化学驱蒸汽吞吐蒸汽驱火烧油层一次接触混相驱蒸发式多级接触混相驱凝析式多级接触混相驱高压天然气（干气）驱富气驱CO2驱烟道气驱按作用机理分按注入气种类分化学驱气体混相驱热采微生物采油（a）按提高采收率机理分类（b）按注入工作剂类型分类1绪论到目前为止，比较成熟的提高采收率技术有蒸汽吞吐、蒸汽驱、聚合物驱、气体混相与非混相驱等技术。1绪论水驱或非混相注气驱一次采油和二次采油的最终采收率通常为原始地质储量的20～40%。非混相驱油和水是互不相溶的。如果把油水倒入一个容器中并放置一段时间，就会形成两个截然不同液相，而且具有明显的分界面。因此可以说油水是不混相的。同样，尽管天然气在原油中具有一定的溶解度，但原油和天然气也是不混相的。这种溶解度大小取决于压力大小，一旦超过某溶解度的极限后，就会形成被一个界面隔开的气相和液相。1绪论非混相注气驱或水驱所能达到的最终采收率主要取决于以下两个因素：1、注入流体的体积波及效率；2、注入流体在波及岩石内的驱替效率。InjectionProduction高渗透层低渗透层由于油藏中存在着渗透率的层间差异、粘性指进、重力分异和不完全的面积波及效率，所以油藏体积波及系数一般小于100%。OilBearingInjectionWater1绪论在常规水驱油中所发现的达西速度、原油粘度、油水界面张力范围内，残余油饱和度对毛管数并不敏感。由图可知，为了使水驱残余油饱和度有明显的降低，可以：大幅度增加驱替流体粘度；大幅度提高驱替速度；大幅度降低油水界面张力。油水界面张力（IFT）对残余油饱和度的影响Log(Nc=μv/σ)Sor1绪论化学驱和气体混相驱的主要目的就是为了降低还消除驱替相与被驱替相之间的界面张力，从而提高驱油效率。2提高采收率方法及原理概述化学驱聚合物驱表面活性剂驱碱水驱复合化学驱气体混相驱烃混相驱、CO2混相驱、惰性气体混相驱泡沫驱热力采油蒸汽吞吐蒸汽驱就地燃烧微生物采油(MEOR)2提高采收率方法及原理概述化学驱凡是向注入水中加入化学剂，以改变驱替流体性质、驱替流体与原油之间的界面性质，从而有利于原油生产的所有方法都属于化学驱范畴。通常包括：聚合物驱、表面活性剂驱（胶束/聚合物驱、微乳液驱）、碱水驱和复合化学驱。聚合物驱聚合物驱实际上是一种把水溶性聚合物加到注入水中以增加水相粘度、改善流度比、稳定驱替前沿的方法，因此又称为稠化水驱。聚合物驱以提高波及系数为主，因此它更加适用于非均质的中质或较重质的油藏。当聚合物驱与交联聚合物调剖技术相结合时，也可以用于那些具有高渗透率通道或微小裂缝的油藏。2提高采收率方法及原理概述化学驱表面活性剂驱表面活性剂提高采收率的主要原理是利用驱替流体与被驱替原油体系之间具有低界面张力IFT（interfacialtension）的特性，提高驱油效率。应用表面活性剂提高采收率可分为活性水驱、乳状液驱、胶束驱和低界面张力驱。目前在国外的化学驱中，研究和应用的最为广泛的是胶束/聚合物驱；最热门研究——双子表活剂。从技术上讲，表面活性剂驱最适合三次采油，是注水开发的合理继续，基本上不受含水率的限制，可获得很高的水驱残余油采收率。但由于表面活性剂的价格昂贵，投资高，风险大，因而其使用范围受到很大限制。2提高采收率方法及原理概述化学驱碱水驱对于原油中含有较多有机酸的油层可以注入浓度为0.05%～4%的NaOH、Na2CO3等碱性水溶液，与原油中的石油酸反应就地产生表面活性物质，从而降低油水界面张力，提高驱油效率；对原油产生乳化作用，降低注入水流度，改善流度比；改变岩石的润湿性，从而增加原油的流动性。采油机理十分复杂，可由降低油水界面张力，产生润湿性反转、乳化、乳化夹带、自发乳化和聚并以及硬膜溶解等机理采出残余油。复合化学驱单一的聚合物驱、碱水驱、表面活性剂驱各自有其优缺点，将它们联合使用，在功能上互相弥补，以达到最佳驱油效果，这就是各种形式的复合化学驱。2提高采收率方法及原理概述气体混相驱气体混相驱是向油藏中注入一种气体作为原油的驱替剂，希望能够消除与原油之间的界面张力，提高驱油效率，在确保一定的波及效率前提下，大幅度提高原油采收率。所谓混相就是指两种流体可以完全相互溶解。它与非混相驱的区别就在于两相之间的界面张力为零，因而不存在明显的界面，也不存在毛管压力，从而大大提高原油采收率。按混相方式的不同，混相驱可分为“一次接触混相”和“多次接触混相”或“动态混相”。泡沫驱该方法是利用泡沫在孔隙介质中的贾敏效应，增加驱替相的流动阻力，以便稳定驱替前沿和提高波及体积，从而提高原油采收率。微泡沫体系，三元复合驱+气体，既可提高波及体系又可提高驱油效率，同时可扩大非均质油藏应用范围。2提高采收率方法及原理概述热力采油热力采油是最有效、最有前途的提高采收率方法之一，它立足于利用热量来稀释和蒸发油层中的原油以驱动所形成的产物。该方法可以分为热物理学（注热载体）和热化学（火烧油层、液相氧化作用等）两类方法。微生物采油微生物提高采收率（MicrobialEnhancedOilRecovery）是指利用微生物及其代谢产物增加石油产量的一种石油开采技术。该技术是将经过筛选和评价的微生物与培养基注入地下油层，通过微生物就地繁殖和代谢，产生酸、气体、溶剂、生物表面活性剂和生物聚合物，改变岩石孔道和油藏原油的物理化学性质，提高原油产量和增加油藏原油采收率。利用了聚合物驱和表面活性剂驱油机理提高采收率。3聚合物驱及其相关技术3聚合物驱及其相关技术流度控制用聚合物聚合物驱油机理聚合物溶液性质聚合物在多孔介质中流动特性聚合物驱室内评价与设计吸水剖面调整技术聚合物及聚合物驱新技术、新进展3聚合物驱及其相关技术聚合物驱（PolymerFlooding）是指通过在注入水中加入少量水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度，同时降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物，因此它又称改性水驱（ModifiedWaterFlooding）。聚合物驱的机理是所有提高采收率方法中最简单的一种，即降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。一般来说，当油藏的非均质性较大和/或水驱流度比较高时，聚合物驱可以取得明显的经济效果。3聚合物驱及其相关技术聚合物驱发展历程聚合物驱始于20世纪50年代末和60年代初。美国于1964年进行了第一次聚合物驱矿场试验，随后在1964~1969年间，进行了61个聚合物驱项目。从70年代到1985年，共进行了183个聚合物驱项目，且一般都取得了明显的经济效益。在中国，聚合物驱得到了充分的发展。自1972年在大庆油田开展小井距的聚合物驱试验以来，特别在“八五”、“九五”期间，在聚合物驱室内研究、数值模拟技术、注入工艺以及动态监测技术等方面进行了大量的研究和试验，为聚合物驱在中国进入工业化应用阶段奠定了基础。目前，聚合物驱在中国的大庆、胜利等油田已进入工业化应用阶段。1997年累计注入聚合物干粉23700t，工业应用面积达101.3km2，全国聚合物驱年增产原油达303万t。中国大庆油田的聚合物驱已成为世界上最大的聚合物驱项目。到2000年中国聚合物驱年增产原油将达500~700万t。3聚合物驱及其相关技术流度控制用聚合物流度控制用的聚合物有两大类：天然聚合物和人工合成聚合物。天然聚合物是从自然界的植物及其种子主要通过微生物发酵而得到，如纤维素、生物聚合物黄胞胶等。人工合成聚合物是用化学原料经工厂生产而合成的，如目前大量使用的聚丙烯酰胺（Polyacrylamide简称PAM），部分水解的聚丙烯酰胺（HydrolyzedPartiallyPolyacrylamide简称HPAM）等。3聚合物驱及其相关技术流度控制用聚合物HPAM和黄原胶均难以满足高温、高含盐油藏的需要，严重制约着聚合物驱油技术与聚合物复合驱油技术的推广应用。研制耐温抗盐抗剪切的高性能/价格比的聚合物驱油剂已成为迫切需要解决的世界性难题。HPAM与黄原胶化学性能改进耐温抗盐合成聚合物的研究具有耐温抗盐结构单元的丙烯酰胺共聚物分子间具有特殊相互作用的聚合物驱油剂水溶性疏水缔合聚合物两性离子聚合物分子复合型聚合物驱油剂3聚合物驱及其相关技术流度控制用聚合物聚丙烯酰胺和疏水缔合聚合物分子结构对比疏水缔合聚合物部分水解聚丙烯酰胺缔合结构3聚合物驱及其相关技术聚合物驱油机理聚合物注入油层后，将会产生两方面的重要作用一是增加水相粘度；二是因聚合物的滞留引起油层渗透率下降；上述两项作用的共同结果导致油层中聚合物驱的流度明显降低。聚合物注入油层后，将产生两项基本作用机理一方面是控制水淹层段中水相流度，改善水油流度比，提高水淹层段的层内波及效率；另一方面是降低高渗