提高原油采收率现状及其发展趋势

提高采收率的途径与方法 化学驱的现状及发展趋势 提 纲 (1)提高采收率与三次采油 化采油 提高（原油）采收率 。 20世纪 80年代提出，前身是三次采油 、提高采收率的途径与方法 人工注水 注气 一次采油 天然能量 依靠 二次采油 物理、机械和力学 等宏观作用 立足 化学驱 混相驱 热力采油 微生物采油 三次采油 (强化采油 ) 化学、物理、热力、生物或联合微观驱油作用 应用 四次采油 1015？ 一、提高采收率的途径与方法 包括采收率超过一次采油的 二次 采油和 三次 采油。包括所有的采油法。 三次采油 二次采油以后的通过注入化学剂、热量、混相溶剂的方法。 二者在概念上是不完全重叠的 根据石油开采阶段来划分采油方法存在一定的局限性。人们习惯上将 注水以外 的开采方法都称为提高采收率的方法，简称 改进型采油比 强化采油 在概念上具有更广泛的意义。 、提高采收率的途径与方法 (2)采收率（ ： 原油采收率（ =采出储量（ （ N ） 水驱采收率（ =波及系数（ X 洗油效率（ 地质储量可采储量最终采收率 1 0 0一、提高采收率的途径与方法 (3)波及效率（系数） 及效率（系数），又称为扫描效率或 宏观驱油效率 指注入流体波及区域的体积 与油藏总体积之比 入流体的驱替体积； V油藏总体积； 积波及系数（效率）。 指注入流体在波及范围内 ，采出的油量与波及区内石油储量的体积之比 始含油饱和度； 余油饱和度； 油效率。 (4)驱油效率 油（洗油）效率，又称为 微观驱油效率 。 响采收率的因素 (1)地层的非均质性： 宏观非均质性 渗透率变异系数； 微观非均质性 孔喉大小分布曲线、孔喉比、孔喉配位数、孔喉表面粗造度。 地层是非均质的非均质性越大采收率越低 一、提高采收率的途径与方法 (2) 地层表面的润湿性 地层表面的润湿性可分为水湿、油湿和中性润湿三类。 水湿岩心的水驱采收率大于油湿岩心的。 (3) 流度比 流度： 流体的相渗透率与其粘度之比。 i 流度比： 指注入流体的流度与被驱原油在未波及区的 流度之比。 水油流度比 ： 水外相微乳 油外相微乳 中相微乳 泡沫驱 乳状液驱 （ 2）表面活性剂 (A)驱 （ 2）表面活性剂 (A)驱 表面活性剂驱提高采收率的原理： 活性剂 降低油水界面张力； 润湿反转；乳化； 提高表面电荷密度； 并聚形成油带等 提高了水的洗油效率 提高了原油的采收率 以碱溶液作驱油剂的驱油法。也称为碱溶液驱；碱强化水驱 。 碱驱用碱 : 碱： 盐（潜在碱）： （ 3） 碱驱 (S)驱 （ 3） 碱驱 (S)驱 碱驱提高原油采收率的原理： 碱 与原油中酸性物质反应 产生表面活性物质 降低油水界面张力 提高洗油效率 提高原油采收率 驱油的定义 驱油 用驱油剂将地层中的原油驱替出来 。 水驱 是指以水作驱油剂的驱动（二次采油） 。 化学驱 是指在水中加入各种化学剂后的驱动（三次采油）。 (1)驱油用为聚合物 有两类聚合物已用于现场 目前 ,主要用部分水解聚丙烯酰胺 （ 二、化学驱的现状及发展趋势 部分水解聚丙烯酰胺（ 相对分子量： 100解度： 1浓度：25;注入量： 热稳定性较好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性较好。 二、化学驱的现状及发展趋势 生物聚合物 常用） 生物聚合物，分子量 1300用浓度 100，注入量 热稳定性差（ 71 ）；生物稳定性差（ 24小时，需加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链） 。 二、化学驱的现状及发展趋势 (2)驱油用 （ A） 高分子量 ：一般驱油用 千万到几千万； （ B） 多分散性 ： 分子量不等的同系聚合物的混合物； （ C） 几何结构多样化 ：聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态； （ D） 物化性能稳定 ： 满足驱油的要求。 二、化学驱的现状及发展趋势 (3)(A)溶解速度慢 (水化溶涨，配制需要较长时间）； (B)降解（热降解、剪切降解和氧化降 ,93 ）； (C)盐敏（不适合于高矿化度地层）。 二、化学驱的现状及发展趋势 (4)聚合物驱适应的基本条件 （ A）原油： 稀油，密度 度 150; （ B）水质 : 矿化度 40000(5000)，钙镁离子含量 500(100) ；最好不含三价的金属离子； （ C）油藏： 温度 93 （最好 70 ），深度2740m，油田正装，油层较厚，油水井对应关系较好，尚有增产潜力的油藏。 二、化学驱的现状及发展趋势 (5)聚合物溶液的配制及注入工艺 聚合物溶液的配制和注入工艺对聚合物溶液的粘度和驱油效果有很大的影响 。 因此选择合理的配制和注入工艺十分重要 。 聚合物溶液的配制必须考虑 水质 、 温度 、 搅拌速度等的影响 ， 注入过程中必须考虑 排量 、 压力 、 泵 、 管 、阀 、 混合器及计量仪表 等的影响 。 注聚前还必须进行必要的预处理 。 二、化学驱的现状及发展趋势 （ A） 配制母液 ：聚合物一般先用低矿化度的 清水 配制成高浓度的水溶液 ， 既聚合物 母液 ， 为保证聚合物溶液注入地层后达到良好的驱油效果 ， 一般要求地面配制的聚合物母液浓度在 5000左右 ， 低温或常温配制 (分散装置 )。 二、化学驱的现状及发展趋势 从聚合物的形态上分 ， 聚合物的 配制工艺有干粉 、 乳液和板胶三种配制方法 ， 常用干粉配制工艺 。 典型的聚合物配制注入系统工艺有两种：一种是国内的“ 紧凑型 ” 配制注入工艺 ， 既聚合物配制和注入部分配套在一起 ， 流程紧凑 ， 即配既注；另一种是国内在大庆油田首先建成的用于大规模工业化生产的 “ 集中配制 ， 分散注入 ” 的配制注入工艺 即一座规模较大的聚合物配制站周围卫星式的布满多座注聚站 ， 由配制站分别给各个注入站供液 ， 这种配制注入工艺的技术经济效益更好 。 二、化学驱的现状及发展趋势 （ B） 熟化 ：聚合物的配制过程中 ， 熟化是很重要的 。所谓熟化就是聚合物在水中的水解 ， 并充分溶解 ， 以获得所要求的粘度的化学变化和物理变化的综合过程 。 聚合物干粉经分散装置润湿后 ， 仍需悬浮在水中一定时间 ，经过溶胀阶段 ， 一般 6 现场实际 2小时左右 ， 才能充分溶解若水温过低还需要更长时间 (熟化罐 )。 二、化学驱的现状及发展趋势 （ B） 稀 释 注 入 ： 将 母 液 稀 释 至 一 定 浓 度 （ 800） 后注入 (混合器 、 注聚泵 )。 目前国内聚合物注入工艺主要有两种： 一为单泵单井流程 （ 如大庆油田 ） ， 二是 一泵多井流程 （ 如大港油田 ） 。 单泵单井流程的优点是每台泵与每口井的压力 、流量均互相对应 ， 不需节流 ， 能量利用充分 ， 单井注入方案比较容易改变 ， 缺点是设备多 ， 投资大 ， 维护量也大 。 一泵多井流程的优点是柱塞泵 、 静态混合器等设备少 ， 流程简单 ， 投资少 ， 维护工作量也少 。 缺点是全系统为一个注入压力 ， 注入井单井压力 、 流量调节损失能量 ， 单井注入方案不易调整 ， 增加了流量调节器的成本 。 清水罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 熟 化 罐 搅拌机 清水泵 分 散 装 置 加料斗 分 散 装 置 加料斗 分 散 装 置 加料斗 分 散 装 置 加料斗 分 散 装 置 加料斗 外 输 泵 4# 站 喂 入 泵 5# 站 喂 入 泵 5# 站 喂 入 泵 5# 站 去 6#站 流量计 去 4#站 外 输 泵 4# 站 外 输 泵 4# 站 外 输 泵 6# 站 外 输 泵 6# 站 外 输 泵 6# 站 干 粉 库 房 注 聚 泵 注 聚 泵 注 聚 泵 增 压 泵 高 压 污 水 高压污水 单 向 阀 电 磁 流 量 计 混 合 器 电 子 水 表 注聚井 过滤器 孤东油田七区中注聚工艺流程示意图 P+N 加合体系 P + 胀体 P+碱 +表活 剂 P 改性 P + 泡沫剂 溶胀 体系 强化 泡沫 P + 交联剂 交联 体系 复合 驱 新型 聚合物 (6)聚合物驱的研究进展及发展趋势 新型抗温抗盐聚合物大部分处在室内研究阶段，且成本较高，尚未大面积推广应用； 工艺设备及工艺参数的优化投资较大，有局限性，且效果有限； 交联聚合物驱技术、调驱一体化技术正在扩大应用 ; 化学复合驱技术虽然效果较好 ,但成本较高 ; 污水改性处理配注聚合物技术引人注目 ,一是可以节约大量的清水；二是可以减少采油污水的处理费用，减少对环境的污染；三是可以避免清污水混合不配伍而造成的不良影响等。 总体现状与趋势 (1）研制开发新型或改性聚合物 结构 ，提高它的 热稳定性 ，如 二、化学驱的现状及发展趋势 二、化学驱的现状及发展趋势 二、化学驱的现状及发展趋势 二、化学驱的现状及发展趋势 链 ，提高 性 ，从而提高它的 抗剪切能力 ，并通过缔合提高其稠化能力，如 二、化学驱的现状及发展趋势 过引入 强亲水基团 的方法，提高 二、化学驱的现状及发展趋势 如 G 纤维素经碱化和羟乙基化得到，其的结构式为 二、化学驱的现状及发展趋势 小核菌属真菌在葡萄糖中发酵制得，其结构式为 二、化学驱的现状及发展趋势 （ 2）开发新型或改性的聚合物 两性聚合物的研制 耐温耐盐单体的研制 疏水缔合聚合物的研制 多元组合聚合物的研制 梳型聚合物的研制 共混聚合物 两性聚合物 两性聚合物是在聚合物分子链上 同时 引入 阳离子和阴离子基团 。在淡水中由于聚合物分子内的阴、阳离子基团相互吸引，致使聚合物分子发生卷曲。在 盐水 中，由于盐水对聚合物分子内的阴、阳离子的基团相互吸引力的削弱或屏蔽，致使聚合物分子比淡水中更舒展，宏观上表现为在盐水中聚合物的粘度升高或粘度下降幅度小。但由于发生分子内阴、阳离子基团的内盐结构， 溶解性能较差 ，而且，油田三次采油用聚合物要求增粘能力较强，只有丙稀酰胺单体参与共聚，才能达到此目的，且比较经济。含丙稀酰胺的两性聚合物溶液随着老化时间延长，阴离子度（水解度）不断增大，分子链上正负电荷基团数目出现不相等，分子链的卷曲程度随矿化度的增大而增大，溶液粘度大大下降，抗盐性能逐步消失。更值得重视的是，两性聚合物的阳离子基团会造成聚合物在地层中的 吸附量大幅度增加 ，聚合物大量吸附在近井地带，严重影响驱油效率，增加三次采油成本，可见，两性聚合物的抗温抗盐是有条件的，并不是适用于所有油田。 耐温耐盐共聚物 耐温耐盐单体共聚物的研制的主导思想是研制 与钙、镁离子不产生沉淀反应，在高温下水解缓慢或不发生水解反应的单体 ，如 2丙稀酰胺基 2甲基丙磺酸钠（ ,N乙烯吡咯烷酮（ 3丙稀酰胺基 3甲基丁酸钠（ N乙烯酰胺（ ，将一种或多种耐温耐盐单体与丙稀酰胺共聚，得到的聚合物在高温高盐条件下的水解将受到限制，不会出现与钙、镁离子发生反应出现沉淀的现象，从而达到耐温耐盐的目的。这类聚合物能够真正做到长期耐温抗盐，但按现在的生产条件得到的耐温抗盐单体 成本太高 ，大规模用于三次采油在经济效益上难以保证，还必须进行大量的攻关研究，降低耐温耐盐单体的生产成本，提高单体的聚合活性。 疏水缔合聚合物 疏水缔合聚合物是指在聚合物亲水性大分子链上有 少量疏水基团 的水溶性聚合物，其溶液特性与一般溶液大相径庭。在水溶液中，此类聚合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集，使大分子链产生 分子内和分子间缔合 。 在稀溶液中大分子主要是以分子内缔合的形式存在 ，使大分子链发生卷曲，流体力学体积减小，特性粘度降低。当聚合物浓度 高于某一临界浓度 后，大分子链通过疏水缔合聚集， 形成分子间缔合为主的超分子结构动态物理交联网络 ，流体力学体积增大，溶液粘度大幅度增高。小分子电介质的加入和升高温度均可增加溶剂的极性，使疏水缔合作用增强。在高剪切作用下，疏水缔合形成的动态物理交联网络被破坏，溶液粘度下降，剪切作用降低或消除后大分子链间的物理交联重新生成，粘度又将恢复， 不发生一般高分子量的聚合物在高剪切速率下的不可逆机械降解 。 综合考虑以上三类聚合物的特性，设计聚合物的分子使其 同时 具有以上 两类或三类 聚合物的特性，即将阳离子单体、阴离子单体、耐温耐盐单体、疏水单体、阳离子疏水单体分别进行组合共聚。这是目前 国内外最热门的研究课题 。这类聚合物比上述单一的两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物具有优良而独特的性能，应用领域得到进一步的拓宽，但在耐温抗盐机理上仍不能克服两性聚合物、耐温抗盐单体共聚物、疏水缔合聚合物存在的问题， 目前还不能达到油田三次采油的要求。 梳型聚合物 梳型聚合物的研制思路是在高分子的 侧链 同时带 亲油基团和亲水基团 ，由于亲油基团和亲水基团的相互排斥，使得分子内和分子间的卷曲缠结减少，高分子链在水溶液中排列成梳子形状。经过大量的试验表明此聚合物在盐水中的增稠能力比目前国内外的超高分子量聚丙烯酰胺在盐水中的增稠能力提高 50以上，溶解性与过滤因子均达到油田三次采油用聚合物的要求。 减少聚合物溶液 粘度损失的研究 交联剂技术 工艺参数优化 水质改性处理 (2)减少聚合物溶液粘度损失研究 驱油聚合物交联技术 胺基团 作用的有机类交联剂 ： 醛类 交联剂 、 有机树脂 交联剂等。常用的有机类交联剂有酚醛树脂、蜜胺树脂、糠醛树脂、脲醛树脂等。最常用的有机交联剂是苯酚 /甲醛的酚醛树脂。 酸基团 作用的过渡金属有机交联剂： 主要是 过渡金属有机交联剂 ，一是高价金属离子：如铝离子、铁离子、铬离子、锆离子、钛离子等；二是鳌合剂：乙酸根、丙酸根、丙二酸根、乳酸根、葡萄糖酸、甘醇酸、柠檬酸根、水杨酸根等有机酸根。 其中， 有机铬 和 有机铝 交联剂得到了应用。目前交联剂的趋势由单一的有机交联剂和含有多价金属离子的交联剂，转向复合型交联剂的使用。有人已经采用有机交联剂之间的复合，过渡金属交联剂之间的复合以及有机交联剂和过渡金属交联剂之间的复合。 影响聚合物溶液粘度的因素 主要包括聚合物的类型、结构、分子量、水解度等； 主要包括溶剂、温度、矿化度（盐含量）、离子组成与含量、剪切速率、氧及细菌等； 主要包括搅拌时间与速度、聚合物的熟化时间、聚合物的加入方式和速度、配注用泵、管线、阀门及注入速度等。 对于特定的聚合物体系而言，主要是温度、矿化度（盐含量）、离子组成与含量、剪切速率和热、氧等影响。 采油污水改性处理 关于污水处理的研究很多 ,但用于聚合物驱油的研究却较少，尚未见有关应用的报道。虽然人们从聚合物的结构、配制和注入参数、加杀菌剂和除氧剂等方面作了大量的研究和尝试，但效果并不太佳，尚未见大规模矿场试验的报导。 中国石油大学 （华东）在污水改性和聚合物水溶液粘度稳定方面做了大量的室内研究工作，从影响聚合物水溶液粘度的因素和程度入手，对水质进行改性，并探讨了粘度的稳定方法，取的了一些有用的数据和进展。并于 2006年 9月在孤东油田开始进行现场试验。 2006年 9月 18日 开始现场应用试验，截止到 2007年10月 31日，已累计注入 409天 。从现场跟踪检测实验结果看出，流程运转平稳；影响聚合物黏度的钙、镁离子、铁离子、大部分被除去或者被屏蔽，溶解氧及细菌等的含量明显降低，水质被改性；与试验前（ 2006年 8月）对比，检测的井口黏度与清水配母液污水稀释的黏度相当；对应 15口已累计 增油 均单井月增油 均单井日增油 合含水平均下降了 增油降水效果比较理想。达到了预期的目标。 该项目为中石化科技攻关项目， 2007年 12月通过了山东省科技厅组织的科技成果鉴定 ,鉴定结论为 :国际领先水平。 2008年 3月通过了中石化科技部组织的成果鉴定， 鉴定结论为 :国内外首次应用，属城国际先进水平。 （ 3）改进型聚合物驱 用越来越广泛 。改进聚合物驱技术（ 凝胶等）、调驱一体化技术 (2+3技术 )、复合驱技术。 （ 4）聚合物合成方法与工艺技术研究有所进展 。进一步提高聚合物的分子量和稳定性。 （ 5）聚合物水溶液粘度稳定性研究引起重视。 研究环境条件对聚合物水溶液粘度的影响，减少聚合物粘度的损失，提高粘度的稳定性和保留率。 二、化学驱的现状及发展趋势 （ 6）聚合物的吸附、降解和抗剪切性能研究。 研究聚合物的动静态吸附规律、抗剪切性能和降解性能，从结构和工艺条件上进一步减轻降解和剪切。 （ 7）聚合物驱后续综合利用与提高采收率技术研究。 地层残余聚合物的综合利用技术、高压注聚井解堵技术、聚合物、注聚井调剖技术研究等得到重视，后续提高采收率技术与配套技术研究正在兴起。 （ 8）注聚井采出污水的综合利用与处理技术研究。 采出污水的综合处理技术、原油的破乳脱水技术等没有得到根本解决。 （ 9）粘弹性聚合物研制开发（活性聚合物） （ 10）“水包水”聚合物（速溶聚合物）研制开发 （ 11）智能型聚合物的研制开发 (1) 活性剂驱用剂 （ A）主剂 表面活性剂（阴离子型为主？） 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 主要用 石油磺酸盐 和 合成磺酸盐 。 石油磺酸盐是一类重要的磺酸盐型表面活性剂。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 磺酸盐型表面活性剂 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 羧酸盐型表面活性剂 气相氧化法和液相氧化法 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 聚醚型表面活性剂 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 非离子一阴离子型 两性表面活性剂 耐盐性能好，耐高价金属离子 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 石油磺酸盐的一般规格 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 合成磺酸盐 是另一类重要的磺酸盐型表面活性剂。可由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、烷基甲苯、烷基二甲苯等）用相应的合成方法制得。烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、 属这一类磺酸盐。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 工业上磺化和硫酸化的主要方法： （ 1）过量硫酸的磺化法和硫酸化发； （ 2）共沸去水磺化法； （ 3）三氧化硫的磺化法和硫酸化法； （ 4）氯磺酸的磺化法和硫酸化法； （ 5）焙烧磺化法； （ 6）磺氧化和磺氯化法； （ 7）亚硫酸钠亲核取代磺化法。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ B）助剂 主要用两种助剂： 如异丙醇、异丁醇等（改变亲水亲油性）。 主要用氯化钠（改变亲水亲油性）。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 (2) 活性剂驱存在的问题 表面活性剂驱的问题也是 药耗（滞留）、乳化、流度控制 ，它的药耗主要由地层表面 吸附引起 。 可用 牺牲剂 减少表面活性剂的吸附。 牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的廉价化学剂。 可用的牺牲剂有： 1)碱性物质； 2)多元羧酸及其盐； 3)低聚物与高聚物； 4)木质素磺酸盐。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 (3)表面活性剂驱的适应条件 界面张力最好达到 10m。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 (4) 活性剂研究进展与发展趋势 (A)发展耐盐、耐高价金属离子的 两性表面活性剂 ，如 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 (B)开发新型或改性表面活性剂 高活性、抗温抗盐活性剂等的开发。如： 双子活性剂 、 含氟活性剂 等 （ C）开发或寻求廉价的牺牲剂。 （碱性物质、多元羧酸及其盐、低聚物木质素磺酸盐等）如工业副产物、皂脚改性物、改性褐煤（腐植酸）等。 （ D）超低界面张力研究。 （ E）表面粘弹性研究（粘弹性驱油剂）。 （ F）泡沫驱技术（广义复合驱） 。 （ G）活性剂驱采出污水的综合处理技术研究。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ 1）类型 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ 2） 对比 驱动方式的对比 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ 3）作用机理 通过主剂及其 协同效应 提高原油采收率。 表面活性剂与碱的协同效应 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ 4）问题 复合驱的主要问题是成分多了，地层对驱油剂的 色谱效应 更严重了。 此外，复合驱只适合于 低浓度体系 ，因为浓度高了，成分间的配伍问题就很突出。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ 5）研究进展与发展趋势 （ A）目前的复合驱已经开始涉及到化学驱与混相驱、化学驱与热力采油或混相驱与热力采油的复合，在更广的范围内发挥各种三次采油方法的协同效应。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 （ B）开发新型、廉价、抗盐、抗温的驱油剂牺牲剂。 进一步降低成本，提高驱油的效果。 （ C）采出污水的综合处理技术研究。 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 (1)调驱一体化技术 (2+3技术 ) (2)稠油地下裂解降粘技术 (3)(4)微生物采油技术 (5)超声波采油技术 (6)微波采油技术 (7)其它技术（调整井、加密井、注采层系的调整、温和核能的利用等。） 二、化学驱的现状及发展趋势 面活性剂驱 碳表面活性剂室内研究 （ 1）全氟辛基磺酰胺中间体 （ 2）含氟羧基甜菜碱型表面活性剂 (（ 3）含氟磺基甜菜碱型表面活性剂 (（ 4）含氟双子表面活性剂 (（ 5）含氟氧化胺表面活性剂 (课题组近期研究简介 2. 磺酸盐型聚丙烯酰胺（ 研究 针对高温高盐油藏对驱油聚合物的要求，设计了丙烯酰胺与四种含磺酸基单体的共聚，优选出一