提高采收率基础知识

提高采收率基础知识准东采油厂勘探开发研究所2013年10月一次采油：利用油层原有的能量采油。特征：不注入任何流体天然能量（油层的弹性能、水的位能、气体析出的容积能）

10%-25%的采收率

二次采油：一次采油后的采油。特征：注入流体补充能量（注水、注气）

15%-25%的采收率三次采油：二次采油后的采油。特征：注入特殊流体（如聚合物溶液、碱溶液、表面活性剂、各种气体、水蒸气等）。一、概述经济合理四次采油几个概念一、概述三次采油（TertiaryRecovery）

EOR，提高采收率（EnhancedOilRecovery）

IOR，提高采收率（ImprovedOilRecovery）除EOR外，还包括油藏描述，先进油藏管理等

ASR，改进二次采油方法（AdvancedSecondaryRecovery）如钻加密井，水平井，调剖等几个概念EOR方法水驱（包括调剖、堵水）化学驱气驱热力采油其他：微生物采油、物理法采油、压裂与酸化、水平井技术等聚合物驱碱驱表面活性剂驱复合驱混相驱非混相驱（注烃类或非烃类气体的非混相驱）烃类混相驱非烃类混相驱注蒸汽原油地下燃烧（火烧油层）一、概述几个概念二、采收率与影响采收率的因素1、采收率的定义采收率：采出地下原始储量的百分数。或油藏累计采出的油量与油藏地质储量比值的百分数。Ao、ho：油层原始面积和厚度；Av、hv：水波及油层的面积和厚度；Ψ：油层的孔隙度；Soi、Sor：原始含油饱和度和剩余油饱和度；Ev：波及系数；ED：洗油效率。对水驱油：二、采收率与影响采收率的因素EV——波及系数，又称波及效率、扫油效率或宏观驱替效率。它是指注入流体波及区域的体积与油藏总体积的比值。

ED——驱油效率，又称微观驱替效率。它是指注入流体波及区域内，采出油量与波及区内石油储量的比值。面积波及系数：非均质性、流度比和井网参数。垂向波及系数：非均质性、流度比、驱替流体与被驱替流体的密度差引起的重力分离效应等参数。在宏观水波及到的油层范围内，微观上仍然存在未能洗涤的残余油。驱油效率总是小于1。二、采收率与影响采收率的因素2、影响采收率的因素地层的不均质性地层表面的润湿性

流度比毛管数井网参数宏观不均质性：渗透率变异系数微观不均质性：孔喉大小分布曲线、孔喉比、孔喉配位数和孔喉表面粗糙度等水湿油湿中性润湿二、采收率与影响采收率的因素（1）地层的不均质性水驱油模型生产井油层注水井指进现象（层内）：排驱前缘不规则地呈指状穿入油区的现象。层内微观非均质性（K差异）和较大的油水粘度差。使指进前缘提前突破，降低了平面波及效率。二、采收率与影响采收率的因素注水井生产井油层注水水驱油垂向模型舌进现象（层间）：排驱前缘沿高渗透带突进现象。多层非均质油层中，油水前缘沿着高渗透层突进的现象。注入水沿着高渗透层无效流动，低渗透层尚留下大量残（剩）余油。KlKh二、采收率与影响采收率的因素a.舌进的起因：层间非均质性和较大的油水粘度差。b.舌进的后果：使舌进前缘提前突破，降低垂向波及系数。c.舌进区内存在粘性指进。地层非均质性越大采收率越低二、采收率与影响采收率的因素初期预测采收率仅为13%，目前采出程度已达15.8%，水驱动态预测采收率可以达到29.3%，较治理前提高了16.3%，近三年标定新增可采储量116.45万吨。二、采收率与影响采收率的因素留下油滴在亲水孔隙中的水驱油现象

(2)岩石的润湿性二、采收率与影响采收率的因素二、采收率与影响采收率的因素

(2)岩石的润湿性在亲油孔隙中的水驱油现象孔隙表面亲油时，水驱油后在孔隙中留下油膜：地层表面中性润湿水驱采收率高于水湿岩心的采收率高于油湿岩心采收率。二、采收率与影响采收率的因素对于亲水岩石，毛管力是驱油动力，驱替效率高。对于亲油岩石，毛管力是驱油的阻力，驱替效率低。

(2)岩石的润湿性二、采收率与影响采收率的因素(3)流度比流度(λ)定义为流体的相渗透率（ki）与该相流体的粘度(i)的比值，即：流度是反映流体流动能力大小的量度，对于水驱油来说，一般原油粘度要比注入水的粘度大得多，也就是说，水的流度要比油的流度大得多，即水比油更易流动。流度比（M）定义为注入流体的流度与被驱替流体流度的比值。二、采收率与影响采收率的因素在油田开发过程中，由于油的粘度大于水的粘度，水相渗透率大于油相渗透率，因此流度比通常是大于1。即不利流度比M>1M=1M<1流度比与波及面积的关系二、采收率与影响采收率的因素生产井注水井M<1：有较规则的流动前缘，见水波及系数可达70％左右；M>2：出现明显的粘滞指进现象，波及系数降低。波及系数随水油流度比的增大而减小。降低M的措施：五点法注采单元流度比对波及状况的影响

增大μw；减小μo；增大Ko；降低Kw。热力采油聚合物驱二、采收率与影响采收率的因素：注入流体的粘度，Pa•s(orN•s/m^2)：注入流体的流速，m/s：油与流体之间的界面张力，N/m(10^-3Dyne/cm)定义：粘滞力(ViscousForce)与毛管力(CapillaryForce)的比值。(4)毛管数对具体油层，当孔隙度一定时，毛管数增大，洗油效率提高，可使采收率增加。增大毛管数：减小增大μ提高表面活性剂驱、混相驱聚合物驱二、采收率与影响采收率的因素毛管数Nc残余油饱和度Sor四点井网五点井网九点井网七点井网ProducingWellInjectionWell直线井排交错线性井排（5）井网部署（井网井距、油水井数比、注采比）布井方式不同则波及系数不同；相同的布井方式，井距越小，波及系数越大二、采收率与影响采收率的因素二、采收率与影响采收率的因素非均质性流度比注采井网部署波及系数驱油效率润湿性微观孔隙结构流体性质毛管数采用调剖堵水尽可能减缓油层的渗透率差异，以减少非均质性对驱油过程的不利影响；加入聚合物，提高粘度或引入热量，降低原油粘度，降低流度比

以提高波及系数。加入表面活性剂，改变岩石表面的润湿性减小界面张力，消除工作剂与原油间的界面效应减小毛细管阻力的不利影响。二、采收率与影响采收率的因素采收率=波及系数×洗油效率1、水驱（成熟技术）2、化学驱（成熟技术）3、气体混相驱（成熟技术）4、热力采油5、微生物采油6、物理法采油聚合物驱碱驱表面活性剂驱复合驱烃类混相驱非烃类混相驱注蒸汽（成熟技术）原油地下燃烧（火烧油层）三、提高采收率的方法提高采收率聚合物驱（PolymerFlooding）表面活性剂驱（SurfactantFlooding）碱驱（AlkalineFlooding）三元复合驱（ASPFlooding）二元复合驱（AS,SP,orAPFlooding）三、提高采收率的方法---化学驱

化学驱又叫改型水驱化学法，通过向油藏注入化学剂，以改善流体的驱油及波及性能，如降低界面张力、改善流度比等，从而提高原油的采收率。1、聚合物（P）驱以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。向水中加入稠化剂，提高水的粘度，降低水油流度比，从而减弱粘性指数，提高波及系数以提高原油采收率。也称为：

聚合物溶液驱聚合物强化水驱稠化水驱增粘水驱三、提高采收率的方法---化学驱降低水油流度比，提高残余阻力系数，增大水相流动阻力，提高波及体积；不对称渗透率降：降低水的渗透率比降油的渗透率显著。可优先进入含水饱和度高的地层；进入地层优先吸附在由于水冲刷而暴露出来的岩石表面；随水流动时，可为地层孔喉所捕集，产生堵塞。高分子聚合物〈1〉亲水吸附

〈2〉滞留堵塞三、提高采收率的方法---化学驱水溶性聚合物溶液的显微结构浓度：0.6%浓度：0.06%三、提高采收率的方法---化学驱聚合物的加入显著增加了水的粘度三、提高采收率的方法---化学驱聚合物驱有更高的平面波及效率降低了水油的流度比－提高了波及系数－提高了采收率三、提高采收率的方法---化学驱降低了水油的流度比－有更高的纵向波及效率－提高了采收率水驱与聚合物驱的纵向波及效率K2>k3>k1聚合物驱时水在层间的窜流效应三、提高采收率的方法---化学驱聚合物驱用的聚合物应满足下列条件：HPAM（部分水解聚丙烯酰胺）XG（黄胞胶）水溶性好、稠化能力强、热稳定、剪切稳定、化学因素稳定、生物作用稳定、滞留量低、来源广、便宜等。三、提高采收率的方法---化学驱对比项目HPAMXG对比项目HPAMXG价格低高生物稳定性高（好）低（不好）温度93℃71℃耐盐能力低（不好）高（好）稠化能力较高（较好）高（好）堵塞倾向低（好）高（不好）剪切稳定性低（不好）高（好）在地层中滞留量高（不好）低（好）驱油用HPAM具有以下基本特征（1）高分子量：一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千万；（2）多分散性：HPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的同系聚合物的混合物；（3）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；（4）物化性能稳定：HPAM具有稳定的化学性质和特殊的物理性能，以满足驱油的要求。三、提高采收率的方法---化学驱适合聚合物驱油田的筛选标准参数要求原油密度/（g.cm-3）<0.966粘度/（mPa.s）<150成分不限水矿化度（mg.L-1）<4×104Ca2+、Mg2+含量/（mg.L-1）<500油藏含油饱和度/Vp>0.50厚度/m不限渗透率×103/

μm2>10埋深/m<2740温度/℃<93(HPAM),<71(XG)岩性砂岩、灰岩油藏温度、深度、类型地层水矿化度非均质变异系数油水流度比可动油饱和度三、提高采收率的方法---化学驱（1）聚合物存在的问题聚合物溶液配制过程，必须有一定的熟化时间（6～8h）。聚合物主要损耗于降解和滞留。聚合物驱不能用于过深的地层。为了减少聚合物的剪切降解，可选用适当的泵（如柱塞泵等）或泵后混合，不要使用离心泵。为了防止氧化降解，可用除氧剂（如Na2SO3、NaHSO3、CH2O等）处理配制用水。要注意除氧剂必须使用在聚合物加入之前。对易发生生物降解的聚合物，应在聚合物溶液中加入配伍的杀菌剂。聚合物（特别是XG）中的机械杂质和微胶可堵塞地层，影响驱油剂的注入。三、提高采收率的方法---化学驱（2）地层存在的问题低渗透地层不宜进行聚合物驱，因地层中聚合物不可入孔隙的体积太大，聚合物溶液波及的体积太小，加上注入速度太低，方案实施的时间太长，而且井眼周围出现的高剪切会使聚合物大量降解。因此聚合物驱要求地层渗透率大于10×10-3μm2。地层水矿化度太高的地层应在聚合物驱前用淡水进行预冲洗，以减小盐对聚合物的不利影响。有漏失段的地层不宜进行聚合物驱。对漏失段，可用交联聚合物降低它的渗透性，即聚合物驱前地层的注入剖面应进行适当调整。三、提高采收率的方法---化学驱碱驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。碱与原油的某些组分发生反应，在油层中就地生成活性剂物质，降低水与原油之间的界面张力，使油水乳化，改变油水界面的润湿性，从而提高原油的采收率。也称为碱溶液驱；碱强化水驱。

碱驱用碱:碱：NaOH、KOH、NH4OH盐（潜在碱）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4Na2CO3和NaHCO3复配Na3PO4与Na2HPO4复配三、提高采收率的方法---化学驱2、碱驱就是以表面活性剂水溶液为驱动介质的驱油方式。表面活性剂吸附在油水界面的岩石表面上，降低油水界面张力和改善岩石的润湿性，提高了洗油效率。三、提高采收率的方法---化学驱3、表面活性剂驱w粘附－粘附功；

σ油水－油水界面张力；

θ－油对岩石表面的润湿角。表面活性剂使地层表面润湿反转降低界面张力活性剂吸附—降低界面张力—粘附功减小—洗油效率提高提高表面电荷密度阴离子活性剂的吸附，提高了电荷密度，增加了地层与油珠的静电斥力，易被带走，提高了洗油效率。活性剂驱用剂磺酸盐型表面活性剂（主要用石油磺酸盐和合成磺酸盐）

羧酸盐型表面活性剂A）主剂：表面活性剂B）助剂：主要用两种助剂：a.助表面活性剂，如异丙醇、异丁醇等（改变亲水亲油性）。b.电解质，主要用氯化钠（改变亲水亲油性）。三、提高采收率的方法---化学驱3、表面活性剂驱化学复合驱是由聚合物、活性剂、碱以各种形式组合驱动。驱油机理降低界面张力：表面活性剂；或碱与原油中的酸性成份反应就地生成的表面活性剂，可降低相间界面张力和残余油饱；聚合物的流度控制作用：聚合物可以使水相粘度增加，渗透率降低，以提高波及系数为主；另外：复合驱还有碱驱所具有的乳化携带、捕集、聚并、润湿反转等机理。包括：二元驱和三元驱。三、提高采收率的方法---化学驱4、复合驱热力采油是指向地层注入热或在地下产生热的采油法。热力采油主要用于对付稠油。热力采油也可用于开采轻油。热力采油是二次采油法也是三次采油法。注热法地下燃烧法热力采油蒸汽吞吐蒸汽驱注热水注热气地下正向燃烧法地下反向燃烧法干式湿式三、提高采收率的方法---热力采油吉8井原油粘温曲线

温度升高，原油粘度大大降低，增加了原油的流动系数；流体体积膨胀，增加了弹性能量；原油中的轻质油份易挥发，进入气相后更易流动；油相相对渗透率有增加的趋势，从而增加了原油的流动能力；提高了地层压力，增加了驱油能量；清除了井壁污染，降低了井筒附近的流动阻力。提高波及系数，提高采收率。三、提高采收率的方法---热力采油1、注热法注蒸汽有两种方式：蒸汽吞吐、蒸汽驱蒸汽吞吐过程蒸汽吞吐：在本井完成注蒸汽、焖井、开井生产三个连续过程。从注蒸汽开始到油井不能生产为止，即完成一个过程称为一个周期。三、提高采收率的方法---热力采油蒸汽油注汽焖井采油油层采油过程：注汽阶段（吞蒸汽），关井阶段（焖井）和回采阶段（吐蒸汽、原油）三、提高采收率的方法---热力采油一个有代表性的蒸汽吞吐循环随着回采时间的延长，热损失和产出液带出大量的热量，被加热的油层逐渐降温，原油黏度升高，产量下降。三、提高采收率的方法---热力采油蒸汽吞吐与蒸汽驱虽然是注蒸汽的两种方式，但它们是注蒸汽采油的两个相连的阶段。通常在蒸汽驱前．所有生产井和注入井都进行5～7次蒸汽吞吐循环，然后再进行蒸汽驱。这样做可以得到更高的产量、采收率和更大的经济效益。

油层热油水混合带蒸汽带三、提高采收率的方法---热力采油蒸汽驱：通过适当的注采井网，从注入井连续注入蒸汽，加热并驱替原油的采油法。1、深度：井筒热损失随深度加大；注气压力与温度随深度增加而提高；加剧井筒损坏的几率。2、油层厚度：影响上覆地层和下伏地层的热损失。油层净厚度大于6m。3、含油量：含油饱和度大于40%，地层孔隙度大于20%。4、原油粘度：1000-4000mPa.s范围内最佳。5、地层渗透率：适应以合适的速率注入蒸汽，并保证原油快速流入生产井筒。0.1-4µm2之间。筛选标准：地下燃烧法又称火烧油层、火驱。采用适当的井网，将空气（或氧气）注入井中，用点火器将油层点燃，燃烧前缘的高温不断使原油蒸馏、裂解、并驱替原油到生产井。2、地下燃烧法地下燃烧法干式正向燃烧法干式反向燃烧法湿式正向燃烧法三、提高采收率的方法---热力采油燃烧带的温度很高，使燃烧带前缘的原油加热降粘，增加流动能力；燃烧带前缘有蒸汽带和热水带，有蒸汽驱和热水驱作用；燃烧过程中产生CO2和地层中原油形成混相，从而消除或降低了界面张力；原油蒸馏产生的轻组分更易流动。不加水，在注水井点火三、提高采收率的方法---热力采油A、干式正向燃烧法干式正向燃烧法有下列特点：（1）不加水；（2）在注入井点火；（3）燃烧前沿从注入井移向生产井；（4）不烧原油，只烧去原油裂解后留下的焦炭。（1）只适用于密度小于0.966g·cm-3的原油，因密度太高，油太稠，流体不易通过油层的低温区；（2）从注入井到燃烧前沿这一段地层的热没有充分利用，因空气是一种不好的热载体。干式正向燃烧法有下列缺点：三、提高采收率的方法---热力采油B、干式反向燃烧法不加水，在生产井点火三、提高采收率的方法---热力采油干式反向燃烧法有下列特点：干式反向燃烧法有下列缺点：（1）不加水；（2）空气由注入井注入，但从生产井点火；（3）燃烧前沿从生产井到注入井。因此，这种燃烧法可用于密度大于0.966g·cm-3的稠油层和厚油层。克服了前法的第一个缺点。（1）烧去了一部分原油，留下了焦炭；（2）空气用量比正向燃烧法多；（3）注入井附近可能发生自动燃烧，影响反向燃烧法的进行。三、提高采收率的方法---热力采油C、湿式正向燃烧法这是为了克服干式正向燃烧法的第二个缺点而提出来的方法。这种燃烧法的特点是注入空气的同时注入一定数量的水。加水，在注水井点火湿式正向燃烧法的温度分布随水对空气比（WAR）的变化三、提高采收率的方法---热力采油三、提高采收率的方法---热力采油SAGD包括：注液化石油气驱油法、富气驱油法、高压干气驱油法和二氧化碳驱油法。驱油机理：注入气体与地层原油混相，消除界面张力，改善原油流动性，提高驱油效率。

——如果驱替流体与原油间的界面张力可以完全消除（毛管数可以趋于无限大），则残余油饱和度可以降至最低值。混相驱：指向油藏中注入一种能与原油在地层条件下完全或部分混相的流体驱替原油的开发方法。三、提高采收率的方法---混相驱干气(leangas)：主要含CH4,美国40年代，要求苛刻。液化石油气LPG,：C2-C6组分大于50%的天然气液化而成。50年代，能与原油以任何比例混合，用量大，昂贵。富气（enrichedgas)：天然气，C2-C630-50%。二氧化碳CO2：70年代，多级接触混相驱。烟道气（FlueGas)：含有88%N2，12%CO2氮气N2：实现混相驱十分困难。用于混相驱的气体三、提高采收率的方法---混相驱注气采油项目注CO2注烃类气注空气火烧油层注N2注酸气合计项目数122382161188占比（%）65201130.005100

开展注气项目个数随时间变化趋势图国外注气采油项目情况统计三、提高采收率的方法---混相驱CO2驱油法向油藏高压注入CO2，不断与原油接触萃取其中较重烃组分而富化，CO2同时溶于原油中，它通过气化、凝析过程，最终与原油形成混相的驱油法。提高采收率机理：降低原油的粘度；使原油膨胀；

与原油产生低界面张力；三、提高采收率的方法---混相驱吉7井原油CO2驱油效率曲线

CO2最终驱油效率为68.71%，效果比较理想，但充足的CO2气源是实施CO2气驱的一个非常重要的先决条件。美国具有最先进的CO2-EOR驱油技术，94%的CO2-EOR项目在美国。从1970年至2006年已有70多个项目，CO2-EOR混相驱油提高采收率范围在4%～12%之间，可最大提高采收率20%；大庆油田从1985年开展CO2非混相驱矿场试验，提高采收率6%以上，每增采1吨油耗二氧化碳气2200m3，接近当时美国二氧化碳驱的经济极限2020m3；江苏油田富14断块于1998年末开始进行了CO2-水交替(WAG)的注入试验，CO2波及区采收率提高4%;苏北草舍油田于2005年7月开展CO2混相驱矿场试验,形成5注11采的注采井网,截止2011年底比水驱采收率提高16.8个百分点。三、提高采收率的方法---混相驱利用微生物（主要是细菌）在油藏中生长代谢活动，改善原油的流动性，提高原油产量和采收率。三、提高采收率的方法---微生物采油微生物采油：

微生物在油层中增殖，形成生物膜；

微生物在高渗区生长繁殖，可选择性地堵塞地层中的孔道，从而改变流动方向，扩大扫油面积。产生气体：产生CO2、CH4、H2等气体，使油层压力增加并降低原油粘度；产生酸：产生的有机酸，能溶解碳酸盐，提高渗透率。

产生生物表面活性剂：可降低油水界面张力，提高洗油效率。

提高波及系数：代谢