国内化学驱油的研究现状及发展趋势

国内化学驱油的研究现状及发展趋势

目前，中国古代油田年新增采蓄量不足。除长子、新疆和青海油田外，主要开发油田也进入了高产后期或特殊高蓄水期。此外，剩余油的分布非常复杂，因此很难开采或调整。为了缓解这一矛盾,除了加强对新油田的勘探之外,所采取的主要手段就是提高老油田的采收率。当前,国内陆地上80%多的油田采用注水的方式进行开发,但陆相沉积油藏的非均质性十分严重,注水开发的效率较低,平均采收率只有33%。相关文献曾报道当地层中剩余油约为6.80×109t储量时,提高采收率可增加可采储量1.18×109t,而其中化学驱潜力最大,约为6.00×108t。因此,作者重点分析化学驱油技术的研究现状及其发展方向。1流体与原油的界面性质化学驱油是指向注入水中加入一定的化学剂,以改变驱替流体的性质及驱替流体与原油之间的界面性质,从而有利于原油生产的一种采油方法。在化学驱油技术中,表面活性剂驱和碱水驱都主要运用于三元复合驱中,很少单独运用,所以作者着重阐述聚合物驱和三元复合驱的研究现状以及发展方向。1.1聚合物驱油技术1.1.1合成聚合物驱的新观点三次采油工作者通过研究和实践,经历了认识上的重大观念转变。具体表现在下面几个方面。1)我国油田大部分属于陆相沉积油田,由此提出了聚合物驱油有其适用的油藏条件,实现了理论和认识上的飞跃。2)文献[14-15]提出了我国陆相油田聚合物驱比水驱可提高10%采收率的新观点,而非人们长期认为的2%~5%的传统看法。3)打破了在高含水期内不能注聚合物的说法,提出了在含水98%以前注聚合物仍能取得一定效果的新认识。4)提出了聚合物驱可较大节约注水量,提高注水利用率的新看法。5)打破了国外关于聚合物驱采用小段塞低用量的做法,率先提出了聚合物驱可采用大段塞高用量的新做法。6)研究了聚合物相对分子质量和油层渗透率的匹配关系,使得工艺上不出现聚合物堵塞油层以及其注入性问题,提出了油田可采用高分子质量聚合物驱的新思路。1.1.2聚合物驱的应用聚合物驱动态呈现“见效早,含水下降幅度大和增油量多”的特点。但其对不同油藏的效果不同,矿场试验表明在河道三角洲砂岩的油藏沉积环境中,聚合物驱提高采收率在10%以上。聚合物驱前后注入示踪剂的研究结果显示,注聚后水线平均推进速度大幅度降低。这表明了聚合物驱有效的改善了平面波及效率。目前已经完成的聚合物先导试验表明,采用清水配注聚合物驱的工艺,在不同的油藏条件下都取得了较好的结果。然而其经济成本高,由此将逐渐发展为采用油田采出污水配注。大庆油田采用两个污水配注聚合物的先导试验,但效果不明显,污水配注聚合物效果差的原因还有待进一步的研究。1.1.3采出液的测量试验实验室研究加强了相应配套技术的实施方法以及攻关,为大规模工业化应用提供了重要的技术保障。目前,已完善了4种方法和6项技术。4种方法是:聚合物驱油藏工程开采指标计算方法;合理井网井距计算方法;采出液的利用方法;经济评价方法。6项技术分别是:高密度、大孔径、深穿透射孔新技术;以保持注入黏度为核心的地层配注工艺技术;适应聚合物采出液的处理技术;适合聚合物驱的分层注入测试技术;动态监测技术;聚合物驱数值模拟技术。1.2元驱工业性试验目前,复合驱油先导性试验获得成功,工业性试验进展顺利,初步形成配套工艺技术。复合驱基础研究在驱油机理、数值模拟等方面取得重大突破,有些成果已达到国际先进水平,继胜利孤东小井距复合驱试验之后,大庆、胜利、辽河和克拉玛依也先后成功地进行了多个复合驱先导和扩大试验,在先导试验的基础上,大庆又在杏二区中部开展了三元复合驱工业性试验。郭力奎等报道大庆油田杏二区中部三元复合驱扩大性矿场试验比水驱采收率提高19.24%,结果如图1所示。图1中0~0.20MPa区间为水驱区间,0.20~0.33MPa区间为注聚区间,0.33~0.50MPa区间为三元驱区间。由图1可以看出,相比水驱段和注聚段,0.33~0.50MPa区间的三元驱段,其产液量下降,产油量上升,含水量下降,驱油效果明显。由此可见三元复合驱油技术具有较强的技术优势,其主要原因是聚合物能起到深度调剖,扩大波及体积的作用,表面活性剂能大大地降低地层中原油和水的界面张力,提高驱油效率,两者能对增油起到很好的协同效应。此外,大庆油田已完成的4个烷基苯磺酸盐三元复合驱先导性试验,取得了比水驱提高20%采收率的好效果。虽然三元复合驱矿场试验出现了乳化和结垢现象,但由于该阶段综合含水很低,所以平均年采油速度增幅在4.4%~17.3%,高于聚合物驱。2化学驱油技术的发展方向2.1聚合物驱油技术2.1.1聚合物驱进一步加强油层的采出程度聚合物驱提高采收率原理为降低水相流度,改善流度比,从而调节油藏平面的非均质性;降低水相渗透率,改善油藏的层间非均质性,扩大水淹体积。从大量的现场试验看,聚合物驱主要进一步强化了油层下部高渗透层强水洗段的采出程度,而中、上部的水洗程度却并没得到明显的改善。因此,聚合物驱与深部调剖相结合是一种必然的趋势。2.1.2污水中聚合物的含量清水配注聚合物在技术上保证了溶液的黏度和稳定性,提高了驱油效果,但随之而来的是油田产出液无法处理和污水排放对环境造成污染的问题。采用污水配注的问题是引起溶液黏度大幅度下降,降低聚合物驱的效果。影响溶液黏度的因素主要为化学降解和盐敏效应,而在污水中就存在这两种因素。分析其原因一方面是污水从油层中携带出了丰富的还原物质,如H2S、二价铁以及不饱和醛酮等,这些物质遇到清水中解离的氧,会反应生成自由基,使聚合物分子发生化学降解,在很短的时间内使溶液黏度下降60%以上。另一方面,采出水中的矿化度很高,由于盐的作用,聚合物分子线团收缩,黏度降低。目前一些油田已开展了污水配注聚合物的研究,大庆油田采用暴氧法除去污水中的还原物质,再与聚合物溶液混配,产生了一定的效果。但由于作用不完全,仍有降黏现象存在。因此,从目前的研究现状看,解决污水配注聚合物的问题必须从抑制化学降解和增加抗盐性两方面入手,其中必须首先解决化学降解的问题。2.1.3驱后开发的必要性聚合物驱后油藏中仍有一定的剩余油饱和度。聚合物驱后检查井资料表明:聚合物驱提高了中、高渗段的采收率,采出程度大幅度提高,但油层中仍有大量的剩余可动油,一些未波及的层位采出程度很低,聚合物驱后油藏中还具有一定的开发潜力。因此,解决驱后开发问题是目前生产中面临的当务之急。目前解决的方法有低成本调剖技术、精细调堵技术、定位平衡压裂技术和封堵大孔道技术等。2.1.4疏水缔合聚合物的增黏机理目前聚合物驱主要应用的产品是部分水解聚丙烯酰胺。经过近些年的攻关,国产化聚合物的相对分子质量突破了技术上的限制,达到了2000万以上,基本上满足了生产的需要。其主要增黏机理是极性基团的电荷排斥以及靠增加相对分子质量来增大分子线团的体积。但聚合物溶液的盐敏性依然存在,在高矿化度下黏度仍然很低;并且其相对分子质量已达到2000万以上,依靠增加相对分子质量的做法已接近极限,尽管还可以增加一定的相对分子质量,但空间有限。在这种污水、高温、高盐环境下应用聚合物仍存在局限性,因此,探索新一代水溶性分子产品是扩大聚合物驱应用范围的前提,疏水缔合聚合物就是在这种情况下产生的,如图2所示。从图2中可知,疏水缔合聚合物的增黏机理不同于部分水解聚丙烯酰胺,它是通过在分子中引入体积较大的疏水基团,当其浓度达到一定值时,链上的疏水基团趋于缔合,在溶液中形成空间网络结构而大幅度提高溶液的黏度。此外,疏水缔合聚合物对盐不敏感,所以它是一种很好的驱油用剂。2.1.5聚合物驱数学物理方程的研究方向和建议利用聚合物驱油数值模拟技术可进行聚合物注入时机、注入浓度、段塞设计、驱井网、井距的优选、不同非均质油层的聚合物驱效果和聚合物用量选择等方面的研究。根据其微观机理的认识以及现场应用分析,目前的聚合物驱数学物理方程尚需在如下方面进行改进:完善机理描述方面尚需考虑聚合物本体黏度、拉伸黏度和界面黏度对聚合物驱油效果的影响,尤其是溶液的黏弹效应,聚合物溶液在多孔介质中的盲端效应以及聚合物通过多孔介质的蠕变效应等则更需从机理分析、数学物理描述方面进行深入研究;在可压缩性方面做进一步改进,以便考虑聚合物驱油过程中的压力变化问题,将刚性模型变成弹性可压缩模型。2.2工艺参数的确定化学复合驱是一种能够大幅度提高采收率的方法,发展形式多样的复合驱技术是今后的发展方向。复合驱经过十多年的发展,在理论和技术上都有了较大的提高。到目前为止,大庆油田、胜利油田的现场应用均取得了很好效果。化学复合驱的特点是选择性强,作用机理复杂。在先导试验和扩大试验中取得了初步的成功,但仍需深入研究,主要考虑如下问题:1)三元复合驱体系发展为聚合物/表面活性剂二元复合驱油体系。三元复合驱体系中碱的存在会带来一系列的问题,在现场应用过程中存在着相分离,聚合物增黏效果差的问题,而且还会引起严重的乳化、结垢等现象,这是三元复合驱体系本身固有的缺陷。因此,该体系将最终发展为无碱的聚合物/表面活性剂二元复合驱油体系。2)表面活性剂体系的研发。化学复合驱的特点是选择性强,同一油田的不同区块需用不同的配方,不同的油田需要不同的表面活性剂。对于化学复合驱能否找出比较单一的、可大规模生产的表面活性剂产品,是关系到其发展的方向性问题。因此,针对不同的油田区块,开发廉价、高效、无碱的表面活性剂是今后发展的方向。2.3加快新技术的提出和研究2.3.1复合驱室内试验和矿场试验泡沫复合驱体系与单一聚合物驱相比,其阻力系数更高、扩大波及体积的能力更强、对大孔道的封堵更加有效。大庆油田开展了大量泡沫复合驱的室内研究和矿场试验,其中北二东矿场试验连续36个月含水在70%左右,采用泡沫复合驱取得了不错的效果。胜利油田对孤岛油田中一区中部的28-8井开展了氮气泡沫复合驱中一井试注试验,取得了较好效果。因此有必要对泡沫复合驱开展更深入的研究。2.3.2大规模油田应用的研究对策大庆油田和胜利油田的微生物采油研究已开展多年,对其提高采收率的机理已有一定的认识,但要大规模油田应用尚需加强攻关,尤其在菌种筛选、培养、机理研究以及矿场试验方面应加大力度。2.3.3纳米技术对石油采收率的影响将纳米材料用于驱油是一种新的富有创新的设想,由于纳米技术材料具有相当不同的特殊性质,尤其是对岩石润湿性的影响极大,因此应大力开展纳米技术在提高石油采收率技术中应用的探索研究。3解决驱油问题的途径国内的油藏储层以陆相沉积为主,非均质性严重,水驱采收率偏低,