提高采收率技术

提高原油采收率技术发展概况目前油田上应用的主要提高原油采收率方法：•化学驱法（聚合物驱，表面活性剂驱，碱驱以及复合驱）；•混相驱油法；•热力采油。•技术成熟且矿场应用最多的是聚合物驱油法和热力采油技术。聚合物驱油机理：•聚合物溶液驱油不仅能够提高波及体积，而且还能够提高驱油效率。聚合物溶液的驱油机理是通过在注入水中加入一定量的高相对分子质量的聚丙烯酰胺，增加注入水的粘度，改善水油流度比。•体系粘度越高，通过油层时的残余阻力系数越大，粘弹效应越强,聚合物驱扩大宏观波及体积和微观洗油效率的作用就越大，采收率提高幅度也越大。聚合物提高原油采收率的发展现状聚合物驱油适用条件：•聚合物驱适用于温度适中、原油粘度中等(5~100mPa·s)、非均质比较严重的油藏。•在美国、印度、委内瑞拉及俄罗斯等国家均成功进行了聚合物驱油。我国的聚合物驱首先在大庆油田取得了成功，从1987年开始聚合物驱油现场试验，发展到2006年聚合物增产原油产量占当年原油产量的1/4，成为油田稳产的重要技术手段。驱油过程中使用的聚合物：1．聚丙烯酰胺•目前主要采用超高相对分子质量的部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量至少在1000万以上，水解度30%左右。它是通过丙烯酰胺及其衍生物单体自由基聚合而成，目前常用的是干粉状的聚合物。•特点：部分水解聚丙烯酰胺水溶液的粘度高，控制水油流度比的作用明显，吸附损失不大，对细菌的侵害不敏感，但机械剪切稳定性差；在盐水中粘度损失较大；长时间放置或较高温度下放置易降解；所带羧基可与二价离子反应，受Ca2+、Mg2+离子含量影响较大。为了获得更适合油田应用的聚合物，大量学者在改进HPAM性能方面展开了探索工作。主要有两种途径：①添加能够改进HPAM稳定性的添加剂，如甲醛、异丙醇、尿素、硫脲、醇、氨基酸类、二乙烯三胺、氯酚化合物及表面活性剂、水杨酸及衍生物、聚六亚甲基胺等。②对HPAM进行改性。在聚合物链节上引入新的单体，提高HPAM的耐温、耐盐、耐剪切性能，单体有2-丙烯酰胺-2、甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(PVP)、二甲基二烯丙基氯化铵、磺化苯乙烯、N，X-二甲基丙烯酰胺、3-丙烯酰胺3-甲基丁酸钠等。2．生物聚合物•生物聚合物在聚合物驱中的应用很少，常用的是黄原胶。美国加利福尼亚州东科林加油田1978年曾实施过黄原胶驱，水油流度比仅1.5。•黄原胶分子链的刚性比聚丙烯酰胺强，能有效地抗机械破坏，耐盐，但是对细菌很敏感，细菌除了将聚合物降解外，还会堵塞注入井中油层剖面，必须使用杀菌剂和除氧剂。报道过在黄原胶溶液中加入稳定剂异丙醇和硫脲，与磺甲基化聚丙烯酰胺接技共聚改性，改进发酵过程以改善其性能等研究。•我国玉门的石油沟油田M层裂缝低渗透高含盐油藏，在单井注入黄原胶的矿场先导试验中，每注入1t聚合物增产原油248t，在矿场试验中驱油效果良好。3．疏水缔合聚合物•部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)是目前常用的聚合物驱油剂，但是HPAM在盐水溶液中粘度损失较大，严重影响了它的使用效果。此外，我国进行聚合物驱的油田普遍面临着配注聚合物清水缺乏的压力，要求聚合物驱用地层采出的污水进行配注。应用时须提高HPAM的用量，这将使得采油利润大大降低。•疏水缔合水溶性聚合物是指在聚合物亲水主链上带有少量疏水基团的一类水溶性聚合物。在聚合物水溶液中，由于疏水基团的憎水作用而产生分子内和分子间的缔合，形成具有特殊性质的高分子溶液。在盐溶液中，小分子电解质的加入使疏水缔合作用增强，溶液粘度大幅增加，表现出明显的抗盐性能，使之成为新一代的聚合物驱油剂。4．交联聚合物•针对油层的非均质性，以降低水通道的渗透率为目标的油层深部调剖技术得到重视和发展。由低浓度的聚丙烯酰胺和柠檬酸铝形成交联聚合物溶液(LPS)。•该体系具有粘度低、流动性好、具有选择性封堵地层的特点。在注入地层过程中，LPS优先进入渗透率较高的地层，交联聚合物线团在孔道中吸附滞留，逐步增加流动阻力，使后续驱替液流向低渗透区。交联聚合物线团并未将孔道完全堵死，在一定压力下可被冲开，将其推向地层更深处，再次吸附滞留。在此过程中压力会出现波动，并且会逐步产生层内的和层间的液流改向，从而逐步地调整驱替剖面，提高波及系数和原油采收率。•当交联体系中聚合物浓度较高时，HPAM与A1Ci发生分子间交联反应，形成的体系是网状结构的整体凝胶(Bulkgel)，主要用于近井地带的调剖；而当聚合物浓度较低时，HPAM与A1Ci发生分子内交联反应，形成交联聚合物线团在水中的分散体系，即交联聚合物溶液(LPS)，主要用于油田的深部调剖。•在整体凝胶与交联聚合物溶液这两种体系之间还存在一种过渡状态的弱凝胶体系，它是HPAM与A1Ci反应形成交联聚合物线团后，交联聚合物线团间再发生反应形成的，也可以用于油田堵水调剖。研究表明，交联聚合物溶液具有更好的深部调剖、提高采收率的作用。5．粘弹性聚合物•众所周知，要想提高岩心的微观驱油效率，依据牛顿流体岩心驱替实验所完善建立的毛管数与采收率关系，毛管数的增加值要在数千倍以上才能实现提高采收率的目的。但聚合物驱与水驱相比，增加幅度通常小于100倍。多数人由此认为聚合物驱不能提高微观驱油效率。然而在天然岩心和人造岩心上进行的室内聚合物驱油实验结果表明，采收率比水驱提高10%~15%OOIP。蚀刻的二维玻璃模型聚合物驱的结果也证实了这一点。聚合物驱的相渗曲线的端点值(含水100%时的含油饱和度)比水驱低6%~8%，聚合物驱工业开采区块密闭取心井的残余油饱和度也比水驱低得多。上述实验都证明了聚合物驱的确可以提高岩心的驱替效率。从微观孔道流动实验可以观察到，聚合物溶液的前端对其后边及孔道边界处具有较强的“拉、拽”作用，牛顿流体则无此现象。因此，针对粘弹性流体的“拉、拽”作用能否提高岩心的驱替效率，开展了大量研究工作。聚合物驱油矿场应用状况：•水溶性聚合物应用于油气开采，其性能应该满足一定的要求。中国工程院罗平亚院士根据油气开采的工艺要求及实践经验提出了油气开采用水溶性聚合物的通用性能要求，主要有以下几点：(1)水溶性；(2)增粘性；(3)悬浮性；(4)剪切稀释性和触变性；(5)稳定性；(6)渗流特性能满足油气开采工程的要求。HPAM已在我国的大庆、胜利、辽河等油田得到成功使用，但在高温高矿化度的条件下应用时，聚丙烯酰胺显得难以胜任，主要表现在以下几个方面：(1)温度较高时聚丙烯酰胺的水解严重；(2)地层温度超过75℃后，随着地层温度升高，水解聚丙烯酰胺沉淀形成加快；(3)高温高盐易导致水解聚丙烯酰胺从水溶液中沉淀出来，并且水解度越高这种现象越显著；(4)溶液粘度对温度和盐度非常敏感，在高温高盐环境中溶液的保留粘度很低。黄胞胶是淀粉经黄孢杆菌发酵而产生的胞外多糖类生物聚合物，无毒，溶于水。为阴离子电解质，与聚丙烯酰胺相比具有许多相同的性质，又具有抗盐、抗机械降解、热稳定性较好等特点。在油田上黄胞胶已成功地应用于钻井、完井、调剖堵水及三次采油中，玉门、中原、华北、胜利、大港等油田都有用黄胞胶进行现场驱油的实例。黄胞胶作为主要抗盐聚合物之一，具有合成聚合物所无可比拟的优异性能。但其热稳定性和生物稳定性相对较差，易发生降解从而堵塞油层，且成本较高，因此在高温高盐油藏中的应用受到限制。小井距特高含水期注聚合物矿场试验•大庆油田于1972年开展了小井距特高含水期注聚合物的试验，这是大庆油田第一次聚合物驱油矿场试验，试验区位于小井距试验区南井组，试验层为萨Ⅱ7+8层，是一个典型的正韵律油层，井组平均有效厚度5.2m，平均有效渗透率0.631μm2，油层内部非均质严重，上部为低渗透率的砂、泥岩薄互层，下部为高渗透率砂层。•试验区采用反四点法面积井网，注采井距75m，注聚合物时，油井综合含水已高达98%。•试验采用的聚合物是大连同德化工厂生产的部分水解聚丙烯酰胺胶体，固含量为8%，分子量300~500万，水解度30%左右。萨尔图油田中区西部聚合物驱油试验•大庆油田于1989年12月在萨尔图油田中5-6~中5-9井区进行聚合物驱油试验。分东西两个试验区，二者相距150m。东边为单层区，试验层为葡I1-4。西边为双层区，试验层是萨II1-3和葡I1-4。两个试验区都由4个反五点井网组成。每个试验区各有15口试验井，其中注入井4口采出井9口，取样井和观测井各一口，注采井距为106m。•试验区油层温度43℃，地层油粘度8.2mPa·s~9.3mPa·s,原始地层水矿化度7000mg/L；注入水矿化度为800mg/L~1300mg/L，Ca2+、Mg2+含量较低，pH为8.0。试验区自1991年1月见效到1992年11月（中心井含水达98%），有效期达23个月，此时，全区综合含水为94.8%，平均每注1t聚合物增油209t。试验结果表明，大庆油田无论是单层还是双层聚合物驱油都可获得很好的效果，采收率提高11.6%~14.0%。北一区断西聚合物驱油工业性矿场试验•该试验是大庆油田聚合物驱油技术由先导性试验阶段步入到工业化阶段的重要环节。与先导性试验比较，试验区范围扩大，中心井数量增加，油水井井距加大（见表1），试验结果将为大庆油田更大规模的推广应用聚合物驱油提供经验。试验区位于萨尔图油田北一区98号断层以西，以北1-6-27井为中心，北一区六排为对角线的正方形面积内，在原有葡Ⅰ组行列井网的基础上，新钻了50口试验井（包括1口密闭取心试验观察井），与原有代用井形成了注采井距为250m的五点法面积井网，共有25口注入井和36口采出井（其中包括全部为注入井包围的16口中心井和20口平衡井）。以平衡井为周边围成的试验区面积3.13km2，目的层葡Ⅰ1-4的平均有效厚度13.2m，地质储量632×104t，孔隙体积1086×104m3。以注入井为周边，则中心井的面积2.00km2，地质储量390.3×104t，孔隙体积694×104m3。表1小井距、中区西部和断西试验区基本情况的比较分区试验时间目的层面积（km2）储量(×104t)井网井距(m)注入井数生产井数聚合物来源小井距501井组1972.8.3~1972.9.24萨Ⅱ7+80.0070.69四点法7513胶体聚合物中区西部单层1990.8.5~1992.2.30葡Ⅰ1-40.0919.91五点法10649干粉中区西部双层1990.11.7~1992.2.24萨Ⅱ1-3葡Ⅰ1-40.0934.89五点法10649干粉断西1993.1.8葡Ⅰ1-43.13632五点法2502536干粉•试验区自1991年8月底投入水驱到1996年6月，全区累计产油157.7851×104t，中心井累计产油75.9928×104t，阶段采出程度分别为24.97%和19.17%，聚合物驱阶段，全区产油121.1578×104t，中心区产油59.0095×104t，阶段采出程度分别为19.17%和15.12%。•原设计注入380（mg/L）·PV完成时，已取得吨有效聚合物增油120t，提高采收率8.7%的效果。截止到1996年6月，考虑递减，中心区已累积增油45.3×104t，提高采收率11.6%，吨有效聚合物增油132t，预计试验结束时，完全可以实现提高采收率12%、吨聚合物增油120t的指标。孤东油田聚合物驱油工业性矿场试验•孤东油田经过10多年的强注强采，目前主力开发单元含水率已高达95%左右，为了实现降水增油目的，从1994年起在该油田经过了历时5年的聚合物驱油工业性矿场试验。针对油田构造简单，油层单一、非均质性强，油层胶结疏松、物性好，原油粘度高，地层水矿化度高等特点，在室内实验和数据模拟的基础上，设计了二级段塞注入方案。方案实施后取得明显效果：油井含水率平均下降了5.6%，日增产原油326t，预计最终可提高采收率6.5%，取得了显著的经济效益。杏五区中块聚合物驱油先导性矿场试验•该先导性矿场试验是大庆油田长垣南部率先开展的聚合物驱矿场试验。试验区位于杏五区中块5-2-29井区，面积0.31km2，注采井距200m，采用四注九采的五点法面积井网。试验目的层葡Ⅰ21—33，