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石油大学继续教育学院冀东油田开发新技术高级培训班讲义提高石油采收率技术岳湘安2001.4.71一、概述（一）提高原油采收率的意义作为一种重要的能源和化工原料，世界范围内对石油的需求仍将持续增长。尤其在我国，一方面国民经济发展对石油需求量的增长速度比以往任何时候都大；另一方面，我国的各主力油田均已进入高含水或特高含水开采期，开采难度增大，产量递减幅度加大，而且后备储量严重不足，石油的供求矛盾日益突出。据预测，按目前的开采水平，到2005年我国进口原油将高达108吨/年（1亿）。这将对我国国民经济发展造成极其严重的影响。缓解石油供求之间日益突出的矛盾有两条有效的途径：一是寻找新的原油地质储量；二是提高现有地质储量中的可采储量，即提高采收率。寻找新的油田、补充后备储量是原油增产和稳产最直接、最有效的途径。多年以来，各油田在开发过程中也不断加大勘探力度，找到新的储量。但是，石油是一种不可再生资源，它的总地质储量是一定的，而且我国陆上石油资源的勘探程度已经很高，新增地质储量的难度越来越大，潜力越来越少。近年来，几个大油田新增地质储量多数都是丰度很低、油层物性差、开采难度大的油藏。在有限的原油地质储量中，其可采储量是一个变量。它随着开采技术的发展而增加，而且其潜力一般很大。石油是一种流体矿藏，具有独特的开采方式。在各种矿物中，石油的采收率是比较低的。在目前技术水平下，石油的采收率平均约在30%～60%之间。在非均质油藏中，水驱采收率一般只有30%～40%。也就是说，水驱只能开采出地质储量的一小部分，还有大部分原油残留在地下。如何将油藏中的原油尽可能的、经济有效地开采出来，是一个极有吸引力的问题，也是世界性的难题。从长远来看，只要这个世界需要石油，人们必将越来越多地将注意力集中到提高采收率上。实际上，与勘探新油田不同，提高采收率问题自油田发现到开采结束，自始至终地贯穿于整个开发全过程。可以说，提高采收率是油田开采永恒的主题。（这种说法一点也不过分）。近几年，我国已成为纯石油进口国，预计到2005年将进口1亿吨／年。国民经济急需石油，大庆是我国最大的油田，按现已探明的地质储量计算，采收率每提高一个百分点，就可增油5000万吨。这对国民经济的发展具有极其重要的意义。提高采收率是一个综合性很强的学科领域。它的综合性表现为两方面：①高新技术的高度集成。不是一个单项技术而是一套集成技术，注入、采出、集输……②学科领域的高度综合。涉及各个学科。这种学科交叉、互渗，有助于产生新的理论突破，并孕育着新的学科生长点。而且，提高采收率的原理对于促进相关学科的发展，为这些学科提供发展空间具有很重要的意义。2目前，国内外研究与应用的提高采收率方法很多。由于驱替截介质不同，其具体的驱油机理各不相同，适应条件和驱油效果都不同。但所有驱油方法都基于一些具有共性的原理。（二）提高采收率方法及其分类从油田开采阶段上划分，通常将利用油层所具有的天然能量，如溶解气、气顶等，将原油采至地面的方法（能量衰竭法）称之为一次采油。在天然能量枯竭后用人工补充油藏能量的开采方法，如注水、注气，称之为二次采油。但是这种开采方式的分类很容易引起混乱。例如，在我国和前苏联一些油田曾采用早期注水保持压力的开采方法，很难说这究竟是一次采油还是二次采油。在稠油油田往往是一投入开发就进行热力采油，很难按上面的原则将其归类。另一种是按技术特点分类：将传统的注水、注气以外的，不是以保持和补充油藏能量为目的，而是以改变和控制油藏及油藏流体物理化学性质为目的的所有开采方法统称为强化采油（EOR──EnhancedOilRecovery）。目前，EOR这一术语已获得普遍的认可，并已成为提高采收率的同义词。现有的主要EOR方法可分成如下几大类：（1）化学驱；（2）气驱；（3）热力采油。在这里，我们重点讨论化学驱。化学驱方法及技术比较：·几乎所有化学驱方法都具有高盐敏性，即对矿化度非常敏感，所以一般对驱油体系的矿化度都有限制。·由于化学体系在油层中运移时，易于发生吸附、滞留，甚至絮凝、沉降，影响化学剂的注入。如何保持足够的注入能力，是一个长期研究的课题。·减少化学剂在油藏中的损失（吸附、滞留），是直接影响化学驱效果的关键问题。驱替方法驱油机理典型采收率（%）①聚合物驱改善流度比提高波及效率提高微观驱油效率5～10②碱驱改善岩石润湿性降低油／水界面张力通过乳化改善流度比5③活性剂驱降低油／水界面张力增大毛管数5～10④胶束／聚合物驱①＋降低毛管数15⑤碱／聚合物驱①＋②5⑥ASP复合驱①＋②＋③＋协同效应15～203⑦泡沫驱①＋③＋泡沫调剖效果气体上浮运移、溶解气驱5～10烟道气驱氮气驱干气（或贫气）驱富气混相或非混相驱液化石油气混相驱轻烃驱混相或非混相驱气驱2CO电磁波加热电加热火烧油层蒸汽驱蒸汽吞吐注蒸汽热力采油另外，微生物提高采收率技术也日益受到了广泛的重视，加速研究。但由于许多技术方面的问题，其工业化应用还有待时日。利用物理场激励油层、提高采收率，是一类新的技术思路，属于油气田开发的前言研究领域。这类物理方法提高采收率的机理还不十分清楚，须深化研究。可以与化学驱相互补充，对那些不适用化学驱的油藏是一类很有价值和前景的方法。（三）国外提高采收率技术发展现状提高采收率技术的应用不仅受技术水平发展的制约，更大程度受油价的制约。近年来，由于油价下跌，多数国家的EOR技术应用呈下降趋势，但对于EOR的研究却从未停止。据“油气杂志”（OilandGas）第十三次独家的两年一次的EOR调查，1996年初世界提高采收率项目和稠油项目的石油产量估计约为220万桶／天，约占世界石油总产量的3.6%。其中，美国72.4万桶／天，占32.9%；加拿大51.5万桶／天，占23.4%；中国16.6万桶／天，占7.6%；前苏联地区20.0万桶／天，占9.1%，其他国家59.3万桶／天，占27.0%。热力采油是目前世界上应用最广泛、最主要的EOR方法，其产量约为130万桶／天，占EOR总产量的59%。1.美国EOR技术应用状况美国的EOR项目数自1986年以来持续下降，而EOR产量在1992年调查时居最高，达760907桶／天。4美国1996年统计的700000桶／的EOR产量中，约有60%是热力采油的产量。其余产量的大部分是注气（轻烃、CO2和氮气）。①CO2驱在美国，CO2混相驱的产量与项目数都在持续增加，其原因是：①Colorado和新墨西哥拥有巨大的CO2资源，其供应条件已得到改善，已建成3条CO2输气管线。目前CO2日供应能力已达10亿立方英尺；②油藏模拟能力提高，改善油藏管理、降低成本，不仅大型项目效益好，而且小型项目的效益也很可观。据估计，CO2驱每桶油的成本已从1985年的18.2美元降至10.25美元。美国中南部的WassonSanAnros油田的Willard区CO2驱、CO2混相驱，十采收率比水驱提高了12.2%，总采收率达53.1%。1996年有60个矿场进行CO2混相驱，年总产油已达855×104吨。气驱：CO2混相驱CO2非混相驱N2驱轻烃驱②热力采油③化学驱胶束／聚合物聚合物驱碱驱表面活性剂驱，只在1990年实施过1个项目，产油20桶／天。这些统计资料表明，近年来，美国化学驱．．．的项目数和产量急剧下降。这主要是由于经济效益的制约。由此也必然影响到其技术研究的进展。3.俄罗斯和独联体EOR技术应用状况俄罗斯和独联体在122个油田的237个区块上实施过EOR方法①热力采油前苏联实施热采的主要地区是美国气驱产量与项目数前苏联EOR产量与项目数美国EOR产量与项目数5哈萨克。累计产油量到1992年已达4080万吨。其中近一半是靠蒸汽驱采出的（2030万吨）。注热水产油1690万吨，火烧油层产油360万吨。②化学驱化学驱的主要实施地区是鞑靼斯坦、西西伯利亚、伏尔加—乌拉尔。到1992年已累计产原油3920万吨，其中主要是靠聚合物驱采出的。也做过一些活性剂驱的矿场试验，但由于设备陈旧、管理不善、活性剂成本高，大多数试验经济效益不好。③气驱到1992年底，独联体采用天然气和水气交替注入，累计采油量达670万吨。主要是在西西伯利亚实施。前苏联进行的CO2驱试验不多，唯一的一次试验，由于管线膨胀和造成污染等问题而终止。俄罗斯和独联体油田有巨大的难采储量，水驱后残留在油层数千亿桶石油，具有巨大的EOR潜力。2000年，应用EOR技术增产的原油可达3.2～6.4万m3／天左右。到2010年可达12.7～20.7万m3／天。（四）我国提高采收率技术发展状况我国的提高采收率技术研究与应用虽然比西方国家起步晚一些，但发展很快。大庆油田自1964年开始采收率的研究，经过近40年的努力，已经在聚合物驱、表面活性剂驱、CO2非混相驱、天然气驱和复合驱方面取得了长足的进展。尤其是聚合物驱技术、三元复合驱技术等化学驱技术的研究与应用的发展更为迅速。我国化学驱技术的迅猛发展的动力来源于国民经济对原油的需求和提高采收率的巨大潜力。1.我国提高原油采收率潜力（1）与国外典型油田条件的对比原苏联：注水开发的杜玛兹油田，原油地下粘度2.5mPa·s，含水82.9时已采出地质储量的49.3%，方案设计采收率为59%。美国：东得克萨斯油田水驱，原油地下粘度为0.93mPa·s，含水80%时已采出地质储量的50%，方案设计采收率可高达80%。我国：油田主要分布在陆相沉积盆地，油层物性变化和砂体分布均比海相沉积复杂，泥质含量高，油藏非均质性远高于主要为海相沉积的国外油田。而且陆相盆地生油母质为陆生生物，原油含蜡高、粘度高。这样的陆相沉积环境和生油条件，加大了我国油田开发的难度。我国依靠科技的力量，发展6了一系列注水开发的配套技术，十使注入水不断扩大波及体积，延长了油田的稳产期。应该说我国注水开发技术和稳产指标，已达到或超过国外同类油田水驱开发的先进水平。尽管如此，由于油层物性差，非均质性严重，原油物性差（粘度高、含蜡高），我国油田的水驱平均采收率只有34.2%，一些油田只有20%～25%，远低于国外海相沉积油田的水驱采收率水平。大庆油田，陆相沉积、油藏非均质变异系数0.7左右，原油地下粘度为9mPa·s（是美国东德克萨斯油田原油粘度高10倍之多！），综合含水82%，仅采出地质储量的30.1%，最初预测最终水驱采收率仅为34.8%，经过多年的工作，不断改善水驱开发效果，大庆油田预测水驱采收率也仅可提高到40%左右，仍然远远低于国外海相沉积大油田的水驱采收率。胜利油田，陆相沉积，原油地下粘度：上第三系馆陶组油层60～90mPa·s，下第三系沙河街组油层10～20mPa·s。现含水已达89.8%，仅采出地质储量的21.1%。预测水驱采收率也只有27.7%。我国油田总水驱采收率水平较低，主要反映在两个方面：①由于油层的非均质性，水驱波及系数低；②驱油效率低。这两点决定了我国油田采用以扩大波及体积和提高驱油效率为目标的EOR方法具有很大潜力。（2）采收率潜力分析·大庆油田13口井水淹层密闭取心资料表明，以正韵律厚层砂岩为主的喇嘛甸、莎北、莎中地区，注入水在平面上沿条带状突进，垂向上厚层底部水淹严重──在注水倍数为1时水洗厚度仅为69%，其中强水洗厚度也只有26.5%，水洗段平均驱油效率47%。·大庆中区西部已注水开发30余年，在聚合物驱前，钻井取心资料表明：萨Ⅱ1-3层水淹厚度仅33.7%，葡Ⅰ1-4曾水淹厚度仅28.4%，采出程度只有20%。·胜利油田的胜坨油田，河流—三角洲沉积，为高渗高粘油田。1994年取心资料表明，在已注水开发近30年，注水倍数已达1.1～1.44,综合含水已高达92%～95%的情况下，水洗和强水洗厚度仅为油层厚度的54.6%，平均驱油效率也仅为41.6%～47.1%。我国对25个主力油田资料进行研究表明：平均水驱波及系数最终可达0.623，驱油效率为0.531，据此预测全国陆上油田水驱采收率仅达34.2%。这意味着水驱之后我国还有近百亿吨探明地质储量残留在地下，