三次采油技术及其在各油田应用情况(周志军).doc

三次采油技术及其在各油田应用情况1三次采油使油田开发进入新阶段[7]20世纪40年代以前,油田开发主要是依靠天然能量消耗开采,一般采收率仅5%~10%,我们称为一次采油它反映了早期的油田开发技术水平较低,使90%左右的探明石油储量留在地下被废弃随着渗流理论的发展,达西定律应用于油田开发人们认识到油井产量与压力梯度呈正比关系,一次采油采收率低的主要因素是油层能量的衰竭,从而提出了人工注水（气）,保持油层压力的二次采油方法,使油采收率提高到30%~40%这是至今世界上各油田的主要开发方式,是油田开发技术上的一次大飞跃但二次采油仍有60%~70%的油剩留地下为此,国内外石油工作者进行了大量研究工作,逐步认识到制约二次采油采收率提高的原因,从而提出了三次采油新方法大量实践和理论研究证明,油层十分复杂,具有非均质性,油、水、气多相流体在油层多孔介质中的渗流过程十分复杂不仅注入水（气）不可能活塞式驱油,不可能波及到全油层,而且在多相渗流过程中,受粘度差、毛细管力、粘滞力、界面张力等的影响,各相流量将随驱油过程中各相饱和度的变化而变化只有进一步扩大注入水（气）波及体积,提高驱油效率,才能大幅度提高采收率。

由此,人们在非均质性的油层提出了多种三次采油方法,一种是旨在提高注入水粘度、降低油水粘度差、提高注入水波及体积的聚合物驱;第二种是旨在降低界面张力、提高注入水驱油效率的表面活性剂驱、碱驱、混相驱;第三种是80年代后期发展起来的既可扩大波及体积又可提高驱油效率的复合驱三次采油远不同于二次采油二次采油是依靠人工补充油层能量的物理作用提高采收率,而三次采油方法是在注水保持油层压力基础上,又依靠注入大量新的驱油剂,改变流体粘度、组分和相态,具有物理化学的双重作用,不仅进一步扩大了注入水波及范围,而且使分散的、束缚在毛细管中的残余油重新聚集而被采出因此,三次采油要求更精细地掌握分散原油在地下油层中的分布;研究新的驱油剂与十分复杂的岩石矿物、流体的物理-化学作用;探索并掌握非牛顿流体多相渗流的基本规律从而正确合理地进行油田开发部署——井网、井距、层系划分、注采关系、注采工艺、动态监测、相应的地面集输系统和净化处理等总之,一整套技术都将随着三次采油技术的应用而发生变化油田开发要建立在更广泛的多学科综合应用基础上,从宏观和微观上更深化对地下流体渗流的认识,深化对油田的认识三次采油将把油田开发带入一个更高技术水平的新阶段。

2三次采油的基本概念、类型及驱油机理[16]2.1三次采油的基本概念和类型在油田开发过程中,通常称利用油藏天然能量开采的采油方式为一次采油而在一次采油后,通过注水或非混相注气提高油层压力并驱替油层中原油的驱油方式称为二次采油三次采油是指油田在利用天然能量进行开采和传统的用人工增补能量（注水、注气）之后,利用物理的、化学的、生物的新技术进行尾矿采油的开发方式这种驱油方式主要是通过注化学物质、注蒸汽、注气（混相）或微生物等,从而改变驱替相和油水界面性质或原油物理性质目前世界上已形成三次采油的四大技术系列,即化学驱、气驱、热力驱和微生物采油其中化学驱包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱及其复配的三元复合驱等;气驱包括混相或部分混相的C02驱、氮气驱、天然气驱和烟道气驱等;热力驱包括蒸汽驱、蒸汽吞吐、热水驱和火烧油层等;微生物采油包括微生物调剖或微生物驱油等2.2三次采油驱油机理2.2.1 化学驱油2.2.1.1 碱驱碱水驱是把碱类物质，如氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化按加入水中注入地层，通过碱与原油中的酸性组分就地生成表面活性剂，降低界面张力、乳化原油、溶解油水界面上的刚性界面膜、改变岩石润湿性等机理，降低残余油，从而达到提高采收率的目的。

碱水驱适合于原油酸值较高、粘土含量较低的油藏，但由于碱能与岩石发生反应，损耗碱的同时也破坏地层，而且对酸值低的原油，碱的作用很小，所以碱驱很快就被淘汰了2.2.1.2 聚合物驱聚合物驱油是一种流度控制技术，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酞胺或生物聚合物黄胞胶，增加注入水的粘度，改善油水流度比，提高驱替相的波及体积，同时，由于聚合物溶液属于非牛顿流体，具有一定的粘弹性，提高了微观驱油效率，从而获得较高的采收率在聚合物驱中，聚合物浓度一般为300—1500mg/L,段塞尺寸为0.2—0.6孔隙体积聚合物驱可提高采收率5%—15%.国外的研究者一般是否定聚合物驱油的，主要原因是认为聚合物驱只能扩大波及体积，不能提高驱油效率，因此总的采收率提高值较低美国20世纪70-80年代在现场实施了很多聚合物驱油试验,但平均采收率只提高4.9%,经济效益差我们认为波及体积和驱油效率都可以提高大规模实施聚合物驱后,平均采收率提高值为12%左右,地面注采工艺和设备运行正常、可靠,经济效益很好产生这个反差的重要原因是大庆在粘弹性流体力学和渗流力学方面有所发展,有些部分还有突破,带动了整个工艺技术和方法的发展,大规模推广后取得了很好的效果。

2.2.1.3表面活性剂驱表面活性剂驱是将表面活性剂（通常是石油磺酸盐）加入到注入水中,通过降低油水界面张力提高驱油效率的一种三次采油方法根据加入表面活性剂量以及在地下形成的体系性质,表面活性剂驱可分为活性水驱和胶束驱在活性水驱中,加入的表面活性剂量较小,油水界面张力下降的幅度不是很大,通过活性水的润湿孔喉、降低界面张力以及乳化原油机理,降低残余油饱和度由于表而活性剂在岩石表面的吸附,使其损失加大,驱油效果变差因此活性水驱的成木相应增大胶束驱又称微乳液驱，是指将表面活性剂、醇类助剂以及电解质加入注入水中，在地下形成胶束溶液驱替原油的三次采油方法其表面活性剂用量较大，由于胶束溶液具有增溶油的特性，它与油层原油接触后，可形成混相带，油水界面消失，大幅度地提高采收率通常胶束驱与聚合物驱联合使用，即在胶束段塞后紧接着一个聚合物段塞，以保护胶束段塞不被后续注入水所破坏胶束聚合物段塞驱具有很高的驱油效率和波及效率，但注入化学剂成本限制了该方法的应用2.2.1.4碱一表面活性剂一聚合物三元复合驱三元复合驱油是通过在注入水中加入一定量的表面活性剂、碱和高相对分子量的聚合物.大幅度降低油水界面张力，增加注入水的粘度，从而降低油水流度比，扩大油层宏观和微观波及体积，进一步驱替水驱残余油，大幅度降低剩余油饱和度，提高驱油效率和原油采收率。

界面张力越低，降低剩余油饱和度的幅度越大，提高驱油效率和采收率的幅度就越大由于三元复合体系能够使油水界面张力降低至102mN/m以下，可以获得很高的驱油效率，其中聚合物可以增加体系的黏度，提高波及系数，因此三元复合驱可以获得较高的原油采收率室内物理模拟结果认为，三元复合驱可提高水驱采收率的20%但是三元复合驱的化学剂成本较高2.2.1.5泡沫复合驱泡沫复合驱技术是在三元复合驱和泡沫驱基础上发展起来的，该技术充分结合了两者的技术优势与三元复合驱相比，泡沫复合体系具有较大的视粘度，能够更有效地降低水油流度比，同时由于泡沫具有油敏性，遇到油易被破坏，因此具有更强的调剖作用，进一步提高了体系的波及效率，使注入体系更多的进入剩余油较多的中低渗透层;同时该体系具有三元复合驱的驱油特点，可以与被驱替原油形成超低界面张力，提高驱油效率，进而更大幅度地提高原油采收率室内实验结果表明泡沫复合驱可比水驱提高采收率30%左右该技术是一项极具发展前景的三次采油新技术，目前正处于研究试验阶段2.2.2热力驱三次采油技术热力采油包括注蒸汽(蒸汽吞吐和蒸汽驱两种工艺)、火烧油层和热化学采油注蒸汽和火烧油层都是利用热量加热油层和油层中的流体，降低原油粘度来达到减小油层流动阻力的目的。

所不同的是蒸汽是在地面上的蒸汽发生器(又称热采锅炉)中产生，通过地面管道和油井注入油层，而火烧油层热量则是在含油岩层内部产生，因而也称为就地加热或燃烧过程这是按产生热量的方式或地点而区分的如果按注采工艺区分，可把热采分为热驱(thermaldrive)和热力激励或增产(thermalstimulation)两类所谓热驱，是将热流体连续地注入一口井或几口井驱替原油，从其它井产油维持热流体注入所需的压力会加快原油的流动，也增大油藏中的驱动力，因此，热驱不仅由温度升高而降低流动阻力，而且为增加流量供给动力消耗热量多，但能获得较高的最终采收率注蒸汽的热驱称为蒸汽驱，注空气火烧油层的热驱称为火驱热力激励或增产只是加热井筒附近的油层一旦这部分油层内原油流动阻力降低，较远处油层内的驱动力，如重力驱、溶解气驱和天然水驱，就能引起该井产油速度的增加注蒸汽的热力激励称为蒸汽吞吐(steamhuffpuff),蒸汽浸泡(steamsoak)或循环注蒸汽(cyclicsteaminjection)注空气火烧油层用作油井激励的增产措施很少采用，有时作为一种特殊的方法使用，因而没给予专门的名称热化学是在采油技术中，注入亚硝酸钠(NaNOj和硝酸按(NHNO3)使其在地层中产生化学反应,一方面产生N气体形成气驱，一方面反应时产生大量热达到热驱效果。

22.221蒸汽驱(热水驱)蒸汽驱是指将蒸汽从注入井注入到油层，蒸汽将稠油变稀并推向生产井的一种热采方法(如图)•蒸汽驱提高原油采收率的机理有原油的粘度降低、受热膨胀、蒸汽蒸馏、汽驱以及相对渗透率和润湿性改变等在地层中注入的蒸汽干度达到零时，蒸汽驱变为热水驱蒸汽驱中最大的问题是蒸汽超覆和提前突破由于蒸汽与原油的密度差、垂向渗透率非均质性以及平面非均质性导致蒸汽沿油层上部窜进和沿高渗透带提前在生产井中突破，导致波及体积较小，降低了蒸汽驱稠油采收率因此，在蒸汽驱中流度控制技术已变得越来越重要尽管人们已采用了蒸汽泡沫技术，但效果并不是很好此外，蒸汽发生器排放污染、结垢、热效率不高也是蒸汽驱所遇到的问题尽管如此，蒸汽驱已成为最有吸引力的三次采油方法，也是已进入工业化应用阶段的三次采油方法蒸汽驱的采收率可达50%—60%第水mt2.2.2.2火烧油层火烧油层是通过注入空气(或氧气)与地层原油接触，采用人工井底点火或油层自发点火后，燃烧油层中部分重质原油，产生的热量和燃烧产物用以降低原油粘度、膨胀原油体积、驱动地层原油从而达到提高采收率的目的火烧油层与蒸汽驱的最大区别在于火烧油层是在油层内产生热量，而不是象蒸汽驱那样在地面产生热量。

火烧油层的机理非常复杂，除了蒸汽驱的机理外，还包括原油就地热裂解和烃类混相驱等与注蒸汽不尽相似，火烧油层很少用作激励增产措施，极大多数情况用于驱替，因此火烧油层亦称为火驱(fireflood)火烧油层大致可分为干式向前燃烧法（dryforwardcombustion,简称“干烧法”、湿式向前燃烧法（wetforwardcombustion，简称“湿式燃烧法”）和反向燃烧法（reversecombustion）三种方法前二种方法中，空气（或其它含氧气体）流动方向与燃烧前缘移动方向相同，故称为正向燃烧法（如图）；第三种方法空气流向与燃烧前缘移动方向恰好相反，故称为反向燃烧法2.2.3气驱三次采油技术气驱采油技术主要是混相驱或者部分混相驱，这在美国得到广泛应用，比我国聚合物采油规模要大得多气体混相驱的目的是利用注入气体能与原油达到混相的特性，使注入流体与原油之间的界面消失，即界面张力降低至零，从而驱替出油藏的残余油气体混相驱按混相机理可分为一次接触混相驱和多次接触混相驱按注入气体类型可分为烃类气体混相驱（如LPG段塞驱、富气驱、贫气驱）和非烃类气体混相驱（如CO?驱、N2和烟道气等）2.2.4微生物驱三次采油技术[8]微生物提高采收率是指利用微生物及其代谢产物增加石油产量的一种石油开采技术。

该技术是将经过筛选和评价的微生物与培养基注入地下油层。