-三次采油基礎(chǔ)課件

§6—3三次采油基礎(chǔ)一、概述1．三次采油的概念(1)一次采油所謂一次采油，是指依靠油藏天然能量(原始能量)進(jìn)行的采油。上世紀(jì)40年代以前，幾乎所有的油氣藏都是依靠天然能量進(jìn)行采油，只是在天然能量基本耗盡以后，才考慮利用人工補(bǔ)充能量等方法進(jìn)行進(jìn)一步的采油。但一次采油的采收率一般較低，而且開采時(shí)間長，采油速度低，這使得它的應(yīng)用受到很大限制。§6—3三次采油基礎(chǔ)一、概述1一、概述(2)二次采油所謂二次采油，是指依靠常規(guī)補(bǔ)充能量的方法進(jìn)行的采油。所謂常規(guī)補(bǔ)充能量，一般都是指注水補(bǔ)充能量，也包括注氣(注油田伴生氣等，但不包括注CO2氣、注氮?dú)?補(bǔ)充能量。注水采油自上世紀(jì)40年代起很快成為主流的油田開發(fā)方式，因?yàn)樽⑺捎途哂型怀龅膬?yōu)點(diǎn)：如水的運(yùn)動(dòng)粘度較高因而驅(qū)替效果好、多數(shù)油層巖石親水其驅(qū)油效率較高、水源易于獲得且成本低廉、注水也易于操作控制等。一、概述(2)二次采油2概述(3)三次采油所謂三次采油，是指經(jīng)過一次采油和二次采油以后所進(jìn)行的采油。它是油田在二次采油基本結(jié)束時(shí)為盡可能提高石油采收率所進(jìn)行的采油。因此，三次采油又稱為提高油氣采收率工作。概述(3)三次采油3概述三次采油的概念興起于上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的全球能源危機(jī)之后，由于在實(shí)際油藏(油田)的開采中，一次采油、二次采油與三次采油一般都呈連續(xù)過渡，很少在前一種采油完全終結(jié)之后才進(jìn)行后一種采油的情況，而且多數(shù)三次采油都是在二次采油的基礎(chǔ)上仍然采用以注水為主適當(dāng)加入化學(xué)劑的方法，因此，近年來有逐漸淡化三次采油的提法而更多采用提高采收率這一概念的傾向。概述三次采油的概念興起于上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的全球能源危機(jī)4概述2．三次采油面臨的問題與對策三次采油一般是在注水采油基本結(jié)束的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在注水采油基本結(jié)束時(shí)，油田的剩余油主要存在兩種基本的類型：一種是基本未動(dòng)用的剩余油，它主要包括油藏平面和剖面控制不住的剩余油，這類剩余油在原注采井網(wǎng)條件下一般水洗不到，只有通過層系或井網(wǎng)的調(diào)整，才能有效地予以驅(qū)替采出；顯然這類剩余油一般不在三次采油的范圍。因此，三次采油所針對的目標(biāo)，只能是第二種剩余油類型，即水洗程度不高、動(dòng)用較差的剩余油。概述2．三次采油面臨的問題與對策5概述油層水洗程度不高的原因，主要有以下三點(diǎn)：①油水粘度比較高，注水形成指進(jìn)導(dǎo)致波及系數(shù)低，留下較多剩余油；②水洗油能力有限，效率不高，在巖石顆粒表面留下較多的膜狀剩余油；③原油粘度太高，原油流動(dòng)性差，常規(guī)開采采收率不高。上述三個(gè)方面的原因，就是三次采油所面臨的問題。針對上述問題，自20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的三次采油技術(shù)主要采取以下一些對策：概述油層水洗程度不高的原因，主要有以下三點(diǎn)：6概述①針對油水粘度比高、注入水波及系數(shù)低的問題，提出了增粘水驅(qū)(增大注入水粘度；如聚合物驅(qū)、泡沫溶液驅(qū)等)、混相驅(qū)(注入劑與原油混相，其驅(qū)油效率接近100％)等解決方法。②針對注入水洗油能力有限的問題，提出了活性水驅(qū)(水中加入活性劑，提高洗油能力)、堿性水驅(qū)、膠束溶液驅(qū)等解決方法。③針對原油粘度太高、常規(guī)開采采收率低的問題，提出了熱力采油的方法。以上提高油氣采收率的對策，就構(gòu)成了三次采油的主要方法。這些方法從機(jī)理上又可以歸并為化學(xué)驅(qū)、混相驅(qū)和熱力采油三種基本類型。簡略介紹如下。概述①針對油水粘度比高、注入水波及系數(shù)低的問題，提出了增粘7二、化學(xué)驅(qū)化學(xué)驅(qū)是一大類提高采收率方法的總稱。它是在注入水中添加各種化學(xué)物質(zhì)，以改善注入水的某些性質(zhì)和洗油能力，達(dá)到提高驅(qū)油效率的目的。由于化學(xué)驅(qū)添加了各種化學(xué)劑從而改變了注入水的某些性質(zhì)，因此也常稱為改型水驅(qū)。國內(nèi)外投入應(yīng)用和大力發(fā)展的化學(xué)驅(qū)方法主要有：聚合物驅(qū)、活性水驅(qū)、堿性水驅(qū)、復(fù)合驅(qū)和膠束溶液驅(qū)等類型。它們的應(yīng)用機(jī)理、針對的問題和實(shí)施的方法如下。二、化學(xué)驅(qū)化學(xué)驅(qū)是一大類提高采收率方法的總稱。它是在注入水中8化學(xué)驅(qū)1．聚合物驅(qū)聚合物是一大類高分子物質(zhì)的總稱。已研究出多種用于提高原油采收率的聚合物，包括黃原膠(生物聚合物)、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸與丙烯酰胺的共聚物、羥乙基纖維素、硬葡萄糖等。目前現(xiàn)場上獲得實(shí)際應(yīng)用的只有前三種，具有商業(yè)吸引力的只有聚丙烯酰胺與多糖生物聚合物。聚合物驅(qū)油以其成本低廉、能夠大幅度提高采油速度與開采效益、注入工藝簡單等多項(xiàng)優(yōu)勢而得到重視和應(yīng)用?；瘜W(xué)驅(qū)1．聚合物驅(qū)9化學(xué)驅(qū)聚合物驅(qū)始于上世紀(jì)50年代末，美國于1964年進(jìn)行了第一次聚合物驅(qū)礦場試驗(yàn)。我國自大慶油田1972年開展小井距的聚合物驅(qū)試驗(yàn)以來，已先后有大慶、大港、河南、吉林、勝利等油田進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)和應(yīng)用，大慶油田的聚合物驅(qū)已成為世界上最大的聚合物驅(qū)項(xiàng)目?；瘜W(xué)驅(qū)聚合物驅(qū)始于上世紀(jì)50年代末，美國于1964年進(jìn)行了10化學(xué)驅(qū)(1)驅(qū)油機(jī)理聚合物驅(qū)的主要機(jī)理是通過提高注入水的粘度，改善油水之間的流度比，減少水驅(qū)過程中的指進(jìn)、舌進(jìn)等不利影響。同時(shí)，聚合物水溶液還可以降低水的相滲透率，而對油的相滲透率保持不變，這有利于降低含水，提高注入液的驅(qū)油效果。聚合物溶液通過地層后，聚合物分子在巖石表面上適度吸附，對后繼的注入水形成一種殘余阻力，又可促使注入水改變流動(dòng)路線。所有這些都將有利于降低含水，擴(kuò)大注入液的波及體積，提高采收率。有的研究者提出，聚合物還可以提高驅(qū)油效率，這是對聚合物溶液驅(qū)油機(jī)理的新認(rèn)識(shí)，目前正在做進(jìn)一步的研究?；瘜W(xué)驅(qū)(1)驅(qū)油機(jī)理11化學(xué)驅(qū)(2)現(xiàn)場試驗(yàn)情況大慶、大港、河南等油田先后進(jìn)行過注聚合物的先導(dǎo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，絕大多數(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)取得了好的效果：大體上注200--500PV．mg／L的聚合物溶液，可獲得每噸聚合物增產(chǎn)原油130--400t的效益，并提高采收率5％-19％。在大慶、大港、勝利油田的8個(gè)區(qū)塊還開展了工業(yè)性擴(kuò)大試驗(yàn)。這些試驗(yàn)的井距一般都大于200m，試驗(yàn)區(qū)面積最大為4.5km2，注采井達(dá)100口以上。所有試驗(yàn)都見到了好效果?；瘜W(xué)驅(qū)(2)現(xiàn)場試驗(yàn)情況12化學(xué)驅(qū)2．活性水驅(qū)活性水是在水中加入表面活性劑配制而成，表面活性劑具有降低油水界面張力的能力，同時(shí)，活性水能夠改善孔隙、喉道的潤濕能力，具有較好的洗油能力，因此可應(yīng)用活性水作為驅(qū)油的工作劑。化學(xué)驅(qū)2．活性水驅(qū)13化學(xué)驅(qū)配制活性水，表面活性劑濃度和用量是很關(guān)鍵的，通常采用兩種配方：一種是大用量、低濃度的活性劑體系；另一種則是低用量、高濃度的活性劑體系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在活性劑的總用量相同時(shí)，使用高濃度、低用量體系，要比低濃度、高用量體系驅(qū)油效果更好，然而，由于活性劑在巖石表面的吸附，導(dǎo)致活性劑因吸附而損失，這種吸附損失不僅影響驅(qū)油效果，而且在經(jīng)濟(jì)上亦不利，據(jù)報(bào)道，非離子表面活性劑其吸附損失很低，但這種活性劑尚未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，有待于進(jìn)一步研究?；瘜W(xué)驅(qū)配制活性水，表面活性劑濃度和用量是很關(guān)鍵的，通常采用兩14化學(xué)驅(qū)3．堿性水驅(qū)堿性水是在水中加入強(qiáng)堿(氫氧化鈉或氫氧化鉀)配制而成的。氫氧化鈉與原油中的有機(jī)酸(例如環(huán)烷酸、瀝青酸)作用，便可以就地生成表面活性劑。由此可見，堿性水驅(qū)實(shí)質(zhì)上是一種在油層內(nèi)合成活性劑的驅(qū)油方法。關(guān)于注堿性水的驅(qū)油機(jī)理，目前主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①使油層的潤濕性由親油轉(zhuǎn)化為親水；②乳化和捕集(俘留作用)；③俘化和攜帶作用；④粘滯力與毛細(xì)管壓力的比值作用；⑤增溶油水界面處形成的剛性薄膜?；瘜W(xué)驅(qū)3．堿性水驅(qū)15化學(xué)驅(qū)4．復(fù)合驅(qū)復(fù)合驅(qū)就是利用廉價(jià)的堿與原油中的活性物質(zhì)反應(yīng)，形成天然表面活性劑，并使之與加入的少量表面活性劑、聚合物之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，既可以提高驅(qū)油效率，又可擴(kuò)大波及體積。因此，它能比聚合物驅(qū)更大幅度地提高采收率，又比活性驅(qū)降低成本，是具有工業(yè)化應(yīng)用前景的高效驅(qū)油技術(shù)。我國從20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行室內(nèi)研究和礦場先導(dǎo)試驗(yàn)，在復(fù)合驅(qū)油機(jī)理、復(fù)合驅(qū)油體系、復(fù)合驅(qū)油數(shù)值模擬，以及復(fù)合驅(qū)油注采技術(shù)等方面，均取得重大進(jìn)展。化學(xué)驅(qū)4．復(fù)合驅(qū)16化學(xué)驅(qū)(1)復(fù)合驅(qū)油機(jī)理①形成超低油水界面張力；②多種化學(xué)劑間存在協(xié)同效應(yīng)。在堿---聚合物體系與原油體系中，堿濃度的增加可使界面張力平衡值下降1---22倍。聚合物與表面活性劑的相互作用，對乳狀液的形成和穩(wěn)定有影響。堿與原油作用生成的表面活性劑和外加注入的表面活性劑的相互作用，對油水界面性質(zhì)和乳化性質(zhì)有明顯影響。再加上聚合物可起到流度控制，改善不利的流度比，使得堿---表面活性劑---聚合物復(fù)合驅(qū)比單獨(dú)堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)和聚合物驅(qū)都有明顯的優(yōu)越性。室內(nèi)微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)也證明，在相同驅(qū)油條件下復(fù)合驅(qū)油效果高于單一驅(qū)油劑驅(qū)油效果，單一驅(qū)油劑僅比水驅(qū)提高采收率7.33％---20.9％，而復(fù)合驅(qū)可提高25.8％?；瘜W(xué)驅(qū)(1)復(fù)合驅(qū)油機(jī)理17化學(xué)驅(qū)③轉(zhuǎn)變潤濕性并破壞油膜。驅(qū)替液中的表面活性劑和聚合物將與巖石表面作用，使巖石表面潤濕性由親油變?yōu)橛H水，使油膜變得不穩(wěn)定，甚至破壞油膜，從而啟動(dòng)殘余油流動(dòng)、產(chǎn)出?；瘜W(xué)驅(qū)③轉(zhuǎn)變潤濕性并破壞油膜。18化學(xué)驅(qū)(2)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)上世紀(jì)90年代以來，我國在大慶、勝利、新疆、遼河等油田開辟了7個(gè)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)區(qū)，均取得較大幅度提高采收率的好效果。勝利孤東油田1982年8月開始三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)。該試驗(yàn)區(qū)為五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，50m注采小井距，由4口注入井，1口采出井，8口外圍平衡采油井，2口觀察井組成。試驗(yàn)?zāi)康膶邮且桓邼B透、中高粘度、河流相沉積的疏松砂巖親水油藏。該試驗(yàn)區(qū)原為水驅(qū)開發(fā)試驗(yàn)區(qū)，復(fù)合驅(qū)前中心井含水已達(dá)98.4％，水驅(qū)采收率54.4％，累積已注水5.1倍孔隙體積，此時(shí)油藏剩余油飽和度僅為34.2％。室內(nèi)研究確定了驅(qū)油體系的配方，并分4個(gè)段塞注入。試驗(yàn)過程中，中心井日產(chǎn)油由試驗(yàn)前的0.3t，最高上升到14.3t，相應(yīng)含水由98.4％下降到85％。在試驗(yàn)區(qū)已水驅(qū)枯竭的條件下，又提高采收率13.4％?；瘜W(xué)驅(qū)(2)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)19化學(xué)驅(qū)大慶油田中區(qū)西部復(fù)合驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)于1994年開始試驗(yàn)，由4個(gè)反五點(diǎn)面積井網(wǎng)組成，油水井15口，其中注入井4口，油井9口，觀察井2口，注采井距106m。復(fù)合驅(qū)前綜合含水87.9％，水驅(qū)采出程度13.08％，經(jīng)室內(nèi)研究確定，三元復(fù)合體系分兩個(gè)段塞注入，試驗(yàn)過程中，中心井含水由試驗(yàn)前87.9％最低降到48％，日產(chǎn)油由3t上升到21t，全部油井見到增油降水的效果，采收率比水驅(qū)提高20.2％，驅(qū)油效果比聚合物更好?；瘜W(xué)驅(qū)大慶油田中區(qū)西部復(fù)合驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)于1994年開始試驗(yàn)，20化學(xué)驅(qū)此外，遼河興隆臺(tái)油田興28斷塊的二元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)、新疆克拉瑪依礫巖油田的三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)，以及大慶正在薩爾圖、杏樹崗地區(qū)開展的三元復(fù)合驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)，均取得大幅度增油降水和提高采收率的好效果，現(xiàn)正逐步開展工業(yè)性礦場試驗(yàn)，進(jìn)一步完善相應(yīng)配套技術(shù)?；瘜W(xué)驅(qū)此外，遼河興隆臺(tái)油田興28斷塊的二元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)、新疆21三、混相驅(qū)1．概述混相驅(qū)油法是利用注入劑與原油互溶混相，從而提高驅(qū)油效率的方法?；煜嗍侵竷煞N液態(tài)物質(zhì)均勻混溶，達(dá)到界面(相)消失的狀態(tài)。研究認(rèn)為，混相可以形成真正的活塞式驅(qū)動(dòng)，從而大大提高驅(qū)替效率，混相驅(qū)的驅(qū)油效率很高，可以接近100％。混相驅(qū)就是基于這樣的認(rèn)識(shí)進(jìn)行的。三、混相驅(qū)1．概述22混相驅(qū)形成混相需要一定的條件，主要有：①油藏溫度要高。溫度高則混相壓力就可以較低，因此，深部油藏便于混相。②原油密度要低。原油密度低，其中的輕烴含量就多；就可以在較低的壓力下混相。③注入劑在石油中的易溶性。易溶于原油的物質(zhì)，如液化石油氣、二氧化碳等，易于與石油混相；與原油性質(zhì)差別較大的物質(zhì)，如甲烷、氮?dú)獾?，則需要較高的壓力才能形成混相?；煜囹?qū)形成混相需要一定的條件，主要有：23混相驅(qū)根據(jù)注入溶劑的性質(zhì)和形成混相的過程不同，一般將混相驅(qū)分為四種類型：注液化石油氣或丙烷段塞、注富氣、注干氣和注二氧化碳或氮?dú)獾?。從?yīng)用上看，選擇二氧化碳驅(qū)油的較多，以下介紹我國進(jìn)行二氧化碳驅(qū)油的現(xiàn)場試驗(yàn)情況。混相驅(qū)根據(jù)注入溶劑的性質(zhì)和形成混相的過程不同，一般將混相驅(qū)24混相驅(qū)2．CO2驅(qū)油技術(shù)C02是一種容易以三種狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))存在的物質(zhì)，其臨界溫度為31℃，這在大多數(shù)油田都能滿足。CO2在原油中的溶解能力很高，因而容易形成混相。這些就是選擇C02做注入劑的主要原因?；煜囹?qū)2．CO2驅(qū)油技術(shù)25混相驅(qū)注入C02有利于驅(qū)油的因素有以下方面：①使原油膨脹；②降低原油粘度和密度；③對巖石起酸化作用；④降低注入液和原油的界面張力；⑤壓力下降時(shí)可以造成溶解氣驅(qū)?；煜囹?qū)注入C02有利于驅(qū)油的因素有以下方面：26混相驅(qū)室內(nèi)試驗(yàn)都證明C02是一種有效的驅(qū)油劑，并提出了許多注入方案：包括連續(xù)注C02氣體、注碳酸水法、注C02氣體或液體段塞、注C02氣體或液體段塞后接著注水、注C02氣體或液體段塞與注水交替、同時(shí)注C02氣體和水，等?；煜囹?qū)室內(nèi)試驗(yàn)都證明C02是一種有效的驅(qū)油劑，并提出了許多注27混相驅(qū)CO2驅(qū)有混相與非混相的分別：混相驅(qū)以降低界面張力為主提高驅(qū)油效率；非混相驅(qū)以降低原油粘度和使原油體積膨脹為主來達(dá)到提高采收率。由于混相需要較高的壓力，受地層破裂壓力的限制，一些油藏可以采取壓力較低的非混相驅(qū)方式進(jìn)行注C02提高采收率。此外還有單井C02吞吐的開采技術(shù)：將一定量的C02注入到井底，然后關(guān)井幾周讓CO2滲入到油層深處，再開井生產(chǎn)；其采油機(jī)理主要是原油體積膨脹、粘度降低?；煜囹?qū)CO2驅(qū)有混相與非混相的分別：混相驅(qū)以降低界面張力為28四、熱力采油熱力采油是一類基本的采油方法，它通過對油層加熱，促使原油粘度大幅度降低，從而使原本不流動(dòng)或流動(dòng)差的原油得以采出。因此，熱力采油更多地是作為首次或二次采油的基本手段加以廣泛的應(yīng)用，世界上幾乎全部的高粘稠油都是通過熱力采油方法進(jìn)行開采的。熱力采油用做三次采油或提高采收率的方法加以應(yīng)用倒是不多的，熱力采油作為三次采油方法，主要用在一些原油粘度介于稀油和熱采型稠油之間的低粘度的普通稠油提高采收率上：四、熱力采油熱力采油是一類基本的采油方法，它通過對油層加熱，29熱力采油這種稠油粘度在100--500mPa．s左右，一般可以進(jìn)行常規(guī)開采(冷采)，但開發(fā)效果較差，常規(guī)采收率一般不高(多在15％--20％以下)，轉(zhuǎn)用熱采效果顯著，但由于中途轉(zhuǎn)入熱采，其投資和費(fèi)用與新開發(fā)相差無幾，但新增的采油量有限，因而成本費(fèi)用限制了這種方法的應(yīng)用。因此，在實(shí)際油田的三次采油或提高采收率中，熱力采油方法應(yīng)用并不多。因此，我們在這里主要介紹應(yīng)用熱力采油開采稠油這一基本方法。作為三次采油的熱力采油其原理和方法與首次進(jìn)行的熱力采油是基本一致的。熱力采油這種稠油粘度在100--500mPa．s左右，一般可30熱力采油1．熱采機(jī)理 原油粘度對溫度的變化一般都比較敏感，原油粘度隨溫度變化的曲線稱粘溫曲線。稀油由于粘度不高，其流動(dòng)性也好，因而粘度不是開采中的主要矛盾因而無須研究其粘溫特性。但稠油粘度很高，在地層中很難流動(dòng)或根本不能流動(dòng)，因而其粘度就成為開發(fā)中的最突出最主要的矛盾。圖6-3-1是我國主要稠油油田的稠油粘溫曲線。從圖中可以看出，其溫度每上升10℃，原油粘度就會(huì)下降一半左右(比如：在30℃時(shí)粘度在20000mpa·s左右的稠油，當(dāng)溫度升高到90℃時(shí)，其粘度已降到200mPa·s以下，這就可以通過抽油予以有效地采出)。熱力采油就是利用稠油的這一粘溫特性進(jìn)行開采的。熱力采油1．熱采機(jī)理 31圖6-3-1我國主要稠油油田的原油粘---溫曲線圖6-3-1我國主要稠油油田的原油粘---溫曲線32熱力采油當(dāng)然，熱力采油還有補(bǔ)充地層能量以形成驅(qū)動(dòng)、裂解重組分以降低密度與粘度等有利于采油的因素，但主要的機(jī)理是熱力降粘。熱力采油當(dāng)然，熱力采油還有補(bǔ)充地層能量以形成驅(qū)動(dòng)、裂解重組分33熱力采油2、熱采對象粘度在150mPa·s以上的原油。（150--10000mPa·s為普通稠油下限，10000--50000mPa·s為特稠油，50000mPa·s以上為超稠油）熱力采油2、熱采對象34熱力采油3．熱采方法(1)熱力采油種類熱力采油的主流方法是注蒸汽，世界上95％以上的稠油都是采用注蒸汽的方法進(jìn)行開采的。也有火燒油層方法，該方法提出很早，國內(nèi)外都進(jìn)行過一些現(xiàn)場試驗(yàn)，但因效果差、問題多，至今還未進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。國內(nèi)外也都有注熱水開采中質(zhì)原油(大體相當(dāng)于普通稠油的下限)和高凝油的試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，但一是規(guī)模都比較小，二是工藝接近常規(guī)注水、比較簡單；一般都不列入熱力采油范圍。熱力采油3．熱采方法35熱力采油(2)注蒸汽采油蒸汽以其良好的熱載體、很高的汽化潛熱、來源豐富、成本低而成為熱力采油的基本介質(zhì)。熱采一般采用濕蒸汽(干度70％—80％左右)，這樣可以達(dá)到較高的性能價(jià)格比。注蒸汽采油主要采用兩種方式；蒸汽吞吐與蒸汽驅(qū)。熱力采油(2)注蒸汽采油36熱力采油①蒸汽吞吐。蒸汽吞吐國外又稱蒸汽激勵(lì)或循環(huán)注蒸汽。它是將一定數(shù)量的高溫高壓的蒸汽注入到油層中(一般注7—15天，日注100--200t水當(dāng)量的濕蒸汽)，再關(guān)井2--5天進(jìn)行熱交換(現(xiàn)場稱燜井)，然后開井采油(先自噴，到基本不出時(shí)進(jìn)行抽油)。一般可以生產(chǎn)1至幾個(gè)月，到產(chǎn)量很低時(shí)，就結(jié)束本周期(也稱輪或輪次)采油，再次進(jìn)行注汽、燜井和開井采油。如此循環(huán)(見圖6-3-2)。熱力采油①蒸汽吞吐。蒸汽吞吐國外又稱蒸汽激勵(lì)或循環(huán)注蒸汽。它37熱力采油熱力采油38熱力采油蒸汽吞吐是稠油開采中最常用的方法，早已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是一次投資少、工藝簡單、開采效果好，是稠油熱采的主流方法。熱力采油蒸汽吞吐是稠油開采中最常用的方法，早已廣泛用于工業(yè)生39熱力采油②蒸汽驅(qū)。蒸汽驅(qū)是稠油注蒸汽開采的另一方式，它類似于注水采油，即在注汽井中長期連續(xù)地注入蒸汽，將地層中的原油加熱并驅(qū)替到周圍的采油井予以采出。有一種比較流行的觀點(diǎn)認(rèn)為：蒸汽吞吐效果雖好，但它只能作為對稠油油層的預(yù)處理方式使用，稠油開采應(yīng)在吞吐2--4個(gè)周期以后就轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)，應(yīng)該以蒸汽驅(qū)為主開采稠油?；谶@一思想；我國在上世紀(jì)80年代后期(最早為新疆于1987年7月)陸續(xù)進(jìn)行蒸汽驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)并先后將大片吞吐生產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)開采。但蒸汽驅(qū)的實(shí)際情況很不理想：油井見蒸汽驅(qū)反應(yīng)倒是很快，一般1--2個(gè)月，最快者3天；油井見反應(yīng)后液量有一定增加，但含水大幅度上升，產(chǎn)液溫度迅速上升；基本表現(xiàn)為汽竄動(dòng)態(tài)。此后油田就處于長時(shí)期高含水低產(chǎn)量的生產(chǎn)狀態(tài)(圖6-3-3)。蒸汽驅(qū)效果差的原因，其實(shí)很簡單：熱力采油②蒸汽驅(qū)。蒸汽驅(qū)是稠油注蒸汽開采的另一方式，它類似于40圖6-3-3圖6-3-341熱力采油a．原油粘度太高而蒸汽粘度很低，原油與蒸汽的流度比太大，必然形成汽竄；b．井距小，稠油由于流動(dòng)能力差，開采井距一般75--150m，稀油注水開發(fā)井距一般300-500m；c．稠油油層孔隙度和滲透率一般很高，滲透率多在幾至幾十，而且經(jīng)過吞吐開采以后，油層滲透率還會(huì)成幾倍地增加；d．蒸汽吞吐期間經(jīng)常出現(xiàn)井間汽竄，這就在油層中建立起了蒸汽“通道”，轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)后，注入蒸汽一般都會(huì)走這條“通道”。熱力采油a．原油粘度太高而蒸汽粘度很低，原油與蒸汽的流度比太42熱力采油4．注蒸汽采油應(yīng)用情況(1)適應(yīng)的地質(zhì)條件①油層深度：在1000m以內(nèi)效果最好，深度一般不超過1500m，個(gè)別可達(dá)1800m。太深，熱損失太大，技術(shù)工藝上也難于適應(yīng)。②原油粘度：在500--10000mPa·s效果最好，目前可以開采10000-50000mPa．s的稠油；再高則難度太大，效果很差；粘度太低時(shí)(比如50—200mPa·s)熱采的投入產(chǎn)出比(與常規(guī)開采比較)并不高、不經(jīng)濟(jì)。熱力采油4．注蒸汽采油應(yīng)用情況43熱力采油③油層厚度：20--50m效果較好，lOm以下效果急劇變差，厚度太大則剖面動(dòng)用程度下降。④剖面上油層比較集中較好，若分散則熱損失增加。⑤無邊、底水最好。熱力采油③油層厚度：20--50m效果較好，lOm以下效果急44熱力采油(2)國內(nèi)油田應(yīng)用情況我國稠油主要集中在遼河、勝利、新疆及河南、內(nèi)蒙等油田。自上世紀(jì)70年代末開展稠油注蒸汽開采以來，稠油年產(chǎn)量已達(dá)千萬噸規(guī)模。1997年全國稠油產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到1310×104t，其中注蒸汽開采的稠油產(chǎn)量為1110×104t。在這些熱采產(chǎn)量中，絕大多數(shù)是蒸汽吞吐開采的產(chǎn)量，蒸汽驅(qū)僅占少數(shù)。國內(nèi)油田以遼河稠油產(chǎn)量最高，1995年已達(dá)676×104t。其次是勝利油田：1997年達(dá)220×104t。新疆1997年稠油產(chǎn)量達(dá)到200×104t。河南油田1995年稠油產(chǎn)量為18×104t。熱力采油(2)國內(nèi)油田應(yīng)用情況45五、其它提高采收率方法1．物理方法采油利用物理方法提高采收率的方式較多，它們多是采用聲波振動(dòng)的方式將地層剩余油進(jìn)行剝離采出。物理方法采油通常不包含熱力采油，因?yàn)闊崃Σ捎鸵炎猿上盗胁⒊蔀槌碛烷_采的基本方法。物理方法采油用得較多的有兩類：人工地震采油和超聲波采油。五、其它提高采收率方法1．物理方法采油46其它提高采收率方法(1)人工地震采油上世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)首次研制出大功率低頻可控震源機(jī)，并用于人工地震采油試驗(yàn)。90年代以后，我國國家地震局工程力學(xué)所與吉林油田在三個(gè)區(qū)塊進(jìn)行了三個(gè)周期的現(xiàn)場試驗(yàn)。1992—1993年，遼寧地震勘測院三次派人去蘇考察并在曙光采油廠及科爾沁油田進(jìn)行了14個(gè)周期的地震采油試驗(yàn)。1994年還在大港油田的孔店、港東等區(qū)塊上進(jìn)行過試驗(yàn)。其它提高采收率方法(1)人工地震采油47其它提高采收率方法人工地震采油的機(jī)理有以下幾點(diǎn)：①機(jī)械波對地層有很強(qiáng)的穿透能力；②共振可以提高地層的振動(dòng)效應(yīng)；③振動(dòng)有利于降低原油粘度；④振動(dòng)可使油水重新分布，有利于原油流動(dòng)；⑤振動(dòng)可以改變巖石表面的潤濕性；⑥振動(dòng)有利于清除油層堵塞，提高油層滲透性；⑦振動(dòng)可降低原油驅(qū)動(dòng)壓力，提高采收率；⑧振動(dòng)可降低殘余油飽和度。其它提高采收率方法人工地震采油的機(jī)理有以下幾點(diǎn)：48其它提高采收率方法(2)超聲波采油，早在上世紀(jì)50年代，美國和前蘇聯(lián)就開始了聲波采油技術(shù)的研究并應(yīng)用到實(shí)際采油中，取得一定成功，同時(shí)也得到較快發(fā)展。20世紀(jì)60年代，美國和前蘇聯(lián)都進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和試驗(yàn)，20世紀(jì)70年代前蘇聯(lián)率先發(fā)展了大功率超聲波油井處理裝置，并取得良好效果。其它提高采收率方法(2)超聲波采油，49其它提高采收率方法我國在20世紀(jì)50、60年代也進(jìn)行過超聲波采油技術(shù)的研究，但因材料、技術(shù)等原因停頓了一段時(shí)間。1981年，華北油田率先進(jìn)行了超聲波破乳、降阻的冷輸試驗(yàn)和超聲波增產(chǎn)試驗(yàn)，取得良好效果。玉門、大慶、吉林、遼河、新疆等油田也陸續(xù)開展了超聲波采油的現(xiàn)場試驗(yàn)。全國已召開過三次物理方法采油的工作會(huì)議，包括對超聲波采油技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。其它提高采收率方法我國在20世紀(jì)50、60年代也進(jìn)行過超聲波50其它提高采收率方法超聲波具有頻率高、不易發(fā)生衍射、加速度高、能量大、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)，超聲波采油正是利用這些特點(diǎn)的一項(xiàng)物理采油技術(shù)。超聲波采油技術(shù)主要應(yīng)用在防垢、驅(qū)油、防蠟、降粘、破乳、脫水、處理油層等方面，可以使油層增產(chǎn)、水井增注、提高原油采收率。超聲波采油對流體和地層的作用機(jī)理如下：其它提高采收率方法超聲波具有頻率高、不易發(fā)生衍射、加速度高51其它提高采收率方法①機(jī)械振動(dòng)作用：可使堵塞物松動(dòng)、達(dá)到解堵；可使喉道孔徑變化有利于剩余油流出；可使巖層產(chǎn)生微裂縫，利于增產(chǎn)和增注；可使大分子斷裂，降低原油粘度。②空化作用(正弦聲波使流體形成充氣和空泡的現(xiàn)象)：使流體中的空泡迅速形成和崩潰并產(chǎn)生激波，形成局部高溫高壓，利于降粘和洗油。③熱作用：超聲波的加熱作用明顯，這有利于降粘和解堵除垢。其它提高采收率方法①機(jī)械振動(dòng)作用：可使堵塞物松動(dòng)、達(dá)到解堵；52其它提高采收率方法2．微生物采油微生物采油是指通過引入或刺激油藏中的微生物來提高原油采收率的方法或技術(shù)，因此也稱為微生物強(qiáng)化采油。用于提高采收率的微生物主要是原核微生物中的細(xì)菌，因此微生物采油又稱細(xì)菌采油。它將篩選出的適宜于油層條件下生長繁殖的目標(biāo)菌株和培養(yǎng)基注入油層，通過微生物就地繁殖代謝；產(chǎn)生酸、氣體、溶劑、生物表面活性劑等，改變原油和巖石顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，來達(dá)到增產(chǎn)和提高采收率的目的。微生物還可以降解稠油和輕質(zhì)化原油、可以脫硫、可以去除重金屬，還可以采出常規(guī)不流動(dòng)的殘余油。這些都是它受到廣泛重視和應(yīng)用的原因。其它提高采收率方法2．微生物采油53其它提高采收率方法微生物采油主要有單井吞吐、微生物驅(qū)油、微生物調(diào)剖(細(xì)菌進(jìn)入大孔道繁殖、堵塞，降低滲透率剖面差異)和微生物清蠟等方面。我國應(yīng)用微生物采油已經(jīng)不少，下面介紹微生物單井吞吐和微生物驅(qū)油的兩個(gè)現(xiàn)場試驗(yàn)情況。其它提高采收率方法微生物采油主要有單井吞吐、微生物驅(qū)油、微54其它提高采收率方法(1)微生物單井吞吐吉林油區(qū)與中國科學(xué)院微生物所合作篩選的48號菌株在155口井上進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，有效率78％，增油3829t，平均單井增油178t，投入產(chǎn)出1：4.33。勝利油區(qū)篩選的80余株菌種，有的可以適應(yīng)120℃高溫，在40口井上進(jìn)行過試驗(yàn)，有效率70％，增油7500t，投入產(chǎn)出比1：6。這方面的技術(shù)還在油田進(jìn)一步試驗(yàn)，為油井解堵增產(chǎn)提供了一項(xiàng)有用的技術(shù)。其它提高采收率方法(1)微生物單井吞吐55其它提高采收率方法(2)微生物驅(qū)油我國進(jìn)行了微生物驅(qū)油的微觀驅(qū)油機(jī)理研究，在微觀仿真模型上觀察到原油的界面滑動(dòng)聚集、界面流動(dòng)、乳化啟動(dòng)、乳化攜帶和聚并運(yùn)移等現(xiàn)象，篩選評價(jià)了菌種，大慶油區(qū)分離出38株以原油為碳源的兼性厭氧菌，物理模擬實(shí)驗(yàn)可以提高采收率10％--12％。大港油區(qū)選出的五十余株菌種，物理模擬實(shí)驗(yàn)可提高采收率；5％--9％，正在進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。勝利油區(qū)在純梁采油廠沙一段進(jìn)行了3口井的驅(qū)油試驗(yàn)，共注入三種菌65t，累計(jì)增油1020t，試驗(yàn)仍在繼續(xù)進(jìn)行。其它提高采收率方法(2)微生物驅(qū)油56§6—3三次采油基礎(chǔ)一、概述1．三次采油的概念(1)一次采油所謂一次采油，是指依靠油藏天然能量(原始能量)進(jìn)行的采油。上世紀(jì)40年代以前，幾乎所有的油氣藏都是依靠天然能量進(jìn)行采油，只是在天然能量基本耗盡以后，才考慮利用人工補(bǔ)充能量等方法進(jìn)行進(jìn)一步的采油。但一次采油的采收率一般較低，而且開采時(shí)間長，采油速度低，這使得它的應(yīng)用受到很大限制?！?—3三次采油基礎(chǔ)一、概述57一、概述(2)二次采油所謂二次采油，是指依靠常規(guī)補(bǔ)充能量的方法進(jìn)行的采油。所謂常規(guī)補(bǔ)充能量，一般都是指注水補(bǔ)充能量，也包括注氣(注油田伴生氣等，但不包括注CO2氣、注氮?dú)?補(bǔ)充能量。注水采油自上世紀(jì)40年代起很快成為主流的油田開發(fā)方式，因?yàn)樽⑺捎途哂型怀龅膬?yōu)點(diǎn)：如水的運(yùn)動(dòng)粘度較高因而驅(qū)替效果好、多數(shù)油層巖石親水其驅(qū)油效率較高、水源易于獲得且成本低廉、注水也易于操作控制等。一、概述(2)二次采油58概述(3)三次采油所謂三次采油，是指經(jīng)過一次采油和二次采油以后所進(jìn)行的采油。它是油田在二次采油基本結(jié)束時(shí)為盡可能提高石油采收率所進(jìn)行的采油。因此，三次采油又稱為提高油氣采收率工作。概述(3)三次采油59概述三次采油的概念興起于上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的全球能源危機(jī)之后，由于在實(shí)際油藏(油田)的開采中，一次采油、二次采油與三次采油一般都呈連續(xù)過渡，很少在前一種采油完全終結(jié)之后才進(jìn)行后一種采油的情況，而且多數(shù)三次采油都是在二次采油的基礎(chǔ)上仍然采用以注水為主適當(dāng)加入化學(xué)劑的方法，因此，近年來有逐漸淡化三次采油的提法而更多采用提高采收率這一概念的傾向。概述三次采油的概念興起于上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的全球能源危機(jī)60概述2．三次采油面臨的問題與對策三次采油一般是在注水采油基本結(jié)束的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在注水采油基本結(jié)束時(shí)，油田的剩余油主要存在兩種基本的類型：一種是基本未動(dòng)用的剩余油，它主要包括油藏平面和剖面控制不住的剩余油，這類剩余油在原注采井網(wǎng)條件下一般水洗不到，只有通過層系或井網(wǎng)的調(diào)整，才能有效地予以驅(qū)替采出；顯然這類剩余油一般不在三次采油的范圍。因此，三次采油所針對的目標(biāo)，只能是第二種剩余油類型，即水洗程度不高、動(dòng)用較差的剩余油。概述2．三次采油面臨的問題與對策61概述油層水洗程度不高的原因，主要有以下三點(diǎn)：①油水粘度比較高，注水形成指進(jìn)導(dǎo)致波及系數(shù)低，留下較多剩余油；②水洗油能力有限，效率不高，在巖石顆粒表面留下較多的膜狀剩余油；③原油粘度太高，原油流動(dòng)性差，常規(guī)開采采收率不高。上述三個(gè)方面的原因，就是三次采油所面臨的問題。針對上述問題，自20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的三次采油技術(shù)主要采取以下一些對策：概述油層水洗程度不高的原因，主要有以下三點(diǎn)：62概述①針對油水粘度比高、注入水波及系數(shù)低的問題，提出了增粘水驅(qū)(增大注入水粘度；如聚合物驅(qū)、泡沫溶液驅(qū)等)、混相驅(qū)(注入劑與原油混相，其驅(qū)油效率接近100％)等解決方法。②針對注入水洗油能力有限的問題，提出了活性水驅(qū)(水中加入活性劑，提高洗油能力)、堿性水驅(qū)、膠束溶液驅(qū)等解決方法。③針對原油粘度太高、常規(guī)開采采收率低的問題，提出了熱力采油的方法。以上提高油氣采收率的對策，就構(gòu)成了三次采油的主要方法。這些方法從機(jī)理上又可以歸并為化學(xué)驅(qū)、混相驅(qū)和熱力采油三種基本類型。簡略介紹如下。概述①針對油水粘度比高、注入水波及系數(shù)低的問題，提出了增粘63二、化學(xué)驅(qū)化學(xué)驅(qū)是一大類提高采收率方法的總稱。它是在注入水中添加各種化學(xué)物質(zhì)，以改善注入水的某些性質(zhì)和洗油能力，達(dá)到提高驅(qū)油效率的目的。由于化學(xué)驅(qū)添加了各種化學(xué)劑從而改變了注入水的某些性質(zhì)，因此也常稱為改型水驅(qū)。國內(nèi)外投入應(yīng)用和大力發(fā)展的化學(xué)驅(qū)方法主要有：聚合物驅(qū)、活性水驅(qū)、堿性水驅(qū)、復(fù)合驅(qū)和膠束溶液驅(qū)等類型。它們的應(yīng)用機(jī)理、針對的問題和實(shí)施的方法如下。二、化學(xué)驅(qū)化學(xué)驅(qū)是一大類提高采收率方法的總稱。它是在注入水中64化學(xué)驅(qū)1．聚合物驅(qū)聚合物是一大類高分子物質(zhì)的總稱。已研究出多種用于提高原油采收率的聚合物，包括黃原膠(生物聚合物)、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸與丙烯酰胺的共聚物、羥乙基纖維素、硬葡萄糖等。目前現(xiàn)場上獲得實(shí)際應(yīng)用的只有前三種，具有商業(yè)吸引力的只有聚丙烯酰胺與多糖生物聚合物。聚合物驅(qū)油以其成本低廉、能夠大幅度提高采油速度與開采效益、注入工藝簡單等多項(xiàng)優(yōu)勢而得到重視和應(yīng)用?；瘜W(xué)驅(qū)1．聚合物驅(qū)65化學(xué)驅(qū)聚合物驅(qū)始于上世紀(jì)50年代末，美國于1964年進(jìn)行了第一次聚合物驅(qū)礦場試驗(yàn)。我國自大慶油田1972年開展小井距的聚合物驅(qū)試驗(yàn)以來，已先后有大慶、大港、河南、吉林、勝利等油田進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)和應(yīng)用，大慶油田的聚合物驅(qū)已成為世界上最大的聚合物驅(qū)項(xiàng)目?；瘜W(xué)驅(qū)聚合物驅(qū)始于上世紀(jì)50年代末，美國于1964年進(jìn)行了66化學(xué)驅(qū)(1)驅(qū)油機(jī)理聚合物驅(qū)的主要機(jī)理是通過提高注入水的粘度，改善油水之間的流度比，減少水驅(qū)過程中的指進(jìn)、舌進(jìn)等不利影響。同時(shí)，聚合物水溶液還可以降低水的相滲透率，而對油的相滲透率保持不變，這有利于降低含水，提高注入液的驅(qū)油效果。聚合物溶液通過地層后，聚合物分子在巖石表面上適度吸附，對后繼的注入水形成一種殘余阻力，又可促使注入水改變流動(dòng)路線。所有這些都將有利于降低含水，擴(kuò)大注入液的波及體積，提高采收率。有的研究者提出，聚合物還可以提高驅(qū)油效率，這是對聚合物溶液驅(qū)油機(jī)理的新認(rèn)識(shí)，目前正在做進(jìn)一步的研究?；瘜W(xué)驅(qū)(1)驅(qū)油機(jī)理67化學(xué)驅(qū)(2)現(xiàn)場試驗(yàn)情況大慶、大港、河南等油田先后進(jìn)行過注聚合物的先導(dǎo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，絕大多數(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)取得了好的效果：大體上注200--500PV．mg／L的聚合物溶液，可獲得每噸聚合物增產(chǎn)原油130--400t的效益，并提高采收率5％-19％。在大慶、大港、勝利油田的8個(gè)區(qū)塊還開展了工業(yè)性擴(kuò)大試驗(yàn)。這些試驗(yàn)的井距一般都大于200m，試驗(yàn)區(qū)面積最大為4.5km2，注采井達(dá)100口以上。所有試驗(yàn)都見到了好效果。化學(xué)驅(qū)(2)現(xiàn)場試驗(yàn)情況68化學(xué)驅(qū)2．活性水驅(qū)活性水是在水中加入表面活性劑配制而成，表面活性劑具有降低油水界面張力的能力，同時(shí)，活性水能夠改善孔隙、喉道的潤濕能力，具有較好的洗油能力，因此可應(yīng)用活性水作為驅(qū)油的工作劑?；瘜W(xué)驅(qū)2．活性水驅(qū)69化學(xué)驅(qū)配制活性水，表面活性劑濃度和用量是很關(guān)鍵的，通常采用兩種配方：一種是大用量、低濃度的活性劑體系；另一種則是低用量、高濃度的活性劑體系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在活性劑的總用量相同時(shí)，使用高濃度、低用量體系，要比低濃度、高用量體系驅(qū)油效果更好，然而，由于活性劑在巖石表面的吸附，導(dǎo)致活性劑因吸附而損失，這種吸附損失不僅影響驅(qū)油效果，而且在經(jīng)濟(jì)上亦不利，據(jù)報(bào)道，非離子表面活性劑其吸附損失很低，但這種活性劑尚未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，有待于進(jìn)一步研究?；瘜W(xué)驅(qū)配制活性水，表面活性劑濃度和用量是很關(guān)鍵的，通常采用兩70化學(xué)驅(qū)3．堿性水驅(qū)堿性水是在水中加入強(qiáng)堿(氫氧化鈉或氫氧化鉀)配制而成的。氫氧化鈉與原油中的有機(jī)酸(例如環(huán)烷酸、瀝青酸)作用，便可以就地生成表面活性劑。由此可見，堿性水驅(qū)實(shí)質(zhì)上是一種在油層內(nèi)合成活性劑的驅(qū)油方法。關(guān)于注堿性水的驅(qū)油機(jī)理，目前主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①使油層的潤濕性由親油轉(zhuǎn)化為親水；②乳化和捕集(俘留作用)；③俘化和攜帶作用；④粘滯力與毛細(xì)管壓力的比值作用；⑤增溶油水界面處形成的剛性薄膜?；瘜W(xué)驅(qū)3．堿性水驅(qū)71化學(xué)驅(qū)4．復(fù)合驅(qū)復(fù)合驅(qū)就是利用廉價(jià)的堿與原油中的活性物質(zhì)反應(yīng)，形成天然表面活性劑，并使之與加入的少量表面活性劑、聚合物之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，既可以提高驅(qū)油效率，又可擴(kuò)大波及體積。因此，它能比聚合物驅(qū)更大幅度地提高采收率，又比活性驅(qū)降低成本，是具有工業(yè)化應(yīng)用前景的高效驅(qū)油技術(shù)。我國從20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行室內(nèi)研究和礦場先導(dǎo)試驗(yàn)，在復(fù)合驅(qū)油機(jī)理、復(fù)合驅(qū)油體系、復(fù)合驅(qū)油數(shù)值模擬，以及復(fù)合驅(qū)油注采技術(shù)等方面，均取得重大進(jìn)展。化學(xué)驅(qū)4．復(fù)合驅(qū)72化學(xué)驅(qū)(1)復(fù)合驅(qū)油機(jī)理①形成超低油水界面張力；②多種化學(xué)劑間存在協(xié)同效應(yīng)。在堿---聚合物體系與原油體系中，堿濃度的增加可使界面張力平衡值下降1---22倍。聚合物與表面活性劑的相互作用，對乳狀液的形成和穩(wěn)定有影響。堿與原油作用生成的表面活性劑和外加注入的表面活性劑的相互作用，對油水界面性質(zhì)和乳化性質(zhì)有明顯影響。再加上聚合物可起到流度控制，改善不利的流度比，使得堿---表面活性劑---聚合物復(fù)合驅(qū)比單獨(dú)堿驅(qū)、表面活性劑驅(qū)和聚合物驅(qū)都有明顯的優(yōu)越性。室內(nèi)微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)也證明，在相同驅(qū)油條件下復(fù)合驅(qū)油效果高于單一驅(qū)油劑驅(qū)油效果，單一驅(qū)油劑僅比水驅(qū)提高采收率7.33％---20.9％，而復(fù)合驅(qū)可提高25.8％?；瘜W(xué)驅(qū)(1)復(fù)合驅(qū)油機(jī)理73化學(xué)驅(qū)③轉(zhuǎn)變潤濕性并破壞油膜。驅(qū)替液中的表面活性劑和聚合物將與巖石表面作用，使巖石表面潤濕性由親油變?yōu)橛H水，使油膜變得不穩(wěn)定，甚至破壞油膜，從而啟動(dòng)殘余油流動(dòng)、產(chǎn)出。化學(xué)驅(qū)③轉(zhuǎn)變潤濕性并破壞油膜。74化學(xué)驅(qū)(2)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)上世紀(jì)90年代以來，我國在大慶、勝利、新疆、遼河等油田開辟了7個(gè)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)區(qū)，均取得較大幅度提高采收率的好效果。勝利孤東油田1982年8月開始三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)。該試驗(yàn)區(qū)為五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，50m注采小井距，由4口注入井，1口采出井，8口外圍平衡采油井，2口觀察井組成。試驗(yàn)?zāi)康膶邮且桓邼B透、中高粘度、河流相沉積的疏松砂巖親水油藏。該試驗(yàn)區(qū)原為水驅(qū)開發(fā)試驗(yàn)區(qū)，復(fù)合驅(qū)前中心井含水已達(dá)98.4％，水驅(qū)采收率54.4％，累積已注水5.1倍孔隙體積，此時(shí)油藏剩余油飽和度僅為34.2％。室內(nèi)研究確定了驅(qū)油體系的配方，并分4個(gè)段塞注入。試驗(yàn)過程中，中心井日產(chǎn)油由試驗(yàn)前的0.3t，最高上升到14.3t，相應(yīng)含水由98.4％下降到85％。在試驗(yàn)區(qū)已水驅(qū)枯竭的條件下，又提高采收率13.4％。化學(xué)驅(qū)(2)復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)75化學(xué)驅(qū)大慶油田中區(qū)西部復(fù)合驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)于1994年開始試驗(yàn)，由4個(gè)反五點(diǎn)面積井網(wǎng)組成，油水井15口，其中注入井4口，油井9口，觀察井2口，注采井距106m。復(fù)合驅(qū)前綜合含水87.9％，水驅(qū)采出程度13.08％，經(jīng)室內(nèi)研究確定，三元復(fù)合體系分兩個(gè)段塞注入，試驗(yàn)過程中，中心井含水由試驗(yàn)前87.9％最低降到48％，日產(chǎn)油由3t上升到21t，全部油井見到增油降水的效果，采收率比水驅(qū)提高20.2％，驅(qū)油效果比聚合物更好?；瘜W(xué)驅(qū)大慶油田中區(qū)西部復(fù)合驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)于1994年開始試驗(yàn)，76化學(xué)驅(qū)此外，遼河興隆臺(tái)油田興28斷塊的二元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)、新疆克拉瑪依礫巖油田的三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)，以及大慶正在薩爾圖、杏樹崗地區(qū)開展的三元復(fù)合驅(qū)擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)，均取得大幅度增油降水和提高采收率的好效果，現(xiàn)正逐步開展工業(yè)性礦場試驗(yàn)，進(jìn)一步完善相應(yīng)配套技術(shù)?；瘜W(xué)驅(qū)此外，遼河興隆臺(tái)油田興28斷塊的二元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)、新疆77三、混相驅(qū)1．概述混相驅(qū)油法是利用注入劑與原油互溶混相，從而提高驅(qū)油效率的方法?；煜嗍侵竷煞N液態(tài)物質(zhì)均勻混溶，達(dá)到界面(相)消失的狀態(tài)。研究認(rèn)為，混相可以形成真正的活塞式驅(qū)動(dòng)，從而大大提高驅(qū)替效率，混相驅(qū)的驅(qū)油效率很高，可以接近100％?；煜囹?qū)就是基于這樣的認(rèn)識(shí)進(jìn)行的。三、混相驅(qū)1．概述78混相驅(qū)形成混相需要一定的條件，主要有：①油藏溫度要高。溫度高則混相壓力就可以較低，因此，深部油藏便于混相。②原油密度要低。原油密度低，其中的輕烴含量就多；就可以在較低的壓力下混相。③注入劑在石油中的易溶性。易溶于原油的物質(zhì)，如液化石油氣、二氧化碳等，易于與石油混相；與原油性質(zhì)差別較大的物質(zhì)，如甲烷、氮?dú)獾?，則需要較高的壓力才能形成混相?；煜囹?qū)形成混相需要一定的條件，主要有：79混相驅(qū)根據(jù)注入溶劑的性質(zhì)和形成混相的過程不同，一般將混相驅(qū)分為四種類型：注液化石油氣或丙烷段塞、注富氣、注干氣和注二氧化碳或氮?dú)獾取膽?yīng)用上看，選擇二氧化碳驅(qū)油的較多，以下介紹我國進(jìn)行二氧化碳驅(qū)油的現(xiàn)場試驗(yàn)情況?；煜囹?qū)根據(jù)注入溶劑的性質(zhì)和形成混相的過程不同，一般將混相驅(qū)80混相驅(qū)2．CO2驅(qū)油技術(shù)C02是一種容易以三種狀態(tài)(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))存在的物質(zhì)，其臨界溫度為31℃，這在大多數(shù)油田都能滿足。CO2在原油中的溶解能力很高，因而容易形成混相。這些就是選擇C02做注入劑的主要原因?；煜囹?qū)2．CO2驅(qū)油技術(shù)81混相驅(qū)注入C02有利于驅(qū)油的因素有以下方面：①使原油膨脹；②降低原油粘度和密度；③對巖石起酸化作用；④降低注入液和原油的界面張力；⑤壓力下降時(shí)可以造成溶解氣驅(qū)。混相驅(qū)注入C02有利于驅(qū)油的因素有以下方面：82混相驅(qū)室內(nèi)試驗(yàn)都證明C02是一種有效的驅(qū)油劑，并提出了許多注入方案：包括連續(xù)注C02氣體、注碳酸水法、注C02氣體或液體段塞、注C02氣體或液體段塞后接著注水、注C02氣體或液體段塞與注水交替、同時(shí)注C02氣體和水，等?；煜囹?qū)室內(nèi)試驗(yàn)都證明C02是一種有效的驅(qū)油劑，并提出了許多注83混相驅(qū)CO2驅(qū)有混相與非混相的分別：混相驅(qū)以降低界面張力為主提高驅(qū)油效率；非混相驅(qū)以降低原油粘度和使原油體積膨脹為主來達(dá)到提高采收率。由于混相需要較高的壓力，受地層破裂壓力的限制，一些油藏可以采取壓力較低的非混相驅(qū)方式進(jìn)行注C02提高采收率。此外還有單井C02吞吐的開采技術(shù)：將一定量的C02注入到井底，然后關(guān)井幾周讓CO2滲入到油層深處，再開井生產(chǎn)；其采油機(jī)理主要是原油體積膨脹、粘度降低?；煜囹?qū)CO2驅(qū)有混相與非混相的分別：混相驅(qū)以降低界面張力為84四、熱力采油熱力采油是一類基本的采油方法，它通過對油層加熱，促使原油粘度大幅度降低，從而使原本不流動(dòng)或流動(dòng)差的原油得以采出。因此，熱力采油更多地是作為首次或二次采油的基本手段加以廣泛的應(yīng)用，世界上幾乎全部的高粘稠油都是通過熱力采油方法進(jìn)行開采的。熱力采油用做三次采油或提高采收率的方法加以應(yīng)用倒是不多的，熱力采油作為三次采油方法，主要用在一些原油粘度介于稀油和熱采型稠油之間的低粘度的普通稠油提高采收率上：四、熱力采油熱力采油是一類基本的采油方法，它通過對油層加熱，85熱力采油這種稠油粘度在100--500mPa．s左右，一般可以進(jìn)行常規(guī)開采(冷采)，但開發(fā)效果較差，常規(guī)采收率一般不高(多在15％--20％以下)，轉(zhuǎn)用熱采效果顯著，但由于中途轉(zhuǎn)入熱采，其投資和費(fèi)用與新開發(fā)相差無幾，但新增的采油量有限，因而成本費(fèi)用限制了這種方法的應(yīng)用。因此，在實(shí)際油田的三次采油或提高采收率中，熱力采油方法應(yīng)用并不多。因此，我們在這里主要介紹應(yīng)用熱力采油開采稠油這一基本方法。作為三次采油的熱力采油其原理和方法與首次進(jìn)行的熱力采油是基本一致的。熱力采油這種稠油粘度在100--500mPa．s左右，一般可86熱力采油1．熱采機(jī)理 原油粘度對溫度的變化一般都比較敏感，原油粘度隨溫度變化的曲線稱粘溫曲線。稀油由于粘度不高，其流動(dòng)性也好，因而粘度不是開采中的主要矛盾因而無須研究其粘溫特性。但稠油粘度很高，在地層中很難流動(dòng)或根本不能流動(dòng)，因而其粘度就成為開發(fā)中的最突出最主要的矛盾。圖6-3-1是我國主要稠油油田的稠油粘溫曲線。從圖中可以看出，其溫度每上升10℃，原油粘度就會(huì)下降一半左右(比如：在30℃時(shí)粘度在20000mpa·s左右的稠油，當(dāng)溫度升高到90℃時(shí)，其粘度已降到200mPa·s以下，這就可以通過抽油予以有效地采出)。熱力采油就是利用稠油的這一粘溫特性進(jìn)行開采的。熱力采油1．熱采機(jī)理 87圖6-3-1我國主要稠油油田的原油粘---溫曲線圖6-3-1我國主要稠油油田的原油粘---溫曲線88熱力采油當(dāng)然，熱力采油還有補(bǔ)充地層能量以形成驅(qū)動(dòng)、裂解重組分以降低密度與粘度等有利于采油的因素，但主要的機(jī)理是熱力降粘。熱力采油當(dāng)然，熱力采油還有補(bǔ)充地層能量以形成驅(qū)動(dòng)、裂解重組分89熱力采油2、熱采對象粘度在150mPa·s以上的原油。（150--10000mPa·s為普通稠油下限，10000--50000mPa·s為特稠油，50000mPa·s以上為超稠油）熱力采油2、熱采對象90熱力采油3．熱采方法(1)熱力采油種類熱力采油的主流方法是注蒸汽，世界上95％以上的稠油都是采用注蒸汽的方法進(jìn)行開采的。也有火燒油層方法，該方法提出很早，國內(nèi)外都進(jìn)行過一些現(xiàn)場試驗(yàn)，但因效果差、問題多，至今還未進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。國內(nèi)外也都有注熱水開采中質(zhì)原油(大體相當(dāng)于普通稠油的下限)和高凝油的試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，但一是規(guī)模都比較小，二是工藝接近常規(guī)注水、比較簡單；一般都不列入熱力采油范圍。熱力采油3．熱采方法91熱力采油(2)注蒸汽采油蒸汽以其良好的熱載體、很高的汽化潛熱、來源豐富、成本低而成為熱力采油的基本介質(zhì)。熱采一般采用濕蒸汽(干度70％—80％左右)，這樣可以達(dá)到較高的性能價(jià)格比。注蒸汽采油主要采用兩種方式；蒸汽吞吐與蒸汽驅(qū)。熱力采油(2)注蒸汽采油92熱力采油①蒸汽吞吐。蒸汽吞吐國外又稱蒸汽激勵(lì)或循環(huán)注蒸汽。它是將一定數(shù)量的高溫高壓的蒸汽注入到油層中(一般注7—15天，日注100--200t水當(dāng)量的濕蒸汽)，再關(guān)井2--5天進(jìn)行熱交換(現(xiàn)場稱燜井)，然后開井采油(先自噴，到基本不出時(shí)進(jìn)行抽油)。一般可以生產(chǎn)1至幾個(gè)月，到產(chǎn)量很低時(shí)，就結(jié)束本周期(也稱輪或輪次)采油，再次進(jìn)行注汽、燜井和開井采油。如此循環(huán)(見圖6-3-2)。熱力采油①蒸汽吞吐。蒸汽吞吐國外又稱蒸汽激勵(lì)或循環(huán)注蒸汽。它93熱力采油熱力采油94熱力采油蒸汽吞吐是稠油開采中最常用的方法，早已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是一次投資少、工藝簡單、開采效果好，是稠油熱采的主流方法。熱力采油蒸汽吞吐是稠油開采中最常用的方法，早已廣泛用于工業(yè)生95熱力采油②蒸汽驅(qū)。蒸汽驅(qū)是稠油注蒸汽開采的另一方式，它類似于注水采油，即在注汽井中長期連續(xù)地注入蒸汽，將地層中的原油加熱并驅(qū)替到周圍的采油井予以采出。有一種比較流行的觀點(diǎn)認(rèn)為：蒸汽吞吐效果雖好，但它只能作為對稠油油層的預(yù)處理方式使用，稠油開采應(yīng)在吞吐2--4個(gè)周期以后就轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)，應(yīng)該以蒸汽驅(qū)為主開采稠油?；谶@一思想；我國在上世紀(jì)80年代后期(最早為新疆于1987年7月)陸續(xù)進(jìn)行蒸汽驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)并先后將大片吞吐生產(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)開采。但蒸汽驅(qū)的實(shí)際情況很不理想：油井見蒸汽驅(qū)反應(yīng)倒是很快，一般1--2個(gè)月，最快者3天；油井見反應(yīng)后液量有一定增加，但含水大幅度上升，產(chǎn)液溫度迅速上升；基本表現(xiàn)為汽竄動(dòng)態(tài)。此后油田就處于長時(shí)期高含水低產(chǎn)量的生產(chǎn)狀態(tài)(圖6-3-3)。蒸汽驅(qū)效果差的原因，其實(shí)很簡單：熱力采油②蒸汽驅(qū)。蒸汽驅(qū)是稠油注蒸汽開采的另一方式，它類似于96圖6-3-3圖6-3-397熱力采油a．原油粘度太高而蒸汽粘度很低，原油與蒸汽的流度比太大，必然形成汽竄；b．井距小，稠油由于流動(dòng)能力差，開采井距一般75--150m，稀油注水開發(fā)井距一般300-500m；c．稠油油層孔隙度和滲透率一般很高，滲透率多在幾至幾十，而且經(jīng)過吞吐開采以后，油層滲透率還會(huì)成幾倍地增加；d．蒸汽吞吐期間經(jīng)常出現(xiàn)井間汽竄，這就在油層中建立起了蒸汽“通道”，轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)后，注入蒸汽一般都會(huì)走這條“通道”。熱力采油a．原油粘度太高而蒸汽粘度很低，原油與蒸汽的流度比太98熱力采油4．注蒸汽采油應(yīng)用情況(1)適應(yīng)的地質(zhì)條件①油層深度：在1000m以內(nèi)效果最好，深度一般不超過1500m，個(gè)別可達(dá)1800m。太深，熱損失太大，技術(shù)工藝上也難于適應(yīng)。②原油粘度：在500--10000mPa·s效果最好，目前可以開采10000-50000mPa．s的稠油；再高則難度太大，效果很差；粘度太低時(shí)(比如50—200mPa·s)熱采的投入產(chǎn)出比(與常規(guī)開采比較)并不高、不經(jīng)濟(jì)。熱力采油4．注蒸汽采油應(yīng)用情況99熱力采油③油層厚度：20--50m效果較好，lOm以下效果急劇變差，厚度太大則剖面動(dòng)用程度下降。④剖面上油層比較集中較好，若分散則熱損失增加。⑤無邊、底水最好。熱力采油③油層厚度：20--50m效果較好，lOm以下效果急100熱力采油(2)國內(nèi)油田應(yīng)用情況我國稠油主要集中在遼河、勝利、新疆及河南、內(nèi)蒙等油田。自上世紀(jì)70年代末開展稠油注蒸汽開采以來，稠油年產(chǎn)量已達(dá)千萬噸規(guī)模。1997年全國稠油產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到1310×104t，其中注蒸汽開采的稠油產(chǎn)量為1110×104t。在這些熱采產(chǎn)量中，絕大多數(shù)是蒸汽吞吐開采的產(chǎn)量，蒸汽驅(qū)僅占少數(shù)。國內(nèi)油田以遼河稠油產(chǎn)量最高，1995年已達(dá)676×104t。其次是勝利油田：1997年達(dá)220×104t。新疆1997年稠油產(chǎn)量達(dá)到200×104t。河南油田1995年稠油產(chǎn)量為18×104t。熱力采油(2)國內(nèi)油田應(yīng)用情況101五、其它提高采收率方法1．物理方法采油