油田復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

油田復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1元復(fù)合驅(qū)技術(shù)石油的開采過程分為三個階段：使用該層天然能量的開采過程稱為一次開采，例如溶解氣驅(qū)和氣驅(qū)，采收率通常約為10%。通過注氣或注水保持層能量的開采方法稱為二次開采。即使經(jīng)過二次勘探后，60%70%的原油也應(yīng)儲存在地下。需要物理、化學和其他技術(shù)方法進行開采，稱為三次開采。國際上也把三次采油稱為強化采油(EnhancedOilRecovery,即EOR),把一次采油后包括二次采油在內(nèi)的所有提高油層采收率的方法統(tǒng)稱為IOR(ImprovedOilRecovery)。在概念上,EOR包括IOR。主要的三次采油方法包括:化學驅(qū)、氣體混相驅(qū)、氣體非混相驅(qū)、熱力采油、微生物采油等方法。根據(jù)我國提高采收率方法的篩選、潛力分析及發(fā)展戰(zhàn)略研究結(jié)果,我國注水開發(fā)油田(其儲量及產(chǎn)量占全國的80%以上)提高采收率的方法主要為化學驅(qū)方法,覆蓋地質(zhì)儲量達60×108t以上,可增加可采儲量10×108t,為各種提高采收率方法潛力的76%,是我國三次采油提高采收率研究的主攻方向。復(fù)合驅(qū)是一種非常重要的化學驅(qū)強化采油技術(shù)。按其不同組成可分為堿/聚合物驅(qū)(AP)、堿/表面活性劑驅(qū)(AS)、表面活性劑/聚合物驅(qū)(SP)以及堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)(ASP)等。三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀80年代初,來源于單一以及二元化學驅(qū)。三元復(fù)合驅(qū)以三種驅(qū)替劑的協(xié)同效應(yīng)為基礎(chǔ),綜合發(fā)揮了化學劑作用,充分提高了化學劑效率,并大幅度降低了化學劑尤其是表面活性劑的用量。與聚合物驅(qū)相比,它在擴大波及體積的基礎(chǔ)上,能夠進一步提高驅(qū)油效率,該項技術(shù)有望成為繼聚合物驅(qū)后的又一大幅度提高原油采收率的新技術(shù)。通過國家重點科技攻關(guān),大慶油田三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)取得了突破性進展。先后在不同井網(wǎng)、井距、不同性質(zhì)的油層進行了五個先導(dǎo)性礦場試驗,結(jié)果表明:三元復(fù)合驅(qū)可比水驅(qū)提高采收率20%OOIP左右,取得了較好的增油降水效果,目前已進入工業(yè)性礦場試驗階段。我國的勝利油田、克拉瑪依油田、遼河油田也進行過復(fù)合驅(qū)室內(nèi)研究和先導(dǎo)性礦場試驗,都取得了較好的效果。從試驗的規(guī)模、數(shù)量及整體研究水平來看,國內(nèi)三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。2國內(nèi)外復(fù)合驅(qū)的技術(shù)研究2.1重烷基苯磺酸鹽表面活性劑表面活性劑的性能和價格是影響復(fù)合驅(qū)技術(shù)經(jīng)濟效果的關(guān)鍵,也是限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的重要技術(shù)瓶頸。因此,驅(qū)油用表活劑的研制顯得尤為重要。國外早在20世紀50年代就已開始驅(qū)油用表面活性劑的研制工作。根據(jù)巖石表面電性、與油藏條件的匹配性、不同種類活性劑自身的特性以及環(huán)保等方面的要求,一般采用陰離子表活劑用于復(fù)合驅(qū)。目前,國外三次采油用表面活性劑工業(yè)產(chǎn)品主要有兩大類:一是石油磺酸鹽為主的表活劑,二是烷基苯磺酸鹽為主的表活劑。美國三次采油用石油磺酸鹽產(chǎn)量在10×104t/a以上,有代表性的商業(yè)產(chǎn)品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。重烷基苯磺酸鹽表面活性劑的研制始于20世紀90年代初,該產(chǎn)品的原料為十二烷基苯的副產(chǎn)品,來源較廣,轉(zhuǎn)化率高,無副產(chǎn)品且產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定,所以在世界范圍被迅速推廣使用,美國各大化學品公司相繼研制出各自的產(chǎn)品,如ORS-41(SCI公司)、B-100(Stepan公司)。“八五”以來,國內(nèi)驅(qū)油用表面活性劑的研制取得了較大進展。除以上兩種國際上采用的主流活性劑外,還開發(fā)研制了石油羧酸鹽、改性木質(zhì)素磺酸鹽、生物表面活性劑、烷基萘磺酸鹽等多種驅(qū)油用表面活性劑。這些產(chǎn)品與主表面活性劑復(fù)配后,能夠形成超低界面張力,從而替代30%~50%的主表面活性劑用量,價格便宜的還可用作驅(qū)油體系的犧牲劑,以減少活性劑的吸附損失。針對芳烴含量較高的克拉瑪依原油、大港羊三木原油,克拉瑪依煉油廠、天津紅巖煉油廠成功研制了石油磺酸鹽,前者還建成了年產(chǎn)2000t的工業(yè)化生產(chǎn)裝置,其產(chǎn)品已用于克拉瑪依油田復(fù)合驅(qū)礦場試驗,并取得了較好效果。大慶油田采用撫順洗化廠的重烷基苯成功研制了驅(qū)油用重烷基苯磺酸鹽,實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),并應(yīng)用到杏二中三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)性礦場試驗,目前已見到較好的增油降水效果,顯示出良好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上,大慶油田正在開展原料組分相對單一的烷基苯磺酸鹽精細化合成研究,初步評價結(jié)果已顯示出良好的界面活性和驅(qū)油效果。此種新型的、組分相對單一的烷基苯磺酸鹽如能成功工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用,勢必很大程度地解決多組分、寬分布表活劑體系所帶來的活性劑自身色譜分離問題,進一步提高該類表活劑的驅(qū)油效能。2.2低界面張力的成因油水間界面張力是復(fù)合體系配方篩選及評價的一項非常重要的參數(shù),它決定著復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效率。在復(fù)合驅(qū)中,活性劑的使用濃度較低,只有千分之幾,此時,界面張力的降低機理是基于表活劑能夠在油水界面吸附而形成活性劑的吸附膜,從而使油水界面發(fā)生改變,進而降低界面張力。隨著研究的深入,對于超低界面張力成因的理論解釋由最初Cayias等人的油相EACN值、水相nmin值,以及Chang和Shah的分子作用機理逐步發(fā)展為Winsor提出并由Bourrel等人補充完善的考察界面區(qū)域內(nèi)不同分子間內(nèi)聚能大小的R值理論,它綜合考察了油相性質(zhì)、水相性質(zhì)以及活性劑的親水、親油能力。這些理論的統(tǒng)一、發(fā)展及完善將作為我們今后工作的理論基礎(chǔ)。2.2.1界面張力性質(zhì)的研究表面活性劑的組成和結(jié)構(gòu)是影響體系界面張力最主要的因素。國內(nèi)外研究結(jié)果表明,只有當表面活性劑的平均當量大小及其分布與原油相匹配時,才有可能在較大的區(qū)域內(nèi)形成超低界面張力;混合表面活性劑的平均當量與它的nmin值之間有線性對應(yīng)關(guān)系。因此,對于復(fù)合驅(qū)油用表面活性劑來說,不但要求適宜的平均當量而且應(yīng)盡量具有較寬的當量分布。對于烷基苯磺酸鹽類表面活性劑,烷基碳數(shù)大小、烷基鏈支化程度、苯環(huán)在烷基鏈上的位置以及苯環(huán)上取代基的大小、位置對于體系界面張力都有顯著的影響。大慶油田最新研究結(jié)果表明,對于組成相對單一的表面活性劑,選擇合適的結(jié)構(gòu),同樣具有較好的界面張力性質(zhì),同時,該活性劑體系對于不同區(qū)塊的原油具有較好的適應(yīng)性。由此可見,活性劑組成結(jié)構(gòu)對于界面張力性質(zhì)具有決定性的影響。2.2.2活性組分的選擇研究表明,除石油酸外,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也是原油的主要活性物質(zhì),有利于超低界面張力的形成。原油族組成降低界面張力能力的次序依次為,膠質(zhì)>瀝青>芳烴>飽和烴。目前,該部分研究工作重點已轉(zhuǎn)向原油中不同活性組分高效分離方法的建立、活性組分化學結(jié)構(gòu)的表征以及化學結(jié)構(gòu)——界面活性關(guān)系的研究方面?；\統(tǒng)的酸性組分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等單一概念已不能和它們具有的界面活性確切地聯(lián)系起來。2.2.3懸液體懸浮液和單純微生物的影響,主要影響其研究表明,注入污水礦化度對于復(fù)合體系中堿劑的用量有一定影響,但不是影響體系界面張力的主要因素;污水中的懸浮顆粒、單純微生物的存在對體系界面張力沒有顯著影響;污水中導(dǎo)致體系界面張力變差的有機物主要有:高碳脂肪酸、酚類、高碳醇。2.3國內(nèi)外復(fù)合驅(qū)技術(shù)在礦場試驗中的應(yīng)用進展通過多年的室內(nèi)研究,大慶油田已逐步建立了復(fù)合體系綜合性能評價方法并已初步形成了較為全面的體系參數(shù)評價標準。通過物理模擬及數(shù)值模擬,可為復(fù)合體系配方篩選、方案編制及指標預(yù)測提供系統(tǒng)的評價依據(jù)。復(fù)合驅(qū)由于其復(fù)雜的機理,對油藏條件的高針對性以及風險高、投資大等原因,國際上自1986年以來一直呈下降趨勢,在低油價的情況下,世界上其他國家基本處于停滯狀態(tài)。美國在WestKiehl和Cambridge油田進行了小型礦場試驗,并取得了一定效果。但是由于該技術(shù)的“高成本、高風險”問題使其無法工業(yè)化應(yīng)用而停止,轉(zhuǎn)向深度調(diào)剖和二氧化碳混相驅(qū)發(fā)展。美國對于復(fù)合驅(qū)技術(shù)的支持只限于基礎(chǔ)理論研究和驅(qū)油用表面活性劑及聚合物的開發(fā)研制方面。國內(nèi)復(fù)合驅(qū)技術(shù),經(jīng)過“八五”、“九五”期間的不懈努力,在大量室內(nèi)研究工作的基礎(chǔ)上,在多個油田開展了多項先導(dǎo)性礦場試驗,并取得了技術(shù)上的成功與突破,目前該技術(shù)在大慶油田已進入系統(tǒng)完善配套技術(shù)的工業(yè)性礦場試驗階段。我國的復(fù)合驅(qū)技術(shù)在室內(nèi)研究、方案設(shè)計、不同類型油田試驗技術(shù)配套、現(xiàn)場試驗數(shù)量及效果等方面已走在世界前列。(1)復(fù)合驅(qū)油機提高采收率的效果大慶油田先導(dǎo)性礦場試驗的結(jié)果表明,三元復(fù)合驅(qū)可比水驅(qū)提高采收率20%OOIP左右,礦場試驗的實際效果都好于數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果,即使在特高含水(含水100%)情況下,三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)仍具有很好的提高采收率效果。(2)水驅(qū)在殘余油條件下的產(chǎn)油結(jié)果各礦場試驗表明,三元復(fù)合驅(qū)中心井含水大幅度下降,最低值一般在40%~60%之間,其中杏二區(qū)西部三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗在水驅(qū)處于殘余油條件下,中心井含水由100%下降到最低時的50.7%,下降了49.3%,充分說明三元復(fù)合驅(qū)是一種驅(qū)油效率很高的三次采油方法。同時,采出水中氯離子含量的明顯升高、注入井吸水剖面及采出井測井剖面以及原油物性及族組成分析結(jié)果都表明,復(fù)合驅(qū)擴大了波及體積,提高了驅(qū)油效率,采出了水驅(qū)無法開采的原油。(3)產(chǎn)液能力下降幅度較雖然三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗出現(xiàn)了乳化和結(jié)垢現(xiàn)象,使試驗區(qū)產(chǎn)液能力下降幅度較大,但由于該階段綜合含水很低,因而采油速度保持了較高水平,平均年采油速度在4.4%~17.3%之間,高于聚合物驅(qū)。3在復(fù)合驅(qū)動物技術(shù)的發(fā)展中，有必要研究一些重要問題3.1活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與界面張力的關(guān)系表面活性劑的各項性能決定于其組成結(jié)構(gòu),進一步深入開展活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究,從本質(zhì)上揭示活性劑結(jié)構(gòu)與形成超低界面張力的關(guān)系,并據(jù)此進行分子設(shè)計以獲得界面活性更為高效、對原油的適應(yīng)性更為寬泛的表面活性劑,同時,準確地闡述活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系也可避免研究工作的盲目性,從而為復(fù)合驅(qū)的工業(yè)化應(yīng)用提供物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保證。3.2動態(tài)界面張力對復(fù)合驅(qū)采收率的影響研究表明,油水間超低界面張力只是啟動水驅(qū)后殘余油提高驅(qū)油效率的一個充分而非必要的條件,而且關(guān)于平衡界面張力及動態(tài)界面張力何者與復(fù)合驅(qū)采收率提高幅度更具相關(guān)性尚在討論中,Taylor等人的實驗結(jié)果已使得動態(tài)界面張力在復(fù)合驅(qū)過程中的作用得到越來越多的關(guān)注。另外,關(guān)于乳化、聚并及油層潤濕性對采收率的影響尚需做進一步的詳細研究,以充分闡明復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效率的影響因素。3.3復(fù)合驅(qū)成本分析目前,三元復(fù)合驅(qū)雖然已取得了技術(shù)上的成功,但是其較高的化學劑成本和地面設(shè)備投資是限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的一個重要因素,降低復(fù)合驅(qū)成本是工業(yè)化應(yīng)用必須要面對和解決的主要問題之一。(1)大幅度對于聚合物的優(yōu)勢體系堿性的降低及無堿化不但減小了結(jié)垢及地層傷害所帶來的系列問題,對于大幅度降低聚合物用量,減少化學劑成本,簡化配制工藝都具有重要的作用,而這從根本上取決于活性劑性能的改善及提高。(2)中等相對分子質(zhì)量耐鹽聚合物聚合物驅(qū)已在大慶油田一類油層大面積推廣,今后三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用的主要對象是剩余的二類油層,因此應(yīng)開展中等相對分子質(zhì)量耐鹽聚合物的研制,以大幅度降低復(fù)合驅(qū)體系配方中的聚合物用量,減少復(fù)合體系化學劑成本。(3)聚合物體系交替注