三次采油的原理、方法和在油田中的应用

西北大学地质学系研究生综述性课程成绩单

教师注意事项：

1、课程总成绩应基本符合正态分布；

2、若有两种（及以上）方式进行综合考核，需明确各部分所占比例；

3、评语中应指出该份作业的特点与不足。

三次采油在油田中的应用、方法和进展

石油作为一种重要的不可再生化工能源，对国家经济和国家安全都有重要的作用，在国家发展中占有举足轻重的地位。然而，随着勘探技术的发展和工作的深入，继续发现大的油气田越来越困难，因此，提高采收率成为油气发展永恒的主题。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。

1.提高采收率原理

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。三次采油是针对剩余油而进行的，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。 采收率地质储量

最终累计采油量=η，最终累计采油量一般以油田含水量在98%以上为止。与采收率有关的两个参数是波及系数E V 和洗油效率E D 。E V 是指被工作剂驱

过的体积与油藏体积之比。E D 是指从波及区中洗出的油的体积与原始含有体积之

比。二者与采收率的关系是D V E E ⨯=η。各种提高采收率的原理都可由这两个参数来分析。

影响采收率的主要因素主要是储层非均质性和流度比。流度比

O O k μμλλ驱动液驱动液驱动液k M O ==，其中流度μλk =。M 越小，E V 越大，油水前缘越规则，

η越大。

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

2.1三次采油的基本概念和类型

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CO2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

（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）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%一15%。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。

（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