化学驱提高普通稠油采收率的研究进展

第27卷第3期 2010年9月25日油 田 化 学O ilfield Che m istr yV ol 27 N o 325Sept ,2010文章编号:1000 4092(2010)03 0350 07* 收稿日期:2010 5 11;修改日期:2010 8 10。

基金项目:教育部新世纪优秀人才资助计划(项目编号NCET 07 0846),霍英东教育基金会第十一届高等院校青年教师基金(优选资助课题)资助项目(项目编号114016),国家863项目 与蒸汽吞吐结合的表面活性剂驱油体系研究 (N o 2007AA06Z201)。

作者简介:裴海华(1984 ),男,中国石油大学(华东)石油工程专业学士(2007)、油气田开发工程专业硕士(2009)、在读博士研究生(2009 ),从事油田化学与提高采收率方向的研究,通讯地址:266555山东省青岛经济技术开发区长江西路66号中国石油大学(华东)工科楼B 座523房间,电话:0532 ********,E m ai :l peihai hua2008@126 co m 。

化学驱提高普通稠油采收率的研究进展*裴海华,张贵才,葛际江,刘清华,王 洋,王 冲(中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266555)摘要:针对普通稠油油藏水驱采收率低,而且经济上不适合于热采的特点,介绍了国内外化学驱提高普通稠油采收率技术的一些研究进展,主要包括聚合物驱,碱驱,碱/表面活性剂驱。

综述了各种方法提高普通稠油采收率的研究现状和机理研究进展,并指出了不同方法存在的问题和当前的研究热点。

参50关键词:稠油;化学驱;聚合物驱;碱驱;碱/表面活性剂驱;提高采收率;综述中图分类号:TE357 46:TE39 文献标识码:A稠油资源十分丰富,主要分布在加拿大,委内瑞拉,美国和中国。

随着常规原油储量的减少,成功开采这些稠油资源变得越来越重要。

对于普通稠油,一次采油后一般采用两种开发方式,一种是采用常规注水开发;水驱时由于水油流度比高,导致注入水波及系数低,因此,水驱一般只能采出5%~10%I O I P 的原油[1]。

另一种是采用注蒸汽热采开发;在热采方法中最成功的是蒸汽吞吐技术和蒸汽辅助重力驱油技术(SAGD)。

这些热采方法的开采原理主要是通过降低稠油的黏度从而提高其流度。

在一些有利的条件下,比如厚油层以及没有底水时这些技术很有效。

然而当油层太薄(<10m )和埋藏太深(>1000m ),或者存在底水的情况下,热量损失成为制约热采技术的主要因素[2]。

在这种情况下,需要非热采的方法来进一步提高普通稠油油藏采收率。

化学驱技术包括碱驱、表面活性剂驱和聚合物驱,这些技术在常规原油的开采中已经获得了成功。

碱驱和表面活性剂驱是通过降低油水之间的界面张力来提高洗油效率,聚合物驱则是通过降低水油流度比从而提高波及系数。

国内外对化学驱对稠油采收率的影响做了大量的研究[3]。

本文详细综述了聚合物驱、碱驱、碱/表面活性剂驱提高普通稠油采收率的研究进展。

1 稠油化学驱技术1 1 稠油聚合物驱技术稠油水驱过程中严重的指进现象导致大量的原油没有被波及到。

而聚合物驱的提高采收率机理就是可以通过增加驱替液的黏度从而达到提高波及系数的目的,因而使用聚合物驱降低水油流度比对稠油开采是一个很有吸引力的选择。

向水中加入这些水溶性的聚合物将会使非牛顿剪切力变小,从而增加黏度使流度减小。

同时由于聚合物能够吸附到了油藏岩石表面,导致水相的相对渗透率降低因而使得水相的流度大大减小。

因此从理论上讲聚合物驱可能是一种提高稠油采收率很有潜力的方法。

然而根据以往文献提出的聚合物驱的筛选标准,聚合物驱是不适合在黏度高于200m Pa !s 的稠油油藏中应用[4~6]。

因为稠油的黏度一般都有数千mPa !s ,所以需要较高浓度的聚合物溶液才能有效降低水油流度比,这将大大增加了聚合物的注入难度和化学剂的成本。

因此,由于技术和经济因素限制了聚合物驱在稠油油藏中的实际应用。

尽管如第27卷第3期裴海华,张贵才,葛际江等:化学驱提高普通稠油采收率的研究进展此,国内外对聚合物驱提高稠油采收率进行了很多有效地尝试,而且获得了不同程度的成功。

早在60年代B l e ak ley就报道了聚合物驱在稠油油藏的现场先导试验[7]。

70年代也出现了稠油聚合物驱的实验室内研究报道[8,9](E lliot and Ferrer G,1974; Kn i g ht and Rhudy,1977)。

然而,直到最近几年,由于水平井技术已广泛应用于稠油油藏的开发,从而提供了足够的聚合物注入能力[10](Zaitoun,1998),工业上才开始认真考虑稠油聚合物驱的可行性。

此外,最近几年的高油价使得较高聚合物浓度和较大聚合物段塞在经济上可能有利可图。

W ang和Dong等[11,12]在室内研究了稠油聚合物驱时聚合物溶液的有效黏度与采收率的关系。

对黏度为430~5500mPa!s的稠油进行了28个填砂管驱替实验。

结果显示注入的聚合物溶液的有效黏度存在最小值和最大值。

聚合物溶液的有效黏度值只有在这个范围内时采收率才能迅速增加。

在这个范围之外,增加有效黏度时采收率的增加幅度很小。

同时也发现有效黏度的最小值和最大值随原油黏度的增加而增加,且在双对数图中两者呈线性关系。

同时也发现聚合物驱应用越早,采收率产生明显增加时所需的聚合物黏度越低。

而在非均质填砂管驱替结果显示,由于多孔介质存在非均质使得聚合物驱的采收率大大降低,需要很高黏度的聚合物溶液才能达到在均质填砂管中的相同效果。

ASGHAR I[13]等在实验室对原油黏度范围在1000~8400m Pa!s的几种不同稠油进行了聚合物驱试验。

研究结果包括了原油黏度、聚合物浓度、驱替流量和岩心渗透率对稠油聚合物驱效果的影响。

结果表明,在稠油水驱之后要进一步提高采收率,聚合物浓度必须要超过一个临界浓度,并且岩心的渗透率越高聚合物驱的采收率越高。

同时发现注入聚合物的速度越小采收率越高。

ASGHAR I认为可能是由于高注入速度下的黏性指进的影响。

W ass m uth等在实验室内对几种黏度在300~ 1600m Pa!s范围的稠油进行聚合物驱试验。

结果表明,在适当的条件下聚合物驱的采收率几乎是水驱采收率的两倍。

并且他们在加拿大的L loyd m i n ster 稠油油藏还设计和完成了水平井加聚合物驱技术的先导试验[14,15]。

在国内,聚合物驱技术已成为提高常规油藏采收率的主要技术,同时对稠油油藏也进行了一些室内和现场的研究。

蒋明和许震芳等[16,17]以普通稠油水驱开发后的油藏为研究对象,在天然岩心、人造岩心和平面模型中进行室内实验,用核磁共振成像技术研究了稠油水驱后进行聚合物驱的驱油效率和驱油机理。

研究结果表明,目前采用水驱的常规稠油油藏,在一定的油藏条件下,改用聚合物驱是可行的,聚合物驱不但可以提高波及系数,而且可以增加驱油效率,从而提高采收率。

但是聚合物驱后仍有大量的残余油滞留在地层中。

针对国内油田稠油油藏埋藏较深,储层压力较高,注聚工艺受到一定限制,程林松等[18]通过室内物理模拟实验和油藏数值模拟方法对普通稠油油藏超高分子聚合物驱进行了适应性评价。

结果表明,超高分子聚合物较中分子和普通聚合物有更强的黏弹性和稳定性,更有利于驱出盲端剩余油,提高驱油效率;与水驱相比,超高分子聚合物驱尤其在聚驱前调剖可大幅度提高稠油采收率,增幅达27 2%,整体段塞注入方式优于段塞组合方式,且驱替相与被驱替相黏度比为3时效果最佳。

张贤松等[19]利用数值模拟技术研究了中国陆相沉积稠油油藏聚合物驱关键油藏参数,包括储层非均质性、原油黏度、注聚时机等参数。

研究结果表明,陆相沉积稠油聚合物驱对渗透率下限值应大于500∀10-3 m2,聚合物驱最佳地下原油黏度应低于100mPa!s,应在油藏含水70%以前(中高含水前期)实施聚合物驱,增油指标较好,既可避免后续水驱水的较快突破,也可最大程度地发挥水驱效果,降低注聚开发技术风险。

研究结果可为类似稠油油田实施聚合物驱提供依据和参考。

在这些关键油藏因素处于合理的条件下时,才能取得较理想的聚合物驱油效果。

综上分析,在经济条件合理下,聚合物驱技术和水平井技术相结合可能是这类稠油油藏最实用的提高采收率技术。

可以根据不同的油藏条件合理设计聚合物的浓度和注入参数,并通过水平井技术可以大大提高聚合物的注入速度。

因此,聚合物驱技术和水平井技术相结合是普通稠油水驱后一种提高采收率的很有潜力的方法。

1 2 稠油碱驱技术碱驱是向油藏中注入碱性物质,通过与原油中的石油酸发生反应,就地形成表面活性剂,从而达到降低界面张力和形成乳状液的目的。

最常用的碱是氢氧化钠,其他碱包括碳酸钠,硅酸钠,磷酸钠,氢氧351油 田 化 学2010年化铵和碳酸铵等。

M ayer等[20]描述了注入的碱与油藏岩石和流体的三种反应:碱 油反应,碱 水反应和碱 岩石反应。

Johnson[21]总结了碱驱提高采收率的四个不同机理:(1)乳化携带、(2)油湿反转为水湿、(3)水湿反转为油湿、(4)乳化捕集。

其中乳化捕集机理对稠油开采来说尤其有效,因为水驱稠油时的波及系数一般很小[22]。

Scoot等[23]在实验室对Lloydm i n ster稠油进行了试验,测定了Na OH碱溶液对油水界面张力影响。

结果发现当p H在9~11范围内,界面张力急剧下降。

界面张力值随Na OH质量分数的增加而降低, N a OH质量分数为0 005%时界面张力值就小于1 mN/m,驱替实验时稠油采收率在盐水驱的基础上增加了31%。

后来的研究发现当溶液中存在NaC,l 为了降低界面张力所需碱量减少。

当盐水中N a C l 质量分数增加到0 01%~0 1%时,采收率能够大大提高,但是浓度再增加时采收率就不增加了。

Jenn i n g等[24]通过实验发现碱水界面张力必须降到小于0 01mN/m后,注入碱后的采收率才能增加。

要达到这些低界面张力所需要的N a OH质量分数为0 05%~0 5%,这取决于原油的类型。

通过可视化的驱替实验发现注入碱可以提高水驱的波及系数,尽管在两种情况下的残余油饱和度相同。

通过对比段塞注入和连续注入的采收率驱替结果,作者发现两者具有相似的采收率曲线。

这些结果完全不同于Far ouq A li等[25]发现的结果,他们发现连续注入时的采收率可在水驱基础上增加32%~62%,而段塞式注入时仅增加5%。

Ca m pbell和K ru m ri n e[26]通过实验对比了硅酸钠和氢氧化钠对H unti n gton B each残余油采收率的影响。

结果发现,在相同浓度下,不管是采用连续注入还是段塞式注入方式,加入硅酸钠的采收率总要高于加入氢氧化钠的。