第八章 提高原油采收率原理

一、影响采收率的因素
由于可采储量是综合体现了油藏岩石和流体性质与人们所采取的技 术措施的影响，因此一个油藏采收率的高低，同时与油藏地质条件和开 采技术有关。
(一)油藏地质因素 油藏地质因素包括油气藏的地质构造形态；天然驱动能量的大小及 类型，油藏中的油气处于多种天然能量的综合影响，在常见的三种驱动 方式中，水驱采收率最大，溶解气驱采收率最小；油藏岩石及流体性质， 包括岩石的非均质性、流体组成、岩石润湿性、流体与岩石间的作用关 系。油藏地质因素是影响油田采收率的客观因素。 (二) 油田开发和采油技术因素 油田开发和采油技术因素包括油气藏开发层系划分；布井方式与井 网密度的选择；油井工作制度的选择和地层压力的保持程度；完井方法； 开采工艺技术水平和增产措施；提高采收率方法的应用规模等。油田开 采技术因素是影响油田采收率的主观因素，它体现了人们对驱油过程的 影响能力，但主观因素的实现取决于人们对油藏地质因素的认识程度。
第八章
提高原油采收率原理
第一节 影响原油采收率的因素 第二节 化学驱 第三节 混相驱 第四节 热力采油
第三节
混相驱
能够消除驱替介质与地层原油间的界面，建立互溶混相带来提高采 收率的方法统称为混相驱油。根据驱替介质和建立混相带的方法，混相 驱分为以气体为驱动介质的方法，包括注干气、注富气及液化石油气段 塞等，另一类是以水为驱动介质的方法，包括二氧化碳混相驱油、微乳 液驱油和醇类液体混相驱油等。
⑴形成混相
由于微乳液段塞与地层油(或水)混相，消除了界面影响。理论上微乳液的驱 油效率可达100％，实际上，由于驱替过程中微乳液不断增溶地层中的油和水， 使得微乳液的组成不断改变，段塞不断缩短并消失，破坏了混相驱动过程。 ⑵提高波及系数 微乳液驱动过程中，对油层非均质性有自适应性，微乳液在孔隙中流动时， 其粘度是流动速度的函数。微乳液的粘度随渗流速度的变化分为两类。一类是负 异常型，粘度与渗流速度成反比；另一类是正异常型，粘度随渗流速度增加，当 达到最大值后出现负异常型。由于渗流速度与渗透性成正比，因此利用正异常型 微乳液可以使得溶液先进入高渗透层，流速增加，粘度增加，迫使溶液自行进入 低渗透油层，起到“调剖”作用，从而改善纵向波及系数。
(一)二氧化碳驱 目前二氧化碳产生混相的注入方式有两种，一种是水驱液态二氧化 碳段塞驱油；二是在高压下连续注入二氧化碳气体，驱油过程类似于注 富气。实验研究表明，注二氧化碳所以能够提高采收率，主要受以下几 个因素的作用：
⒈降低原油粘度
⒉原油体积膨胀 二氧化碳溶于油会使原油体积膨胀，体积膨胀率随原油性质和溶解 气量而变，原油比重越小，体积膨胀率越大，可以增大地层原油的饱和 度，溶有二氧化碳后可使原油体积膨胀10％～40％。 ⒊形成混相 在一定压力和温度下，二氧化碳与原油相接触的前缘形成混相带。 此外，溶于油中的二氧化碳在采油过程中也会产生溶解气驱作用， 对于白云岩油藏有一定的酸化作用，可提高岩石的渗透性，二氧化碳溶 于油中可显著地降低界面张力，甚至二氧化碳与某些原油接触后形成洗 涤剂并改变润湿性。所有这些对提高原油采收率产生有利影响。
第八章
提高原油采收率原理
第一节 影响原油采收率的因素 第二节 化学驱 第三节 混相驱 第四节 热力采油
第四节
热力采油
热力采油是向油层供给热能，利用热效应来提高原油采收率的方法。 根据热能的供给方式可分为注热流体(蒸汽和热水)与火烧油层，其中注蒸 汽热力采油在开采稠油方面是目前国内外工业化应用程度最高的一种强 化采油技术。
第八章
提高原油采收率原理
第一节 影响原油采收率的因素 第二节 化学驱 第三节 混相驱 第四节 热力采油
第二节
化学驱
化学驱油是在注水基础上发展起来的一种改善注水驱油方法，保留 了注水的优势，同时加入的化学药剂对于增加波及系数和(或)驱油效率， 从而达到提高原油采收率的目的。化学驱主要包括聚合物驱、碱驱和表 面活性剂驱。
二、波及系数和驱油效率 综合影响采收率的各种影响因素，采收率的大小既取决 于工作剂的波及程度，又与波及范围内工作剂的洗油效率 有关。波及程度是指工作剂驱到的体积与油藏总体积之比， 又称为波及系数；洗油效率是指在波及范围内驱替出的原 油体积与工作剂的波及体积之比，又称为微观波及系数。 采收率是注入工作剂的体积波及系数与驱油效率的乘 积。体积波及系数和驱油效率除了与注入工作剂和原油的 性质有关外，还与岩石性质、油藏宏观构造、微观构造和 开采方式有关。
一、混相气驱
(一)高压注气 (二)富气驱 (三)注液化石油气
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所有混相气驱都存在一个共同的问题，注入的气体粘度远低于地层 油的粘度，形成不利流度比，导致粘滞指进，从而造成段塞浪费和降低 驱油效率。重力分离作用将明显降低体积波及系数，水气交替注入可以 改善波及效率，并兼有混相驱和水驱的优点。
二、混相水驱
一、 聚合物驱
聚合物驱是在注入水中加入水溶性高分子聚合物，以增加水的粘度， 通常称为增粘水驱或稠化水驱。
成功的矿场试验表明，聚合物驱比一般水驱提高采收率为5％～10％， 可以明显地延缓油井见水时间，提高采油速度。
二、表面活性剂驱和碱水驱 (一)活性剂驱 活性剂驱油源于家庭洗涤原理，溶有活性剂的水可以降低油水 界面张力和改善亲油岩石表面的润湿性；也可以使地层原油乳化在 水中，产生迭加的液阻效应，增加高渗透层的流动阻力，因此，活 性剂水驱比普通水驱有更好的洗油能力和更大的波及系数。 活性剂水驱存在的主要问题是活性剂在岩石表面大量吸附，使 得驱替前缘变成清水而失去洗油作用；由于活性水与普通水的粘度 差别很小，因此活性水驱对于改善波及系数效果不明显。目前单一 活性水驱已被微乳液驱油代替。
一、注蒸汽热力采油
蒸汽作为一种热载体，具有很多热水所不具备的特性和功能，如蒸 汽的热焓量大，携带热量多；蒸汽的比容大，驱替体积大；蒸汽在释放 潜热时，温度保持不变，这些特性对于开采稠油是非常有利的。因此注 热流体热力采油是以注蒸汽为主。
热力开采增产的机理主要表现在：原油粘度大幅度降低，流度比增 加，降粘作用是稠油油藏注热开采的主要机理；蒸汽蒸馏作用，原油中 的轻质组分汽化成气相，残余油饱和度降低，原油中可蒸馏的程度主要 取决于原油的组成，蒸汽蒸馏是稀油油藏注热开采的主要机理；油藏流 体和岩石的热膨胀作用，使得原油生产的弹性能量增加；相对渗透率关 系随温度增加向有利于提高采收率的方向变化。注蒸汽热力采油的基本 方法有两种：蒸汽吞吐和蒸汽驱。 (一)蒸汽吞吐 蒸汽吞吐是指在本井完成注蒸汽、焖井和开井生产三个过程。从注 蒸汽开始到油井不能正常生产为止，称为一个吞吐周期。
三、 提高原油采收率的技术方向
根据对波及系数和驱油效率的影响因素分析，提高采收率的各种新 方法首先应综合考虑以下两个方面：第一，通过降低流度比以提高波及 系数，同时尽可能适应油层的非均质性，以减少非均质性对驱油过程的 不利影响；第二，通过减小界面张力或者消除工作剂与原油间的界面效 应以提高驱油效率。 一种完善的提高采收率方法应该能够同时满足改善波及系数和驱油 效率的需要，但是由于技术和经济条件的制约，使得具有工业性应用价 值的提高采收率方法很难做到尽善尽美，面对各种复杂而特殊的油藏， 或驱油效率不高，或对提高波及系数无效，或技术条件不成熟，或经济 效果不理想等等，因此，出现了许多提高采收率技术，包括联合技术措 施，所有这些技术都是以注水为基础发展起来，如图8-2所示 ，统称为 强化采油技术(EOR-Enhanced Oil Recovery)。
蒸汽吞吐注汽参数主要是指周期注汽量、注汽速度和蒸汽干度。注汽时间 与注汽量、设备、井况和地层条件有关，一般为10～15天。焖井过程是将注入 蒸汽的热量充分释放给油层，合理的焖井时间应该满足蒸汽释放完潜热为止， 焖井时间过长或过短都将影响注入蒸汽的热效应，焖井时间一般为3～5天；生 产阶段是将蒸汽凝结的流体和被加热的油藏流体一起开采到地面上来，与常规 生产井的过程基本相同，生产时间可长达上百天甚至一年。 (二)蒸汽驱 油井经过几个吞吐周期以后，地层压力下降，同时井底附近的含水饱和度 增加，井间储量动用程度小，随着吞吐周期增多，增产效果越来越差，油汽比 (OSR)越来越小；蒸汽吞吐采收率一般为15％～25％，因此单纯依靠蒸汽吞吐增 加采收率是有限的。蒸汽吞吐最终被蒸汽驱开采所替代。
(二)微乳液－胶束驱油 微乳液－胶束驱油是在活性剂水驱基础上发展起来的一种提高采收 率方法，微乳液和胶束都是活性剂的聚集体，这种驱油体系的增产效果 与胶束的增溶特性有关。 ⒈胶束的增溶特点 活性剂溶液随活性剂浓度不同而不同，当活性剂浓度较低时，活性 剂主要浓集在溶液的界面，形成溶液－空气界面上的吸附层。随着活性 剂浓度增加，溶液内活性剂分子增多，相互碰撞机会增加，溶液内部的 大部分活性剂分子会聚集成团，亲油端向内排列，亲水端向外，这种活 性剂分子的聚集体称为胶束。开始形成胶束时的活性剂溶液的浓度称为 临界胶束浓度。活性剂溶液的浓度小于临界胶束浓度时称为活性剂稀溶 液；大于临界胶束浓度时称为胶束溶液。
为了提高原油采收率，人们主观因素对油藏开采的作用程度在逐 渐增加，油田开采方式从单纯依靠“天然”能量的一次采油阶段，逐 步发展到采用人工注水、注气的二次采油阶段，二次采油主要立足于 物理、机械和力学等宏观作用来驱油。注水后因原油粘度、重力、界 面张力和毛管力等因素的影响，使得油藏非均质的影响更加激化，所 以这种方法的作用程度是有限的，特别是不适于高粘稠油的开发。从 本世纪五十年代起，提出了许多提高采收率方法，称为三次采油或强 化采油方法，这些方法是以化学的、物理的、热力的或联合的作用， 在微观孔隙内，引发各种物化反应而产生驱油作用。矿场实际表明， 这种主要立足于微观驱油作用的提高采收率方法能够较大幅度地提高 原油采收率。
三、化学复合驱
根据现有的化学驱室内研究和矿场应用情况来看，聚合物驱已进入 工业性应用阶段，但聚合物驱是以扩大波及体积为主要机理，洗油效率 很小，因此提高采收率的幅度有限；表面活性剂驱可以大幅度提高洗油 效率，但由于活性剂的价格昂贵而难于推广；碱驱对于含有石油酸的原 油能够起到与表面活性剂驱相似的作用，但应用条件和浓度使用范围的 要求，使得现场应用难以控制。为了克服单一化学剂驱的缺点，人们提 出了化学复合驱，化学复合驱是指碱、表面活性剂和聚合物以各种形式 组合驱动，包括二元和三元复合驱。这种方法是通过多种化学剂的复合 协同效应，达到提高原油采收率的目的。 目前国内在胜利油田、大庆油田进行了三元复合驱先导性试验，提 高采收率分别达到13.4%和21%；辽河油田进行了二元复合驱先导性试 验，试验井含水下降，产油量上升，改善了开发效果。
达到临界胶束浓度时，溶液的性质，如表面张力、溶解度、电导率 等将发生突变。若在溶液中加入一些油，油就会溶解到胶束内壳中去， 这种现象称为增溶作用，增溶后的胶束称为溶胀胶束，在没有其它助剂 的情况下，增溶作用是有限的。如果在胶束溶液中加入一些醇类物质和 电解质，可以大大提高其增溶能力，从而可得到一些透明或半透明的水 -油-活性剂-醇-电解质的稳定体系，这类体系称为微乳液。增溶油后在 水中形成的微乳液称为水外相微乳液，增溶水后在油中形成的微乳液称 为油外相微乳液，。 配制微乳液常用的表面活性剂为石油磺酸盐，油为轻质原油或石油 的某一馏分。 ⒉微乳液驱油机理 微乳液驱油采用段塞驱，首先注入一定体积的微乳液段塞，然后注 入一定量的稠化水作为缓冲液，最后转入普通注水。微乳液的驱油机理 表现在：
(二)碱水驱 碱水驱是注入水中加入碱，如氢氧化钠等。碱与原油中的有机酸， 如环烷酸作用就地产生表面活性剂，产生的表面活性剂或吸附于油水界 面，降低界面张力形成乳状液；或吸附于岩石表面，产生润湿反转。当 乳化油滴小于岩石孔隙尺寸时，即可被携走，称为乳化－携走机理；当 油滴大于岩石孔隙尺寸时，乳化油滴被迅速捕集，使得水的流度减小， 提高了波及系数，称为乳化－捕集机理；润湿反转作用即可以增加原油 的流动能力，也可以产生集油效应；表面张力降低有利于克服毛管力作 用，使得残余油进一步降低，最终采收率增加。 应该指出，碱水驱提高采收率的机理是相当复杂的，也并非所有的 油藏都适合碱水驱采油，当地层原油的石油酸含量较低，或油层中含油 大量钙镁离子时，都不宜采用碱水驱。
第八章
提高原油采收率原理
第一节 影响原油采收率的因素 第二节 化学驱 第三节 混相驱 第四节 热力采油
第一节
影响原油采收率的因素
对于一个大油田来说，即使原油采收率提高1％～2％，增产的原油 也是相当可观的，甚至相当于一个一定规模的新油田，所以目前世界各 石油生产国家都极为重视采收率的研究工作，并进行了多年的矿场试验， 在分析和研究影响原油采收率因素的基础上，提出了多种具有技术和经 济可行性的提高采收率手段。