提高石油采收率方法研究现状

提高石油采收率方法研究现状*

孙超张金功

(西北大学地质系,西安, 710069)

摘要国内外所采用的提高石油采收率方法,主要基于降低石油运移的阻力来实现,

目前研究较多的有3种:化学法、热力法和混相法,新兴的方法有微生物法和地震法等,

其中电渗法和声波法尚处于实验研究阶段。今后主要的发展方向应是各种方法的进一

步优化和结合,另外,从油气成藏机理角度开发新的提高采收率方法可能是今后重要的

研究方向,有望能导致新的突破。

关键词石油采收率化学驱热力驱混相驱

1概述

油气田开发的任务就是尽可能经济、合理地提高地下油气的采出程度,即提高石油采收

率。纵观原油生产的全过程,其实就是一个不断提高采收率的过程。在原油生产的第一阶段(一次采油),原油是利用天然能量来开采的,其最终采收率一般只能达到15%左右。当天然

能量衰竭时,通过注水向油层提供补充能量,即开始了开采的第二阶段(二次采油)。它的采

收率远比能量衰竭法高,最终采收率通常为30%～40%。当该油田的水油比接近作业的经济极限时,即产出油的价值与水处理及其注入费用相差太小,而使纯收益减少时,则进入了三

次采油的阶段,这个阶段被称为“提高原油采收率”(或“强化开采”“Enhanced Oil Recovery”,即EOR)。由于一次采油和二次采油方法采出的原油总量一般小于原始地质储量的40%,地下还有至少60%的储量等待开采,因而提高采收率方法的研制,目前备受国内外

重视。〔1,2〕。

从机理上讲,提高采收率可以从两方面入手:增加原油流动的动力或降低其阻力。增加

动力的方法有注水、注天然气、以及地震法和声波法。降低阻力的方法则多种多样,大致可分两类:其一为降低流体的表面张力及粘滞阻力,常用方法为化学驱、热驱和混相驱,还有

新兴的微生物驱;其二为扩大运移通道,主要方法为酸化和压裂。

从目前国内外研究状况看,一次、二次采油过程及相应的提高采收率方法相对比较成熟,

而三次采油过程及相应的方法尚处于部分工业运用及实验室研究阶段,下面主要对后者作详细论述。

2提高采收率的主要方法

2.1化学法

化学驱可分为3种主要的工艺技术;表面活性剂驱、聚合物驱和碱水驱。表面活性剂和

碱水驱油的机理是以形成超低界面张力为基础的,而单注聚合物或注入表面活性剂后又注入聚合物,则可以控制流动度,从而也就提高了原油采收率。注入到油藏中的碱水与存在于石油中烃的衍生物中的脂肪酸发生化学反应,就地形成脂肪酸的钠盐,形成这些表面活性剂促使造成超低界面张力〔3〕。

表面活性剂驱的研究始于50年代, 60年代中期,美国已开始用磺酸盐投井使用。目前该

法已经成为三次采油提高采收率的重要方法之一。至于聚合物驱中最重要的一种聚合物是聚丙烯酰胺(PAM),常用于流度控制和渗透率调整。最近有人研究用交联聚合物的方法驱油, 经微观和宏观渗流实验方法研究认为,交联聚合物不但有调剖作用,还具有驱油作用。交联聚合物可明显改善油藏在高含水期的水驱油效果,控制含水率上升速度,以适当的主段塞和副段塞组合可获较好的增油降水效果〔4〕。

应用更广泛,研究得更多的是复合驱。例如粘土含量高,原油酸值较低,单独用碱水驱

无法获得较高产油量的油田,应用复合驱可取得较为理想的开采效果。实验表明,采用常规方法,利用离子交换原理,即使使用最优的胶束系统,三次采收率也没超过原始地质储量的50%。但如果用碱液首先驱走原生水中和固定在粘土上的钙离子,然后注入表面活性剂、聚

合物和相同的碱,可使原油产量提高到原始地质储量的70%,效益成本比值也可提高两倍。产能改善是低界面张力、低磺酸盐滞留和流度控制的结果〔5〕。碱、表面活性剂和聚合物都是高效

的驱油剂,复配的优势在于既发挥单一驱油剂的长处,又可使其产生协同效应,获得更好的

驱油效果。现场试验证明,碱-表面活性剂-聚合物(ASP)驱油技术能经济地采出增产油,

并能获得新储量①。

2.2热力法

当油藏中含有低重度(小于20°API)、高粘原油并且油层的孔隙度较高时,应重视用热力

法开采。注蒸汽降低原油粘度,从而提高原油流动性。根据热量在油藏中产生的方式不同,热力法可分为3种:地下燃烧(或称火烧油层)、注蒸汽和湿式燃烧。

在火烧油层方法中,用化学品、井下电加热器或井下气体燃烧器点燃近井地带原油,在

近井地带完成点火后,就要连续注气促进燃烧带向生产井移动。连续燃烧带的延伸几乎能清除所有油藏流体,并在清除过的岩石中留下热量,留下的热量能使注入空气在到达燃烧带前

被预热。

注蒸汽法使将蒸汽连续或周期性地注入油藏,连续注汽是注入井注汽,生产井采油,而

周期性注蒸汽仅使用同一口井,即在同一口井注汽又在该井采油。注蒸汽比火烧油层易于控制,对相同的井网来说,火烧油藏增产的见效时间比注蒸汽慢25%～50%。

湿式燃烧是指在火烧油层方法中,大量的热量留在被驱扫过的地层作为废热。可以用注入水的方法利用废热提高热能利用率,并改善驱油效率。在燃烧过程中,水亦随空气注入。在

汽化前缘形成过热蒸汽,过热蒸汽将传到燃烧前源的后面,这一方法的优点是在燃烧前缘作

为燃料燃烧的残余油气大幅度减少(Dietz, 1970; Burger和Sahuquet, 1973)。这就可以驱

替出更多的石油和减少油藏中燃烧单位体积油所需的空气量。

目前一种由上到下的火烧油层方法正在进行实验室研究。它可以解决在油砂和稠油藏中

成功地使用火烧油层的一些问题。该方法使火烧前缘从油藏顶部到底部稳定地传播,将稠油驱到下面的水平井中①。另外,采用单口水平井生产时,燃烧的最高温度达400℃,原油采收

率超过原始地质储量的66%。总的来讲,单口水平井生产方式中观察到的燃烧前缘沿推进比单口直井更稳定。尤其是与直井实验期间沿中间而出现的气体窜越超前推进的趋势相比较,水

平井的垂向扫油效果更为稳定。②。

蒸汽驱是开采重油、高粘油的重要方法,目前得到广泛应用。连续注蒸汽可获得更大的

最终采油量,所以得到更广泛的应用。周期注蒸汽对密井距情况来说,能以较低的成本获得

更大的产量,不过最终采收率相当低,仅有10%～25%。

根据邓育明、马宝歧等人的研究,用碱法造纸废液作为稠油热采的添加剂,能化害为利,

可获明显的经济效益和社会效益。研究表明,碱法造纸废液降低稠油粘度的主要机理是乳化, 且从驱油效果来看,造纸废液较NaOH溶液油田水驱效果更好〔6〕。而据周光辉等人研究,用碱做为蒸汽驱的添加剂,能降低油水间的界面张力,是改善驱油效率,提高蒸汽波及系数的

有利因素之一。实验用NaOH溶液作为蒸汽驱中的化学添加剂能够有效地改善经济采收率和

油气比,比普通蒸汽驱提高采收率7%左右〔7〕。

壳牌石油公司应用的压力周期性变化蒸汽驱技术是将蒸汽注入底部高含水、高渗透的砂

岩层段中,使注采井之间形成热连通,然后通过高速注汽并限制油井生产的方式,在油藏中

形成高压,接着通过增加生产井产量并降低注汽速度的方式,使油藏压力降低,如此反复多次,注入热量向油藏上部扩散,原油在重力作用下向下流动进入生产。采用该项新技术后,最终采收率超过50%,油汽比大于0.25,效果明显好于常规蒸汽驱③。