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1、,本章的主要内容：,第四章 强化采油(EOR) Enhanced Oil Recovery,绪论 提高采收率基本原理 聚合物驱 表面活性剂驱 碱驱 三元复合驱 化学驱用驱油剂新进展 国内外化学驱油技术发展趋势,石油作为一种非再生的化石能源，其采收率不仅是石油工业界，而且是整个工业界最为关心的问题。 世界范围内石油采收率约为10%-60% 世界各国的油藏工程师一直致力于最大限度地提高油藏的最终采收率,石油采用常规方法开采,大约有三分之二的储量留在地下。由于迅速发展的国民经济对石油能源的需求不断增长,提高已开发油田的采收率,在未来一段时间内,仍是油田生产发展的重要方向。,第一节 绪论,在绪论部分，
2、首先介绍一次采油、二次采油、三次采油和提高采收率(EOR)的概念，其次对EOR的分类方法、提高采收率现状、国内主要提高采收率技术及提高采收率发展方向作一概述。,是指利用油藏天然能量而进行的采油。它以不注入任何流体为特征，只需要为原油流到地面提供流动通道即可。 一次采油可利用的天然能量有油层的弹性能量、水的位能和溶解气析出的容积能等。,概 念,一次采油（primary recovery）,当天然能量耗尽时，油层中的油便失去流动能力，这时的采收率一般小于20%。直到一百多年前，从一口生产井的封隔器漏失事故中，人们才发现注水采油方法。,是指一次采油后，向油层注水（或气）提高油层压力而进行的采油。开始
3、注水只是为了延缓或防止油层压力下降，这样可以维持较高的采油量和较长的生产时间。后来又认识到，注水除了能维持油层压力外，还能从岩石孔隙中驱替出部分原油，并将其驱入生产井。,概 念,二次采油（secondary recovery）,随着注水时间的延长，油井含水不断升高，当油井产水率达到95-98%时，继续注水是不经济的，这时将被迫停止注水，这时的采收率一般小于40%。,针对二次采油未能采出的残余油和剩余油，采用向油层注入化学物质或引入其它能量或微生物开采原油的方法称为三次采油。 但是，对于一些特殊油藏不宜注水开采，另外，一些注水开发油藏，从提高采收率考虑，在注水中期便开始改注其它化学药剂，因此，人
4、们一般采用提高采收率或强化采油（EOR）这一专有名词。,概 念,三次采油（tertiary recovery),提高采收率方法又称为强化采油方法，通常简称为EOR方法。它是指除天然能量采油以外的任何采油方法，包括采收率超过一次采油的二次采油和三次采油,不管它使用在那个采油期，也不管它使用何种方法。 特点：注入的流体改变了油藏岩石和流体性质，提高了油藏的最终采收率,概 念,提高原油采收率或强化采油 (enhanced oil recovery),分 类,第一节 续 论,A：按注入工作剂种类来分 化学驱；气体混相驱；热力采油；微生物采油。 B：按提高采收率机理来分 流度控制类；提高洗油效率类；降低
5、原油粘度类。,EOR的方法有很多种，不同人从不同角度出发有不同的分类方法，概括起来主要有两种分类方法：,A：按注入工作剂种类来分,化学驱,微生物采油,微生物驱,微生物调剖,微生物降解稠油,微生物清防蜡,B、 按提高采收率机理来分,国内外现状,国际石油工业基本形势,EOR技术以美国发展最快，这与美国对石油的需求量大，而近几十年新发现的油田越来越少有关。 前苏联在20世纪60年代前，注水开发处于有效期，直到80年代才开始重视EOR的研究，进入90年代，依靠各种EOR技术日增产原油大约1.8万桶。,第二节 提高采收率基本原理,一、基本概念,1、剩余油：由于注入流体波及系数低，注入流体尚未波及到区域内
6、的原油。其特点是宏观上连续分布。 2、残余油：在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不连续分布。,3、波及系数：被驱替流体驱扫过的油藏体积占原始油藏体积的百分数。,驱油波及系数 流体波及面积 流体波及厚度 油层面积 油层厚度,4、洗油效率：驱替流体波及范围内驱走的原油体积与驱替流体波及范围内总含油体积之比。,洗油效率 残余油饱和度 原始含油饱和度,A、h-油层原始面积和厚度 ， As、hs -水波及油层面积和厚度 ； Soi 、 Sor-原始含油饱和度和剩余油饱和度； 油层的孔隙度；,Er采收率 Nr采出原油储量 N 原始地质储量,5、采收率：采出原
7、油的储量与总地质储量之比。,第二节 提高采收率基本原理,二、影响采收率的因素,1、概念,（1）油水前缘：分隔油区与油水两相区的界面称为油水前缘。,（2）活塞式前缘推进：是指排驱介质一次性地排驱它接触到的油，在前缘后方不存在可流动的油。前缘后方饱和度为0叫完全排驱；不为0叫不完全排驱。,（3）非活塞式前缘推进：油水前缘像一个带孔眼的筛网，当它推进时，只能排驱部分油。,前缘,前缘,（4）粘性指进：在排驱过程中，排驱前缘不规则地呈指状穿入油区的现象。,（5）舌进：油水前缘沿高渗透层凸进的现象。,（6）流度：一种流体通过孔隙介质能力的量度。在数值上等于流体的有效渗透率除以粘度，以 表示。,（7）流度比
8、：驱油时驱动液流度与被驱动液流度的比值，常以M表示。以水驱油为例：,渗透率变异系数越小越均匀，对于均质地层Vk为零,（1）油层的非均质性： 油层越不均质，采收率越低。 有两种不均质性：宏观不均质、微观不均质。 A、宏观不均质： 一般用渗透率变异系数来表示: Vk-渗透率变异系数 K0.84-分析岩心频率累积为0.84时对应的绝对渗透率值 K0.5-分析岩心频率累积为0.5时对应的绝对渗透率值,2、影响采收率的因素,B、微观不均质： 微观不均质用孔喉大小分布曲线、孔喉比、孔喉配位数和孔喉表面粗糙度等表示。,a:孔喉大小分布曲线 峰值对应的半径为出现频率最高的孔喉半径，峰值越高表示孔喉大小越均匀。
9、,b:孔喉比：指孔隙半径与喉道半径之比。孔喉比大的孔喉结构易产生jamin效应。 C：孔喉配位数：是指一个孔隙相连的喉道数。数值越大，油越易分散，jamin效应越严重。 d：孔喉表面粗糙度：是指孔喉真实面积与表观面积之比。粗糙度越大，润湿滞后越严重。,（2）润湿性,接触角（润湿角) 定义：沿气液固三相交点对液滴表面所作切线，该切线与液固界面所夹的角。 90 润湿不好 =0 完全润湿 =180 完全不润湿,练习,找出油滴在砂粒表面的润湿角,练习,找出油滴在砂粒表面的润湿角,砂粒,油滴,水,（3）流度比,要减小水油流度比，可以通过减小水相渗透率和油的粘度、增加油相渗透率和水相的粘度来实现。这些途径
10、发展为热力采油法和聚合物驱采油法。,毛管数：又称毛管准数，或临界驱替比。是表示被驱替相(例如油)所受到的粘滞力与毛细管力之比的一个无量纲数。,（4）毛管数对采收率的影响,毛管数与残余油饱和度关系曲线,毛管数,残余油饱和度（PV%）,增加毛管数将显著地提高原油采收率，理想状态下毛管数增加至10-2时，原油采收率可达到100%。注水开发后期，毛管数一般在10-6-10-7这个范围内。,低界面张力与毛管数,毛管数越大采收率越高,从毛管数的定义可知，要增大毛管数，有如下途径：,a：降低油水界面张力，通过降低油水界面张力，可使毛管数有3-4个数量级的变化。因此提出表面活性剂驱和混相驱的采油方法。 b：增
11、加驱替相粘度（这也是提出聚合物驱的依据） C：提高驱替速度（但有一定的限度）,（5）布井方式,不同布井方式有不同波及系数。在布井方式相同时，井距越小，波及系数越大，因此采收率越高。,原油采收率=波及系数洗油效率 油层的改造有两个途径：一个途径是提高波及系数；另一个途径是提高洗油效率。 驱油剂的流度远大于油的流度，驱油时，驱油剂沿高渗透层突入油井，为提高驱油剂的波及系数，必须减小驱油剂的流度和（或）增加油的流度。 提高洗油效率:主要方法是改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力。,复习,第一节 绪论 一次采油，二次采油，三次采油，提高采收率，EOR的分类。 第二节 提高采收率基本原理 波及系数、洗油
12、效率的概念；流度比、润湿性、毛管数、非均质性、布井方式对提高采收率的影响。,第三节 聚合物驱,聚合物驱油(Polymer Flooding Mobility-Control Processes),聚合物驱是指以聚合物溶液做驱油剂(从注入井注入地层，将地层原油驱至采油井的物质)的提高原油采收率的方法。聚合物驱是把一种水溶性聚合物添加到注入水中，增加水相粘度、改善流度比、稳定驱替前沿的方法，又称为稠化水驱。 聚合物驱主要是提高波及系数，适用于非均质的重质或较重质的油藏。渗透率越高，相对分子质量大的聚合物不堵塞地层。当渗透率低于20mD，使用低相对分子质量的聚合物。,水驱过程示意图,排驱前缘不稳定，
13、波及系数低。,聚合物驱过程示意图,排驱前缘平缓稳定，波及效率高。,聚合物驱油藏原油粘度一般不超过100mPas，原油粘度增加，要达到合适的流度控制就需要更高的聚合物浓度，从而增加成本。 聚合物的分子量与地层的渗透率密切相关。一般用于中高渗透层，不用低渗透层，一般认为要高于5010-3m2。原因为：当渗透率低于2010-3m2时，只能使用低分子量的聚合物。聚合物浓度增大，将导致经济效益降低。 油藏的温度不能过高，一般而言不能超过90。 油藏深度不能过大，一般低于3000m 。 油藏的矿化度不易过高。,聚合物驱的条件：,聚合物驱的施工工艺：,1-剩余油；2-淡水；3-聚合物溶液；4-水,1、驱油用
14、聚合物 聚合物(Polymers)是由大量的简单分子(单体)聚合而成的天然或合成物质，是由多个重复单元构成的化合物。,一、聚合物及其水溶液的性质,n CH2=CH,CH2-CH n,引发剂,丙烯酰胺(AM) 单体,聚丙烯酰胺(PAM)聚合物,n：表示聚合度,单体结构及聚合,（1）部分水解聚丙烯酰胺 （Partially Hydrolyzed Polyacrylamide）HPAM,+yNH3,酰胺基,羧 基,x、y：分别表示x 摩尔酰胺基和y 摩尔羧基，x+y=n,聚丙烯酰胺的合成,a. 丙烯晴的合成,b. 丙烯酰胺的合成（骨架铜催化水合法）,c. 丙烯酸的合成,d. 聚合,不同形态的聚丙烯酰
15、胺产品应用性能对比,水解度DH%最好为5%30%。DH%太大，分子中-COO-多，带负电的基团多，在带负电的岩石上吸附量少，粘度高，化学稳定性差，遇Ca2+、Mg2+离子易产生沉淀。DH%小，酰胺基(-CONH2)多，对Ca2+、Mg2+稳定性好，吸附量大，不利于增粘，在近井地带吸附，提高注入压力。 为了解决吸附问题，先用低分子量HPAM作前置液(牺牲剂) 先吸附在地层表面，然后再注入高分子量HPAM，对增粘效果影响减少。,HPAM,地层水的矿化度影响增粘效果。矿化度高，Na+抑制离解，减少HPAM链节间的静电斥力，增加高分子卷曲程度，粘度下降； Ca2+、Mg2+ 离子多，HPAM产生沉淀，
16、失去增粘能力; pH值低，抑制-COOH离解，减少链节间的静电斥力，粘度下降。 ,是由淀粉经黄单孢杆菌发酵而成的多糖，呈双螺旋和多重螺旋结构，类似棒状的刚性结构。又称黄原胶。黄胞胶靠分子内相互阻绊作用，在溶液中形成较大的刚性结构，从而增加水的粘度 。,（2）黄胞胶天然高分子化合物（Xanthan),黄胞胶每个链节上有长的侧链，对分子卷曲有阻碍作用，故主链采取较伸展的构象，从而使黄胞胶有许多特性。,耐盐 抗剪切 但易于生物降解 价格高，应用较少,特点：,目前国内外用得最多的是部分水解聚丙烯酰胺和生物聚合物XC，两种聚合物性能见表3-4。,疏水缔合聚合物（Novel Associative Polymers, NAPs)：通过疏水缔
