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1、第七节 采油新技术 作为一种重要的能源和化工原料，在世界范围内，对石油的需求仍将持续增长，随着油田进入高含水后期开发阶段，剩余可采储量越来越少，受天然能量和注水开发方式采油的局限，产油量递减逐渐严重，采油新技术的应用也越来越重要。 一、采油新技术简介 (一)三次采油的概念 近十几年，国内、国外的采油新技术发展很快，有物理的、化学的、生物的以及各种综合的方法，但其根本都是在力争提高原油采收率。从技术应用时间顺序和技术机理上，可分为一次采油、二次采油和三次采油。 一次采油，即依靠油藏天然能量进行油田开采的方法，常见的如溶解气驱、气顶驱和弹性水驱等；二次采油系指注水、注气的开采方法，是一种保持和补充
2、油藏能量的开采方法；除一次，二次采油以外的采油方法，即通常改变残油排油机理的开采方法，诸如混相驱、火烧油层和蒸汽驱油等统称之为三次采油。近年来，把改变油藏中残油的排油机理的强制采出残油的方法通称为强化采油(enhanced oil recovery，简称EOR)或提高原油采收率技术， EOR术语的应用也越来越广。 提高原油采收率(EOR)是通过向油层注入非常规物质开采原油的方法，包括注入溶于水的化合物，交替注入混相气体和水，注入胶束溶液(由各种表面活性剂、醇类和原油组成的微乳液体系)，注蒸汽以及火烧油层等。与二次采油相比，三次采油的特点是高技术、高投入、高效益，在二次采油水驱的基础上向油层注入
3、排驱剂来采油，不同的排驱剂有不同的排驱机理。 三次采油增油效果较好，近年来被国外广泛重视和研究，大庆油田一投入开发，就开始了三次采油研究工作，先后研究过C02水驱、聚合物溶液驱、C02混相驱、注胶束溶液驱和微生物驱等。20世纪70年代后期，我国对三次采油的研究逐渐重视起来，玉门油田开展了活性水驱和泡沫驱油；20世纪80年代大港油田开展了碱水驱油研究工作；20世纪90年代，大庆、胜利油田对聚合物驱油都开展了重点研究。目前，大庆油田聚合物驱已进入工业化应用阶段。 (二)表面活性剂溶液驱油 油田经注人驱油后，剩余油以不连续的油块圈捕在储油岩石孔隙内，这时作用于油珠上的两个主要力是粘滞力和毛细管力。若
4、使油珠通过砂粒间狭窄通道，则必须使其发生形变。影响其发生形变的主要因素是毛细管力，即油水的界面张力，如果减小了界面张力便减小了油珠形变的阻力，即减少了残余油。 活性剂的水溶液可降低界面张力，提高采收率。各种盐水与表面活性剂联合使用可降低界面张力到最低值，并可以抑制表面活性剂在油层中的吸附，这些技术导致低张力表面活性剂驱的产生，后来又在此基础上陆续发展了胶束驱和微乳液驱。 表面活性剂是指能够由溶液中自发地吸附到界面上，并能显著地降低该界面自由表面能(表面张力)的物质，具有表面活性的物质分子都具有极性亲水基团和非级性憎水烃链的双亲结构和不对称性，因此，表面活性剂有联接油水两相的功能；分子具有亲水基
5、团又有憎水基团的化合物很多，它们都具有降低表面张力的作用，但是只能将显著降低表面张力的物质称为表面活性剂。 表面活性剂驱油提高采收率，目前有两种方法：一种是适用于大孔隙体积，用低浓度的表面活性剂溶液，一般称为表面活性剂稀溶液驱；另一种是适用于小孔隙体积，用高浓度的表面活性剂溶液，是利用表面活性剂形成微乳液进行驱油，一般称为微乳液驱。室内实验表明，表面活性剂驱油是一种比较理想的提高采收率的方法；但现场进行表面活性剂驱油时，由于油藏条件的复杂性，使之驱油效果受到诸多因素的影响而大打折扣。 (三)碱性水驱。 碱性水驱即通常所谓的注氢氧化钠水溶液的方法。它是以原油中的有机酸为基础，酸碱在油藏中就地发生
6、化学反应产生界面活性剂，该界面活性剂或吸附于岩石表面，改变油藏岩石表面的润湿性；或吸附于油水界面，降低界面张力，促使稳定的(水包油)乳状液或不稳定的(油包水)乳状液的形成。目前，基于不同的油、水和岩石特性，提出了碱水驱的不同驱油机理，其中有：乳化和携走；乳化和捕集；岩石表面润湿性从亲油转化亲水；岩石表面从亲水转化亲油。不同角度的驱油试验表明，这些驱油机理在特定的pH值和含盐环境下，对特定的原油是正确的。 碱水驱的注入一般分三步：首先注入清水或淡盐水，以清除油层中的含钙、镁等高价离子的地层水，因为这些高价的金属阳离子在与碱相遇时，产生反应而消耗掉大量的碱，从而影响碱水的驱油效果；然后将配制好的碱
7、液注入地层中，注入量可根据碱耗来确定，通常注入0105PV(孔隙体积)，碱剂的浓度一般大于5；最后再注入清水驱替碱液。 尽管碱水驱的成本比较低，工艺比较简单，但这种方法对于大部分油田效果并不明显。其主要原因是碱虽然可降低界面张力，但界面张力的降低程度明显受原油性质、地层条件等因素的影响；另外，碱液的粘度没有增加，即碱水驱仅仅部分提高了洗油效率，但并没有大幅度提高驱替液的涉及系数，因此提高原油的采收率的幅度有限。由此，现场上很少采用单独碱水驱，绝大多数是进行复合驱。(四)三元复合体系驱油(碱表面活性剂聚合物，即ASP) 碱水驱的主要问题之一，就是只能在一个低的和窄的碱浓度范围内得到启动原油所需的
8、超低界面张力，这种低碱浓度驱替液往往因为碱被油层中的物质所消耗而很快失效。为克服这一问题，提出使用助表面活性剂，这样允许使用较高的碱浓度以补偿与岩石反应而损失掉的碱，此外，由于大多数碱性原油通常都比较粘稠，存在着低粘度碱液对原油的不稳定驱替问题，因而提出用聚合物来提高碱液的粘度，三元复合驱就是利用碱表面活性剂聚合物(ASP)的复配作用进行驱油。三元复合驱是20世纪80年代在国外出现的一种三次采油技术，是在二元复合驱基础上发展起来的，虽然出现得较晚，但发展很快，目前，国内外已进行了室内研究和现场试验，并取得了重要进展，被公认为是一种非常有前途而且可行的采油技术。 ASP驱是向地层中同时注入碱、表
9、面活性剂和聚合物三种化学剂，提高采收率的机理是三种效应的综合结果：即降低油水界面张力，控制流度，降低化学剂的损失。注入方式般有三种：一是混合配制后，同时注入碱表面活性剂聚合物段塞；二是先注入碱表面活性剂段塞，再注入聚合物段塞；三是先注入表面活性剂段塞，后注入碱聚合物段塞。无论采用何种注入方式，驱油机理都是一样的。 (五)微生物提高原油采收率的机理 微生物采油是最有前途的强采方法之一，简称MEOR法。主要是以细菌对地层的直接作用和细菌代谢产品的作用来提高原油采收率。 细菌对油层的直接作用主要有以下两点： (1)通过在岩石表面繁殖占据孔隙空间而驱出原油； (2)通过降解原油而使原油粘度降低。 微生
10、物产生的代谢产品包括一些低相对分子质量的有机酸、气体、生物表面活性剂和乳化剂、生物聚合物和各种溶剂，这些代谢产品分别发挥提高地层压力、提高地层渗透率、降低原油粘度、降低表面张力、驱油等作用。 微生物提高原油采收率技术的优点突出，只要碳源(糖蜜或烷烃)和其他营养物质充足，便可在油藏就地产生代谢产物或使细胞生长。在其进行过程中，注入的细菌以及随其进人地层的杂质会造成堵塞效应，特别是细菌生长过快的条件下，油藏被堵可能使渗透率降低20%70 %，而且原油降解现象严重，不利于提高原油采收率，因此，控制细菌生长速度的问题在现场实际应用中，就显得尤为重要。 (六)混相驱 注入能把残留于油藏中的原油完全溶解下
11、来的溶剂段塞，以此来驱洗油藏中的原油，是混相驱的原理。可作为驱油溶剂的有醇、纯烃、石油气、碳酸气及烟道气等，混相系指物质相互之间不存在界面的一种流体混合状态。 根据溶剂性质和形成混相过程的不同，混相驱有：注液化石油气或丙烷段塞；注富气；高压注干气；注二氧化碳等。 实践表明，高压注干气、注富气和注二氧化碳，这三种方法在混相驱中是最有前途的，这些方法的驱油效果是以气液相间的质量转换为基础，而不是建立在直接混相驱上。虽然这些方法还存在一定的问题，如波及系数低，但对于大部分轻质油(相对密度小于087)，都可采用混相驱开采。 (七)热力采油法 实践表明，提高油藏特别是稠油油藏的采收率，行之有效的办法是热
12、力采油，下面介绍两种主要的方法，火烧油层和注蒸汽。 1火烧油层法 在油层中通入空气，使油层对空气有足够大的相对渗透率，接着用井下点火器加热油层至自燃温度，视油层性质不同，燃烧温度可在2505000C，随后连续注入助燃气体(如空气)，使燃烧维持下去。由于高温，近井地带原油蒸发和焦化，轻质油蒸汽向前流动与冷油层换热而凝析下来，焦化的重烃变成残留的可燃炭继续燃烧和提供热量，残炭燃烧的热废气在向前流动时加热稠油和岩层，废气中的水分则凝析成热水带。只要有足够的残炭量、足够的温度和足够的空气量，燃烧便可维持，并形成一个火线，不断向纵深发展。 火线波及到的地区由于热力降粘和膨胀作用、轻油稀释作用以及水汽的驱
13、替作用，除了部分重烃焦化作为燃料外，洗油效率几乎达100。但是油层非均质和注入气与地层油宏观的流度比仍然很大，气与油的重力分离严重，平面上和剖面上的波及系数仍比较低。 热力或温度对稠油(或高相对密度油)的影响比较大，它的粘度降低幅度大，波及系数上升幅度大。因此，可以取得较明显的效果。室内实验表明，火烧油层法采收率可达5080，而且采油速度高，可以加速稠油油藏的开发，火烧油层的主要设备是压缩机，工艺上的关键是点火和管火。 2注蒸汽采油 火烧油层是在油藏中就地产生热的一种采油方法，而注蒸汽则是以水蒸气为介质，把地面产生的热注人油层的一种热力采油法，其中包括：蒸汽驱油，是蒸汽从注入井注入，油从生产井
14、采出的一种驱替方法；蒸汽吞吐，是向生产井注蒸汽，用蒸汽处理油层，然后再投产采油的一种增产措施。 两者在机理上有其共性：由于热作用，原油粘度急剧下降，从而油的流度大大增加；由于热作用，使地层油发生热膨胀，增大了原油的体积系数，而最终残油饱和度则减小。 但在蒸汽驱油的实际过程中，驱油机理是复杂的。蒸汽一经注入，井底周围便形成饱和蒸汽区；而在距井底很远的地方，由于蒸汽与岩层和油藏流体的换热而冷却，在前缘便形成一个凝析水带，尽管饱和蒸汽区的温度和蒸汽温度几乎没有差别，然而，蒸汽凝析带的温度却和油层温度差不多。由于蒸汽浸扩地带的高温引起油的蒸馏，有些油是由于气驱作用采出来的，凝析水带后面这些蒸馏出的组分
15、将凝析下来，并发挥其提取轻质组分的效果。如果油层注蒸汽以前已经注过冷水，在注入井到生产井之间，油的驱替将经历一连串同时发生的驱油过程，最先是冷水驱，接着是热水和凝析油驱，最后是蒸汽(水蒸气和油蒸气)驱；而且在蒸汽和热水之间实际上是局部混相的，不会出现水一汽的明显界面。 蒸汽驱的采收率平均为40；一次采油采收率为312的油藏，蒸汽驱后采收率可达3550。 注蒸汽的另一用法就是所谓蒸汽吞吐，向一口井注23周的蒸汽，然后关井几天，接着开井使之自喷，以后再转入抽油。这样处理后，油井采油可持续相当长的时间；当采油量下降到一定程度以后，再重复一个周期，依次类推，因此，蒸汽吞吐又称周期性注蒸汽。蒸汽吞吐的机理和蒸汽驱油相似：蒸汽使油藏温度增加，从而使原油粘度急剧降低；流体的热膨胀。 总之，提高原油采收率(即强化采油)的方法多种多样，选择合适的方法应以油层特性为依据，考虑各种实际的复杂因素来确定。 二、聚合物驱油 聚合物驱油，是三次采油的方法之一，通过多次先导性试验和工业化试验研究，聚合物驱的工艺技术基本成熟配套，仪器设备也基本立足国内，进入“九五”后，大庆油田加快了聚合物采油的工业力度，增油效果较好，是一项很有前途的、发展很快的提高原油采收率的方法。它以聚合物水溶液为驱油剂，增加注入水的
