油田復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

油田復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1元復(fù)合驅(qū)技術(shù)石油的開(kāi)采過(guò)程分為三個(gè)階段：使用該層天然能量的開(kāi)采過(guò)程稱為一次開(kāi)采，例如溶解氣驅(qū)和氣驅(qū)，采收率通常約為10%。通過(guò)注氣或注水保持層能量的開(kāi)采方法稱為二次開(kāi)采。即使經(jīng)過(guò)二次勘探后，60%70%的原油也應(yīng)儲(chǔ)存在地下。需要物理、化學(xué)和其他技術(shù)方法進(jìn)行開(kāi)采，稱為三次開(kāi)采。國(guó)際上也把三次采油稱為強(qiáng)化采油(EnhancedOilRecovery,即EOR),把一次采油后包括二次采油在內(nèi)的所有提高油層采收率的方法統(tǒng)稱為IOR(ImprovedOilRecovery)。在概念上,EOR包括IOR。主要的三次采油方法包括:化學(xué)驅(qū)、氣體混相驅(qū)、氣體非混相驅(qū)、熱力采油、微生物采油等方法。根據(jù)我國(guó)提高采收率方法的篩選、潛力分析及發(fā)展戰(zhàn)略研究結(jié)果,我國(guó)注水開(kāi)發(fā)油田(其儲(chǔ)量及產(chǎn)量占全國(guó)的80%以上)提高采收率的方法主要為化學(xué)驅(qū)方法,覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)60×108t以上,可增加可采儲(chǔ)量10×108t,為各種提高采收率方法潛力的76%,是我國(guó)三次采油提高采收率研究的主攻方向。復(fù)合驅(qū)是一種非常重要的化學(xué)驅(qū)強(qiáng)化采油技術(shù)。按其不同組成可分為堿/聚合物驅(qū)(AP)、堿/表面活性劑驅(qū)(AS)、表面活性劑/聚合物驅(qū)(SP)以及堿/表面活性劑/聚合物三元復(fù)合驅(qū)(ASP)等。三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代初,來(lái)源于單一以及二元化學(xué)驅(qū)。三元復(fù)合驅(qū)以三種驅(qū)替劑的協(xié)同效應(yīng)為基礎(chǔ),綜合發(fā)揮了化學(xué)劑作用,充分提高了化學(xué)劑效率,并大幅度降低了化學(xué)劑尤其是表面活性劑的用量。與聚合物驅(qū)相比,它在擴(kuò)大波及體積的基礎(chǔ)上,能夠進(jìn)一步提高驅(qū)油效率,該項(xiàng)技術(shù)有望成為繼聚合物驅(qū)后的又一大幅度提高原油采收率的新技術(shù)。通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān),大慶油田三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。先后在不同井網(wǎng)、井距、不同性質(zhì)的油層進(jìn)行了五個(gè)先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn),結(jié)果表明:三元復(fù)合驅(qū)可比水驅(qū)提高采收率20%OOIP左右,取得了較好的增油降水效果,目前已進(jìn)入工業(yè)性礦場(chǎng)試驗(yàn)階段。我國(guó)的勝利油田、克拉瑪依油田、遼河油田也進(jìn)行過(guò)復(fù)合驅(qū)室內(nèi)研究和先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn),都取得了較好的效果。從試驗(yàn)的規(guī)模、數(shù)量及整體研究水平來(lái)看,國(guó)內(nèi)三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。2國(guó)內(nèi)外復(fù)合驅(qū)的技術(shù)研究2.1重烷基苯磺酸鹽表面活性劑表面活性劑的性能和價(jià)格是影響復(fù)合驅(qū)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的關(guān)鍵,也是限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的重要技術(shù)瓶頸。因此,驅(qū)油用表活劑的研制顯得尤為重要。國(guó)外早在20世紀(jì)50年代就已開(kāi)始驅(qū)油用表面活性劑的研制工作。根據(jù)巖石表面電性、與油藏條件的匹配性、不同種類活性劑自身的特性以及環(huán)保等方面的要求,一般采用陰離子表活劑用于復(fù)合驅(qū)。目前,國(guó)外三次采油用表面活性劑工業(yè)產(chǎn)品主要有兩大類:一是石油磺酸鹽為主的表活劑,二是烷基苯磺酸鹽為主的表活劑。美國(guó)三次采油用石油磺酸鹽產(chǎn)量在10×104t/a以上,有代表性的商業(yè)產(chǎn)品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。重烷基苯磺酸鹽表面活性劑的研制始于20世紀(jì)90年代初,該產(chǎn)品的原料為十二烷基苯的副產(chǎn)品,來(lái)源較廣,轉(zhuǎn)化率高,無(wú)副產(chǎn)品且產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定,所以在世界范圍被迅速推廣使用,美國(guó)各大化學(xué)品公司相繼研制出各自的產(chǎn)品,如ORS-41(SCI公司)、B-100(Stepan公司)?！鞍宋濉币詠?lái),國(guó)內(nèi)驅(qū)油用表面活性劑的研制取得了較大進(jìn)展。除以上兩種國(guó)際上采用的主流活性劑外,還開(kāi)發(fā)研制了石油羧酸鹽、改性木質(zhì)素磺酸鹽、生物表面活性劑、烷基萘磺酸鹽等多種驅(qū)油用表面活性劑。這些產(chǎn)品與主表面活性劑復(fù)配后,能夠形成超低界面張力,從而替代30%~50%的主表面活性劑用量,價(jià)格便宜的還可用作驅(qū)油體系的犧牲劑,以減少活性劑的吸附損失。針對(duì)芳烴含量較高的克拉瑪依原油、大港羊三木原油,克拉瑪依煉油廠、天津紅巖煉油廠成功研制了石油磺酸鹽,前者還建成了年產(chǎn)2000t的工業(yè)化生產(chǎn)裝置,其產(chǎn)品已用于克拉瑪依油田復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn),并取得了較好效果。大慶油田采用撫順洗化廠的重烷基苯成功研制了驅(qū)油用重烷基苯磺酸鹽,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),并應(yīng)用到杏二中三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)性礦場(chǎng)試驗(yàn),目前已見(jiàn)到較好的增油降水效果,顯示出良好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上,大慶油田正在開(kāi)展原料組分相對(duì)單一的烷基苯磺酸鹽精細(xì)化合成研究,初步評(píng)價(jià)結(jié)果已顯示出良好的界面活性和驅(qū)油效果。此種新型的、組分相對(duì)單一的烷基苯磺酸鹽如能成功工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用,勢(shì)必很大程度地解決多組分、寬分布表活劑體系所帶來(lái)的活性劑自身色譜分離問(wèn)題,進(jìn)一步提高該類表活劑的驅(qū)油效能。2.2低界面張力的成因油水間界面張力是復(fù)合體系配方篩選及評(píng)價(jià)的一項(xiàng)非常重要的參數(shù),它決定著復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油效率。在復(fù)合驅(qū)中,活性劑的使用濃度較低,只有千分之幾,此時(shí),界面張力的降低機(jī)理是基于表活劑能夠在油水界面吸附而形成活性劑的吸附膜,從而使油水界面發(fā)生改變,進(jìn)而降低界面張力。隨著研究的深入,對(duì)于超低界面張力成因的理論解釋由最初Cayias等人的油相EACN值、水相nmin值,以及Chang和Shah的分子作用機(jī)理逐步發(fā)展為Winsor提出并由Bourrel等人補(bǔ)充完善的考察界面區(qū)域內(nèi)不同分子間內(nèi)聚能大小的R值理論,它綜合考察了油相性質(zhì)、水相性質(zhì)以及活性劑的親水、親油能力。這些理論的統(tǒng)一、發(fā)展及完善將作為我們今后工作的理論基礎(chǔ)。2.2.1界面張力性質(zhì)的研究表面活性劑的組成和結(jié)構(gòu)是影響體系界面張力最主要的因素。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明,只有當(dāng)表面活性劑的平均當(dāng)量大小及其分布與原油相匹配時(shí),才有可能在較大的區(qū)域內(nèi)形成超低界面張力;混合表面活性劑的平均當(dāng)量與它的nmin值之間有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,對(duì)于復(fù)合驅(qū)油用表面活性劑來(lái)說(shuō),不但要求適宜的平均當(dāng)量而且應(yīng)盡量具有較寬的當(dāng)量分布。對(duì)于烷基苯磺酸鹽類表面活性劑,烷基碳數(shù)大小、烷基鏈支化程度、苯環(huán)在烷基鏈上的位置以及苯環(huán)上取代基的大小、位置對(duì)于體系界面張力都有顯著的影響。大慶油田最新研究結(jié)果表明,對(duì)于組成相對(duì)單一的表面活性劑,選擇合適的結(jié)構(gòu),同樣具有較好的界面張力性質(zhì),同時(shí),該活性劑體系對(duì)于不同區(qū)塊的原油具有較好的適應(yīng)性。由此可見(jiàn),活性劑組成結(jié)構(gòu)對(duì)于界面張力性質(zhì)具有決定性的影響。2.2.2活性組分的選擇研究表明,除石油酸外,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也是原油的主要活性物質(zhì),有利于超低界面張力的形成。原油族組成降低界面張力能力的次序依次為,膠質(zhì)>瀝青>芳烴>飽和烴。目前,該部分研究工作重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向原油中不同活性組分高效分離方法的建立、活性組分化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征以及化學(xué)結(jié)構(gòu)——界面活性關(guān)系的研究方面?；\統(tǒng)的酸性組分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等單一概念已不能和它們具有的界面活性確切地聯(lián)系起來(lái)。2.2.3懸液體懸浮液和單純微生物的影響,主要影響其研究表明,注入污水礦化度對(duì)于復(fù)合體系中堿劑的用量有一定影響,但不是影響體系界面張力的主要因素;污水中的懸浮顆粒、單純微生物的存在對(duì)體系界面張力沒(méi)有顯著影響;污水中導(dǎo)致體系界面張力變差的有機(jī)物主要有:高碳脂肪酸、酚類、高碳醇。2.3國(guó)內(nèi)外復(fù)合驅(qū)技術(shù)在礦場(chǎng)試驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)展通過(guò)多年的室內(nèi)研究,大慶油田已逐步建立了復(fù)合體系綜合性能評(píng)價(jià)方法并已初步形成了較為全面的體系參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)物理模擬及數(shù)值模擬,可為復(fù)合體系配方篩選、方案編制及指標(biāo)預(yù)測(cè)提供系統(tǒng)的評(píng)價(jià)依據(jù)。復(fù)合驅(qū)由于其復(fù)雜的機(jī)理,對(duì)油藏條件的高針對(duì)性以及風(fēng)險(xiǎn)高、投資大等原因,國(guó)際上自1986年以來(lái)一直呈下降趨勢(shì),在低油價(jià)的情況下,世界上其他國(guó)家基本處于停滯狀態(tài)。美國(guó)在WestKiehl和Cambridge油田進(jìn)行了小型礦場(chǎng)試驗(yàn),并取得了一定效果。但是由于該技術(shù)的“高成本、高風(fēng)險(xiǎn)”問(wèn)題使其無(wú)法工業(yè)化應(yīng)用而停止,轉(zhuǎn)向深度調(diào)剖和二氧化碳混相驅(qū)發(fā)展。美國(guó)對(duì)于復(fù)合驅(qū)技術(shù)的支持只限于基礎(chǔ)理論研究和驅(qū)油用表面活性劑及聚合物的開(kāi)發(fā)研制方面。國(guó)內(nèi)復(fù)合驅(qū)技術(shù),經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”期間的不懈努力,在大量室內(nèi)研究工作的基礎(chǔ)上,在多個(gè)油田開(kāi)展了多項(xiàng)先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn),并取得了技術(shù)上的成功與突破,目前該技術(shù)在大慶油田已進(jìn)入系統(tǒng)完善配套技術(shù)的工業(yè)性礦場(chǎng)試驗(yàn)階段。我國(guó)的復(fù)合驅(qū)技術(shù)在室內(nèi)研究、方案設(shè)計(jì)、不同類型油田試驗(yàn)技術(shù)配套、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)量及效果等方面已走在世界前列。(1)復(fù)合驅(qū)油機(jī)提高采收率的效果大慶油田先導(dǎo)性礦場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果表明,三元復(fù)合驅(qū)可比水驅(qū)提高采收率20%OOIP左右,礦場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)際效果都好于數(shù)值模擬預(yù)測(cè)結(jié)果,即使在特高含水(含水100%)情況下,三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)仍具有很好的提高采收率效果。(2)水驅(qū)在殘余油條件下的產(chǎn)油結(jié)果各礦場(chǎng)試驗(yàn)表明,三元復(fù)合驅(qū)中心井含水大幅度下降,最低值一般在40%~60%之間,其中杏二區(qū)西部三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)在水驅(qū)處于殘余油條件下,中心井含水由100%下降到最低時(shí)的50.7%,下降了49.3%,充分說(shuō)明三元復(fù)合驅(qū)是一種驅(qū)油效率很高的三次采油方法。同時(shí),采出水中氯離子含量的明顯升高、注入井吸水剖面及采出井測(cè)井剖面以及原油物性及族組成分析結(jié)果都表明,復(fù)合驅(qū)擴(kuò)大了波及體積,提高了驅(qū)油效率,采出了水驅(qū)無(wú)法開(kāi)采的原油。(3)產(chǎn)液能力下降幅度較雖然三元復(fù)合驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)出現(xiàn)了乳化和結(jié)垢現(xiàn)象,使試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)液能力下降幅度較大,但由于該階段綜合含水很低,因而采油速度保持了較高水平,平均年采油速度在4.4%~17.3%之間,高于聚合物驅(qū)。3在復(fù)合驅(qū)動(dòng)物技術(shù)的發(fā)展中，有必要研究一些重要問(wèn)題3.1活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與界面張力的關(guān)系表面活性劑的各項(xiàng)性能決定于其組成結(jié)構(gòu),進(jìn)一步深入開(kāi)展活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系研究,從本質(zhì)上揭示活性劑結(jié)構(gòu)與形成超低界面張力的關(guān)系,并據(jù)此進(jìn)行分子設(shè)計(jì)以獲得界面活性更為高效、對(duì)原油的適應(yīng)性更為寬泛的表面活性劑,同時(shí),準(zhǔn)確地闡述活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系也可避免研究工作的盲目性,從而為復(fù)合驅(qū)的工業(yè)化應(yīng)用提供物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)保證。3.2動(dòng)態(tài)界面張力對(duì)復(fù)合驅(qū)采收率的影響研究表明,油水間超低界面張力只是啟動(dòng)水驅(qū)后殘余油提高驅(qū)油效率的一個(gè)充分而非必要的條件,而且關(guān)于平衡界面張力及動(dòng)態(tài)界面張力何者與復(fù)合驅(qū)采收率提高幅度更具相關(guān)性尚在討論中,Taylor等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已使得動(dòng)態(tài)界面張力在復(fù)合驅(qū)過(guò)程中的作用得到越來(lái)越多的關(guān)注。另外,關(guān)于乳化、聚并及油層潤(rùn)濕性對(duì)采收率的影響尚需做進(jìn)一步的詳細(xì)研究,以充分闡明復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效率的影響因素。3.3復(fù)合驅(qū)成本分析目前,三元復(fù)合驅(qū)雖然已取得了技術(shù)上的成功,但是其較高的化學(xué)劑成本和地面設(shè)備投資是限制該技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)重要因素,降低復(fù)合驅(qū)成本是工業(yè)化應(yīng)用必須要面對(duì)和解決的主要問(wèn)題之一。(1)大幅度對(duì)于聚合物的優(yōu)勢(shì)體系堿性的降低及無(wú)堿化不但減小了結(jié)垢及地層傷害所帶來(lái)的系列問(wèn)題,對(duì)于大幅度降低聚合物用量,減少化學(xué)劑成本,簡(jiǎn)化配制工藝都具有重要的作用,而這從根本上取決于活性劑性能的改善及提高。(2)中等相對(duì)分子質(zhì)量耐鹽聚合物聚合物驅(qū)已在大慶油田一類油層大面積推廣,今后三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化應(yīng)用的主要對(duì)象是剩余的二類油層,因此應(yīng)開(kāi)展中等相對(duì)分子質(zhì)量耐鹽聚合物的研制,以大幅度降低復(fù)合驅(qū)體系配方中的聚合物用量,減少?gòu)?fù)合體系化學(xué)劑成本。(3)聚合物體系交替注