國(guó)內(nèi)化學(xué)驅(qū)油的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)化學(xué)驅(qū)油的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

目前，中國(guó)古代油田年新增采蓄量不足。除長(zhǎng)子、新疆和青海油田外，主要開(kāi)發(fā)油田也進(jìn)入了高產(chǎn)后期或特殊高蓄水期。此外，剩余油的分布非常復(fù)雜，因此很難開(kāi)采或調(diào)整。為了緩解這一矛盾,除了加強(qiáng)對(duì)新油田的勘探之外,所采取的主要手段就是提高老油田的采收率。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)陸地上80%多的油田采用注水的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā),但陸相沉積油藏的非均質(zhì)性十分嚴(yán)重,注水開(kāi)發(fā)的效率較低,平均采收率只有33%。相關(guān)文獻(xiàn)曾報(bào)道當(dāng)?shù)貙又惺Ｓ嘤图s為6.80×109t儲(chǔ)量時(shí),提高采收率可增加可采儲(chǔ)量1.18×109t,而其中化學(xué)驅(qū)潛力最大,約為6.00×108t。因此,作者重點(diǎn)分析化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向。1流體與原油的界面性質(zhì)化學(xué)驅(qū)油是指向注入水中加入一定的化學(xué)劑,以改變驅(qū)替流體的性質(zhì)及驅(qū)替流體與原油之間的界面性質(zhì),從而有利于原油生產(chǎn)的一種采油方法。在化學(xué)驅(qū)油技術(shù)中,表面活性劑驅(qū)和堿水驅(qū)都主要運(yùn)用于三元復(fù)合驅(qū)中,很少單獨(dú)運(yùn)用,所以作者著重闡述聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展方向。1.1聚合物驅(qū)油技術(shù)1.1.1合成聚合物驅(qū)的新觀點(diǎn)三次采油工作者通過(guò)研究和實(shí)踐,經(jīng)歷了認(rèn)識(shí)上的重大觀念轉(zhuǎn)變。具體表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。1)我國(guó)油田大部分屬于陸相沉積油田,由此提出了聚合物驅(qū)油有其適用的油藏條件,實(shí)現(xiàn)了理論和認(rèn)識(shí)上的飛躍。2)文獻(xiàn)[14-15]提出了我國(guó)陸相油田聚合物驅(qū)比水驅(qū)可提高10%采收率的新觀點(diǎn),而非人們長(zhǎng)期認(rèn)為的2%~5%的傳統(tǒng)看法。3)打破了在高含水期內(nèi)不能注聚合物的說(shuō)法,提出了在含水98%以前注聚合物仍能取得一定效果的新認(rèn)識(shí)。4)提出了聚合物驅(qū)可較大節(jié)約注水量,提高注水利用率的新看法。5)打破了國(guó)外關(guān)于聚合物驅(qū)采用小段塞低用量的做法,率先提出了聚合物驅(qū)可采用大段塞高用量的新做法。6)研究了聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和油層滲透率的匹配關(guān)系,使得工藝上不出現(xiàn)聚合物堵塞油層以及其注入性問(wèn)題,提出了油田可采用高分子質(zhì)量聚合物驅(qū)的新思路。1.1.2聚合物驅(qū)的應(yīng)用聚合物驅(qū)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)“見(jiàn)效早,含水下降幅度大和增油量多”的特點(diǎn)。但其對(duì)不同油藏的效果不同,礦場(chǎng)試驗(yàn)表明在河道三角洲砂巖的油藏沉積環(huán)境中,聚合物驅(qū)提高采收率在10%以上。聚合物驅(qū)前后注入示蹤劑的研究結(jié)果顯示,注聚后水線平均推進(jìn)速度大幅度降低。這表明了聚合物驅(qū)有效的改善了平面波及效率。目前已經(jīng)完成的聚合物先導(dǎo)試驗(yàn)表明,采用清水配注聚合物驅(qū)的工藝,在不同的油藏條件下都取得了較好的結(jié)果。然而其經(jīng)濟(jì)成本高,由此將逐漸發(fā)展為采用油田采出污水配注。大慶油田采用兩個(gè)污水配注聚合物的先導(dǎo)試驗(yàn),但效果不明顯,污水配注聚合物效果差的原因還有待進(jìn)一步的研究。1.1.3采出液的測(cè)量試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室研究加強(qiáng)了相應(yīng)配套技術(shù)的實(shí)施方法以及攻關(guān),為大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用提供了重要的技術(shù)保障。目前,已完善了4種方法和6項(xiàng)技術(shù)。4種方法是:聚合物驅(qū)油藏工程開(kāi)采指標(biāo)計(jì)算方法;合理井網(wǎng)井距計(jì)算方法;采出液的利用方法;經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法。6項(xiàng)技術(shù)分別是:高密度、大孔徑、深穿透射孔新技術(shù);以保持注入黏度為核心的地層配注工藝技術(shù);適應(yīng)聚合物采出液的處理技術(shù);適合聚合物驅(qū)的分層注入測(cè)試技術(shù);動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù);聚合物驅(qū)數(shù)值模擬技術(shù)。1.2元驅(qū)工業(yè)性試驗(yàn)?zāi)壳?復(fù)合驅(qū)油先導(dǎo)性試驗(yàn)獲得成功,工業(yè)性試驗(yàn)進(jìn)展順利,初步形成配套工藝技術(shù)。復(fù)合驅(qū)基礎(chǔ)研究在驅(qū)油機(jī)理、數(shù)值模擬等方面取得重大突破,有些成果已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,繼勝利孤東小井距復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)之后,大慶、勝利、遼河和克拉瑪依也先后成功地進(jìn)行了多個(gè)復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)和擴(kuò)大試驗(yàn),在先導(dǎo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,大慶又在杏二區(qū)中部開(kāi)展了三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)性試驗(yàn)。郭力奎等報(bào)道大慶油田杏二區(qū)中部三元復(fù)合驅(qū)擴(kuò)大性礦場(chǎng)試驗(yàn)比水驅(qū)采收率提高19.24%,結(jié)果如圖1所示。圖1中0~0.20MPa區(qū)間為水驅(qū)區(qū)間,0.20~0.33MPa區(qū)間為注聚區(qū)間,0.33~0.50MPa區(qū)間為三元驅(qū)區(qū)間。由圖1可以看出,相比水驅(qū)段和注聚段,0.33~0.50MPa區(qū)間的三元驅(qū)段,其產(chǎn)液量下降,產(chǎn)油量上升,含水量下降,驅(qū)油效果明顯。由此可見(jiàn)三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),其主要原因是聚合物能起到深度調(diào)剖,擴(kuò)大波及體積的作用,表面活性劑能大大地降低地層中原油和水的界面張力,提高驅(qū)油效率,兩者能對(duì)增油起到很好的協(xié)同效應(yīng)。此外,大慶油田已完成的4個(gè)烷基苯磺酸鹽三元復(fù)合驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn),取得了比水驅(qū)提高20%采收率的好效果。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,但由于該階段綜合含水很低,所以平均年采油速度增幅在4.4%~17.3%,高于聚合物驅(qū)。2化學(xué)驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展方向2.1聚合物驅(qū)油技術(shù)2.1.1聚合物驅(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)油層的采出程度聚合物驅(qū)提高采收率原理為降低水相流度,改善流度比,從而調(diào)節(jié)油藏平面的非均質(zhì)性;降低水相滲透率,改善油藏的層間非均質(zhì)性,擴(kuò)大水淹體積。從大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)看,聚合物驅(qū)主要進(jìn)一步強(qiáng)化了油層下部高滲透層強(qiáng)水洗段的采出程度,而中、上部的水洗程度卻并沒(méi)得到明顯的改善。因此,聚合物驅(qū)與深部調(diào)剖相結(jié)合是一種必然的趨勢(shì)。2.1.2污水中聚合物的含量清水配注聚合物在技術(shù)上保證了溶液的黏度和穩(wěn)定性,提高了驅(qū)油效果,但隨之而來(lái)的是油田產(chǎn)出液無(wú)法處理和污水排放對(duì)環(huán)境造成污染的問(wèn)題。采用污水配注的問(wèn)題是引起溶液黏度大幅度下降,降低聚合物驅(qū)的效果。影響溶液黏度的因素主要為化學(xué)降解和鹽敏效應(yīng),而在污水中就存在這兩種因素。分析其原因一方面是污水從油層中攜帶出了豐富的還原物質(zhì),如H2S、二價(jià)鐵以及不飽和醛酮等,這些物質(zhì)遇到清水中解離的氧,會(huì)反應(yīng)生成自由基,使聚合物分子發(fā)生化學(xué)降解,在很短的時(shí)間內(nèi)使溶液黏度下降60%以上。另一方面,采出水中的礦化度很高,由于鹽的作用,聚合物分子線團(tuán)收縮,黏度降低。目前一些油田已開(kāi)展了污水配注聚合物的研究,大慶油田采用暴氧法除去污水中的還原物質(zhì),再與聚合物溶液混配,產(chǎn)生了一定的效果。但由于作用不完全,仍有降黏現(xiàn)象存在。因此,從目前的研究現(xiàn)狀看,解決污水配注聚合物的問(wèn)題必須從抑制化學(xué)降解和增加抗鹽性兩方面入手,其中必須首先解決化學(xué)降解的問(wèn)題。2.1.3驅(qū)后開(kāi)發(fā)的必要性聚合物驅(qū)后油藏中仍有一定的剩余油飽和度。聚合物驅(qū)后檢查井資料表明:聚合物驅(qū)提高了中、高滲段的采收率,采出程度大幅度提高,但油層中仍有大量的剩余可動(dòng)油,一些未波及的層位采出程度很低,聚合物驅(qū)后油藏中還具有一定的開(kāi)發(fā)潛力。因此,解決驅(qū)后開(kāi)發(fā)問(wèn)題是目前生產(chǎn)中面臨的當(dāng)務(wù)之急。目前解決的方法有低成本調(diào)剖技術(shù)、精細(xì)調(diào)堵技術(shù)、定位平衡壓裂技術(shù)和封堵大孔道技術(shù)等。2.1.4疏水締合聚合物的增黏機(jī)理目前聚合物驅(qū)主要應(yīng)用的產(chǎn)品是部分水解聚丙烯酰胺。經(jīng)過(guò)近些年的攻關(guān),國(guó)產(chǎn)化聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量突破了技術(shù)上的限制,達(dá)到了2000萬(wàn)以上,基本上滿足了生產(chǎn)的需要。其主要增黏機(jī)理是極性基團(tuán)的電荷排斥以及靠增加相對(duì)分子質(zhì)量來(lái)增大分子線團(tuán)的體積。但聚合物溶液的鹽敏性依然存在,在高礦化度下黏度仍然很低;并且其相對(duì)分子質(zhì)量已達(dá)到2000萬(wàn)以上,依靠增加相對(duì)分子質(zhì)量的做法已接近極限,盡管還可以增加一定的相對(duì)分子質(zhì)量,但空間有限。在這種污水、高溫、高鹽環(huán)境下應(yīng)用聚合物仍存在局限性,因此,探索新一代水溶性分子產(chǎn)品是擴(kuò)大聚合物驅(qū)應(yīng)用范圍的前提,疏水締合聚合物就是在這種情況下產(chǎn)生的,如圖2所示。從圖2中可知,疏水締合聚合物的增黏機(jī)理不同于部分水解聚丙烯酰胺,它是通過(guò)在分子中引入體積較大的疏水基團(tuán),當(dāng)其濃度達(dá)到一定值時(shí),鏈上的疏水基團(tuán)趨于締合,在溶液中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而大幅度提高溶液的黏度。此外,疏水締合聚合物對(duì)鹽不敏感,所以它是一種很好的驅(qū)油用劑。2.1.5聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)物理方程的研究方向和建議利用聚合物驅(qū)油數(shù)值模擬技術(shù)可進(jìn)行聚合物注入時(shí)機(jī)、注入濃度、段塞設(shè)計(jì)、驅(qū)井網(wǎng)、井距的優(yōu)選、不同非均質(zhì)油層的聚合物驅(qū)效果和聚合物用量選擇等方面的研究。根據(jù)其微觀機(jī)理的認(rèn)識(shí)以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析,目前的聚合物驅(qū)數(shù)學(xué)物理方程尚需在如下方面進(jìn)行改進(jìn):完善機(jī)理描述方面尚需考慮聚合物本體黏度、拉伸黏度和界面黏度對(duì)聚合物驅(qū)油效果的影響,尤其是溶液的黏彈效應(yīng),聚合物溶液在多孔介質(zhì)中的盲端效應(yīng)以及聚合物通過(guò)多孔介質(zhì)的蠕變效應(yīng)等則更需從機(jī)理分析、數(shù)學(xué)物理描述方面進(jìn)行深入研究;在可壓縮性方面做進(jìn)一步改進(jìn),以便考慮聚合物驅(qū)油過(guò)程中的壓力變化問(wèn)題,將剛性模型變成彈性可壓縮模型。2.2工藝參數(shù)的確定化學(xué)復(fù)合驅(qū)是一種能夠大幅度提高采收率的方法,發(fā)展形式多樣的復(fù)合驅(qū)技術(shù)是今后的發(fā)展方向。復(fù)合驅(qū)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展,在理論和技術(shù)上都有了較大的提高。到目前為止,大慶油田、勝利油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均取得了很好效果?；瘜W(xué)復(fù)合驅(qū)的特點(diǎn)是選擇性強(qiáng),作用機(jī)理復(fù)雜。在先導(dǎo)試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn)中取得了初步的成功,但仍需深入研究,主要考慮如下問(wèn)題:1)三元復(fù)合驅(qū)體系發(fā)展為聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系。三元復(fù)合驅(qū)體系中堿的存在會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題,在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在著相分離,聚合物增黏效果差的問(wèn)題,而且還會(huì)引起嚴(yán)重的乳化、結(jié)垢等現(xiàn)象,這是三元復(fù)合驅(qū)體系本身固有的缺陷。因此,該體系將最終發(fā)展為無(wú)堿的聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系。2)表面活性劑體系的研發(fā)?；瘜W(xué)復(fù)合驅(qū)的特點(diǎn)是選擇性強(qiáng),同一油田的不同區(qū)塊需用不同的配方,不同的油田需要不同的表面活性劑。對(duì)于化學(xué)復(fù)合驅(qū)能否找出比較單一的、可大規(guī)模生產(chǎn)的表面活性劑產(chǎn)品,是關(guān)系到其發(fā)展的方向性問(wèn)題。因此,針對(duì)不同的油田區(qū)塊,開(kāi)發(fā)廉價(jià)、高效、無(wú)堿的表面活性劑是今后發(fā)展的方向。2.3加快新技術(shù)的提出和研究2.3.1復(fù)合驅(qū)室內(nèi)試驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)泡沫復(fù)合驅(qū)體系與單一聚合物驅(qū)相比,其阻力系數(shù)更高、擴(kuò)大波及體積的能力更強(qiáng)、對(duì)大孔道的封堵更加有效。大慶油田開(kāi)展了大量泡沫復(fù)合驅(qū)的室內(nèi)研究和礦場(chǎng)試驗(yàn),其中北二東礦場(chǎng)試驗(yàn)連續(xù)36個(gè)月含水在70%左右,采用泡沫復(fù)合驅(qū)取得了不錯(cuò)的效果。勝利油田對(duì)孤島油田中一區(qū)中部的28-8井開(kāi)展了氮?dú)馀菽瓘?fù)合驅(qū)中一井試注試驗(yàn),取得了較好效果。因此有必要對(duì)泡沫復(fù)合驅(qū)開(kāi)展更深入的研究。2.3.2大規(guī)模油田應(yīng)用的研究對(duì)策大慶油田和勝利油田的微生物采油研究已開(kāi)展多年,對(duì)其提高采收率的機(jī)理已有一定的認(rèn)識(shí),但要大規(guī)模油田應(yīng)用尚需加強(qiáng)攻關(guān),尤其在菌種篩選、培養(yǎng)、機(jī)理研究以及礦場(chǎng)試驗(yàn)方面應(yīng)加大力度。2.3.3納米技術(shù)對(duì)石油采收率的影響將納米材料用于驅(qū)油是一種新的富有創(chuàng)新的設(shè)想,由于納米技術(shù)材料具有相當(dāng)不同的特殊性質(zhì),尤其是對(duì)巖石潤(rùn)濕性的影響極大,因此應(yīng)大力開(kāi)展納米技術(shù)在提高石油采收率技術(shù)中應(yīng)用的探索研究。3解決驅(qū)油問(wèn)題的途徑國(guó)內(nèi)的油藏儲(chǔ)層以陸相沉積為主,非均質(zhì)性嚴(yán)重,水驅(qū)采收率偏低,