油田聚合物驱和三元复合驱采油的进展

常治辉 原创 | 2014-01-30 11:59 | 收藏 | 投票

      三次采油是指油田在利用天然能量进行开采和传统的用人工增补能量(注水、注气)之后,利用物理的、化学的、生物的新技术把地下剩余的石油继续进行开采提高原油采收率,进行尾矿采油的开发方式。这种驱油方式主要是通过注化学物质、注蒸汽、注气(又称混相)或微生物等,从而改变驱替相和油水界面性质或原油物理性质。

      目前世界上己形成三次采油的四大技术系列,即化学驱、气驱、热力驱和微生物采油。其中化学驱包括聚合物驱、表面活性剂驱、碱水驱及其复配的三元复合驱等;气驱包括混相或部分混相的 CO2 驱、氮气驱、天然气驱和烟道气
驱等;热力驱包括蒸汽驱、蒸汽吞吐和火烧油层等;微生物采油包括本源微生物驱和外源微生物驱等。

    我国大部分油田现已进入三次采油阶段,聚合物驱(聚丙烯酰胺驱油,简称聚合物驱或聚驱)和三元复合驱(聚丙烯酰胺、碱、表面活性剂复合驱油技术,简称三元复合驱或三元驱)技术就是具有代表性的和成功应用的三次采油技术。

    聚合物驱是一种提高采收率的方法,在宏观上,它主要靠增加驱替液粘度,降低驱替液和被驱替液的流度比,从而扩大波及体积;在微观上,聚合物由于其固有的粘弹性,在流动过程中产生对油膜或油滴的拉伸作用,增加了携带力,提高了微观洗油效率。

      目前,我国的大型油田,如大庆油田、胜利油田等东部油田都已进入开发末期,产量都有不同程度的递减,而新增储量又增加越来越缓慢,并且勘探成本和难度也越来越大,因此控制含水,稳定目前原油产量,最大程度的提高最终采收率,经济合理的予以利用和开发,对整个石油工业有着举足轻重的作用,而三次采油技术是目前为止能够达到这一要求的技术,国家也十分重视三次采油技术的发展情况,在“七五” 、 “八五”和“九五”国家重点科技攻关项
目中,既重视了室内研究,又安排了现场试验,使得我国的三次采油技术达到了世界领先水平。目前的三次采油技术中,化学驱技术占有最重要的位置,化学驱中又以聚合物驱技术最为成熟有效。聚合物驱机理就是在注入水中加入高
分子聚合物,增加驱替相粘度,调整吸水剖面,增大驱替相波及体积,从而提高最终采收率。

     聚合物驱技术由于其机理比较清楚、技术相对简单,世界各国开展研究比较早,美国于五十年代末、六十年代初开展了室内研究,1964 年进行了矿场试验。1970 年以来,前苏联、加拿大、英国、法国、罗马尼亚和德国等国家都迅速开展了聚合物驱矿场试验。从 20 世纪 60 年代至今,全世界有 200 多个油田或区块进行了聚合物驱试验。

      我国油田主要分布在陆相沉积盆地,以河流三角洲沉积体系为主,储油层砂体纵横向分布和物性变化均比海相沉积复杂,油藏非均质性严重,而且原油粘度高,比较适合聚合物驱。对全国 25 个主力油田资料的研究表明,平均最终水驱波及系数 0.693,驱油效率 0.531,预测全国油田水驱采收率仅仅为34.2%,剩余石油储量百亿 t。目前这些已经投入开发的老油田,大部分已经进入高出程度、高含水期,开展新的采油技术十分必要。国内自 1972 年在大庆油田开展了小井距聚合物驱矿场试验以来,我国的大庆、胜利、大港、南阳、吉林、辽河和新疆等油田开展了矿场先导试验及扩大工业试验。经过“七五” 、“八五”和“九五”期间的共同努力,这一技术在我国取得了长足发展,其驱
油效果和驱替动态可以较准确的应用数值模拟进行预测,聚合物已经形成系列产品,矿场试验已经取得明显效果,并形成配套技术。目前我国已经成为世界上使用聚合物驱技术规模最大,大面积增产效果最好的国家,聚合物驱技术成
为我国石油持续高产稳产的重要技术措施。

     1972 年我国开始在大庆油田开始进行聚合物驱试验。大庆油田的油层特征是渗透率较高,油层温度较低(45℃),油层水的矿化度较低,基本满足聚合物驱条件。在 1987 年到 1988 年萨北地区现场试验的基础上,1990 年又在中西部地区开始试验。这些试验获得了较高的经济效益,平均每吨聚合物增产原油150t。大庆油田将聚合物驱油技术应用于油田,并建设生产聚丙烯酰胺工厂。大庆油田聚合物驱自 1996 年投入工业化应用以来,已经取得了显著的技术经
济效果。2002 年,大庆油田聚合物驱年产油量已经突破千万吨,大庆油田三次采油技术以其规模大、技术含量高、经济效益好,创造了世界油田开发史上的奇迹。聚合物驱技术已成为保持大庆油田持续高产及高含水后期提高油田开发
水平的重要技术支撑。以聚合物驱油为主导的三次采油技术应用规模逐年加大,到 2005 年底,大庆油田应用三次采油技术的区块共有 35 个,总计面积310 多 km2,动用地质储量 5.2 亿 t,总井数 5700 多口。三次采油技术年产油
量超过 1000 万 t,工业化区块提高采收率 12 个百分点,相当于找到了一个储量上亿吨的新油田。

       胜利油田从 1992 年开始在孤岛油田开展了注聚先导试验,1994 年在孤岛和孤东油田开展了注聚扩大试验,1997 年进行了工业推广应用,均得到了明显的降水增油效果。到 2001 年底共实施聚合物项目 15 个,覆盖地质储量 19700万 t,注入井 749 口,受益井 1312 口,已经累计增油 474.36 万 t,达到了年增油 131 万 t 的水平。同时形成了一套完善的高温高盐油藏条件下聚合物驱配套技术,主要包括室内聚合物产品筛选及配方研究技术、方案优化技术、数模跟踪预测技术、矿场实施跟踪评价技术等。

      大港油田从 1986 年开始对其主要油田,港西油田的一部分地层进行聚合物驱的先导试验,试验历时约两年半,增产效果比较明显。试验前产量为每天7t,到 1989 年中期,每天为 80t,增产效果达到十倍以上。平均含水也有大幅
度下降。试验表明,经济效益较为显著,平均 1t 聚合物增产原油 300t。长远目标是把聚合物驱技术运用到整个油田。

     目前聚合物驱技术已经相当成熟,但是也存在着很多问题,尤其是对水处理的影响很大。

    三元复合驱采油技术产生于本世纪 80 年代,来源于单一、二元化学驱,以多种驱替剂的协同效应为基础,常用的驱替剂有:碱剂(A),表面活性剂(S),聚合物(P);三者协同使用就是碱剂-表面活性剂-聚合物驱(ASP),此驱油技术即是三元复合驱。

      大庆油田自“九五”以来开展三元复合驱油技术研究,截止到“十五”末,三元复合驱油技术已经成功应用在采油生产中,成为大庆油田提高采收率的主要措施之一,是“十一五”期间大庆油田持续稳定开发的关键技术,目前大庆油田已经在六个区块推广了三元复合驱油技术。
      胜利油田、大港油田也相继开展了三元复合驱油技术研究,目前处在工业化试验阶段,在三元复合驱油技术研究方面取得了一定的进展。 
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