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三次采油方法、应用条件及文件综述

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三次采油方法、应用条件及文件综述石油资源是一种重要的战略资源,对国家的经济发展和人民生活水平的提高具有重要作用。然而它并不是取之不尽,用之不竭的,随着勘探开发程度的加深,开采难度会逐步加大,因此提高石油采收率不仅是石油工业界,而且是整个工业界普遍关心的问题。三次采油技术是中国近十年来发展起来的一项高新技术,它的推广应用对提高原油采收率、稳定老油田原油产量起到了重要的作用1 0 世纪 40 年代以前,油田开发主要是依靠油层原始能量进行自喷开采,一般采收率仅为 5%一 10% ,我们称之为一次采油(这是油田开发早期较低的技术水平,一次采油使 90%左右的探明石油储量被留在地下。随着渗流理论的发展,达西定律被应用于流体在多孔介质中的渗流,表明油井产量与压力梯度成正比关系。这使人们认识到一次采油造成原油采收率低的主要原因是油层能量衰竭,从而提出了以人工注水(气) 的方法,来增补油层能量,保持油层压力开发油田的二次采油方法(这是当今世界油田的主要开发方式,使油田采收率提高到 30% ~40% ,是一次油田开发技术上的飞跃,但二次采油后仍有 60% 一 70%剩余残留在地下采不出来 ¨。国内外石油工作者进行了大量研究工作,逐步认识到制约二次原油采收率提高的因素,进而提出了新的三次采油方法(三次采油指油藏经过一次采油( 依靠油层原始能量) 、二次采油 (通过注水补充能量)后,采取物理一化学方法,改变流体的性质、相态和改变气一液、液一液、液一固相问界面作用,扩大注入水的波及范围以提高驱油效率,从而再一次大幅度提高采收率。相法、热力法和微生物法等。根据作用原理的不同,化学法又可以进一步分为碱(驱、聚合物(驱、表面活性剂(以及在此基础上发展出来的碱一聚合物复合驱()、碱一表面活性剂一聚合物复合驱() 或表面活性剂一碱一聚合物复合驱 () 。根据混相剂的不同,混相法分为溶剂混相驱、烃混相驱、相驱、N:混相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱,近年来又开发出了气一水交替驱(热力法包括蒸汽驱、火烧油层等。2.1 化学法2.1.1 碱(驱碱驱油机理是碱水注入后,碱与原油中的极性物质( 有机酸类物质) 反应生成表面活性剂,而原油中存在的重质油如沥青质、胶质等所含的羧酸、羧基酚、卟啉等与之协同作用,使得油水界面张力和界面粘度降低,并产生润湿性反转形成水包油、油包水和多重乳状液从而改变了毛细管力、附着力和驱动力,使原来不流动的残余油通过夹带、聚并重新处于可流动状态,从而提高采收率。碱不仅改变了油水界面张力,而且也改变了岩石与油、岩石与水之间的界面张力。碱驱后期,含油量很低,油相不连续,油珠被滞留成为碱驱残余油。碱驱油技术是三次采油技术中研究应用最早的,但是由于碱耗和其可操作碱浓度范围过窄,一直没有形成规模应用 J。目前在三次采油中应用的碱主要是:a 2 。在实际的驱油体系中多使用两种或两种以上的碱复配使用,而且考虑到地层和复合体系影响,现在有向弱碱配方方向发展的趋势。2.1.2 聚合物(驱聚合物驱油技术是一种经济有效的提高原油采收率的方法,其主要驱油剂是聚合物,它通过提高水的波及系数来提高采油采收率。最近报道,聚合物还能通过聚合物溶液的粘弹性提高岩心的微观驱油效率 J。在油藏地质条件一定时,聚合物驱油的效果主要取决于驱油用水溶性聚合物的性能。目前聚合物驱用的聚合物主要是部分水解的聚丙烯酰胺(其改性聚合物,还有生物聚合物黄胞胶(及羟乙基纤维素(一些正在开发的交联共聚物 J。聚合物驱油技术已经成为解决油田后期开发减缓、产量递减的主导技术,对稳定、优化与提高 品的性能具有重大的理论意义和实际价值。在小于75℃条件下,根据实际油藏地质特性,优化 结构参数,选用高相对分子量的同时,应重视水解度对 能的影响。研制、开发和应用新型聚合物和低度交联 术,能够大幅度提高 耐温抗盐性能,扩大 应用范围 。2.1.3 表面活性剂(表面活性剂在三次采油中的作用机理主要是加入表面活性剂以降低油/水界面张力,改变岩石湿润性,以利于吸附在岩石颗粒表面的残余油膜的剥离,提高洗油效率,并使油珠或油滴能被注入水带走 。2.1.3.1 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂易于在地层发生吸附和沉淀,且不易与原油形成超低界面张力,所以一般不采用。2,1.3,2 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂其分子结构中离子性亲水基为阴离子,这类阴离子亲水基组成的盐有磺酸盐、羧酸盐、硫酸(酯 )盐、磷酸(酯) 盐。在表面活性剂的分子中阴离子基的数量可为一个,也可为两个或两个以上;也可含有非离子性亲水基的嵌段结构,且种类也可不局限一种,其长度或嵌段结构的分子量也可互不相同,这些都取决于表面活性剂的功能、使用环境、驱油工艺参数等因素。常用的有石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐、 一烯烃磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯聚氧丙烯烷醚硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯多硫酸盐等"J。2.1.3.3 非离子表面活性剂其亲水基为非离子性基团由于非离子性基团的亲水性要比离子性基团差得多,因此非离子性表面活性剂要保持较强的乳化作用,其分子结构中一般含有多个非离子 亲水基,形成含许多醚键、酯键、酰胺键或羟基或者它们相互两两组合或多种组合的结构。常用品种有脂肪醇系列聚氧乙烯醚、烷基酚系聚氧乙烯醚、烷基酚系聚氧乙烯醚甲醛缩合物、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、烷基酰胺型、聚氧乙烯聚氧丙烯醚亚砜、烷基(聚) 配糖物、油酸聚氧乙烯酯等。此类表面活性剂的优点是抗盐能力强、耐多价阳离子的性能好、,在地层中稳定性差,吸附量比阴离子表面活性剂高,不耐高温,价格高。2.1.3.4 两性表面活性剂这类表面活性剂分子中既有阴离子亲水基又有阳离子亲水基而呈现两性,常用的有甜菜碱型两性表面活性剂等。由于该种表面活性剂对金属离子有螯合作用,因而大多数都可用于高矿化度、较高温度的油层驱油,且能大大降低非离子型与阴离子型活性剂复配时的色谱分离效应,但同样有价格高的缺点 j。磺基甜菜碱类的两性表面活性剂在三次采油中的应用也逐渐受到关注。2.1.3.5 助表面活性剂和牺牲剂表面活性剂为主要添加剂,同时还需要少量其他助剂,如助表面活性剂、牺牲剂等。助表面活性剂的作用是弥补表面活性剂在使用性能上的不足,如增加溶解性、抑制表面活性剂氧化和水解等。使用离子型表面活性剂制备微乳液时,通常要加入一定的助表面活性剂。作助表面活性剂的常为同主表面活性剂不同类型(结构或离子型不同) 的表面活性剂(用量同主表面活性剂相比少得多) 以及具有极性的中等链长的双亲有机物,如醇、酸、酚、酮、胺、砜等,有的甚至还加增塑剂、超塑剂、脂肪酸皂类等 j,其中以醇最为常用,研究得最多。牺牲剂为了避免表面活性剂在强化采油过程中被岩层吸附,在加入主表面活性剂驱油液之前先加入廉价的牺牲剂表面活性剂,使之先被岩层吸附,以减少表面活性剂的损耗。如可加入木质素及其改性产品、石油羧酸盐等 。2.1.3.6 三次采油用表面潘 I 生剂的研究趋向三次采油技术的发展对表面活性剂的要求越来越高,不仅要求它具有低的油水界面张力和低吸附值,而且要求它与油藏流体配伍和廉价。由于合适的表面活性剂复配体系,不仅能产生很好的协同效应而降低体系的界面张力,而且还能够降低主表面活性剂的用量,甚至驱油液表面活性剂的总浓度也有可能降低,同时表面活性剂的其他性能如耐盐能力、耐温性能或吸附损耗减少等得到强化,因此通过多种表面活性剂的合适复配混合,可使各自优点充分发挥,相互取长补短。复配混合表面活性剂的种类多种多样,可有阴离子型之间、阴离子型与非离子型、两性离子型、生物表面活性剂和氟表面活性剂之间等的复配混合。只要选配适当,都可有效降低油水界面张力,提高采收率。2.1.4 复合驱油法多种驱油方法的组合是由于各种驱油法,都有各自的优缺点,很难完全满足不同环境下油层的驱油。因此近年来,提出了各种驱油法组合的新型采油技术,有二元复合驱和三元复合驱。二元复合驱目前研究较多的是碱/聚合物复合驱、表面活性剂/聚合物复合驱。对于碱/聚合物复合驱,其中的碱与原油中的环烷酸类可形成皂类而自生出主要是羧酸盐类表面活性剂,不但可以除去原油中的酸类,而且能形成表面活性剂/聚合物驱。三元复合驱是碱/聚合物/表面活性剂体系,该技术引入廉价的碱部分或全部替代昂贵的表面活性剂,既减少表面活性剂的用量,又降低了表面活性剂和聚合物的吸附滞留损耗,还可大幅度降低油水界面张力,提高波及系数和驱油效率。由于上述优点,三元复合驱在国外发展很快¨ ¨j,国内研究起步较晚但发展更为迅速。2.2 混相法混相法是将一种流体注入油层,在一定的温度压力下,通过复杂的相变关系与油藏中的石油形成一个混相区段,混相驱在提高采收率的方法中,具有很大的吸引力,因为它可以使排驱剂所到之处的油百分之百的采出。当这种技术与提高波及系数的技术结合起来时,实际油层的采收率就有可能达到 95%以上。可用于混相驱油的气体中有烃类气体与非烃类气体。烃类气体有干气、富气和液化石油气(非烃类气体有二氧化碳、氮气、烟道气等。气驱能否实现,不仅取决于油藏与设备条件,同样也取决于有无气源。虽然可用于混相的气体有数种,但烃类气体是重要的、昂贵的化工原料。而非烃类气体中的氮气的 极高,一般不易达到混相驱,因此混相驱的气体主要采用 据混相剂的不同,混相法分为溶剂混相驱、烃混相驱、相驱、相驱以及其他惰性气体混相驱。在这些混相剂未达到混相压力之前为非混相气驱,近年来又开发出了气一水交替驱()。2.3 热力采油法一般是通过提供热量、升高油藏温度、降低原油粘度来减小油藏流动阻力。当今使用的热采工艺可根据热量产生的地点分为两类:一类是把热流体从地面通过井筒注入油层;另一类是热量在油层内产生,如火烧油层法.将热流体连续的从一些井注入油层,而从另外一些井产油。热驱法不仅降低流动阻力,而且也提供驱油动力。热力法包括蒸汽驱、火烧油层等。2.4 微生物法微生物的应用十分广泛,与石油有关的,如早期前苏联科学家¨ 就通过分析地面土壤中细菌的种类寻找油矿;1926 年,次发现地层水中含有硫酸盐还原菌 (这是一种厌氧菌,能引起设备腐蚀和地层堵塞。同年 一次提出利用微生物在地层中的活动来提高采收率的设想。微生物提高原油采收率技术可用于提高大油田的原油产量,减缓腐蚀,控制原油含硫,改善地层渗透率,减缓气锥、水锥等。在国内外的一些油田中应用微生物采油技术,起到了一定收效¨ 。次采油是充分利用石油资源的重要途径,虽然三次采油方法很多和这方面的研究取得巨大的突破,但是除聚合物驱外其它驱油法目前仍处于基础理论研究和先导性试验阶段,特别是现在油价不高的情况下还不宜实现大规模的工业化。随着三次采油技术的不断进步,一些特种表面活性剂成为重要的研究方向,比如氟表面活性剂¨ 、生物表面活性剂 和孪生表面活性剂¨ 等。同时各种三次采油的驱油方法,都有不同的适用条件,需要根据不同油田的油藏情况、原油组成、地层状况、盐的种类和含量、经济效益等因素合理选择和充分试验。目前,在三次采油方法中化学复合驱无论是提高采油率幅度,还是降低成本都有很大发展潜力,因此完善化学复合驱采油技术仍是今后三次采油试验研究的主攻方向参考文献:[1]任广萌,孙德智 ,王美玲. 我国三次采油污水处理技术研究进展[J]. 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