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三次采油技术及进展

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三次采油 技术 进展
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化 工 进 展011年第30卷增刊三次采油技术及进展杨志钢(中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京100013)摘 要:石油是一种非常重要的战略资源,对国家经济的发展有着举足轻重的作用。三次采油技术的发展是油田开发的一次重大的技术突破,为油田保持高产稳产提供了有力保证。本文综述了三次采油的发展历程,对热力驱、气驱、化学驱、微生物驱的技术进展情况进行了总结。关键词:三次采油;注气驱;化学驱;热力驱;微生物驱;提高采收率of of 00013,il is a to of t is to of it in he of of ey 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是是关系到一个国家能源安全的重要问题。随着原油需求的不断攀升,开发新的提高采收率技术已经是保证原油产量,确保能源安全的必然的选择。三次采油(术,国外称之为强化采油提高采收率(术,是以剩余油中的不可动油为目标,利用物理、化学和生物等技术提高原油采出率的技术。20世纪40年代以前,油田开发主要依靠天然能量进行原油开采,采收率仅5%~10%,这个阶段称之为一次采油。一次采油的开发水平较低,同时使得90%左右的探明石油储量无法采出进行利用。随着对开采过程的不断深化,以及渗流理论的发展,人们逐渐认识到人工保持地层能量在采油过程中的重要性,从而提出了人工注水(气),保持油层压力的二次采油方法,这样使得原油采收率能够提高到30%~40%。目前二次采油仍是世界上各油田的主要开发方式。二次采油过后,仍有60%~70%的油留在地下。从上世纪中期开始,油田开发人员又利用物理或者化学,以及生物的方法进行采油,从而提出了三次采油新方法。1 三次采油的发展历程三次采油的技术发展经历了3个重大阶段。在每个发展阶段中,更高效、更先进的技术都会应用到油田中,随之而来的就是原油采收率的大幅提高。而随着三次采油技术的不断进步,越来越多的前期无法进行开采的油藏也得了更好的利用,见图1。第一阶段:蒸汽驱油技术发展迅猛。20世纪50年代后期至60年代中期,蒸汽驱油技术得到了作者:杨志钢(1978一),男,硕士.工程师,现从事三次采油技术方面工作.杨.}钢t!救秉∞技$&进月=扶%油的发月趋势飞速的发艟.井祚许多国家都进行了应用。50年代后期,蒸汽右Ⅱ0年代小期,美国蒸汽项日和产量都呈迅猛发展势头,实施中的蒸汽项目达到丁132个.其中蒸汽吞吐项目逃94个,蒸汽驱项目38个。群二阶段:化学驱油异军突起。20 I"纪80年代.化学驱的发展达到高峰。尤其是在美国,1 971年三扶采油项口其有1 33个,其中蒸汽驱53个,火烧油层38个.化学驱19个,睦气驱23个。1 986年.美国化学驱项二阶段注气驱方必求艾。20世纪90年代初至母.混相洼气驱技术得以快速发展。加拿大最初运用烃类混糖驱技术获得成功。随后,由于烃类气体价格上涨和天然二氧化碳气藏的发现以及二氧化碳混相驱技术适用范围太、成准较低等优势,二氧化碳混相马I《逐渐发展起来。到90年代,世界上已有上千个往气上程,其中美国最多,其注气采油量约f‘,“。2三次呆油技术进展!改采油技术发展至今目前世界上广泛采用的方诸有州类,分别是注气驱技术、热力学驱技术、化学驱技术和微牛物采油技术。2.1注气驱技术注亡二氧化碳、天然气、氯气、烟道气等替代水驱作为驱替剂进行驱汕的一采技术。气驱包括捏榭、部分混相或非混相的富‘:气驱、C(气驱和烟气驱等。在国外,洼二氧化碳驱技术主要用于后期的高告水油藏,非均质诮藏以及币适台热采的重质油壤。20世纪70年代,洼烃娄气驱枉加拿大获成功应用。到80年代.相驱成为羹围最雨婴的一班采油冉沾。随着繇的小断发现,以及技术成术的小断降低.使得荧闰的c(008年.美国的美国注气驯日增产原油约1 O:驱油就占到了68 24%。在我国.一狄能源以煤炭为t,每燃烧 t。氧化碳。国此,将二氧化碳捕集纯化后注^地能降低二氧化碳排放,叉能提高济效益和社会效益都非常显著。研究与实践表明,二氧化碳驱油可以提高油田采收睾0蝻。此外随着低渗油藏的不断动用,二氧化碳驱也会有较好的前景。国内中原油田进行二氧化碳鸟I(油试验,累计注人二氧化碳1 23万吨,累计增油3272 7t,项汁实施二氧化碳驱油后井组采收率可提高7 9蚝。大庆油采油八厂、榆树林油田和采油九厂进行后.西部油用的开发,长威注气混相驱和哈油田注烃混相马推动丁混相驱的快速发展。推广二氧化碳驱油的主要制约因素是天然的二氧化碳资源、二氧化碳的输送厦及油井发设备腩蚀、安全和环境同胚等。2.2热力驱挠术蒸汽驱果油是稠油油藏经过蒹汽吞吐采油之后.向往入井油层中注入高干度的蒸汽加热油层,最终将原油驱赶到牛产井周围,井开采出来的三采技术。采剐蒸汽驱开采可以扩大波及体积.从而提高驰油效毕,达到提高采收率的目的。自20世纪50年代运用于垂山瑞拉稠油开采的热力驱技术为蒸汽稃吐技术发展至今,蒸汽驱技术目前已成为址界汽骄过程中,有多种机理在不同程度地起作用.包括降黏作用、蒸汽的燕馏作用,热膨胀作用、油的混丰解气驱作用和乳化驱作用等,备项机理典同作用,驱油敢率一般高逃80“~90%。J£巾起主导作月1的是降黏作用,蒸汽的燕馏作用、热膨胀作用和油的混棚驱作用。山于沥青储量丰富,年来开发的稠浦阡采先进技术有水平井燕汽辅助雨力泄油·422· 化 工 进 展 2011年第30卷术、溶剂泄油技术(火烧油藏等。目前,电磁波热采技术被认为是未进行蒸汽驱油区的最好替代方法。1995年,美国得了采收率超过40%,油汽比均大于0.5的良好效果。我国的蒸汽驱油技术起步于20世纪50年代。1958年,我国新疆准噶尔盆地打井48口,发现两套浅层稠油层系。1964年,大庆一区进行了第一口井的注蒸汽采油试验。1965年开始在新疆的黑油山浅层进行了蒸汽吞吐采油试验。自1965年下半年到1971年在黑油山8024井组进行了蒸汽驱试验,原油采收率高达68%。60年代初,我国就在克拉玛依油田开展了蒸汽吞吐和蒸汽驱试验,并先后在新疆、胜利、吉林开展了火烧油层试验。直至80年代初,相继在辽河高升和曙光油田新疆克拉玛依油田九区、胜利单家寺等大型稠油油田开展了稠油热采的工业性试验。2.3化学驱技术化学驱油包括表面活性剂驱、聚合物驱、复合驱等。20世纪80年代,美国化学驱的应用及研究达到了前所未有的高度。而后,化学驱的发展转向了中国。七五、八五期间,根据我国气源不足,油田混相压力较高,不适合广泛混相驱的国情,确定化学驱为我国三次采油的主攻方向。我国油田属于陆相沉积底层,采用表面活性剂驱油,可以降低油水界面张力,提高洗油效率,还可以降低驱油剂的吸附性,提高体系的耐盐性能。常用的表面活性剂有石油磺酸盐、石油羧酸盐、天然油脂羧酸盐、木质素磺酸盐等。我国的表面活性剂驱油技术起步于20世纪60疆、玉门、大庆油田相继开展了表面活性剂的室内研究工作。80年代,大港油田,玉门油田相继与外国公司合作进行了碱水驱以及表面活剂驱的研究开发工作。1987年大庆油田进行了我国第一个高浓度表面活性剂的先导试验,经计算可提高采收率35%,实际增产原油近5000t。随着复合驱油技术的发展,表面活性剂的发展更加的迅猛。由于地质条件,油藏性质的不同,油田也根据自身特点选择适合的表面活性剂驱油体系,如国内胜利油田采用石油磺酸盐作为表面活性剂驱油体系,采用以环烷基原油馏分为原料的石油磺酸盐生产工艺,并于2003年建成了2万吨/年的石油磺酸盐生产装置。大庆油田由于采用石蜡基原油生产石油磺酸盐的工艺不够经济,因此采用重烷基苯磺酸盐为表面活性剂驱油体系,并已建成2万吨级的重烷基苯磺酸盐生产装置。因为表面活性剂驱油的成本高,驱油机理复杂,而采用聚合物驱油成本相对较低,因此在80年代,聚合物驱逐渐成为了三次采油的主要发展方向。聚合物驱油技术是指在注入水中加入水溶性高分子聚合物,通过改变水油流度比、提高波及系数、改变体系的黏弹性等作用,达到提高采收率的作用。1984年,大庆、大港等油田相继开展了与外国公司的聚合物驱的合作。在八五期间,基本掌握聚合物驱油的十大技术,即注水后期油藏精细描述技术,聚合物筛选及评价技术,合理井网井距优化技术,数值模拟技术,注入井完井、分注和测试技术,聚合物驱防窜技术,聚合物配制、注入工艺和注入设备国产化,采出液处理及应用技术,高温聚合物驱油技术,聚合物驱方案设计和矿场实施应用技术。截止目前,在大庆已经有25个区块进行了工业试验,平均含水量下降了24.8%。预计可节约费用50多亿元。大庆油田三次采油产量已经占全年产量的22.6%,聚合物驱油技术已经成为大庆油田稳产高产的重要技术手段。胜利油田在1994年进行了聚合物驱先导试验,1997年聚合物驱油技术在一类油藏实现了工业化。2006年,胜利油田共有化学驱项目30个,覆盖储量3.18亿吨,占油田动用储量的8%,化学驱单元产油量达到10024 t/d,占油田总产油量的14%,增油量为4522 t/d,2005年增产原油169.3万吨,降低油田产量递减率近5%,累计增产原油超过1150万吨,平均每吨聚合物增产原油41 t,主力单元达到80~100 t。30个化学驱项目已整体提高采收率3.54%,主力单元达到7%~10%。20世纪80年代中后期,随着碱水驱、表面活性剂驱以及聚合驱技术的不断发展,复合驱油技术开始快速发展。复合驱油技术指的是采用表面活性剂、碱以及聚合物复配成二元或者三元的驱油体系,将各单个驱油剂在驱替过程中的不足进行互相弥补,其优势进行结合.形成协同效应,使该体系既具备了表面活性剂降低界面张力的优点,又具有聚合物提高波及系数的作用。同时碱的加入可降低聚合物以及表面活性剂的吸附滞留损耗。九五期间,胜利油田研制了高效、价廉、乳化程度低的三元弱碱配方体系,于1997年在孤岛西区进行了常规井网试验,试验取得了较好的结果,增刊 杨志钢:三次采油技术及进展含水率下降了12.7%,日产油增加了2.3倍,已提高采收率12.01%,预计最终提高采收率15.5%,达到了较好的提高采收率的效果。同时,胜利油田还开发了系列石油磺酸盐产品,设计出可达到超低界面张力的表面活性剂与聚合物二元驱配方。2003年9月在孤东七区西南部验区含水率下降了8.9 产油增加了5倍,也取得了良好的应用效果。20世纪90年代中期,大庆油田先后开展了5个三元复合驱的矿场试验,起到了较好的增油降水的效果,并在三元复合驱使用过程中,积累了宝贵经验,得到了三元复合驱使用的规律。此外,大庆油田在90年代还开展了泡沫复合驱的研究实验,也取得了较好的结果。2.4微生物驱技术微生物驱油技术开始于20世纪80年代初,目前在国外基本处于室内研究和先导试验阶段。微生物驱相对于常规的驱油方式优点有两个,一是能源消耗量低。微生物主要以地层里的物质作为营养代谢的来源,在发酵过程中排出生物气。微生物还能堵塞油层的高渗透通道,在整个水相中发挥作用,并可以受控的在分子和孑前,微生物清蜡降低稠油黏度、微生物选择性封堵、微生物吞吐、微生物强化驱等已经成为成熟的提高采收率技术。采用微生物驱可大幅提高油田产量,减缓腐蚀,减缓气锥、水锥等。90年代在中国、美国、澳大利亚等国相继开展了现场试验。微生物去油的效果也不尽相同,从零到13%、19%"6%、50"最高的可达到204%。美国进行过400多次的微生物现场驱油试验,单井能够保持2~6个月。微生物驱油技术的发展主要有3个方向:一是微生物增效水驱;二是激活油藏微生物驱;三是微生物调剖驱油。微生物驱油也具有自身的局限性,如在现场应用中的培养基效果,油藏流体毒性和造成的堵塞,微生物与采出油的分离。以及改变油藏环境会对设备和地层造成不良影响等。3 结 语2030年,三次采油产量占石油总产量的比例将由目前的不足3%提高到15%~20 未来的几十年内,丰富的稠油资源确定了以蒸汽驱为主的热采将成为三次采油的主要方法。注聚合物驱的使用会逐渐减少,随着油价的不断攀升,绿色环保的注二氧化碳驱的发展将迎来新的高峰。对于我国来说,在三次采油方面未来的发展方向应该有以下几点。(1)深化新技术的基础研究,为三次采油的可持续发展提供支撑。重点开展改善注水采油技术研究。加强化学驱油基础研究,尤其是表面活性剂驱油体系、泡沫复合驱体系、聚合物驱油机理的研究,不断深化三次采油的理论认识。开展油气藏流体变组分、变相态开发原理研究。开展稠油开采新技术科学基础研究,以及微生物驱的机理研究。(2)开发新型高效的驱油剂产品,为采收率进一步提高提供产品支持。经过二次采油后,剩余原油储量都集中在高含水、低渗透、稠油、高温高盐等难以动用的地层中。要动用这些储量,就对新型的驱油剂提出了更高的要求。要加大科研投入,针对低渗油藏、高温高盐油藏,稠油降粘开展驱油剂新产品开发,为下一步对此类油藏的开发提供高性能的驱油剂产品。(3)开发高效提高采收率的集成技术,针对复杂油藏,要结合不同的技术优势,研究高效的提高采收率集成技术,将是提高采收率新的发展方向。参 考 文 献仲春.提高采收率技术应用现状及其在中石化的发展方向[J].中国石化.2008(4):52]孙焕泉.胜利油田三次采油技术的实践与认识[J].石油勘探与开发,2006,33(3):262—266.华.全球热衷三次采油技术[J].中国石化,201)。464]王德民.强化采油方面的一些新进展[J].大庆石油学院学报,204(5):195]庞丽丽.宁字清.三次采油化学驱技术发展现状口].内蒙古石油化工,2010(8):142—145.[63杨海龙.卓兴家.三次采油技术的现状及发展趋势内蒙占石油化工.2010(8):142—145.[7]杨帆。李治平.油田绿色开采技术].内蒙古石油化工,2007(2)t 383唐钢.三元复合驱驱油效率影响因素研完西南石油大学.2005.[9]牟建海.李佐.三次采油技术的发展现状及展望[J].化工科技市场.2000(7).[103眭纯华,厉华.毕新忠.国外油田工程[J].世界三次采油现状及发展趋势.2010.12l 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