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中国的驱油技术

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中国 技术
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提高油气田采收率始终业界关注的话题,以大庆为代表的水驱、聚驱采收率技术,创造了具有世界水平的成果。在此基础上,中国石油经过不懈的探索和实践,又形成了新水驱、蒸汽驱、元复合驱、火驱、驱等战略性、前瞻性的提高采收率技术,为中国老油田继续提高采收率奠定了技术基础,提供了各类油田提高采收率的各种选择,也是中国提高采收率技术走在世界前列。一、水驱(超前注水技术)超前注水技术是长庆油田原创技术,是水驱采收率技术的最新表现形式。其背景是:针对储层压力系数低、地饱压差小、启动压差大、低渗透、特低渗透资源等特点,长庆油田特低渗透开发,通过长期的实践,受“污水回灌现象”的启示,首次创新性的提出和研发了“超前注水”理论与技术。“超前注水”技术是特低渗透油田最具影响力的的核心技术。超前注水技术的基本概念。注水井在采油井投产前 3 个月或半年而提前投注,使原始地层压力保持在 110%—120%之间,称之为超前注水。其做法是“先注后采”,也就是说“先钻注水井,后钻采油井。基本原理是:(1)增加驱替压力梯度, 减少启动压力影响;(2)有效防止原油性质的改变, 保证渗流畅通;(3)提高注入水波及体积;(4)降低油井初期含水;(5)降低油田产量递减率。应用效果。长庆油田从 1995 年开始,在安塞、靖安、绥靖、西峰、南梁、姬塬等油田实施超前注水,初期平均单井产油量达到 t/d, d,平均单井产量比同步或滞后注水区提高了 20~30%,效果十分明显。西峰油田通过整体超前注水, 降低了油田的综合递减率。长庆西峰油田白马区 2002 年至 2003 年产能建设井的综合递减率分别为 和 , 而三叠系其他非超前注水区近 4 年的产能建设综合递减率为 由于在长庆西峰油田超前注水区建立了有效的压力驱替系统, 初期单井产量提高 1~2t/d, 而且产量相对稳定。超前注水技术的重大意义是:(1)解决了“低渗透”储层“低压”问题(世界性难题);(2)解决了低渗透油田投产后采油、采液指数下降的难题(世界性难题);(3)使低渗透油田从投产之时就保持原始地层压力的平衡;(4)建立有效的压力驱替系统,提高单井产量;(5)避免因地层压力下降造成储层物性变差。 二、聚驱(聚合物驱油技术)聚驱是大庆油田的创造,是大庆王牌采收率技术。所谓聚驱是指以聚合物溶液为驱油剂的一种驱油方法,是提高采收率(法之一。也称为聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱。聚合物驱油的主要机理:(1)提高波及系数;①增加水相粘度:聚合物分子相互缠绕形成结构+聚合物链节中亲水基团的溶剂化+离子型聚合物在水中的解离,就大大增加了水相的粘度,从而降低了水油流度比,提高了波及系数。②降低水相渗透率:聚合物分子可以在岩石孔隙结构中形成滞留,产生吸附和捕集作用,从而降低水相的有效渗透率,降低水油流度比,提高波及系数。(2)提高驱油效率。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。聚合物驱技术由于其机理比较清楚、技术相对于水驱比较复杂,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,而大庆油田创造了世界最大规模聚合物驱油提高采收率的奇迹。自 1972 年在大庆油田开展了小井距聚合物驱矿场试验以来,胜利、大港、吉林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,聚合物驱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。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。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 万吨,注入井 749口,受益井 1312 口,已经累计增油 吨,达到了年增油 131 万吨的水平。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 7 吨,到 1989 年中期,每天为80 吨,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 1 吨聚合物增产原油 300 吨。长远目标是把聚合物驱技术运用到整个油田。国内的其他油田也都进行了聚合物驱试验,以期望能成为特高含水油田降水增油、增加可采储量的有效途径之一。三、蒸汽驱(蒸汽驱油技术)蒸汽驱使中国石油重大开发试验之一。蒸汽驱主要是针对稠油开采。所谓蒸汽驱,就是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽,蒸汽不断地加热油层,从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体,将原油驱赶到生产井的周围,并被采到地面上来。蒸汽驱采油是一种提高采收率(法,是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后,进一步提高原油采收率的主要热采阶段,依靠蒸汽吞吐开采,只能采出各个油井井点附近油层中的原油,采收率一般为 18%~26%,井间留有大量的剩余油富集区,采用蒸汽驱开采可以扩大波及体积,从而提高驱油效率,达到提高最终采收率目的。 蒸汽驱采油的主要机理:(1)降黏作用。温度升高时原油黏度降低,是蒸汽驱开采稠油的最重要的机理,主要是随着蒸汽的注入,油藏温度升高,油和水的黏度都要降低,但水黏度的降低程度与油相比则小得多,其结果是改善了水油流度比;在油的黏度降低时,驱替效果和波及效率都得到改善,这也是热水驱、蒸汽驱提高采收率的原因所在(2)蒸汽的蒸馏作用。高温高压蒸汽降低了油藏液体的沸点温度,当温度等于或超过系统的沸点温度时,混合物将沸腾,引起油被剥蚀,使油从死孔隙向连通孔隙转移,增加了驱油的机会。(3)热膨胀作用。随着蒸汽的注入,地层温度升高,油发生膨胀,变得更具流动性。这一机理可采出 5%~10%的原油。(4)油的混相驱作用。水蒸汽蒸馏出的馏分,通过蒸汽带和热水带被带入较冷的区域凝析下来,凝析的热水与油一块流动,形成热水驱。凝析的轻质馏分与地层中的原始油混合并将其稀释,降低了油的密度和黏度,随着蒸汽前沿的推进,凝析的轻质馏分也不断向前推进,其结果形成了油的混相驱。由混相驱而增加的采收率,大约在 3%~5%左右。适用条件。(1)油藏条件:①对于砾岩油藏,孔隙度条件可适当放宽;②对于先吞吐预热的油藏,原油粘度条件可放宽;③对于封闭油藏,在有高效隔热油管的条件下,深度可适当放宽。操作条件。操作条件对蒸汽驱效果影响非常大,只有在合理的操作条件下才能取得油藏条件应有的采收率,一旦操作条件不合理,采收率将成倍的降低。因此必须同时满足下面 5 个蒸汽驱操作条件:(1)注气速率:≥(2)注采比:≥3)井底蒸汽干度:>40%;(4)油藏压力:<55)油汽比 用效果。蒸汽驱技术在国外已成为成熟的热采技术,并得到了大规模的工业应用,取得了很好的应用效果,成为国外三大提高采收率技术之一。蒸汽驱技术在我国的辽河、胜利、新疆等油田进行了大量现场应用,取得较好的效果。蒸汽驱技术已不仅仅适用于浅层(<600m),中深层(600~1300m)蒸汽驱技术已经规模应用。辽河欢喜岭齐 40 区块整体转蒸汽驱以来,采收率已提高到 50%以上;辽河油田某区块 2008 年 3 月全面转蒸汽驱至 2011 年底,日产液由转驱前的 5908t/d 上升至15866t/d;日产油由转驱前的 1304t/d 上升至 2262t/d,采油速度 蒸汽驱阶段累产油 04t。四、汽辅助重力泄油技术)中国石油重大开发试验之一。辽河油田的原创性、集成创新的驱油技术。所谓蒸汽辅助重力泄油,英文为 称 一种将蒸汽从位于油藏底部附近的水平生产井上方的一口直井或一口水平井注入油藏,被加热的原油和蒸汽冷凝液从油藏底部的水平井产出的采油方法,具有高的采油能力、高油汽比、较高的最终采收率及降低井间干扰,避免过早井间窜通的优点。主要机理:是在注汽井中注入蒸汽,蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔,蒸汽腔向上及侧面扩展,与油层中的原油发生热交换,加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出。技术背景受“注水采盐”原理的启发,70 年代末加拿大石油工程专家 出了蒸汽辅助重力泄油即 一稠油开采工艺。蒸汽辅助重力泄油与水平井技术相结合被认为是近年来所建立的最著名的油藏工程理论。布井方式。布井方式主要有三种:(1)双水平井布井:即上部水平井注汽,下部水平井采油。(2)水平井直井组合方式:上部直井注汽,下部水平井采油,上部直井注入的蒸汽将油层加热并向上和侧面移动,形成蒸汽室,被加热降粘的原油及凝析液在重力作用下流入下部水平井而被采出。(3)单井 在同一水平井口中下入注汽和采油套管柱,通过注汽管柱向水平井最顶端注汽,使蒸汽腔沿水平井逆向发展。与成对水平井 比,单井 用于厚度为 10~15m 的油藏。应用效果。术在加拿大、委内瑞拉等国家已规模应用。在我国,术已在辽河油田、新疆油田、胜利油田等进行了试验和规模化推广应用。辽河油田曙一区稠油蒸汽辅助重力泄油区日产原油稳定在 1545 吨以上,并且呈上升趋势,原油年产达到 57 万吨,比蒸汽吞吐方式增油 36 万吨,预计采收率可提高到 55%至 60%。五、三元复合驱技术三元复合驱使中国石油开发重大试验之一,是大庆油田最有代表性的前瞻性提高采收率解题技术。三元复合驱,即三元复合驱油技术,是指将碱、表面活性剂和聚合物按照一定比例混合后注入地层,达到提高采收率目的的一种化学驱技术,是在碱水驱和聚合物驱基础上发展起来的三次采油新技术或后三次采油技术。原理:三元复合驱油比单一驱和二元驱具有更好的驱油效果的主要原因是三元复合驱中碱、聚合物和表面活性剂之间有协同效应,不仅可以增大驱替液的粘度提高波及体积,而且还可以降低油水界面张力提高驱油效率,进而大幅度提高采收率。碱、聚合物和表面活性剂在协同效应中起着各自的作用。(1)碱的作用:提高聚合物的稠化能力;碱与石油中的酸反应产生了表面活性剂可将油乳化,提高具有介质的粘度,使聚合物能有效的控制流体流动;碱与石油中的酸反应产生的表面活性剂可以三元复合驱中的表面活性剂产生协同效应;碱可与地层中的钙镁离子反应,或与岩石进行离子交换,起牺牲剂的作用,保护聚合物和表面活性剂;碱可以提高岩石表面的负电性,减少砂岩表面对聚合物和表面活性剂的吸附量;碱可以提高生物聚合物的生物稳定性。(2)聚合物的作用:改善了碱和表面活性剂溶液之间的流度比;聚合物对驱油介质的稠化,可以减少表面活性剂和碱的扩散速率,从而减少药耗;聚合物可与地层中的钙镁离子反应,保护了表面活性剂;聚合物可以提高碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性,使波及系数和洗油能力有较大提高;吸附和捕集。(3)表面活性剂的作用:可以降低聚合物和碱之间的界面张力,使他们具有洗油能力;可以使油乳化,大大提高驱油介质的粘度;可以补充碱与石油酸反应产生的表面活性剂的不足;聚并形成油带的机理。优缺点:(1)优点:①三元复合驱试剂中碱比较廉价,它与天然有机酸形成表面活性剂,并且外加了少量的合成表面活性剂以增强其界面活性,其成本比较低;②该驱油体系最主要就是利用了碱与原油中某些组分的反应来产生表面活性剂,同时又解决了保持低界面张力与使用高碱浓度间的矛盾,为复合驱矿场应用提供了技术基础;③三元复合驱油剂具有很强的驱油能力,能够驱出水驱难以驱出的重质残余原油,大幅度提高了油井的生产能力;④三元复合驱能够改善油层的吸水界面,并在驱油过程中形成高饱和度的原油富集带,大大提高了油井的生产能力;⑤降低表面活性剂的吸附量。(2)缺点:①容易与地层水中某些离子和粘土矿物发生反应,结垢降低渗透率,也可以造成设备腐蚀及其结构;②容易造成粘度损失和乳化作用;③对于采出液处理方面存在缺陷,容易造成管道腐蚀,尤其是强碱。应用效果:三元复合驱已在我国大庆油田进入工业化示范应用阶段,在我国的胜利油田、大港油田等开展了研究和先导性试验等。大庆油田复合驱技术始于上个世纪八十年代,先后经历了室内研究、先导性试验、工业性试验,目前正处在工业示范区开发阶段。2010 年以来,通过不断技术攻关,完全国产化的主表活剂性能改善取得突破,配套工艺不断成熟,技术标准和规范逐步建立,目前在杏六区、北一区、北三区等一类和二类油层分别进行工业化示范开发,覆盖地质储量 1798 万吨。试验表明,强碱三元复合驱工业性试验提高采收率可达 20 个百分点;弱碱三元复合驱仍保持较高采油速度,预计采收率提高值可达 百分点。 六、驱(二氧化碳驱油技术)林油田、大庆油田是 本概念:二氧化驱把 氧化碳驱油既可以大幅度提高油田采收率,又还能实现碳埋存、保护环境。二氧化碳驱油的主要机理有:(1)降低了原油粘度,减少了油流阻力。当二氧化碳溶于原油时,原油粘度显著下降,下降幅度取决于压力、温度和非碳酸原油的粘度大小;原油粘度越高,在二氧化碳作用下,粘度降低的百分数越高。(2)原油体积膨胀提高了驱油效率。二氧化碳溶于原油后,根据温度、压力和原油组分的不同,可使原油体积增加 10%膨胀系数取决于溶解二氧化碳摩尔组分和原油的相对分子量。体积膨胀为驱油提供了动能,提高了驱油效率。(3)“混相效应”提高了驱油波及面积。随着温度、压力的升高,先后发生部分混相、完全混相,形成二氧化碳和轻质烃混合的油带。油带的移动是驱油的过程,可使波及范围内的采收率达到 90%以上。(4)降低了油水界面张力,有利采收率提高。通过萃取和汽化原油中的轻烃,大量的轻烃与二氧化碳混合,可大幅度降低油水界面张力,减少残余油饱和度,从而提高原油采收率。(5)有利于提高储层渗透率。二氧化碳溶于水后显示弱酸性,可与油藏中的碳酸盐类矿物反应,使注入井周围油层的渗透率提高。碳酸化后的原油和水,有利于抑制粘土膨胀,降低因粘土膨胀、微粒运移造成的渗透率损失。1)段塞注水:具有边界复杂(改善重烃开采和气体突出问题、良好的经济性等特点;(2)高压注 关井向地层注入 地层压力升高,达到混相,在保持 3)注“碳化水”驱油:在常规注入水中加入 以改善流度比,提高洗油效率;(4)连续向地层注入 向枯竭地层中直接注入 采用 5)单井吞吐:在生产井中注入一定量的 井使原油与 然后开井采油。适用于较高地层压力油田,特别是高粘稠油的早期开采。应用效果。从 1950 年起步。许多国家在实验室和现场对0 年代规模试验。美国和苏联等国家,进行了大量的 0 年代大规模发展。驱油在美国取得飞速发展,室内试验技术更趋完善,矿场试验规模越来越大。同时,其他国家开始进行 0 年代广泛应用。驱油技术日趋成熟,美国在认为是最有潜力的技术。美国是世界上应用 用最广泛的国家。自 80 年代以来快速发展。美国有 10 个产油区、292 个油田试验、采用 般可以提高采收率 7美国已有 70个 驱提高采收率项目。每年注入 000吨。到 2010 年 2 月,注入 5 亿桶原油。美国正在实施的 6 个,每天产油约 吨。萨克项目是世界上第一个大规模商用二氧化碳驱油开采项目。我国在 2006 年设立“973”项目-“温室气体的资源化利用及地下埋存”;2007 年,中石油设立重大科技专项“温室气体 “吉林油田 高采收率及地下埋存现场试验”。十二五,驱继续列入国家科技重大专项进行攻关。2008 年 11 月,大庆在榆树林油田三类井区,建设了全国首家 行较大规模的 年多来,日产油量自然递减为 0,同区块非 然递减已达 60%,推算 榆树林三类井区推广后,增加可采储量 吨。大庆油田开发应用了“泡沫压裂、吞吐和气举”等驱油技术,驱油技术已纳入大庆油田战略储备技术。吉林油田,在黑 59 区块开展 011 年 2 月,试验区累计注 吨 0%油井见效,日产量 50t/d。2007 年,中石化在胜利油田高 89块进行 O 2注入使对应的 5 口井日增油 ,其中高 89日产量,从注入前的 ,提高到目前的 9 吨,增长了 1 倍。另外,我国也在其他油田如江苏、新疆、华北等选择区块进行了 是规模较小,持续时间也较短,效果不明显。发展前景。全世界适合“ 驱油”开发的石油资源,约为 430吨(国际能源机构评价认为)。据美国先进资源国际公司(计,美国大面积采用回注 望多采出 59 亿吨石油。近期仅在得克萨斯州,通过注入吨石油,并可在地下储存 7 亿吨 按照油价 80 美元/桶计算,仅提高采收率,就可创造产值约 4368 亿美元。据“中国陆上已开发油田提高采收率第二次潜力评价及发展战略研究”报告,在评价了 吨常规稀油储量中,一期适合 吨,可增加可采储量约 外,我国已探明的 吨低渗透石油储量,尤其是其中有 50%左右尚未动用的储量,比水驱具有更加明显的技术优势。1)应用和研究对象由常规稀油向复杂油气藏发展。与国外多数油藏相比,我国油藏条件复杂:原油粘度高、含蜡量高、凝固点高、非均质性强、低期注水冲刷部位形成了不同程度的串流通道等,上述油藏都将成为我国 2)由传统的主导技术向多样化技术发展:包括提高 对我国油藏混相压力高特点的 O 2深部调驱技术、低渗油藏 油油藏 温高盐油藏 提高天然气采收率技术、提高煤层气采收率技术等。(3)提高采收率机理的深化和定量化。由岩心尺度向孔隙尺度和分子尺度发展;由对流动和驱替现象的观测向微观物理化学本质及定量规律研究发展;由微观和宏观相对对立研究向微观与宏观的耦合发展。4)单一 仅考虑 高采收率问题,还要考虑 存的地质问题,包括 入速率和注入体积、驱油过程中 油藏中的滞留率、驱油和埋存过程中 监测等。将来的二氧化碳驱油技术将是“最新一代 储和提高采收率技术”。“最新一代 储和提高采收技术”,将“提高采收率与 存”相结合,通过采用创新的驱替设计、精细流度控制 入体积和实时控制、诊断驱替动态等技术,比较目前 油技术,可提高采收率1 倍以上。 七、火驱(火烧油层驱油技术)火驱是最早的驱油技术。辽河油田火驱使中国火驱技术规模应用走在世界前列。新疆油田是火驱试验的最早油田。所谓火驱是指火烧油层、层内燃烧,是一种在油层内产生热量的热力采油方法,即从一口井连续注入含氧介质,与地层内的原油发生氧化反应,产生热量和气体,驱动地层内的原油向生产井流动并采出。火驱的主要机理有:(1)高温氧化;(2)低温氧化;(3)裂解热蒸馏;(4)气体驱动;(5)加热降粘。火驱的基本类型,根据注入空气氧化温度和驱动方式,分为四种类型:①注空气高温氧化混相驱油;②注空气高温氧化非混相驱油;③注空气低温氧化混相驱油;④注空气低温氧化非混相驱油。技术优势:(1)适应性较广:可用于稀油和稠油,尤其适用于吞吐后深层稠油和低渗透油藏大幅度提高采收率。(2)多作用复合:有高温蒸馏、裂解效果,有蒸汽、热水驱作用,有O 2混相驱油效应,可补充地层能量。(3)空气来源广:取之方便、成本低廉。应用效果:自 1923 年霍华德提出火驱方法,至今已 90 年。期间美国、前苏联、罗马尼亚等 40 多个国家开展了 300 余项现场试验。统计 2011 年国外 26 个正在进行的火驱采油项目,年产油 246 万吨。我国 1959 年在新疆黑油山矿区首次开展试验,至今已在 14 个区块开展了 122 个井组试验。目前正在实施 8 个区块 106 个井组,年产油 吨,预期的采收率可以达到50其中,辽河油田 6 个区块 93 个井组,年产油 吨。辽河油田 2012 年的火驱的产量占到了世界总产量的四分之一。辽河油田通过 7 年的研究与实践,初步形成了十项关键配套技术,有力支撑了火驱现场实施:火驱室内物理模拟技术;火驱数值模拟技术;火驱油藏工程设计技术;火驱点火技术;火驱分层注气技术;火驱井筒举升技术;火驱监测技术;常规火驱动态调控技术;火驱跟踪分析评价技术;火驱地面工程设计技术。火驱已成为辽河油田深层稠油高轮次蒸汽吞吐后的有效接替技术。
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