提高采收率方法概述

提高采收率方法概述

提高采收率方法概述

提高采收率的定义为除了一次采油和保持地层能量开采石油方法之外的其他任何能增加油井产量，提高油藏最终采收率的采油方法。EOR 方法的一个显著特点是注入的流体改变了油藏岩石和（或）流体性质，提高了油藏的最终采收率。EOR方法可分为四大类，即化学驱、气体混相驱、热力采油和微生物采油。其中化学驱进一步分为聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱和复合驱（聚合物一表面活性剂驱，聚合物一表面活性剂一碱三元复合驱，表面活性剂一气体泡沫驱，聚合物一泡沫驱等）。气体混相驱可分为二氧化碳驱、氮气驱、烃类气体驱（干气驱和富气驱）以及烟道气驱；热力采油方法可分为蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等；微生物采油方法可分为微生物驱、微生物调堵及微生物降解原油等方法。 一、气体混相驱

气体混相驱的目的是利用注入气怵能与原油达到混相的特性，使注入流体与原油之间的界面消失，即界面张力降低至零，从而驱替出油藏的残余油。气体混相驱按混相机理可分为一次接触混相驱和多次接触混相驱。按注入气体类型可分为烃类气体混相驱（如LPG 段塞驱、富气驱、贫气驱）和非烃类气体混相驱（如CO2驱和N2驱）。

（一）LPG 段塞混相驱

液化石油气（简称LPG）段塞混相驱是指首先注入与地下原油能一次接触达到混相的溶剂段塞，如LPG、丙烷等，然后注入天然气、惰性气体或水。LPG 段塞混相驱工艺中水段塞是用来控制流度、提高波及效率的）。一般来说，LPG 段塞尺寸约为10%~15%孔隙体积，而后续的天然气或水的段塞尺寸就非常大。

LPG 段塞混相驱非常有效。注入的LPG 段塞与原油达到混相后，残余的油滴及可动油都可能被采出，因此这种方法的采收率较高。此外，混相压力低、适应性强等都是LPG 段塞混相驱的优点。但是，LPG 段塞混相驱的成本高以及波及效率低等因素限制了该方法的应用。 （二）富气混相驱

富气是富含丙烷、丁烷和戊烷的烃类气体。富气混相驱是指往油层中注入富含C2—C6中间组分的烃类气体段塞，然后再注入干气段塞，通过富气与原油多次接触达到混相来提高采收率的方法。注入富气与原油接触时，注入气中的C2—C6组分凝析而进入油相，形成一个由C2—C6富气和原油的混相带，如果注入的富气能保证足够的量时，混相带就会向前不断地把油推向生产井。由于富气成本要比干气高，因此通常是富气段塞后紧接的是干气。尽管富气驱的成本低于LPG 段塞驱，但是要求的混相压力相对较高。富气驱的优点是基本上能完全驱替油层内所接触的残余油，而且一旦混相带被破坏能后自身修复，重新获得混相。

但是，富气驱仍然成本较高，而且重力超覆、粘性指进现象严重，波及效率较低。

（三）高压干气温相驱

干气是甲烷含量超过85%的天然气。高压于气混相驱是指在高压下将甲烷为主的于气连续地注入到油层，通过于气与原油多次接触达到温相的驱替过程。注入的干气与原油多次接触后形成了一个由富含C2—C6的气体与原油的混相带。这种

方法不象富气驱是通过富气中C2—C6中间组分凝析到原油中而达到混相，而是干气从原油中抽提出中间组分加富自己，使注入气体的组成和与之相接触的原油的组成接近，从而达到混相。

如果原油中富含C2—C6组分，而且地层压力很高，干气驱才能是混相驱。高压干气驱方法的优点在于成本低，干气可循环注入。但是，高压干气驱的注气压力要求很高，对注入设备和原油的组成要求很严，因此其适用性较差。此外，重力分界效应较严重，尤其是在非均性油藏中更为突出。 （四）CO2驱

CO2驱是指注入的CO2段塞通过降低原油粘度、膨胀原油体积，以及多次接触混相等机理提高油藏采收率的方法。在中等压力下注入的CO2开始与原油接触时，并不能立即达到混相，但可以形成一个类似于干气驱的混相前缘，C2—C6抽提原油中大量的C2—C6组分达到混相。但是在高压下，CO2有时又类似于富气驱，CO2可以溶解于原油中，相当于富气驱的中间组分凝析到原油中那样。在CO2段塞前缘是CO2—原油混相带，其中富含C2—C6组分。为了控制C2—C6驱的流度，通常采取CO2—水交替注入方法。

一般注入的CO2段塞尺寸为12%~40%孔隙体积，后面接着注入的是泡沫或水。因为CO2泡沫或水—气交替注入可以大大地降低流度比，提高注入流体的波及效率。相对来说，CO2驱在低压下能够达到混相，比高压注干气方法的应用范围更广，但受到CO2资源量的限制，除非存在大型天然的CO2气藏。此外，CO2驱会带来严重的腐蚀、结垢、沥青沉积等问题。尽管如此，CO2驱仍是应用最广的气体混相驱方法，在提高采收率方法中占有显著的位置。 （五）N2驱

N2混相驱与高压干气驱类似，是指注入N2与原油通过多次接触达到混相的一种EOR 方法。注入的N2与原油接触，抽提原油中的C2—C6中间组分，而使N2自身不断地富化，接近原油的组成，从而达到动态混相。在N2驱时，除了混相驱机理外，N2的重力排驱及保持油藏压力效应均有助于提高采收率。N2驱要求原油中必须含有足够的C2—C6中间组分，而且地层压力较高，因此，N2驱适应于高压轻质油藏。N2驱成本低，气源来源于空气，其成本是天然气的1/4，是CO2的1/3~1/2。N2气源还可以从烟道气中获得，从而缓解环境压力，变废为宝。但是，N2驱混相的条件较为严格，只有在高压、轻质油藏，才能达到混相。在相同条件下，N2与原油达到混相所需的压力比CO2和富气高得多。此外，烟道气可以产生严重的井下管柱腐蚀问题。 二、热力采油方法

热力采油是指将热量引入油层、降低原油粘度，从而提高采收率的方法，包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等方法。热水驱也属于热力采油范围，它是蒸汽驱的一个特例，即蒸汽干度为零的蒸汽驱。 1.蒸汽吞吐

蒸汽吞吐是指将蒸汽注入单井后，关井一段时间，注入蒸汽携带的热量传给油层，加热地下原油，然后开井生产的周期性注蒸汽过程。这种注蒸汽、关井、生产过程可重复多个周期。随着吞吐周期的增加，油井增产效果越来越差，直到最后吞吐转为蒸汽驱。在蒸汽吞吐中，原油的热降粘、热膨胀、蒸汽的闪蒸与抽提都对增

加稠油油井产量有贡献。由于蒸汽吞吐加热油层范围有限，因而蒸汽吞吐的最终采收率低，一般为10%左右。为进一步提高稠油油藏采收率，蒸汽吞吐之后进行蒸汽驱采油。此外，在深井中，由于热损失量大，蒸汽吞吐受到一定的限制。蒸汽吞吐是投资少、见效快的一种EOR 方法，也是进入工业化应用的EOR 方法。 2.蒸汽驱

蒸汽驱是指将蒸汽从注入井注入到油层，蒸汽将稠油变稀并推向生产井的一种热采方法。蒸汽驱提高原油采收率的机理有原油的粘度降低、受热膨胀、蒸汽蒸馏、汽驱以及相对渗透率和润湿性改变等。在地层中注入的蒸汽干度达到零时，蒸汽驱变为热水驱。蒸汽驱中最大的问题是蒸汽超覆和提前突破。由于蒸汽与原油的密度差、垂向渗透率非均质性以及平面非均质性导致蒸汽沿油层上部窜进和沿高渗透带提前在生产井中突破，导致低的波及体积，降低了蒸汽驱稠油采收率。因此，在蒸汽驱中流度控制技术已变得越来越重要。尽管人们已采用了蒸汽泡沫技术，但效果并不是很好。此外，蒸汽发生器排放污染、结垢、热效率不高也是蒸汽驱所遇到的问题。尽管如此，蒸汽驱已成为最有吸引力的EOR 方法，也是已进入工业化应用阶段的EOR 方法。蒸汽驱的采收率可达50%~60%。蒸汽前缘为蒸汽凝结的热水和热油，热水前缘是原始油带。 3.火烧油层

火烧油层是通过注入空气（或氧气）与地层原油接触，采用人工井底点火或油层自发点火后，油层中部分重质原油作为燃料，产生的热量和燃烧产物用以降低原油粘度、膨胀原油体积、驱动地层原油从而达到提高采收率的目的。火烧油层与蒸汽驱的最大区别在于火烧油层是在油层内产生热量，而不是象蒸汽驱那样在地面产生热量。火烧油层的机理非常复杂，除了蒸汽驱的机理外，还包括原油就地热裂解和烃类况相驱等。火烧油层的技术进一步可分为干式正向燃烧法、反向燃烧法和联合热驱（湿式燃烧）3 种方法。 （1）干式正向燃烧法

靠近注入井的是空气区，空气区前为燃烧前缘，该区内的温度可达700℃。燃烧前缘的前面是蒸发区，主要包括蒸发的轻质烃类、蒸汽以及余下的焦碳。在冷凝区内，是可动的热油和冷凝的轻烃以及热水等。冷凝区前为富集油带，随着空气的不断注入，集油带将不断地向生产并推进，直到产出地面。于式正向燃烧法的热效率很高，大大超过蒸汽驱，而且可以从生产井直接获得部分轻质油。但是，油层燃烧后剩余了大量的热量，降低了热量利用率，火烧油层的燃烧前缘难于控制，采油设备的腐蚀、压缩空气的成本以及产出气中存在有害气体都是火烧油层的限制因素。 （2）反向燃烧

反向燃烧是指空气从注入井注入，而点火在生产井进行，燃烧前缘逆向注气方向移动的火烧油层方法。反向燃烧可以弥补正向燃烧中靠近生产井的原油难于流动的缺陷，可以开采超稠原油。它与正向燃烧的一个区别在于燃烧的是相对较轻的烃类，而不是像正向燃烧那样燃烧的是相对较重的烃类。 （3）联合热驱

联合热驱是干式正向燃烧与水驱结合的一种热采方法。这种方法最大的优点在于可充分利用油层火烧后残余的热量，使热能利用率达到最高限度。联合热驱还可以避免高温带进入生产井，损坏生产井管柱，缓解于式正向燃烧中的腐蚀问题。

三、化学驱

化学驱是指通过在注入水中加入聚合物、表面活性剂、碱等化学剂，改变驱替流体与油藏流体之间的性质，达到提高采收率目的的方法。化学驱可进一步分为聚合物驱、表面活性剂驱、碱驱以及复合驱（如聚合物—胶束、聚合物—碱、聚合物—碱—表面活性剂、表面活性剂—气体等）等方法。化学驱既可以改变油水界面张力，也可以降低流度比。因此从理论上来说，化学驱可以大幅度提高原油采收率，降低残余油饱和度。但实际应用中由于化学剂成本较高，这种方法的应用也受到一定限制。

（一）聚合物驱

聚合物驱是一种流度控制技术，是指在注入水中加入少量的聚丙烯酸胺或生物聚合物黄胞胶来提高水相粘度，降低水相渗透率，从而改善水驱油流度，提高波及效率的一种EOR 方法。在聚合物驱中，聚合物浓度一般为300~1500mg/L，段塞尺寸为0.1~0.4 孔隙体积。聚合物驱可提高采收率5%~15%。

聚合物段塞的流动可以改善粘性指进和看进现象，提高平面和纵向波及系数。由于聚合物在高温和高矿化度的油藏条件下的稳定性较差，抗剪切性能弱，因此，聚合物驱的应用也受到了一定的限制。目前有一种改进聚合物驱的方法，它是在注入聚合物溶液中加入非常少量的弱交联剂，以提高聚合物溶液的稳定性，拓宽聚合物驱的应用范围。聚合物驱是化学驱中已进入工业应用阶段的EOR 方法。 （二）表面活性剂驱

表面活性剂驱是将表面活性剂（通常是石油磺酸盐）加入到注入水中，通过降低油水界面张力提高驱油效率的一种EOR 方法。根据加入表面活性剂量以及在地下形成的体系性质，表面活性剂驱可分为活性水驱和胶束驱。在活性水驱中，加入的表面活性剂量较小，油水界面张力下降的幅度不是很大，通过活性水的润湿孔喉，降低界面张力以及乳化原油机理，降低残余油饱和度。由于表面活性剂在岩石表面的吸附，使的损失加大，驱油效果也变差。因此活性水驱的成本相应增大。胶束驱又称微乳液驱，是指将表面活性剂、醇类助剂以及电解质加入注入水中，在地下形成胶束溶液驱替原油的EOR 方法。由于胶束溶液具有增溶油的特性，它与油层原油接触后，可形成混带，油水界面消失，可以大幅度地提高采收率。通常胶束驱与聚合物驱联合使用，即在胶束段塞后紧接着一个聚合物段塞，以保护胶束段塞不被后续注入水所破坏。胶束一聚合物段塞驱具有很高的驱油效率和波及效率，但注入化学剂成本限制了该方法的应用。 （三）碱水驱

碱水驱是把碱类物质，如氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化铰加入水中注入地层，通过碱与原油中的酸性组分就地生成表面活性剂，降低界面张力、乳化原油、溶解油水界面上的刚性界面膜、改变岩石润湿性等机理，降低残余油，从而达到提高采收率的目的。

在碱水驱中，正确地选择油藏原油的性质是至关重要的。碱水驱机理要求原油必须具有一定的酸值，一般认为原油酸值大于0.5mg （NaOH）/g （原油）时，碱水驱效果较好。而原油酸值处于0.2~0.5mg （NaOH）/g （原油）之间的原油需进一步的评价。碱水驱中的碱耗和流度控制是非常重要的。碱水驱通常与聚合物驱联合使用，可以改善流度比。降低碱耗的方法是先注入一个牺牲段塞，然后再