提高采收率技术新进展
提高采收率技术发展概况
1.化学驱油技术
2.热力采油技术
3.混相驱油技术
4.微生物采油技术
目 录
提高采收率技术发展概况
在油田开采的历史上，依靠油层自身能量采油的方法曾经历了相当长的时间。在该时期，主要依靠油中溶解的天然气膨胀将油举升到地面，当溶解气耗尽时，油便失去流动能力。此种采油法称为一次采油。
采收率一般为15%左右。
在油藏原有能量衰竭后，在油藏边缘或油藏内部打若干注水井，从地面向井内注水，从生产井采油的一种开采方式，即人工注水采油法，也叫二次采油。注水的作用是补充油层的驱油能量，水作为油的排驱剂，它将油排走而占据油原来占据的孔隙空间。因此，注水后油层含油饱和度下降，而含水饱和度上升。注水采收率远比一次采油高，通常为30-40%。由于水的来源广，价格便宜，采收率又高，所以绝大多数油田采用注水方式开采。
提高采收率发展
人工注水固然可以提高采收率，但注水后尚有一半的原油滞留在油层中，如何采出这些二次残余油是三次采油的目标。这一开采技术主要是通过向油层注入化学剂或气体溶剂，对油层进行三次开采。 (三次采油，Tertiary Oil Recovery).因此，现在人们一般采用“提高采收率”或“强化采油”(Enhanced Oil Recovery-EOR)这一专用名词，它包括注水和其他提高采收率的方法。
提高采收率发展
EOR技术以美国发展最快，这与美国对石油的需求量大，而近几十年新发现的油田越来越少是有关系的。在原油价格暴涨的70年代，美国对EOR研究给予经济支持，对石油公司则实行矿场EOR实验的成本分担。这些政策有利地促进了EOR技术的发展。但到1981年，上述政策终断，这是80年代后美国EOR技术发展较缓慢的原因。特别是80年代中期以后，国际市场原油价格暴跌，美国政府认为可以从中东获得稳定供应的低价原油，对EOR研究的经济支持减少，EOR的发展受到较大冲击。
提高采收率发展
苏联油田在50年代至60年代处于注水鼎盛时期，其他的EOR技术几乎没有发展，直到80年代，苏联才开始重视发展除注水之外的其他EOR方法，EOR技术从此有了比较大的发展。
提高采收率发展
我国EOR技术研究最一早的是新疆，1958年开始研究火烧油层。大庆油田是在一投入开发时就开展EOR研究的，前后研究过的项目有C02水驱、聚合物水驱、CO2混相驱、胶束溶液、微乳液驱等项目，是我国EOR项目研究最多的油田。除此以外辽河、华北、玉门、胜利、大港等油田也在80年代初进行了EOR研究，如:辽河油田进行了蒸汽吞吐的室内研究和矿场试验，华北油田进行了注氮气的室内实验。
化学驱油技术基础
化学驱是采油化学的重要组成部分。
采油化学
油层化学改造
化学驱法
混相驱法 烃类混相法
非烃类混相法
聚合物驱
活性剂驱
碱驱
复合驱
热采法 蒸汽驱
火烧油层法
油水井化学改造
水井调剖 油井堵水
化学防砂 防蜡清蜡
稠油降粘 酸化解堵
射孔压裂 修井压井
油层保护 综合措施
采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问题。包括改造方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。
采油化学的研究对象
1、油层－>油层的化学改造（提高原油采收率）
采收率低
2、油水井－>油水井的化学改造（增产增注）
砂、 蜡、 水、 稠、 低
采油化学是油田开采工程学与化学之间的边缘科学
提高采收率的基本概念
(1)原油采收率＝波及系数×洗油效率
(2)波及系数：是指驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比值。
(3)洗油效率：是指驱油剂波及到的油层所采出的油量与这部分油层储量的比值。
油层的改造有两个途径：
－提高波及系数；
－提高洗油效率。
提高波及系数的主要方法：
改变驱油剂和（或）油的流度。
提高洗油效率的主要方法：
改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力效应的不利影响。
流度：是流体通过扎隙介质能力的一种量度
改造油层的方法
1。化学驱油法（化学驱）
聚合物驱油法（聚合物驱）
表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）
碱驱油法（碱驱）
2。热力采油法（热采）
蒸汽驱油法（蒸汽驱）
油层就地燃烧法（火烧油层）
3。混相驱油法（混相驱）
烃类混相驱油法（烃类混相驱）
非烃类混相驱油法（非控类混相驱）
4。微生物采油法
1、化学驱
聚合物驱
表面活性剂驱
碱驱
复合驱
提高采收率新技术
聚合物驱：
以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。
也称为：
聚合物溶液驱
聚合物强化水驱
稠化水驱和增粘水驱。
聚合物驱用聚合物
(1)部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）
(2)黄胞胶（XC），生物聚合物
聚合物驱(EOR)原理
聚合物驱是通过减小水油流度比的机理，抑制水的指进，提高波及系数，从而提高原油采收率
(1)水油流度比:
定义：
(2)聚合物提高水油流度比的原因1
增加水的粘度μw
（1）超过一定浓度，聚合物分子互相纠缠形成结构，产生结构粘度。
（2）聚合物链中的亲水基团在水中溶剂化（水化）。
（3）若为离子型聚合物，则可在水中解离，形成扩散双电层产生许多带电符号相同的链段（由若干链节组成，是链中能独立运动的最小单位），使聚合物分子在水中形成松散的无规线团，因而有好的增粘能力。
(3)聚合物提高水油流度比的原因2
减小孔隙介质对水的渗透率Kw
滞留的两种形式:
（l）吸附
聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集在岩石孔隙结构表面的现象。
（2）捕集
聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”而留在孔喉外的现象
聚合物驱段塞图
前后的段塞是防止聚合物的盐敏效应的
盐敏效应:
盐加入后，盐对扩散双电层的压缩作用，使链段的负电性减小，HPAM分子形成紧密的无视线团，因而对水的稠化能力大大减小
聚合物驱的采油曲线
聚合物驱地面流程
孤东油田七区中注聚工艺流程示意图
表面活性剂驱
基本概念
(1)定义
以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法
(2) 表面活性剂体系
稀表面活性剂体系 （c<2%）
活性水
胶束溶液
浓表面活性剂体系 (c>2%)
水外相微乳
油外相微乳
中相微乳
泡沫驱
乳状液驱
活性剂驱用活性剂
(1)磺酸盐型表面活性剂
(2)羧酸盐型表面活性剂
(3)聚醚型表面活性剂
(4)非离子一阴离子型两性表面活性剂
活性水驱
(1)定义：以活性水作为驱油剂的驱油法叫活性水驱。
活性水：属稀表面活性剂体系，其中的表面活性剂浓度小于临界胶束浓度。
(2)活性水EOR原理
A.低界面张力机理
表面活性剂在水油界面吸附，可以降低水油界面张力
提高了洗油能力
B.润湿反转机理
提高了洗油效率
C.乳化机理
驱油用的表面活性剂的HLB值一般在7～18范围，可稳定水包油乳状液。
乳化的油在向前移动中不易重新粘附回地层表面，提高了洗油效率。
乳化的油在高渗透层产生叠加的Jamin效应，可使水较均匀地在地层推进，提高了波及系数。
D.提高表面电荷密度机理
活性剂的吸附提高了表面的电荷密度,增加了油珠与岩石表面的静电斥力,油珠易被带走,提高了洗油效率
E.聚并形成油带机理
胶束溶液驱
(1)定义：以胶束溶液作驱油剂的驱油法叫胶束溶液驱。
(2)胶束溶液：
属稀表面活性剂体系，其中表面活性剂浓度大于临界胶束浓度，但其质量分数不超过2%。
(3)胶束溶液的配制
A.表面活性剂
B.加入醇（如异丙醇、正丁醇）（或）盐（如氯化钠）
醇和盐等助剂的加入为了调整油相和水相的极性 ，使表面活性剂的亲油性和亲水性得到充分平衡，从而最大限度地吸附在水油界面上，产生超低界面张力（小于10-2N·m-1的界面张力），强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。
(3)胶束溶液驱EOR机理
A.具备活性水驱的全部机理
B.由于活性剂的浓度较高，而且醇和盐的存在，界面张力可以降到超低，强化了低界面张力机理。
微乳驱
(1)微乳分类
水外相微乳
水外相微乳用水溶性表面活性剂配得
溶有油的表面活性剂胶束分散在水中所形成的分散体系
油外相徽乳
油外相微乳用油溶性表面活性剂配得
溶有水的表面活性剂胶束分散在油中所形成的分散体系
中相微乳
(2)微乳类型的相互转化
微乳类型决定于：活性剂的类型、使用温度、油的性质（如烃的碳数）、水中的电解质（种类和浓度）、体系中的助表面活性剂（种类和浓度）
(3)微乳与乳状液的区别、转化
微乳：热力学稳定体系，油水间不存在相界面
乳状液：热力学不稳定体系，油水间存在相界面
(4)微乳的配制
三个主要成分
油：原油或它的馏分（如汽油、煤油、柴油）
水：淡水或盐水
表面活性剂：阴离子型、非离子型和非离子－阴离子型表面活性剂，最好用石油磺酸盐（钠盐或铵盐）
两个辅助成分
助表面活性剂：最好用醇，也可用酚
调整水和油的极性 ，参与形成胶束，增加胶束增溶能力
电解质：无机的酸、碱、盐，但最好用盐
减小表面活性剂和助表面活性剂极性部分的溶剂化程度，使胶束在更低的表面活性剂浓度下就可形成，可使微乳与油或水产生超低界面张力
(5)微乳驱EOR机理（以水外相微乳为例）
当微乳与油层接触时，由于它是水外相，可与水混溶（均相），而它的胶束可增溶油，所以也可与油混溶（均相），混相微乳驱
当微乳进入油层并当油在微乳的胶束中增溶达到饱和，微乳与被驱动油之间产生界面。这时，混相微乳驱就转变为非混相微乳驱
当微乳进一步进入油层，被驱动油进一步进入胶束之中，原来的胶束转化为油珠，水外相微乳转化为水包油乳状液。
微乳与水和油没有界面－无毛细管阻力，提高了波及系数；
微乳与油完全互溶－提高了驱油效率。
（6）微乳驱段塞图
预冲洗段塞：盐水段塞（除去地层中Ca2+、Mg2+等可交换阳离子），或是牺牲剂段塞减少表面活性剂在地层中的损耗）
泡沫驱
(1)定义：泡沫驱是以泡沫做驱油剂的驱油法。
(2)泡沫配制：
A.水：淡水，也可用盐水
B.气：氮气、二氧化碳气、天然气、炼厂气或烟道气
C.起泡剂：主要是表面活性剂如烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯烷基醇醚-15、聚氧乙烯烷基苯酚醚-10、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯盐、聚氧乙烯烷基醇醚羧酸盐等 。在起泡剂中还可加入适量的聚合物（如部分水解聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素等）提高水的粘度，从而提高泡沫的稳定性。
(3)泡沫性质
A.泡沫特征值：指泡沫中气体体积对泡沫总体积的比值。
通常泡沫特征值是在～之间。泡沫特征值小干时的泡沫叫气体乳状液。
泡沫特征值大于0．99时的泡沫易于反相变为雾。
泡沫特征值超过时，泡沫中的气泡就会变成为多面体。
泡沫特征值与采收率关系
(4)泡沫粘度
当泡沫特征值小于时
当泡沫特征值大于时
泡沫的粘度来源于:
相对移动的分散介质液层间的内摩擦
分散相间的相互摩擦
泡沫特征值超过一定数值（）时，分散相开始互
相挤压、引起气泡变形,泡沫粘度急剧增加
(5)泡沫驱EOR原理
效应叠加机理
对泡沫，Jamin效应是指气泡对通过喉孔的液流所产生的阻力效应。当泡沫中气泡通过直径比它小的喉孔时，就发生这种效应。Jamin效应可以叠加，所以当泡沫通过不均质地层时，它将首先进入高渗透层。由于Jamin效应的叠加，所以它的流动阻力逐渐提高．因此，随着注入压力的增加，泡沫可以依次进入那些渗透性较小，流动阻力较大而原先不能进入的中、低渗透层，提高波及系数。
B.增粘机理
由于泡沫有大于水的粘度，所以它有大于水的波及系数，因而泡沫驱有比水驱高的采收率
C.稀表面活性剂体系驱油机理
泡沫的分散介质为表面活性剂溶液，根据表面活性剂在其中的浓度，它应具有稀表面活性剂体系（加活性水、胶束溶液）的性质，因此具有与它们相同的驱油机理．
碱驱
基本概念
以碱溶液作驱油剂的驱油法。
又叫：
碱溶液驱
碱强化水驱
碱驱用碱
碱：NaOH、 KOH、 NH4OH
盐（潜在碱）：Na2CO3、Na2SiO3、Na4SiO4、Na3PO4
Na2CO3和NaHCO3复配
Na3PO4与Na2HPO4复配
碱与石油酸的反应
原油中可与碱反应的石油酸，生成相应的石油酸盐
脂肪酸
环烷酸
胶质酸和沥青质酸等
碱驱中还常加入盐，调整亲水亲油平衡
碱与石油酸反应规律
n值越大：
RnCOOH酸性越弱，反应需要的浓度越高，
生成的RnCOO-亲水性越弱
生成的RnCOO-越易稳定W/O乳状液
RnCOOH+OH-RnCOO-+H2O
碱驱EOR机理
(1)低界面张力机理
在低的碱含量和最佳的盐含量下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂，可使油水界面张力降至1×10-2 mN·m-1.
(2)乳化－携带机理
在碱含量和盐含量都低的情况下，由碱与石油酸反应生成的表面活性剂可使地层中的剩余油乳化，并被碱水携带着通过地层。
此机理特点：
可以形成油珠直径相当小的乳状液；
通过乳化提高碱驱的洗油效率；
碱水在油井突破前采油量不可能增加；
油珠的聚并性质对过程有不利影响。
(3)乳化－捕集机理
在碱含量和盐含量都低的情况下，由于低界面张力使油乳化在碱水相，但油珠直径较大，因此当它向前移动时，就被捕集，增加了水的流动阻力，即降低了水的流度，从而改善了流度比，增加了波及系数，提高了原油采收率。
此机理特点：
可以形成油珠直径较大的乳状液；
分散的油珠会被捕集在较小孔道；
碱水在油井突破前采油量可以增加；
油珠的聚并性质对过程有有利的影响。
(4)由油湿反转为水湿机理
在碱含量高和盐含量低的情况下，碱可通过改变吸附在岩石表面的油溶性表面活性物质在水中的溶解度而解吸，恢复岩石表面原来的亲水性，使岩石表面从油湿反转为水湿，提高了洗油效率，也即提高了原油采收率．
(5)由水湿反转为油湿机理
在碱含量和盐含量都高的情况下，碱与石油酸反应生成的表面活性剂主要分配到油相并吸附到岩石表面上来，使岩石表面从水湿转变为油湿。这样，非连续的剩余油可在其上形成连续的油相，为原油流动提供通道．与此同时，碱驱生成的表面活性剂的亲油性和它产生的低界面张力，导致油包水乳状液的形成．乳状液中的水珠，堵塞流通孔道，使注人压力提高．高的注入压力迫使油从乳化水珠与岩石表面之间的连续油相这条通道排泄出去，留下高含水率的乳状液，达到提高原油采收率的目的。
碱驱进行的条件
碱驱进行的条件是原油中有能够产生表面活性剂的石油酸，因此要求碱驱油层的原油有足够高的酸值（1克原油被中和到pH值产生突跃时所需氢氧化钾的质量，单位为 mg·g-1 ）。当原油的酸值小于 mg·g-1时，油层就不适宜进行碱驱。一定的酸值是进行碱驱的必要条件，但不是充分条件。
充分条件是原油中的石油酸与碱的反应产物为表面活性剂（如原油中的二甲酚属石油酸，它与碱反应产物为二甲酚盐就不是表面活性剂）。
碱驱的段塞图
复合驱
指两种或两种以上驱油成分组合起来的驱动。
驱动方式的对比
聚合物的作用
(1)聚合物改善了表面活性剂和（或）碱溶液对油的流度比。
(2)聚合物对驱油介质的稠化，可减小表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小它们的药耗。
(3)聚合物可与钙、镁离子反应，保护了表面活性剂，使它不易形成低表面活性的钙、镁盐。
(4)聚合物提高了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（按乳化一铺集机理）和（或）洗油能力（按乳化一携带机理）有较大的提高。
表面活性剂的作用
(1)表面活性剂可以降低聚合物溶液与油的界面张力，使它具有洗油能力。
(2)表面活性剂可使油乳化，提高了驱油介质的粘度。乳化的油越多，乳状液的粘度越高。
(3)若表面活性剂与聚合物形成络合结构，则表面活性剂可提高聚合物的增粘能力。
(4)表面活性剂可补充碱与石油酸反应产生表面活性剂的不足。
碱的作用
(1)碱可提高聚合物（HPAM）的稠化能力．
(2)碱与石油酸反应产生的表面活性剂，可将油乳化，提高了驱油介质粘度，因而加强了聚合物控制流度的能力。
(3)碱与石油酸反应产生的表面活性剂与合成的表面活性剂有协同效应（表4-3）。
(4)碱可与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起牺牲剂作用，保护了聚合物与表面活性剂．
(5)碱可提高砂岩表面的负电性，减少砂岩表面对聚合物和表面活性剂的吸附量（表4-4）。
(6)碱可提高生物聚合物的生物稳定性。
矿场实例
结束
