第四节 提高采收率
4 碱–表面活性剂–聚合物三元复合驱
碱水驱碱耗损失非常大,加入表面活性剂可大大减 少碱的用量。同时,由于原油中的酸性组分含量碱驱时 生成的表面活性剂量,所以,利用碱–表面活性剂可降 低界面张力的性能,再结合聚合物的流度控制能力,就 形成了碱–表面活性剂–聚合物三元复合驱技术。此技术 能有效降低界面张力,获得较高的驱油效率。其中聚合 物用于增加体系粘度,提高波及效率。 碱–表面活性剂–聚合物三元复合驱技术采收率是化 学驱中最高的,可提高水驱采收率20%。
提高采收率(EOR)
(Enhanced Oil Recovery)
原油采收率(Oil Recovery)是指采出地下原油原始储量的 百分数,即油藏累计采出的油量占油藏地质储量的百分数。 从理论上来说,采收率取决于驱油效率(ED)和波及效 率(Ev)。 采收率的定义式为:
ED EV 式中: ED ——驱油效率,又称微观驱替效率,它是指 注入流体波及区域内,采出的油量与波及区内石油储量的 比值; EV——波及效率,又称扫油效率或宏观驱替效率,它 是指注入流体及波区域的体积与油藏总体积的比值。
(1)渗透率非均质性
不同渗透率层的注入水推进速度不同,导致油层水 淹不均匀,各层渗透率相差太大会造成单层突进,造成 水淹厚度小,波及效率低。 即使渗透率相同,孔隙结构也可能不同,在微观上 仍可能是不均质的。颗粒愈均匀,岩石的微观结构愈好, 孔隙大小更趋一致驱油效率更高。 所以,油藏岩石渗透率的宏观,微观非均质性对水 驱油的波及效率和驱油效率有很大影响。
2 蒸汽驱
蒸汽驱(Steam Drive)是接替蒸汽吞吐的一种稠油开 采方法,是指蒸汽从注入井进入并穿过整个油层,把加 热的原油推向生产井并产出地面。与蒸汽吞吐相比,尽 管蒸汽驱可以大幅度提高稠油油藏的采收率,但该方法 消耗的热能多、投资大、技术复杂程度高、风险大。因 此,目前蒸汽驱的产量要比蒸汽吞吐的产量小。 利用蒸汽吞吐开采稠油,只能采出油井井筒附近地 层中的原油,而井间仍有大量的稠油未能采出,其采收 率仅为10%一20%。蒸汽吞吐后进行蒸汽驱开采,可以 便一部分井间地层中的原油采出地面,可进一步提高稠 油的采收率20%一30%。
蒸汽吞吐过程示意图
蒸汽吞吐增产机理
周期吞吐增产的机理较为复杂,但可以肯定原油 受热降粘在提高稠抽产量中起着非常重要的作用,热 膨胀的溶解气作用也促进了地层流体的流动,蒸汽的 井简清洗效应以及回来过程中的地污染的清除也是蒸 汽吞吐增产的因素。此外高温引起的油水相对渗透
率和毛管压力变化,以及岩石润湿性改变都有 助于地层原油的流动。
4 高压干气混相驱
高压干气混相驱: 是指在高压下将干气连续的注入 到油层,通过干气与原油的多次接触达到混相的驱替过 程。形成富含C2—C6的气体与原油的混相带,与富气驱 不同,干气从原油重抽提出中间组分加富自己接近原油 的组成,从而达到混相。 优点:成本低,干气可循环注入。当原油中富含 C2—C6组分,且地层压力很高时,干气驱才能达到混相 驱。其注气压力要求很高对注入设备和原油的组成要求 很严,因而适应性很差。
一次接触混相驱是指注入气体(如皿)与地层原油可以任何比 例混合,立即达到完全互溶的混相驱替过程。 多次接触混相驱是指注入气体与原油通过多次接触后,才能 达到混相的排驱过程,它可进一步分为凝析气驱(如富气驱)和蒸 发气驱(如二氧化碳驱、干气驱、氮气驱、烟道气驱等)。
气体混相驱分类
1 二氧化碳驱
一定条件(温度和压力)下,CO2可以两相或三 相共存.用作混相驱的CO2通常呈气态,在中等压 力下,二氧化碳不能直接与大多数原油混相,但 能够抽提原油中的轻质组分,因而在低压下CO2 是一种很好的非混相驱注入剂,在高压下, CO2 也是一种很好的混相驱注入剂。 CO2驱机理: 在CO2驱中, CO2的溶解气驱 作用、混相驱替、膨胀原油作用、降低原油粘度、 碳酸水提高岩石渗透率等作用都会有助于提高原 油采收率.
1 聚合物驱
聚合物驱(Polymer Flooding): 是一种流度控制技术, 通过在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物(聚丙烯 酰胺或生物聚合物黄泡胶),增加水相粘度,降低水相 渗透率,改善流度比,提高原油采收率的方法。 聚合物驱只是在原来水驱的基础上添加了聚合物, 因此它又称改性水驱(Modified Water Flooding)。 聚合物驱机理是所有提高采收率方法中最简单的— 种,即降低水相流度,改善流度比,提高水淹层段驱油 效率。聚合物段塞可以改善粘性指近和舌进现象,降低 高渗透水淹层段中的流度,缩小高、低渗透层段的 水 线推进速度差,调整吸水剖面,从而提高波及系数。 一般来说,当油藏的非均质性较大和(或)水驱流度 比较高时,聚合物驱可以取得明显的经济效果。
蒸汽驱过程示意图
Hale Waihona Puke 3 火烧油层火烧油层:是指向油层注入空气(或氧气),通过原 油的自燃或人工点火,使地层部分原油就地燃烧,利用 燃烧前缘推动原油的热采方法,又称作层内燃烧或火驱。 在火烧油层中,燃烧前缘产生非常高的温度,就地 蒸发地层中的间隙水和原油中的轻质组分,以及原油燃 烧的产物CO2和水蒸气等与“冷原油”接触,形成一个 类似于蒸汽驱、溶剂混相驱和CO2驱的驱替前缘。 与其他热采方法如蒸汽驱相比,火烧油层最大的区 别在于油层就地产生热量,这种方法的最大优点在于能 源利用率高、最终采收率高。 火烧油层方法可分为干式正向燃烧、反向燃烧和联 合热驱。火烧油层示意图如下。
3 富气混相驱
富气混相驱:是指往油层中注入富含C2—C6组分的 烃类气体段塞,通过富气与原油的多次接触达到混相 与原油接触后,注入气中的C2—C6组分凝析而进入油相, 形成富气和原油的混相带。富气成本高,通常富气段塞 后紧接着注干气。 富气混相驱要求的混相压力较高,重力超覆,粘性指 进现象严重,波及效率较低。
一般来说,地下原油的粘度大于地下水粘度, 而且油相渗透率(Ko)随着含水饱和度增加而减少, 相反,水相渗透率(Kw)随含水饱和度增加而增大。 因此.在油藏注水后Kw上升,Ko下降。由流度比 定义可知,水驱油流度比大于1,而且随着注水 时间增加,水驱油流度比越来越大,波及效率随 之降低。
(4)井网 注采井的井网布署方式有很多,规则井网有 四点、五点、七点和九点井网。如果油藏较小, 油藏形状不规则,而且断层较多,井网就不会是 规则的。不同的井网模式导致不同的波及效率。
聚合物驱示意图
2 表面活性剂驱
表面活性剂驱: 用表面活性剂降低油水界面张力的提高驱
油效率的方法。表面活性剂分子中存在的亲水集团和亲油集团, 可在接触界面上产生选择性定向吸附,使界面相态和性质发生显 著变化。 表面活性剂驱分为活性水驱和胶束驱。 活性水驱:表面活性剂用量较小,活性水润湿孔喉,降低油 水界面张力和残余油饱和度,但是界面张力下降幅度不大。 胶束驱(微乳液驱):将表面活性剂、醇类助剂和电解质加 入水中,形成胶束溶液驱替原油。由于胶束溶液具有增溶油的特 性,与油层原油接触后,可以消除油水界面张力,形成混合带,大幅度 提高采收率. 目前,国外研究和普遍使用的是胶束–聚合物驱。
二、气体混相驱
气体混相驱是利用注入气体能与原油达到混相的 特性,消除他们之间的界面张力,从而驱替出油藏中的 残余油。驱油效率接近100%,与流度控制技术结合起 来,可使原油采收率达到95%。因此,气体混相驱已成 为仅次于热力采油方法的,处于商业应用的提高采收率 方法。 气体混相驱的注人气体有烃类气体和非烃类气体。 烃类气体有干气(Dry Gas)、富气(Enriched Gas)和液化 石油气(LPG)等,非烃类气体有二氧化碳、氮气和烟道 气。按混相机理,气体混相驱又可分为一次接触混相驱 (如LPG段塞驱)和多次接触混相驱。
三、热力采油
热力采油方法:是指利用热能加热油藏,利用稀 释和蒸发作用降低原油粘度,将原油从地下来出的一 种提高采收率的方法。
热力采油包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和火烧油层三种 常规的方法。蒸汽吞吐、蒸汽驱统称为注蒸汽法。 最有效的热载体是饱和水蒸气,能达到80%~
90%的驱替效率。
1 蒸汽吞吐
蒸汽吞吐(Puff and Huff)就是将一定量的高温、高 压饱和蒸汽注入油井(吞),关井数天( 焖井),加热油层 及其原油,然后开井回采(吐)的循环采油方法。 蒸汽吞吐方法是稠油开采中最常用的方法,也是工 业化应用最好的热采方法。蒸汽吞吐又称蒸汽激励或循 环注蒸汽。 优点:一次投资少、工艺技术简单、增产快、经济 效益好,已广泛应用于稠油开采。对于稠油油藏及特稠 油油藏一般都是先进行蒸汽吞吐,然后再转向蒸汽驱。 蒸汽吞吐采油过程可以分为三个阶段,即注汽阶段 (吞蒸汽)、关井阶段(焖井)和回采阶段(吐蒸汽)。蒸汽 吞吐过程示意图如下图所示。
火烧油层示意图
火烧油层机理:
火烧油层的采油机理异常复杂。但目前可 以肯定的是原油的高温裂解、热驱、冷凝蒸汽 驱、混相驱、热驱以及气驱都是火烧油层提高 果收率的机理。
四、化学驱
化学驱:是指在注入水中加入化学剂,改变 驱替流体与油藏流体之间性质的方法。可以改变 油水界面张力和 流度比,降低残余油饱和度, 从而大幅度提高原油采收率。 化学驱可分为聚合物驱,表面活性剂驱,碱 驱和复合化学驱。
驱油效率(ED):又称微观驱营效率,其定义为注入流
采收率影响因素分析
影响采收率的主要因素有流度比、原油粘度、 油水界面张力、井网、油藏非均质性、油水界面 张力、油藏岩石孔隙结构等。当然,还有很多因 素会影响采收率,如油藏地质参数(油藏大小、 断块复杂性、沉积相等)、技术水平,以及石油 价格等一系列因素。 影响波及效率和驱油效率的因素是制约水驱 采收率的主要因素。
3 碱水驱
碱水驱:把氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠 和氢氧化胺等碱类物质加入水中注入地层。 碱水驱机理:碱性物质与原油中的酸性组分就地生 成表面活性剂,降低界面张力,溶解油水界面上的刚性 界面膜,改变岩石润湿性,乳化原油,提高采收率。 碱水驱用于具有一定酸值、低粘土含量的轻质和重 质油藏,这是因为碱的吸附损失与粘土含量有关。 碱水驱在化学驱中成本最低。通常配合聚合物驱使 用,用于改善流度比,增大波及效率。