毕业设计论文提高原油采收率分析研究

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1、本科毕业设计（论文）摘要油气田开发的任务就是尽可能经挤、合理地提高地下油气的采出程度，即提高石油采收率纵观原油生产的垒过程，其实就是一个不断提高采收率的过程。在原油生产的第一阶段(一次采油)，原油是利用天然能量来开采的，其最终采收率一般只能达到15%左右。当天然能量衰竭时，通过注水向油层提供补充能量，即开始了开采的第二阶段(-次采油)。它的采收率远比能量衰竭法高，最终采收率通常为30%40%。当该油田的水油比接近作业的经济极限时，即产出油的价值与水处理及其注入费用相差太小，而使纯收益减少时，则进入了三次采油的阶段，这个阶段被称为提高原油采收率 (或“强化开采 Emhanced OilRecov

2、ery”，即EOR)。由于一次采油和二次采油方法采出的原油总量一般小于原始地质储量的40%，地下还有至少60%的储量等待开采，因而提高采收率方法的研制，目前备受国内外重视。关键词：提高原油采收率；三次采油；EOR ABSTRACT目录绪论 1第一章 气体混相驱 71. 液化石油气驱（LPG驱） 72. 二氧化碳驱 93. 富气驱 134. 高压干气驱 145. 高压氮气驱 15 第二章 化学驱 17 1. 聚合物驱 172. 表面活性剂驱 22 3. 碱水驱 24 4. 三元复合驱（ASP驱） 265. 泡沫驱 27第三章 热力采油法 28 1. 蒸汽吞吐 282. 蒸汽驱 30 3. 火烧油

3、层 33 第四章 微生物采油 36 第五章 物理采油法 41 第六章 结论 43 绪论 根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是指利用油藏天然能量开采的过程，如利用溶解气驱、气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量，它是油藏开发的第一个阶段。油田投资主要在钻井及油气集输两方面，它是油田开发的第一次投资过程，因此称为第一次采油。一般来说，一次采油采油率低于15%.二次采油是指采用外部补充地层能量（如注水、注气），以保持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。一次采油后，要进一步提高采收率，需要对油田注水注气设备进行第二次投资，因此称为二

4、次采油。以前，二次采油是指油藏能量衰竭时采用的提高采收率的方法。现在，一些油藏一开发就进入了注水的二次采油过程。这样可以使注水后的采收率提高。二次采油的采收率可达45%。二次采油后，油藏还存在这大量的原油，为了获得更高的采收率，需要进行三次采油。作为第三次采油过程的三次采油，是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。化学驱、气体混相驱、热法采油和微生物采油等都是提高采收率（Enhanced Oil Recovery,简称EOR）的方法。在第三次采油过程中，要投入大量的资金，建设注入化学剂、载热流体、混向气体的注入设备，注入流体也需要大量

5、的资金。由于三次采油的规模较大，三次采油的采收率提高幅度较大，获利较大，因此三次采油具有很大的风险性，油藏经历三次采油后，采收率可达50%90%。采收率提高幅度的大小取决于采用的方法、油藏条件以及当时的技术经济状况等许多因素。按上述采油阶段来划分石油开采方法的最大缺陷在于现在的许多油藏的开发过程并非按上述过程进行的。如我国大庆油田的开发模式是油藏一开发就注水，以保持地层压力，提高水驱采收率。克拉玛依油田九区稠油油藏是以蒸汽吞吐和蒸汽驱方法开始开采的。这些例子表明，油藏不经过一次或二次采油，直接进行三次采油可获得更多的采收率，经济上更具有吸引力。因此，三次采油的概念已失去了一定的应用性，而提高采

6、收率（EOR）的概念更为合理更易为人们所接受。1.采收率的概念1.1 采收率的定义 油藏的采收率定义为油藏累计采出的油量与地质储量的比值的百分数。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 =EDEV （1-1） 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域内石油储量的比值：EV 波及效率，又称扫油效率或宏观驱替效率，它是指注入流体及区域的体积与油藏总体积的比值。对于一个典型的水驱油藏来说，如果油藏的原始含油饱和度（Soi）为0.60，水驱后注入水波及区内的残余油饱和度（Sor）为0.30，那么注入水驱油效率为： ED （1

7、-2）如果油藏相对比较均质，注水的波及系数（EV）可以达到0.70，那么水驱采收率为：=EDEV=0.70.5=0.35=35% （1-3）水驱后油藏采收率为35%，也就是说注水采出了原油的1/3左右。还有大量的（约为2/3）左右原油仍然留在地层中用注水的方法 不能把他们采出地面。1.2 波及效率波及效率（EV）是指注入流体波及的体积与油藏体积的比值，它是面积波及哦波及系数（EVA）与垂向波及系数（EVV）的乘积。即：EV=EVAEVV （1-4）1.面积波及系数 面积波及效率（EVA）定义为注入流体波及的面积与油藏面积的比值。即：EVA= （1-5）式中 As 注入流体波及的面积； A 油藏

8、面积。影响面积波及系数的主要因素有流度比和井网两个参数。（1）流度比的影响流度（）定义为流体的相渗透率（Ki）与该相流体的粘度（i）的比值，即：=Ki/i (1-6) 流度是反映流体能力大小的量度，对于水驱油来说，一般原油粘度要比注入水的大得多，也就是说，水的流度要比油的流度大得多，即水比油更易流动。流度比（M）是指驱替相（如注入水）流度与被驱替相（如原油）的流度比值。水驱油的流度比为：M= （1-7） 相应的筑起的流度比为：M （1-8）2、垂向波及系数垂向波及系数定义为注入流体在油层纵向上波及的有效厚度与油层总的有效厚度的比值，其表达式为：Ez= （1-9）式中 hs 注入流体波及的平均有

9、效厚度；h 油层总的有效厚度。影响垂向波及系数的主要因素有驱替流体与被驱替流体的密度差引起的重力分离效应、流度比、非均质性以及毛细管理等参数。1.3 驱油效率 驱油效率（ED）又称微观驱替效率，其定义为注入流体波及区域内，采出油量与波及区内石油储量的比值。定义为：ED= （1-10）根据储量和残余油的概念可得驱油效率为：ED= （1-11）式中 Soi 原始含油饱和度；Sor 注入流体波及区内残余油饱和度。（一）毛管数毛管数是影响残余油饱和度的主要因素。毛管数定义是粘滞力与毛管力的比值。在典型的水驱油情况下，毛管数变化范围为107105。对于水湿岩石来说，油为非湿相，在低于临界毛管数时，岩石中

10、残余油饱和度与毛管数无关，水平段表示了典型水驱油毛管数范围，对应的残余油饱和度为30。但是，如果将毛管数增加23 个数量级，那么岩石中残余油饱和度可大幅度地降低。例如，毛管数增加到103时，残余油饱和度可减低到12左右。如果毛管数进一步增加到102101，几乎可以完全采出残余油。（二）孔隙结构孔隙结构是影响驱油效率的主要因素，由于孔隙结构的复杂性，目前尚不能定性描述。常用的描述参数渗透率只是一个衡量孔隙介质允许流体通过能力的宏观平均值，它不能描述微观孔道通过流体的能力。实际上，渗透率相同的孔隙介质，其微观孔隙结构和尺寸可能有很大区别。描述微观孔隙结构的参数如孔隙大小分布、孔喉比（孔隙直径与孔喉

11、直径之比）等很难精确测定，所以，孔隙结构对驱油效率的影响主要是通过定性分析。无论构成油层岩石的颗粒的大小多么均一，形状多么规则，在微观上它们仍是不均质的。但是，颗粒的均一性好，岩石的微观结构便愈好，岩石的微观结构便愈均质，孔隙大小更趋一致，孔喉比小，渗透率大，这种岩层的驱油效率高。（三）润湿性的影响岩石的润湿性有水湿、油湿和中性润湿。对于水湿岩石水驱油的驱油效率要比油湿岩石的驱油效率高。在亲水的岩石孔隙中，孔隙壁面和岩石颗粒表面可以被水润湿，水以水膜的形式存在于岩石孔隙表面，而油不能以膜的形式附于岩石孔隙壁面，这种情况下，残余油主要以油滴的形式存在于大孔隙的中心部位。在亲水岩石孔隙中，毛管力为

12、驱油动力，毛管力促使小孔隙中的油先排出，因此水湿岩石的驱油效率较高。在亲油岩层中，毛管力是驱油阻力，所以，水驱油主要排驱大孔隙中的油，小孔隙和孔壁上留下残余油。岩层亲油性愈强，附着油滴排驱愈困难。孔隙愈小，残余油滴愈难排驱。所以，亲油岩层的驱油效率较低。1.2 提高采收率方法提高采收率方法热力学方法声场处理油层电场处理油层蒸汽吞吐蒸汽驱火烧油层非热力学方法化学驱气体混相驱聚合物驱表面活性剂驱碱水驱碱-聚合物-驱碱-聚合物-表面活性剂驱聚合物-表面活性剂驱溶剂混相驱烃混相驱二氧化碳混相驱氮气混相驱物理采油法 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增加油井产量，提高

13、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流体性质，提高油藏的最终采收率。EOR的方法可分为非热方法、热力学方法、微生物采油、物理采油法。具体方法的细分类见图1-1。微生物采油图绪论-1 提高采收率分类框图尽管各种提高采收率方法都能够提高油藏采收率，但各方法的机理不同，都存在一定的缺陷，表(绪论-1)为各种EOR 方法的对比结果。EOR 方法主要机理主要缺陷气体混相驱降粘原油粘度 膨胀原油混相驱替作用重力分异导致的超覆现象注入气源受限制沥青沉淀降低渗透率注蒸汽降低原油粘度原油轻质组分汽化气驱作用井热损失大蒸汽超覆现象严重蒸汽锅炉排放污染物火烧油层降低原油粘度

14、原油轻质组分汽化重质原油热裂解产生的CO2混相驱作用蒸汽反燃烧方法产生的气体超覆燃烧难于控制产出气污染环境井下管柱腐蚀严重聚合物驱降低流度比，改善被及系数聚合物在高温、高矿化度下增粘能力差，稳定性差，注入能力受渗透率限制胶束聚合物驱改善流度比降低界面张力表面活性剂的吸附损失大表面活性剂的稳定性差聚合物高温高盐的稳定性差成本高碱聚合物驱改善流度比降低界面张力润湿性反转对原油组成要求严格碱耗较大微生物采油生物微生物堵塞大孔隙改善波及系数生物表面活性剂降低界面张力代谢酸性物质增加渗透率，代谢气体驱的作用降解原油作用微生物耐盐、耐高温性差降解重质原油的微生物难于研制微生物潜在污染水源表绪论-1 各种E

15、OR方法的对比结果图1-1 提高采收率分类框图第一章 气体混相驱混相是指两种或两种以上的物质相能够混合形成一种均质相。如果两种流体能够混相，则它们之间将无任何界面，如水和酒精、石油和甲苯等。混相驱就是指通过注入一种能与原油混相的流体来排除残余油的驱油法。混相剂可分为烃类混相剂，如液化石油气（C2C6含量大于50%）、富气（C2C6含量在30%50%的范围）和干气（C2C6含量小于30%）,以及非烃类混相剂，如N2和CO2等。混相可分为一次接触混相和多级接触混相。一次接触混相是指注入的流体任何比例都能与原油混合并达到互溶混相。而有些气体（如甲烷）和底层有之间并不能一接触就混相，但在适当高的压力下

16、连续注入，它则可以通过多次和底层油接触达到混相，这种过程叫多次接触混相。干气驱氮气（烟道气）驱气体混相驱一次接触混相驱LPG段塞驱丙烷段塞驱二氧化碳驱富气驱多次接触混相驱气体混相驱分类如下：在气体多次接触混相驱的应用中，富气驱和二氧化碳驱所需的混相压力较低，对原油的组成要求也较低：而干气、氮气和烟道气驱所需的混相压力较高，对原油组成的要求也高。因此，对于一定的油藏，副气和二氧化碳驱能够获得较高的采收率。鉴于注入气的成本和最终采收率，二氧化碳驱是气体混相驱中最具有吸引力的提高采收率方法。1. 液化石油气驱（LPG驱）LPG驱是以LPG作为混相注入剂的一种混相驱。这种驱动方式是先注入一段LPG段塞

17、（通常为0.05倍空隙体积的量），再注入一段塞气体（如干气、氮气、烟道气等），然后用，水驱动，如下图所示：天然气与丙烷的混相前缘丙烷与油的混相前缘图1.1 注液化气石油气混相驱油剖面图 液化石油气注入地层后，前缘与地层油一接触就发生混相。液化石油气与原油的混相过程如图1.2所示。设液化石油气的组成为A，原油组成为B，液化石油气与原油的所有混合物在一定压力和温度下的三组分相图上都位于单相驱，即一接触就发生混相。C1图1.3 LPG与驱动气体混相的最低压力1-N2与C4；2-烟道气与C4;3-干气与C4；4-N2与C5；5-烟道气与C5；6-干气与C5B64554321图1.2 LPG驱混响过程P

18、/Mpa302001025150100500A原油C7+C2C6 LPG驱后面注入的气体在压力超过某一值时也能被液化石油气混相（图1.3），这样就在底层中形成一混相段塞。段塞在后推液的推动下在油层内移动，就能把油和可流动的水排驱走。LPG驱提高采收率的机有两个方面：一是低界面张力机理。LPG与原油是一次接触混相，界面张力为零，毛管数Nc为无穷，因此LPG驱有很高的吸油效率。二是降粘机理。LPG粘度低，它与原油混相后可以使油降粘，提高有的流度，改善驱油介质与油的流度比，有利于提高波及系数。LPG驱的主要缺点是费用高、段塞易流散。2. 二氧化碳驱CO2驱提高采收率的应用范围十分广泛。在CO2混相驱

19、中，CO2抽提原油中的轻质成分或使其汽化，从而实现混相以及降低界面张力等作用是CO2驱最重要的提高采收率的机理。CO2非混相驱的主要采油机理是降低原油粘度，是原油体积膨胀，减小界面张力，对原油中轻烃的汽化和抽提。二氧化碳吞吐开采机理主要是原油体积膨胀、粘度降低以及烃抽提和相对渗透率效应。CO2提高采收率机理包含：降低原油粘度;改善流度比；原油体积膨胀；萃取和汽化原油中轻烃；混响效应；分子扩散作用；降低界面张力；溶解气驱作用；提高渗透率；CO2的注入方法有：连续注入CO2；先注CO2然后注水；CO2段塞后面是烃气体；CO2的后面是水和CO2交替注入。气水交替注入的过程一般为：先注入0.05倍空隙

20、体积CO2段塞，然后交替注入水和CO2气体。到CO2气的累积注入后形成混相带。混相带被后面的水不断向前推进，从而将原油采出。二氧化碳驱除具有富气混相驱提高原油采收率的全部机理外，还可以通过提高底层渗透率来提高原油采收率。二氧化碳溶解于水生成碳酸.碳酸可与地层中的石灰岩和白云岩反应生成水溶性的重碳酸盐，提高地层的渗透率，扩大驱油介质的波及体积，有利于体高采收率。二氧化碳注入流程图（图1.4）。注入井CO2分配站高压注入装置输送装置二氧化碳气源根据各井段所需实施二氧化碳的配注气体分离提纯实施二氧化碳的配注提高压力，使二氧化碳在油藏达到混相补充二氧化碳输送过程中消耗的能量储藏系统：设备检修、WAG使

21、用二氧化碳分离、提纯、压缩或冷藏加压装置CO2分配站分离提纯装置生产井凝缩装置图1.4 二氧化碳注入流程图CO2驱的驱油效率比较高，但CO2和水生成具有高度腐蚀性的碳酸，需要注入系统中配备特殊金属合金和具有保护层的设备。以前受天然CO2气体资源的限制，CO2-EOR技术在许多油田无法应用。当今，为应对全球气候变暖问题，以工业废气为主的CO2捕集一封存与应用受到特别的重视。捕集一封存一应用一体化提高油田采收率的技术将成为创造能源与环境双赢的有效手段。某油田CO2驱提高石油采收率研究：图1.5 某油田原始含油饱和度分布图该油田原始含油饱和度分布状况，从图中可以看出构造高部位原始含油饱和度较高且均匀

22、分布，平均含油饱和度7251 。该油田为典型的砂岩储集层海上油田，1999年10月投入开发，储层平均孔隙度17.3 ，平均渗透率24510 mm ，地质储量5517.310 m。投产初期利用天然能量开发，2005年转入注水开发。为研究CO2的地质处置能力及二氧化碳驱中石油采收率提高幅度问题，设计了如下开发方案。原方案：水驱。方案a：气驱。方案b：垂直井水气交替驱(早期水气垂直井注入到底层)。方案C：后期水气交替驱(生产10 a后开始注入)。方案d：水气交替驱(以不同的完井方式，水注到底层，气进入顶层方案e：水平井水气交替驱(水气水平井注入到底层)。方案f：水平井用不同的方向水气交替驱(水注入到

23、底层，气由不同方向水平注入)。在历史拟合结束后，对上述的方案进行了生产预测，预测从2005年12月之后的20 a的累计产油量和累计CO2储置量。累计产油量、累计CO2储存量随时间的变化规律见图1.6、1.7。从图1.6、1.7可以看出方案d(水气交替驱)累计产油量最大，储集的CO2也最多；方案e和方案f(水平井注气驱)累计产油量和CO2储集量次之，水平井注气驱不仅能减少气体循环还能提高石油采收率。图1.6 不同注入方案累计产油量随时间的变化规律图图1.7 不同注入方案累计CO2储存量随时间的变化规律图结论：石油采收率51O%，相当于增加了2O亿美元的经济效益；地质储存CO2为55106t，相当

24、于一个500万人口的大城市一年排出的温室气体总量，其环境保护的意义是巨大的 。数值模拟研究表明，注CO2水平井水气交替驱是地质储存CO2、提高石油采收率的最优方法，该方法累计产油量最大，储置的CO2也最多。从数值模拟结果还可知，应用CO2驱提高采收率，采出1 t石油大概需要10 t的CO2。因此提高原油采收率对温室气体中CO2的需求量是巨大的。可以预测，随着技术的发展和应用范围的扩大，我国在提高原油采收率应用中封存于油藏内的温室气体总量将逐渐增大，人类生存和社会经济环境将得到改善。3.富气驱富气驱是指以富气作为混相注入剂的一种混相驱。富气驱也是用段塞式，即先注一段塞富气（约0.1倍空隙体积的量

25、），再注入一段干气，然后用水驱动（如图1.8）。束缚水注入的水残余油富气带油带干气注入井 原油与富气形成的混相带 生产井图1.8 注富气混相驱油剖面富气驱的混相过程如图2.9所示。由于富气中含有大量的C2C6组分，当注入气体G和油藏原油O相接时，C2C6组分就从气体中被抽提并被油吸附。设油的组成为1。注入的气体在失去较重的组分后，向前移向油层油。后面跟随的新鲜富气（未被油抽提C2C6组分）G继续与油层油接触，结过使C2C6组分再一次转移到油中。这样一次又一次地经过多次接触之后，位于前缘后面的原油便高度的为C2C6所加浓，达到点4后完全混相，及气体与原油完全混合，混相带形成。进一步注气便推动混相

26、前缘通过油层，排驱在他前面的油和可流动的水。 在油藏温度一定的情况下，能否实现富气混相驱，不仅取决于注入压力，而且取决于油气的组成。油越富或富气越富，达到混相所需解除的次数就越少。图1.9 富气驱混相过程富气驱提高原油采收率除了具有与液化石油气相同的地界面张力机理和降粘机理外，还有一下机理：（1） 原油膨胀机理。富气溶于原油后，可使原油的体积膨胀。膨胀后的原油将易于驱除。（2） 溶气驱机理。从注入井到采油井的驱油过程是降压过程。随着压力下降，富气从原油中析出，产生原油内的气体驱动，使采收率提高。此外，部分富气成为束缚气，也有利于采收率的提高。4. 高压干气驱高压干气驱是指以高压干气作为混相注入

27、剂的一种混相驱。高压干气驱的驱动过程即在高压下先向地层注入一段干气，然后注水驱动。 高压干气驱适用于富含C2C6成分原油（富又）。高压干气是通过多次接触才达到混相的。其混相过程如图2.11所示。注入油层的高压干气用G表示，有层原油用A表示（A中含有高百分比的中间相对分子质量的烃）。当把干气注入到地层后，气体和原油在刚开始时是不混相的，因次注入气体开始从井眼向外不混相地驱提原油。加入注入气体G和原油A形成的混合物为M1,按照通过M1的联系线，M1平衡后，液相组成为L1（C1浓度增加，C2C6浓度减少），气相组成为G1（油中间烃组分进入气相，C2C6浓度增加，C1浓度减少 ）。随后注入油藏的气体推

28、动初接触后留下的平衡气体G1更深入进入油藏，接触新鲜的油藏原油，使前缘的气体G1变为G2。上述过程重复进行，直到气体的组成达到临界组成。临界点的流体是可以直接和油藏原油混相的，这样就在距注入井一定距离的地层中形成混相带。进一步注气，即可推动混相带向前移动，从而把地层油排驱出来。极限连线油藏原油A油藏原油BM3M2M1G3G2G1注入气G图1.11 高压干起混相过程5. 高压氮气驱 地层油C7+C2C6氮气也是一种混相注入剂，而且也是通过多次接触实现混相的。在相同的条件下，N2的两相区比CO2、CH4的打，因此它的混相压力高。N2驱的混相过程如图2.12所示。N2驱只适用于相对密度小于0.85的

29、轻油。N2驱的主要优点是气体价格低廉，来源广。N2是一种不燃、不爆、无毒、无腐蚀性的气体，它在水和油中的溶解度都很小。由于混相压力高，所以N2驱通常不用于三次采油，即通过注N2保持地层压力，防止反凝析造成损失。N2可作为CO2混相段塞后的驱动介质，也可与水交替（可同时）注入地层，其控制流度的作用。图 1.12 N2驱的混相过程N2驱提高原油采收率的机理与富气驱相同。总之，混相驱由于降低了界面张力，洗油效率大大提高。混相驱存在的问题是：富气、干气、CO2或N2等混相注入剂驱动原油时，由于流度比大，所以波及系数很低。为此混相驱可用泡沫、冻胶或泡沫+冻胶控制流度，也可用水气交替注入法控制混相驱的流度

30、。第二章 化学驱化学驱可分为3种主要的工艺技术：表面活性剂驱、聚合物驱和碱水驱表面活性剂和碱水驱油的机理是以形成超低界面张力为基础的而单注聚合物或注人表面活性剂后又注人聚合物则可以控制流动度，从而也就提高了原油采收率。注人到油藏中的碱水与存在于石油中烃的衍生物中的脂肪酸发生化学反应，就地形成脂肪酸的钠盐，形成这些表面活性剂促使造成超低界面张力。表面活性剂驱的研究始于50年代，60年代中期，美国已开始用磺酸盐投井使用目前该法已经成为三次采油提高采收率的重要方法之一。至于聚合物驱中最重要的一种聚合物是聚丙烯酰胺(PAM)。常用于流度控制和渗透率诃整最近有人研究用交联聚合物的方法驱油，经微观和宏观渗

31、流实验方法研究认为，交联聚合物不但有调剖作用还具有驱油作用。交联聚合物可明显改善油藏在高含水期的水驱油效果，控制含水率上升速度，以适当的主段塞和副段塞组合可获较好的增油降水效果。应用更广泛，研究得更多的是复合驱例如粘土含量高。原油酸值较低。单独用碱水驱无法获得较高产油量的油田，应用复台驱可取得较为理想的开采效果实验表明，采用常规方法。利用离子交换原理，即使使用最优的胶束系统，三次采收率也没超过原始地质储量的50%，但如果用碱液首先驱走原生水中和固定在粘土上的钙离子，然后注人表面活性剂、聚合物和相同的碱，可使原油产量提高到原始地质储量的70%，效益成本比值也可提高两倍产能改善是低界面张力、低磺酸

32、盐滞留和流度控制的结果 。碱、表面活性剂和聚合物都是高效的驱油剂，复配的优势在于既发挥单一驱油剂的长处，又可使其产生协同教应，获得更好的驱油效果。现场试验证明，碱-表面活性剂-聚合物(AsP)驱油技术能经济地采出增产油，井能获得新储量。1. 聚合物驱聚合物驱是指通过在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率，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，因此又叫改性水驱。聚合物驱的机理是所有提高采收率方法中最佳单的一种，即降低水相流度，改善流度比，提高波及系数。聚合物是以聚合物作为驱油剂的驱油方法。他可以作为一种独立的驱油法，也可以作为一

33、种辅助的驱油法。现场常用的聚合物为部分水解聚丙烯酰胺，这是由于它具有较好的溶解性、热稳定性和化学稳定性。聚合物是高分子化合物，他溶于水中之后，会使水的粘度增大。另外，聚合物在地层空隙中会发生吸附和滞留，降低水相渗透率，从而降低水油流度比，提高波及系数，改善驱油效果。利用聚合物溶液驱油时，地层岩石、流体的性质会影响聚合物驱油的驱油效果。因此，在现场应用时，必须考虑聚合物溶液的性能并对油藏进行筛选。/%50100150200增加值水驱采收率聚驱采收率1.000.800.600.4000.20/%30040500600一般来说，聚合物驱适用于水驱开发开发的非均质油田。模拟计算表明，地层非均质性对聚合

34、物驱的效果有较大的影响，如图3.1所示。当渗透率变异系数VK0.72以后，随着变异系数的增大，集合物的驱油效果急剧下降。因此，适合聚合物驱的油藏，其渗透率变异系数取值范围为0.60.8。 图 2.1 渗透率变异系数Vk与聚合物驱油效果的关系油层的深度和温度对聚合物驱的效果也有影响。对于浅油层，注入压力有一个限度，尤其是遇到低渗透的浅油层，因为这些有层内水的温度和矿化度高，易造成聚合物降解和粘度下降，达不到驱油效果。使部分水解聚丙烯酰胺驱油时，油层温度不超过70C。原油粘度和聚合物驱油效果之间也存在着明显关系。在相同的地层条件下，原油粘度越低水驱采收率越高，聚合物驱提高采收率的幅度越小。模拟结果

35、表明，采用相对分子质量为107左右的聚合物，注入质量浓度为1g/L的聚合物段塞，当原油粘度10100mPas时，采收率提高幅度较大，如图3.2所示。此外，油层中的含有饱和度越高，聚合物驱油效果越好。在进行聚合物驱之前，还应对聚合物的用量等进行优选，已到达最佳的驱油效果。 图2.2 不同原油粘度下的聚合物驱油效果采收率提高率/% 2 5 10 20 30 50 70 100 200 30020100聚合物驱动态和聚合物驱经济分析注入参数、注入方式地面采油和集输工程注入参数和注入方式的优化与选择流变性，阻力残余阻力系数、不可入空隙、吸附量地质资料、开发动态、示踪剂数据及数值模拟技术聚合物驱设计程序

36、框图：现场实施聚合物驱效果预测聚合物驱方案编制聚合物驱方案优化聚合物参数确定油藏地质模型建立 聚合物驱实例： 1.油藏地质特征及油田开发概况河南双河油田5层油藏主体相连，西部为尖灭带，西南部有边水，东南为断层封闭。实验层位1-45属双河油田下第三系核桃园组核三段5油藏的一个小层，是多层段、多韵律、多言型组合的厚油层。层内发育的三个稳定的泥岩夹层把5层分为4个独立的单层，其成层性和连续性好，层内非均质程度高于层间，渗透率变异系数0.73，非均质性严重。5层平均埋深1480m，有效厚度11.5m，含油面积3.01km2，地质储量标定值256.1104t.平均渗透率91910-3m2,孔隙度21.2

37、5%。油藏温度73C，原始地层压力14.8Mpa，地下原油粘度7.8mPas，地层水矿化度5002mg/L（其中Ca2+为18mg/L，Mg2+为mg/L）。实验区中心三口住聚合物的井（S211，S215，S217），一口中心生产井和三口平衡井，构成一个不规则的四点井网。外围有单向一线受效油井6口，注水井6口。注采井距180230m。在双河油田5层聚合物驱先导试验区，自1977年底投入开发先后经历了5个开发阶段。即：天然能量试采、全面注水开发、细分层析开发、井网一次加密调整和井网二次加密调整阶段。目前经网密度为14.2口井/km 2。到1994年1月采出程度38.6%，综合含水90.4%，累计

38、产油98.95104t，预计水驱最终采收率41.5%。2.聚合物和聚合物段塞的确定根据聚合物性能评价结果，在双河5层聚合物驱先导实验区，采用聚合物为S625，相对分子质量为1900104。根据陪产配注方案的优化结果，以及VIP-POLYMER模型的数值模拟结果，确定注入量为0.36倍空隙体积。注入聚合物段塞设计见表2-1。 段塞注入量空隙体积百分数浓度mg/L日注溶液m3/d聚合物用量 t注入时间d前缘主体后尾合计5.025.07.037.0110090050094633033033033061250393501527582121122表2-1 聚合物段塞设计表3.聚合物矿场试验在注聚合物之前

39、，进行了如下准备工作：（1） 对三口注聚合物的井进行了酸化，以提高气其吸水能力，增加其注入能力，降低注入压力；（2） 进行示踪剂试验；（3） 对注入井进行高强度的深度解剖，确保在纵向剖面上的注入均匀：（4） 在S215井进行了聚合物吞吐反排试验，了解聚合物的注入型以及设备运转的稳定性。1994年2月6日开始注入聚合物，至1995年12月止，完成了聚合物前缘段塞注入。进入主体段塞注入阶段，公注入浓度为9001000mg/L聚合物溶液26.226104m3，注入聚合物干粉275.64t，注入聚合物溶液的量为24%的地层空隙体积。其中前缘段塞注入S625聚合物（相对分子质量1900104）51.34

40、4t。注入浓度为1090mg/L，注入地层空隙体积6.623%，注入粘度为93mPas；主体段塞注入S525聚合物干粉194.3t，平均浓度896mg/L，井口粘度58mPas，主体段塞量17.77空隙体积百分数。4.聚合物效果和经济评价实际实线预测虚线水驱 注聚合物段塞 后续水驱加密后水驱加密前水驱优化水驱聚合物驱产油量，t/d16012080400时间1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 19991) 聚合物驱效果（如图2.3） 图2.3 双河油田北块实验区产量变化图 聚合物驱效果体现在以下几个方面： （1）日产油量增加，综合含水下降；（

41、2）地层压力回升；（3）产出液矿化度、氯离子含量升高；（4）注入液推进速度减慢；（5）聚合物驱见效快经济评价结果（见表2-2）表2-2 河南南阳油田聚合物驱先导试验经济评价结果经济评价指标聚合物驱+水驱聚合物驱净增效益净现值，104元净现值率，%内部盈利率，%投资回收期，a投资利润率，%投资利税率，%平均单位成本，元/t3979180.880130.265.3762.222205215.369.12.152.570.1390.25 综上所述,双河油田5层聚合物驱先导试验在技术上和经济上都取得了成功。2.表面活性剂驱以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油方法称为表面活性剂驱。表面活性剂是指能自发的吸附

42、于两相界面上，并能显著降低该界面自由表面能的物质，例如烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等。目前，表面活性剂驱油大体有两种方法：一种是以质量分数小于2%的表面活性剂水溶液作为驱动介质的驱油方法，称为表面活性剂稀溶液驱，包括活性水驱、胶束溶液驱；另一种是质量分数大于2%，在形成微乳液的范围内，称为微乳液驱。（1） 活性水驱油活性水驱是以质量分数小于临界胶束质量分数的表面活性剂溶液作驱油介质的驱油方法。活性水驱过程中，表面活性剂将吸附在油水界面和岩石表面上，从而改变油水界面张力和岩石的润湿性。活性水驱提高采收率的主要机理如下： 降低油水界面张力，使残余油变为可流动油。大量试验表明，当油水界面张力降低时，油滴

43、容易变形，油滴通过吼道时，阻力减小。这样在亲水岩石中处于高度分散状态的残余油就会被驱替出来，形成流动油。毛管数NC是描述粘滞力与毛管力相对大小的参数。毛管数与残余油饱和度和度之间的关系曲线如图3.4所示。NC越大，残余油饱和度越小，驱油效率越高。降低界面张力可以增大毛管数，从而降低残余油饱和度。当NC达到10-2时，残余油饱和度接近于零。lgNc10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 残余油饱和度/%3020100 图2.4 毛管数与残余油饱和度的关系曲线 改变岩石表面的润湿性。再亲油性岩石中，水驱油后剩余残余油以吸附在岩石表面的薄膜状态存在。表面活性剂在岩石表面的吸附可使

44、岩石的润湿性发生改变甚至反转，由亲油变为亲水。这样吸附在岩石表面的油膜将脱离岩石表面而被活性水驱替出来。 增加原油在水中的分散程度。随着界面张力的降低，原油可以分散在活性水中，形成O/W型乳状液，表面活性剂起稳定剂作用。同时，由于表面活性剂在油滴表面的吸附而使油滴带有电荷，这样油滴就不容易重新粘回地层表面，从而被活性水夹带流向生产井。（2） 胶束溶液驱油当表面活性剂质量分数大于临界胶束质量分数时，可形成胶束溶液。用胶束溶液作为驱油介质的驱油方法称为胶束溶液驱。在一定条件下（在表面活性剂中加入一定的盐和醇），教书溶液与油之间可产生10-3mN/m的超低界面张力，从而使毛管数增大到10-2数量级。

45、从图3.4可知，当Nc在10-2数量级时，几乎可将残余油全部采出。（3）微乳液采油当活性剂质量分数大于2%时，就可形成微乳液。目前提高采收率所用微乳液活性剂的质量分数为4%15%。微乳液驱油具有与活性水驱油相似的机理，但也有自己的特点。其优点主要是： 大幅度降低油水界面张力。微乳液与油、水之间的基恩面张力可以达到很低（小于10-3mN/m），从而可将NC值增加到10-2以上，在这种条件下，基本上可全部采出残余油。 胶束、微乳液对油、水具有很强的增容性质，在一定程度上消除驱替液与被驱替液之间的界面，到达混相驱的效果。（4）胶束-聚合物复合驱油尽管胶束-微乳液能够提高吸油效率，但它在注入地层后，容

46、易发生窜流。所以在进行矿场试验时，胶束-微乳液通常并不是单独使用的，而是在注入胶束段塞后，紧接着注入聚合物段塞，以提高波及系数。胶束-聚合物驱注入顺序如下： 预冲洗段塞。 胶束溶液段塞。聚合物溶液段塞。注入淡水缓冲带。注入驱替水。3. 碱水驱碱水驱是指以碱溶液作为驱油剂的驱油法。碱水驱中常用的碱有氢氧化钠的原硅酸钠。碱水驱机理比较复杂，目前大家比较公认的有以下几种：（1）降低界面张力低浓度的碱在某最佳含盐量下，与原油中的酸性成分反应生成表面活性剂。这些表面活性剂吸附在油水界面上，降低油水界面张力。这一机理要求原油的酸值大于0.5mg/g.在某最佳含盐量下，原油-碱体系的界面张力可以降到10-2

47、mN/m以下。（2）润湿反转碱水驱生成的表面活性剂一部分吸附在岩石表面，改变岩石表面，改变岩石表面的润湿性。岩石的润湿性由亲油向亲水转化，可以使水在毛管力作用下进入小孔道和颗粒表面，从而提高吸油效率，同时也会使油水相对渗透率发生变化，形成有利的流度比（见图3.5），从而提高原油采收率。当岩石表面的润湿性由亲水变为亲油时，有层内不连续的非润湿残余油变成连续的润湿相，为原油流动提供通道。与此同时，在连续的油相中，低界面张力将导致0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.0.0.80.60.40.200 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.0.0.80.60.40.20图2.5 润湿性

48、改变引起的相对渗透率的改变KrwKroKrwKroSWSWKr油包水型乳状液的形成的孔隙介质中产生高的压力梯度。高压力梯度的存在，能克服已经被界面张力降低的毛管阻力，油从乳化水珠与砂砾之间的连续油相这条通道排除去，从而进一步降低油层内的残余油饱和度。（3）乳化和捕集携带作用当碱水驱产生的表面活性剂使油水界面张力足够低时，在亲水岩石中的剩余油将被乳化，形成水包油型乳状液。在流动过程中，若遇到比乳状液还要小的孔隙吼道，乳状液将被捕集，从而产生阻塞作用，抑制了水驱油时的粘性指进，提高了吸油效率，扩大了波及系数。当稳定的乳状液滴的平均尺寸小于或等于平均孔隙直径时，这些乳化液滴被携带着进入连续流动的碱性

49、水相中，残余油以非常细小的乳化液形成与水一起流出。如果剪切速度高时，乳状液滴受到剪切后，其尺寸将减小，有利于携带。（4）增容刚性膜机理在三次采油时，油处于分散状态，沥青质可在油水界面上形成一层刚性膜。这种膜的存在，使油珠通过孔吼结构时不易变形通过，水不能有效地排驱剩余油的流动能力。影响碱水驱效果的因素很多。其中包括岩石组成、原油酸值、碱水溶液的pH值、油藏温度以及矿化度等。岩石组成对碱水驱的影响主要存在两个方面：一方面是碱和岩石矿物之间相互作用，产生沉淀，伤害地层；另一方面是消耗大量的碱。而碱水溶液的pH值不同，碱水驱的机理也不同。油藏温度是影响碱水驱的效果的一个重要因素。温度太高，碱耗大，而

50、形成的乳状液不稳定；温度太低不利于碱与原油中的酸性成分反应，界面张力达不到所希望的数值。矿化度对碱水也有一定的影响。随着矿化度的增加，形成的乳状液由水包油型向油包水型转化，而且乳状液稳定性好。碱水驱工艺比较简单，不需要增加新的注入设备。狂厂商注碱水一般分为三步：第一部注入0.10.3倍空隙体积的清水或淡盐水，以清除地层中含高价钙、镁离子的地层水，因为这些高价的金属阳离子与碱相遇后会消耗大量的碱而影响碱水驱的效果；第二部注入0.10.5倍空隙体积的碱液，碱液的质量分数一般大于5%；第三部注入清水驱替碱液。碱水驱在矿场实施中主要存在以下问题：一是碱液的损耗，二是结垢问题，三是乳状液的破乳问题，四是

51、碱驱过程中的流度控制问题。碱-聚合物复合驱油发就是为了解决流度控制问题而提出的驱油法。将碱液与聚合物以适当比例混合作为驱油剂的技术成为聚合物增效碱驱（AP驱）。该技术综合了碱驱驱油效率高、成本低和聚合物驱波及系数高的优点。该驱油技术对于酸值高的稠油油田是一种很有效的提高采收率的方法。4. 三元复合驱（ASP驱）三元复合驱是指再注入水中加入低浓度的表面活性剂、碱和聚合物的复合体系的驱油方法。三元复合驱体系是在20世纪80年代发展起来的。大庆油田室内研究及矿场先导实验表明，三元复合驱可比水驱提高20%以上的原油采收率。三元复合驱之所以有很好的驱油效果，主要由于复合驱中的聚合物、表面活性剂和碱之间的

52、协同效应，他们在协同效应中起各自的作用。三元复合驱中碱的作用是：同原油中有机酸反应形成表面活性剂，并同加入的表面活性剂产生协同效应，所以在协同效应，增加活性，减小表面活性剂的用量；拓宽活性剂的活性范围；改善岩石颗粒表面电性，降低表面活性剂和聚合物的吸附量。表面活性剂的作用是：作为驱油主剂降低油水界面张力；在离子强度和二价离子浓度较高的情况下起补偿作用，拓宽体系的活性范围和自发乳化的盐浓度（或pH值）范围。聚合物的作用是:改善表面活性剂和（或）碱溶液对油的流度比；对驱油介质的筹划，可减小表面活性剂和碱的扩散速度，从而减小他们的药耗;可与钙、镁离子反应，保护表面活性剂，使它不容易形成低表面活性的钙

53、、镁盐；增加体系的粘度，提高波及系数。5. 泡沫驱在驱替过程中，泡沫可以代替高分子聚合物控制驱油剂的流度，从而提高波及系数，这种方法称为泡沫驱油。泡沫驱油提高原油采收率的机理如下：（1）依靠贾敏效应提高吸油效率。进入地层的泡沫液首先进入大空道。由于膜层粘度异常和孔径改变，大孔道被堵塞，流体阻力不断增大，使泡沫液依次进入较小的孔道，将原来水驱不能驱洗的小孔道中的油驱洗出来，具有假塑性的泡沫液可以适应孔道的不规则结构，将残留油携带和推进。由于地层油和空隙壁的消泡作用，泡沫液前缘积累，形成富油带并被推向井底。（2）依靠泡沫液段塞提高波及系数。在油层中注入一定体系的泡沫液，就可以在随后注入的驱动剂（如

54、水或气）的前面形成一个较高粘度的段塞，降低流度比，削弱粘滞指进，从而提高波及系数和采收率。第三章 热力采油法热力采油法是指利用热能加热油藏，降低原油粘度，将原有从地下采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。把热量引入油层最早的方法是井下加热器法，Perr和Warner获得第一个用井下加热器降低原油粘度提高抽油产量的专利。20世纪初Lewis报道了注空气采油的项目 ，认为空气可以氧化原油而放热。Wolcott获得了原油地下燃烧的专利，将空气注入到油层，燃烧原油，产生的热量用来降低稠油粘度，同时产生驱提原油的驱动力。1933年前苏联进行了第一批大规模的火烧

55、油层试验。1942年美国进行了首次火烧油层试验，结果发现生产井产油的粘度大大降低，原油API重度增加。40和50年代，美国在不同地层进行了一系列的实验，结果表明，火烧油层的热损失较大，燃烧控制难度较高。目前火烧油层方法应用最多的是罗马尼亚，而且成功的矿场试验实例较多。蒸汽吞吐是指将蒸汽注入到生产井中，然后关井一段时间，重新开井生产的稠油热采法。注入的蒸汽，一方面加热原油，降低原油粘度，降低油流动阻力；另一方面，注入的蒸汽为油藏提供了一定压力，使稀化的原油能够流到地面蒸汽吞吐的一个最大优点是油井几乎可以一直生产，因为注入蒸汽及管井时间很短，而且投资很少，成本低。蒸汽驱是指蒸汽从注入井进入油层，加热原油及油层，蒸汽穿过整个油层，把原油推向生产井而产出地面。蒸汽驱需要至少一口生产井即可，蒸汽驱与蒸汽吞吐相比能更大范围地加热油层，从地层中产出更多的稠油，采收率更高。火烧油层的过