国内外提高采收率技术现状与展望 为什么要提高原油采收率,提高采收率的方法有哪些
\u4e0d\u540c\u7c7b\u578b\u8bc4\u4ef7\u5355\u5143\u63d0\u9ad8\u91c7\u6536\u7387\u6280\u672f\u6f5c\u529b\u5206\u6790\u6839\u636e\u4e2d\u56fd\u77f3\u6cb9\u548c\u4e2d\u56fd\u77f3\u53162000\u5e74\u5b8c\u6210\u7684\u4e2d\u56fd\u9646\u4e0a\u5df2\u5f00\u53d1\u6cb9\u7530\u63d0\u9ad8\u91c7\u6536\u7387\u7b2c\u4e8c\u6b21\u8bc4\u4ef7\u7ed3\u679c\uff0c\u7ed3\u5408\u8bc4\u4ef7\u5355\u5143\u5206\u7c7b\u6807\u51c6\u6765\u603b\u7ed3\u4e0d\u540c\u7c7b\u578b\u8bc4\u4ef7\u5355\u5143\u63d0\u9ad8\u91c7\u6536\u7387\u6280\u672f\u6f5c\u529b\uff08\u88684-3\uff09\u3002
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一、国外提高采收率技术应用现状
提高石油采收率的方法包括向油层注入水、气，给油层补充能量的二次采油和用化学的物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性能，开采出更多石油的三次采油，主要有注表面活性剂、注聚合物稠化水、注碱水驱、注CO2驱、注碱加聚合物驱、注惰性气体驱、注烃类混相驱、火烧油层、注蒸汽驱和微生物驱等。
据美国《油气杂志》（Oil＆Gas）（2004年4月）资料，目前世界范围内已进行工业化推广或已进行矿场试验的提高采收率（EOR）技术包括蒸汽驱、火烧油层、二氧化碳驱、烃类气驱及聚合物等化学驱。世界范围通过EOR工程采出的油量在20世纪90年代处于高峰期，在1998年初，来自提高采收率和重油项目的石油产量大约为2.3×106bbl/d，比1996年初的2.2×106bbl/d稍有增长，这个数量相当于世界石油产量的3.5%。进入21世纪，EOR工程的数量减少，即使目前高油价也并未刺激EOR工程数量的增加，主要原因：一是试验项目周期长，二是燃料、注入气等成本增加。尽管如此，EOR技术在油气田开发中也将起着举足轻重的作用，特别是在目前勘探费用上涨和勘探难度加大的情况下。
图1-1为2003～2004年世界各国EOR产量，美国的EOR产量最高，达到6.6×105bbl/d，委内瑞拉、加拿大、印度尼西亚与中国为第二梯队，其他国家通过EOR项目获得的产量较少。与别的国家相比，中国是利用化学驱（主要是聚合物驱）获得产量最高的国家，但注气缺乏相应的项目。各产油国的共同特征是热采技术应用广泛，且产量较高。
图1-1 各国EOR产量图（《油气杂志》2004.4）
诸多EOR技术中，蒸汽驱仍是最主要的方法，其次为二氧化碳混相驱，烃类气体混相或非混相驱与氮气驱也起着相当重要的作用，氮气驱、聚合物驱与燃烧对产量的贡献相对较少（图1-2）。在统计的世界范围内EOR产量中，热采（包括蒸汽驱和燃烧）产量为1.1×106bbl/d，占总数的64.6%，注气（轻烃、二氧化碳和氮气等）产量为6.0×105bbl/d，占到了34.5%，聚合物驱产量为1.6×104bbl/d，只占总产量的0.9%。
图1-2 世界不同EOR方法产量图（《油气杂志》2004.4）
（一）美国提高采收率技术应用与潜力
美国在1976年、1984年曾两次由美国国家石油委员（NPC）组织几百名专家对美国各油田进行了潜力分析和预测，为美国能源部发展化石能源提供了科学依据。1993年又第三次进行了潜力评价，这次潜力分析共包括了2307个油藏，将有3510×108bbl地质储量原油依靠新的、有效的采油方法才能开采。在这3510×108bbl中可分成两类：一类是由水驱可以驱替，但在常规生产中由于旁通或不与水接触而不能采出的可流动油，约1130×108bbl；另一类是由于粘滞力和毛细管力而捕集在油藏孔隙中不能被水驱替的不可流动油，这部分约有2380×108bbl。可流动油可用改进的二次采油（ASR）方法开采，如钻加密井、调剖、聚合物驱、钻水平井等，主要是尽量扩大扫及效率。这些过程成本比较低，并可快速提高生产水平，仍是提高采收率的主流方法。开采不可流动油则要采用二氧化碳驱、化学驱、热力采油等三次采油方法（EOR），在扩大扫及效率的同时还要提高驱油效率。二氧化碳混相驱在一定的油价下会有一定的发展，而化学驱其中包括复合驱应用的可能性很小，一方面其经济成本太高，必须在高油价下才能使用，另一方面其技术尚未成熟，风险比较大，还需在技术上进一步提高，尽量减少其风险。
（二）前苏联提高采收率技术应用情况
SPE1992年会议上发表的资料显示前苏联在热采、气驱和化学驱三大提高采收率方法中，化学驱所占比例最大，占EOR总量的77%，其次是热采，占17%，气驱只占6%。前苏联提高采收率以化学驱为主。前苏联提高采收率的一个重要特点是尽量采用化工厂的废液，并开发了许多简单易行的增产增注办法，如注粘土胶、纸浆废液和物理场方法采油等。
尽管化学驱的项目远远高于热采，但其累积产量却与热采差不多，说明化学驱的规模还比较小。前苏联和俄罗斯气驱所占比重很小，主要是前苏联缺乏天然二氧化碳气源。
（三）加拿大提高采收率技术应用情况
加拿大以重油开采为主，主要是热采和露天开采沥青砂。对于轻油主要采用注烃混相驱或非混相驱。根据2004年EOR工程统计资料，注烃混相驱或非混相驱项目数量最多，为29项，其次是蒸汽驱12项、火烧油层3项、二氧化碳混相驱2项，氮气驱1项。化学驱主要进行室内研究，没有什么矿场试验。这主要是因为加拿大有丰富的天然气资源，其原油性质又适合混相驱之故。
（四）国外提高采收率发展分析
1.地质特点是选择提高采收率方法的基础
三次采油与二次采油或一次采油的明显不同之处就是前者的适应范围有限。热采中的注蒸汽，它要求油藏比较浅、油层比较厚、原油密度和粘度较高；而注气混相驱则与之恰恰相反，它要求油层比较深，以满足混相压力，油层比较薄，以减少粘性指进和重力超覆，原油密度和粘度小，以易于混相。前二者都要求油藏相对均质，而聚合物驱则对中度和较严重非均质更为有效，粘度要求介于二者之间。美国，特别是二叠盆地，属于海相沉积，原油密度很小，非常适合二氧化碳混相驱，从而注二氧化碳得到很快的发展。
2.材料来源决定提高采收率发展的方向
美国二叠盆地由于有丰富的二氧化碳供应，这些油藏主要发展二氧化碳混相驱或非混相驱。而阿拉斯加由于有丰富的天然气资源，并且在近处又无销路，因此与加拿大相同，主要采用注烃混相驱。俄罗斯有些油田从地质条件看也适合二氧化碳混相驱，但由于无天然二氧化碳来源，因此二氧化碳混相驱并未得到发展。
3.油价决定提高采收率的规模和时机
三次采油是一个投资大、成本高、风险大、见效慢的采油方法，其方法不同，风险程度也不同。因此油价是对三次采油技术发展最为敏感的问题。1976年阿拉伯石油禁运使油价大涨，美国政府极力鼓励三次采油，使三次采油迅速发展，三次采油项目数在1986年达到高峰。从1986年以后油价开始下跌，除因在高油价下已铺好二氧化碳输送管道，前期投资已经花费，使二氧化碳驱还在继续增长外，其他方法都在萎缩。在低油价下，只能进行技术相对成熟、投资较少、风险较小的方法，如聚合物驱、调剖等所谓先进的二次采油方法。复合驱，特别是三元复合驱目前技术还不成熟，风险也比较大，只有在油价高的时候才能采用。
4.地质、油藏工程研究是提高采收率技术成败的关键
尽管在目前低油价下三次采油矿场试验和应用大幅度减少，但美国在地质、油藏工程方面的研究一直持续不断，并且国家给予大量资助。这是人们认识到，一个项目的成功与否，主要取决于油藏描述是否符合实际情况。因此美国一直把油藏描述作为科学研究的重点，并且主要为三次采油服务。三次采油是个极端复杂的采油方法，它需要化学家、地质家、油藏工程师、测井、数值模拟等各方面专家的共同努力才能完成。现在许多矿场试验之所以失败，有许多主要是对地下地质情况认识不清。因此地质、油藏工程、数值模拟以及测井、试井等监测手段的研究非常重要。
（五）国家鼓励政策
国外三次采油发展都离不开国家的鼓励政策，比如美国，为推动二次采油的发展，曾先后执行成本分担、不控制油价、暴利税优惠等鼓励政策，使1986年三次采油矿场试验项目最高达到512项。1986年后，一方面由于油价下跌，另一方面美国政府取消了优惠政策，使得矿场试验项目急剧下降。特别是成本较高的化学驱，由1986年的206项降至1998年的11项。目前美国政府已不再资助矿场试验项目，仅资助室内机理性研究。加拿大也有类似情况，曾在税率上对三次采油给予特殊政策，在一定程度上刺激了三次采油的迅速发展。
二、我国提高采收率技术方法现状与展望
由于三次采油（EOR）主要包括化学采油技术、微生物采油技术以及物理采油技术三大方面，而根据我国石油工业发展的趋势与需要，目前逐步形成了以化学采油为主体，以微生物采油和物理采油研究为两翼的综合性提高采收率的方法。而化学采油包括聚合物驱油技术、三元复合驱油技术等方法，而微生物采油则以微生物驱油技术为主。
（一）我国提高采收率技术方法现状
目前，我国各主力油田已先后进人开发后期，含水率迅速上升，含水率高达80%以上，现有的注水技术已难以满足油田的需要；同时，在未动用和新发现的储量中，低渗透、稠油、深层凝析气藏和挥发性油藏等复杂类型所占的比例较大，如利用现有的注水技术进行开发，提高采收率的难度相当大。根据提高采收率法筛选、潜力分析及发展战略研究结果，我国注水开发油田（其储量和产量均占全国的80%以上）的提高采收率方法主要为化学驱（碱驱、聚合物驱、表面活性剂驱等）方法。该方法覆盖地质储量达60×108t以上，可增加可采储量10×108t，是我国提高采收率研究的主攻方向。
1.注水开发技术
我国油田以陆相沉积储层为主，储层天然能量较小，需要早期注水补充地层能量。我国油田砂岩单层厚度一般在5m以下，砂体展布面积有限。这类油藏天然能量较小，很难出现强天然水驱或气驱。为了获得较高的产量和采收率，普遍采用早期注水开发方式，我国注水开采油田的产量和储量都占总量的85%以上，在主要开发阶段的油田地质储量采油速度，中高渗透油田一般保持在2%以上，甚至高达3%～5%，低渗透油藏可达0.8%～1.2%。
我国原油粘度普遍较高，储层非均质比较严重，需要采取逐步强化注水开采的措施。强化措施一是加密注采井网，提高注采井数比例。二是采用细分层系和分层注水工艺，控制油井层间非均质性带来的不利影响，提高差油层的开采速度。三是提高排液量，不断提高剩余可采储量的采油速度。采取这些措施，我国油田在稳产期，大部分油田的可采储量采出程度可以达到50%～60%。
2.聚合物驱油技术
我国东部地区除了二氧化碳和天然气比较贫乏之外，其油藏主要是河流相沉积，非均质比较严重，并且原油密度和粘度较大，与天然气很难达到混相。聚合物驱油是东部地区提高原油采收率的主导技术，经过较长时间的室内和现场试验，目前已经进入了工业化矿场应用阶段，在大庆、胜利、大港、南阳等大中型油田，均获得了明显增油效果。该技术对处于中、高含水期的油田开发持续稳产，具有决定性意义和指导性作用，在三次采油技术中占有重要地位。
聚合物驱是近年来采用的主要三次采油方法，2002年聚合物驱产量占中油股份公司三次采油产量的93.5%。大庆油田从2001年开始，聚合物驱产量每年均超过了1000×104t；胜利油田已在27个油藏实施了化学驱油，动用储量2.94×108t，年增产原油160×104t。
3.复合驱技术
近十几年来，复合驱（碱/表面活性剂/聚合物的复合）从化学驱中脱颖而出，成为最具应用前景的方法之一。这一方面是由我国的特殊油藏条件及各种技术的适应性所决定的；另一方面则是因为复合驱综合发挥了不同化学剂的协同效应，从而成为大幅度提高石油采收率的重要方法之一。据专家预测，如果化学复合驱得到较大规模的应用，可望在实施地区提高石油采收率5%～10%。
三元复合驱的表面活性剂主要有石油磺酸盐（烷基芳基磺酸盐）、植物羧酸盐和烷基苯磺酸盐等三大类产品。根据石油磺酸盐示范提高采收率技术的研究表明，每吨石油磺酸盐可以提高原油产量超过130t；可以将高渗油藏原油采收率提高20%至30%。根据在胜利油田孤东油区的工业试验，使用石油磺酸盐示范提高采收率技术四个月后，注水上升势头得到控制；6个月后，参与试验的16口油井的每日注水量减少了156t，产油量每天上升了20t。运用这一技术，我国大庆、胜利、辽河、华北等多数油田的采收率可以大幅上升，将对我国原油供给和能源安全产生积极而深远的影响。
4.稠油热采技术
辽河、胜利、新疆、河南等油田有丰富的稠油资源，20世纪80年代中期以来发展了稠油蒸汽吞吐和注蒸汽驱技术，提高了石油资源的采出程度。目前全国稠油热采产量达到1200×104t以上。
5.二氧化碳吞吐技术
二氧化碳吞吐工艺，是指通过向地层原油中注入二氧化碳气，使原油性质发生根本性变化，改进油藏性质，从而提高原油采收率的一种新型技术。2002年3月，胜利油田东辛采油厂引进二氧化碳吞吐工艺进行了现场试验和推广，累计施工16口井，18井次，措施成功率为83.3%，累计增油14695.3t。当年10月，井下作业公司在东辛、桩西、孤岛等采油厂连续施工11口井，累计增油6000t，取得明显经济效益和技术效果。桩西采油厂在桩19－Ⅹ4实施二氧化碳吞吐配套带泵酸洗井解堵工艺，获日增油16t的高水平。
6.微生物强化采油技术
微生物强化采油技术就是将特殊的微生物体系、生物催化剂与营养物系统接种到生产井或注水井中，从而将其大量植入含油区的孔隙介质中，并通过控制酶在含油层油水界面上的反应，改变原油的流动性，产生短链的分子与生物表面活性剂。从而使原油的性质，如低的原油体积系数、高的API等级、油水界面张力，岩石与原油的相互影响（润湿性）等得到改善。
与目前通常采用的外源微生物采油技术相比，本源微生物采油不存在菌种适应性、变异退化等问题，减少了菌种的开发、生产等步骤。工艺简单、投资少、成本低。大庆油田、吉林油田、河南油田、青海油田、新疆油田和胜利油田本源微生物资源丰富，完全具备开展本源微生物驱油的条件，正在进一步开展深入研究并准备矿场应用试验。
（二）我国提高采收率技术前景展望
我国已投入开发的石油储量中，以大庆油田为代表的东部陆地油田多处于高含水期，注水采油效果明显变差，三次采油技术已成为保证持续稳产的主导手段。近期产业化的重点是：在推广聚合物驱油、复合驱油、微生物驱油、物理法采油等已基本掌握的工艺技术的同时，加速这些工艺所需注入设备、物理法采油设备等成套设备的规模化生产，形成从设计、设备制造、建设到运行管理的整体能力。
（1）聚合物驱将会稳定发展，并将是今后较长一段时间内我国在矿场中工业化应用的主要提高采收率技术，将在保持东部老油区产量的稳定中发挥重要作用，聚合物驱产油规模将超过1.0×107t。今后的研究重点将是如何进一步降低成本，提高经济效益以及开发一些能够改善聚合物驱效果的相关技术。
（2）复合驱尽管在中国有巨大的应用潜力，并且在室内实验和矿场试验中都取得了明显的效果，但与聚合物驱相比技术更加复杂，还有一些机理有待于进一步加深认识，更重要的是受到经济因素的限制。因此，需要进一步加大研究和矿场试验力度，尽快使复合驱成为接替水驱的另一种提高采收率技术。
（3）随着气源的不断发现，特别是中国西部油气田的发现，气体混相或非混相驱技术将会越来越受到重视有可能以较快的速度发展成为一种经济有效的提高采收率技术。
（4）热采方面需进一步改善蒸汽吞吐效果，同时大力加强蒸汽驱等技术研究，尽快形成热力采油接替技术。
（5）二次采油与三次采油的结合技术是二次采油向三次采油的过渡技术。该项技术在胜利油田、华北油田、新疆油田等试验区进行矿场试验，平均投入产出比为1:4.93，增产原油8×104t，取得了显著的经济效益和社会效益。
（6）润湿性反转方法促进低渗透气田增产技术。润湿性反转方法是通过改变井底附近岩石的润湿性及压裂支撑剂的润湿性（从液相润湿变成中等润湿或者气润湿）来提高产量及改善压裂效果的新方法。采用这一新方法，一方面由于改变了岩石的润湿性，反转凝析的液体以及压入的前置液便可以很容易地产出，而不至于挡住气体的流动；另一方面，由于大幅度提高了压裂后液体的返排率，气体的相对渗透率增加，从而显著提高气井的产能。
三、提高采收率技术对可采系数研究的影响
提高采收率技术的研究与逐步应用，使已发现油气资源的采出程度不断提高，并将使未发现资源可采系数不断增加。同时，为体现国家层面对我国可采油气资源潜力需求更偏重于技术性和前瞻性的特点。本次研究要求在确定我国油气资源技术可采系数时，陆上要考虑到强化（三次）采油技术；海上条件比较恶劣，我国的勘探开发水平偏低，要求考虑二次采油技术条件。
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