提高石油采收率

指除依靠油藏天然能量和注水、注气(见注水开采)以外的人工提高采收率的方法。也有把注水、注气方法包括在内的。多数油藏在注水或注气(即所谓二次采油)后再选用其他提高采收率方法,因此,也常称三次采油。影响油藏采收率不高的因素较多,克服其中一个或几个因素,就有可能提高采收率。

热力驱法

又称热力开采,简称热采,加热可使原油膨胀,粘度降低,相对渗透率提高,在地层中的流动能力增加,同时产生蒸馏、原油热裂解等物理化学作用。实验证明蒸汽驱油的效率比水驱高。热力驱特别适用于稠油(美国等工业国家称为重质油 heavy oil)开采。常用的热力开采法为:

(1)蒸汽吞吐法(图1),将蒸汽通过生产井注入油层,短期关井,蒸汽将井底附近油层加热,稠油受热后,粘度降低,易于流动,开井生产时同一井中的采油量可大幅度增加。当油产量降到某一极限后,再次加热采油,如此多次重复,能提高采收率5~10%。蒸汽吞吐法已实现工业化,具有投资少、效率高,后期可直接转入蒸汽驱等优点,中国于60年代中期开始应用。

(2)蒸汽驱法,将蒸汽从专门的注入井不断地注入油层,蒸汽在油层内向周围生产井连续扩散,随着蒸汽的冷却和凝结,形成蒸汽带、热水带和冷水带,使原油通过降粘、高温蒸馏、溶剂抽提和在蒸汽压力的推动作用下,流向生产井井底然后采出(图2)。因原油和储层特点不同,采收率在35~50%之间。蒸汽驱法受水的临界温度和沿程热损失的限制,不适用于深层。

(3)层内燃烧法,俗称火烧油层,将点火器下入井底,将油层面加热到原油燃点以上,并逐渐注入空气,原油中的重质部分即被点燃(图3)。有时也只用注入的空气与原油氧化,使原油在油藏中自燃。以后继续注空气保持连续燃烧。

图 图 图

燃烧带前方原油中轻质部分被蒸馏向前推进。重质部分在高温和地层压力下裂解,留下部分残碳作为继续燃烧的燃料。这些轻质部分溶于更前方的稠油中成为轻质的富油带。燃烧生成的水蒸气凝析成热水带。由于燃烧带和热浪不断推进,原油升温,并因蒸馏气化,以及燃烧生成的CO2溶于原油,使原油粘度降低等作用,驱向生产井而采出。层内燃烧视注入空气与燃烧前缘的运动方向相同与否,分正向燃烧和反向燃烧;根据注入空气中是否加入水蒸气,又可分为干烧和湿烧。层内燃烧采收率可以达到40~60%,适用于油质粘度不太大而饱和度较高的油藏。

混相驱法

将一种能与原油无限互溶的流体注入地层,以消除界面张力,称混相驱。目前主要是气体混相驱。有三类:

(1)烃混相驱,注入的烃与原油互溶,以提高驱油效率。有干气驱、湿气驱和液化石油气驱。干气驱需较高的注入压力(一般超过200atm);湿气驱在注入较低的压力下即可混相;液化石油气驱时与原油更易混相。因此,在注干气或湿气前先注一段液化气(称为液化石油气-石油段塞),可以大幅度降低注入压力。近年来烃混相驱逐渐被 CO2混相驱所代替。后者能更好地利用能源。

(2)CO2混相驱,CO2在油层温度和压力下易溶于原油和水中,可降低原油的粘度和密度。它与原油接触后,可逐渐抽提原油中的轻质组分,达到动力接触混相,获得很高的驱替原油的效果。为提高 CO2混相驱的体积波及系数,近来广泛采用CO2与水交替注入或同时注入泡沫的方式。

(3)惰性气体混相驱,即烟道气和高压氮气驱。注N2是为解决注入气源问题而发展起来的。N2气驱的混相压力很高,一般达300atm以上,仅适用于轻质油藏,优点是N2价廉。烟道气混相压力介于CO2与N2之间但防腐等处理过程复杂,因此烟道气和N2主要用来做注CO2段塞后的驱动剂。混相驱法一般适用于埋藏较深的轻质油藏。

化学驱法

可分为:

(1)聚合物水驱,又称稠化水驱。把少量高分子化合物(如聚丙烯酰胺)溶于水中,增加注入水的粘度,改变油水流度比,扩大水的体积波及系数;它对驱油效率影响不大,适用于中等粘度原油或油层非均质性较严重的油藏。聚合物水驱也可配合其他化学剂共同使用,起到辅助其他化学剂控制流度比的作用,即所谓表面活性剂-聚合物驱、碱水-聚合物驱等。

(2)碱水驱,适用于含酸性原油的油藏。要求油的酸值大于0.1(酸值以中和每克原油时所需以毫克计的 KOH量表示)。注入的碱性化学剂主要为苛性钠和原硅酸钠,与原油中的有机酸形成天然的表面活性剂。可通过降低油水界面张力、改变岩石表面润湿性等机理,扩大水的体积波及系数,促使残余油流动,增加驱油效率。碱与岩石反应,碱耗大,酸性原油中沥青胶质含量较高,油-水界面粘度,界面电性等界面现象,在驱油中起着较大的作用,机理比较复杂,但碱的价格便宜,故仍有潜力。

(3)表面活性剂驱,将少量表面活性剂,主要是石油磺酸盐加入水中,同时配以助剂,在最佳含盐量时可获得超低界面张力(<10-6N/m),分高浓度体系(胶束、微乳液驱、活性剂浓度大于2%)和低浓度体系,在矿场应用时一般先注预洗液,依次为活性剂体系段塞、流度控制段塞(聚合物水溶液)、驱替流体(一般为后置液或水)。表面活性剂驱在室内试验效果显著,但由于活性剂损失大,界面现象尚未完全清楚,波及系数不够大,矿场试验效果并不理想。但表面活性剂与其他方法相比,由于是注水油田的自然延伸,而且驱油效率高,仍然很受重视。

矿井采掘法

对于沥青油砂或极稠油藏或能量完全枯竭的油藏可用立井、斜井通至油层,按固体矿床地下开采方法掘进水平巷道并钻小孔汇集原油至坑底,也可回采油砂,运到地面干馏采油。

以上各种方法中,蒸汽吞吐法、蒸汽驱法已经工业化,另外CO2驱法应用也较广,其他均在试验阶段,而且各有其适用范围,不能普遍推广。提高采收率的研究试验工作仍在发展中。