论文部分内容阅读
摘 要：随着石油资源的不断开发，开发难度愈来愈难，三次采油作为二次采油以后提高采收率的重要手段，已经被逐渐的应用推广。本文对三次采油的多种驱油剂的驱油机理、性能、结构进行了可行性对比分析，对应用与发展前景进行了探讨。
关键词：油田；三次采油；驱油剂；性能；应用
中图分类号：TE355
前 言
石油是一种不可再生的资源，也是经济发展和现代化进程中必不可少的能源，并在能源结构中占有绝对的优势地位 。由于地层结构的复杂性和流体组成的复杂性，在各种矿物中石油的采收率比较低，世界范围内，石油的采收率低于40%。因此如何提高石油的采收率就成了世界各国的石油工程师及相关人员一直致力研究的问题。石油的开采分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用地层天然能量开采，采收率一般在5%～20%；二次采油是利用注入流体，如注气或注水维持地层能量进行开采，二次采油采收率仍然低于40%，大部分的原油仍然残留在地下。三次采油是指通过注入不同类型的化学剂，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏的采收率。
1 化学驱概述及研究进展
三次采油最常用的方法是化学驱，即向油层中注入化学剂来改变驱替相性质及驱替流体与原油之间的界面性质来提高原油采出程度的方法。化学驱通常包括碱水驱、表面活性剂驱（微乳液驱、活性水驱）、聚合物驱以及复合驱化学驱方法。（1）碱驱。碱驱是向油层注入浓度不同的NaOH、Na2CO3等碱性水溶液，在油层内碱性水溶液与油层内的有机酸反应生成表面活性剂从而降低油水界面张力、提高采收率的三次采油方法，适用于原油中有机酸含量高的油藏。（2）表面活性剂驱。离子表面活性剂溶液在形成胶束的浓度范围内及形成乳液的浓度范围内有两个性质发生突变的区域，表面活性剂溶液与普通的原油体系在这两个浓度范围内能够形成超低界面张力，并有较好的驱油效果，继而发展成了低界面张力驱油体系和微乳液驱油体系两种不同类型的技术。表面活性剂能够提高原油采收率机理可归纳为以下方面：降低油水界面张力，使残余油变为可流动油；改变岩石表面的润湿性。在亲油岩石中，部分残余油以薄膜状态吸附在岩石表面；表面活性剂在岩石上的吸附可使岩石的润湿性由亲油变为亲水，从而使岩石表面的油膜脱离而被驱替出来；形成胶束或微乳液。由于胶束或微乳液对油或水具有较强的增溶作用，因此一定程度上消除了驱替液与被驱替原油之间的界面，达到混相驱的目的。由于表面活性剂吸附在油滴表面而使油滴带负电荷。（3）聚合物驱。聚合物驱是把水溶性聚合物加到注入水中以增加水相粘度、改善流度比、稳定驱替前沿、提高波及系数的三次采油新方法。其驱油机理主要表现在：提高注入水粘度，降低油水流度比，扩大水相的波及系数。降低了水相渗透率。聚合物溶液流经多孔油层时，由于孔隙介质的吸附和捕集引起聚合物分子的滯留，被滞留的聚合物分子与水分子间的作用较强，对水的阻力变大，对油的阻力甚微，从而导致水相渗透率的降低，提高波及系数。调剖作用。由于注入水的粘度增加，降低了水相渗透率，使得油层吸水剖面得到调整、平面非均质性得到改善、水洗厚度增加，扩大了水相的波及体积。粘弹效应。由于聚合物的粘弹效应，对残余油参数的拖拉携拽作用，从而提高了微观驱油效率。（4）聚合物和表面活性剂二元复合驱。聚合物驱后二元复合驱可大幅度提高采收率，同时由于化学剂的协同作用，效果明显优于单一聚合物驱，而且其经济效益和可操作性优于三元复合驱，且具有较好的调驱能力。
2 化学驱常用化学剂性能
（1）常用表面活性剂种类及特性。国外早在20世纪50年代就已开始了表面活性剂驱油研究工作。根据岩石表面电性、与油藏条件的匹配性、不同种类活性剂自身的特性以及环保等方面的要求，一般采用阴离子表活剂用于复合驱。目前国外三次采油用表面活性剂工业产品主要有两大类：一是石油磺酸盐为主的表活剂，二是烷基苯磺酸盐为主的表活剂。美国三次采油用石油磺酸盐产量在10×104t/a以上，有代表性的商业产品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。“八五”以来，国内驱油表面活性剂的研制取得了较大进展。除以上两种国际上采用的主流活性剂外，还开发研制了石油羧酸盐、改性木质素磺酸盐、生物表面活性剂、烷基萘磺酸盐等多种驱油用表面活性剂。这些产品与主表面活性剂复配后，能够形成超低界面张力，从而替代30%～50%的主表面活性剂用量，价格便宜的还可用作驱油体系的牺牲剂，以减少活性剂的吸附损失。在低温（低于90℃）、低盐（低于4×104mg/L）油藏仍使用石油磺酸盐和石油羧酸盐。为适应高温、高盐油藏的表面活性剂驱，两类非离子阴离子型两性表面活性剂：磺酸盐类表面活性剂/内烯烃磺酸盐表面活性剂和孪连表面活性剂。（2）常用聚合物种类及特征。目前应用最广泛的驱油聚合物为聚丙烯酰胺，为了提高聚丙烯酰胺对驱油剂流度的控制能力，它的相对分子质量已超过2.5×107，水解度高达35%，为了适应高温（大于90℃）、高盐（大于4×104mg/L）油藏的聚合物驱，研究了带环、带强亲水基团、可缔合烃链等链节的聚丙烯酰胺共聚物。（3）碱驱用碱。由于碱溶蚀地层使地层变得更不均质，同时会使地层结垢并使乳化原油脱水困难，所以碱驱在油田应用很少或在碱驱过程中使用弱碱（如NH4OH）、潜在碱（如Na2CO3、NaHCO3、Na2O·mSiO2）、有机碱（如二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺）和缓冲碱（如由Na2CO3与NaHCO3、NH3与NH4Cl组成的碱）。目前，缓冲碱驱是值得注意的一个发展动向。
3 聚/表二元复合驱研究及应用
表面活性剂/聚合物二元复合驱就是充分发挥表面活性剂和聚合物的协同作用来提高采收率的方法。表面活性剂/聚合物二元复合驱是指先注入一段活性水段塞，降低油水间的界面张力，然后注入聚合物段塞，控制流度。但是由于活性水驱机理复杂，且表面活性剂在孔隙介质中大量吸附滞留，而且在高温高矿化度的油层容易产生沉淀等种种原因，再考虑到经济的因素，这样的二元复合驱成功的实例并不多。后来提出把高浓度的表面活性剂加入聚合物溶液中，形成混合溶液，注入油层来提高采收率。其中以表面活性剂胶束微乳液/聚合物混相驱的驱油效率最高，几乎可以波及到除了死孔隙以外的孔隙体积。
4 结束语
国内学者对表面活性剂/聚合物二元体系溶液的性质，界面的流变性，界面粘度等进行了研究，但是应用于矿场实验的报道仍然比较少。美国Oryx能源公司在德克萨斯州Eastland郡Ranger油田Mccleskey砂层中进行的低界面张力表面活性剂/聚合物先导实验，实验在油藏水淹区中进行，这一油层渗透率为200～500×10-3/μm2，渗透率变异系数0.70～0.83，孔隙度15%，采用单独聚合物所增加的石油产量不能抵消其费用，加入合适的表面活性剂可以获得低的界面张力，大大降低了残μm2余油饱和度，所增加油量为水驱后剩余油量的25%，经济效益比较可观。总之，三次采油的工程师们从尽量提高油层采收率的角度出发，同时考虑又要大幅度降低化学剂特别是表面活性剂及助剂的用量和成本，一直在积极寻找新的高效三次采油方法。
参考文献：
[1] 翟志华.论国际石油与石油战略.三西能源与节能，2002，24（1）：37-38
[2] 葛广章，王勇进等.聚合物驱及相关化学驱进展.油田化学，2001，9
关键词：油田；三次采油；驱油剂；性能；应用
中图分类号：TE355
前 言
石油是一种不可再生的资源，也是经济发展和现代化进程中必不可少的能源，并在能源结构中占有绝对的优势地位 。由于地层结构的复杂性和流体组成的复杂性，在各种矿物中石油的采收率比较低，世界范围内，石油的采收率低于40%。因此如何提高石油的采收率就成了世界各国的石油工程师及相关人员一直致力研究的问题。石油的开采分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用地层天然能量开采，采收率一般在5%～20%；二次采油是利用注入流体，如注气或注水维持地层能量进行开采，二次采油采收率仍然低于40%，大部分的原油仍然残留在地下。三次采油是指通过注入不同类型的化学剂，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏的采收率。
1 化学驱概述及研究进展
三次采油最常用的方法是化学驱，即向油层中注入化学剂来改变驱替相性质及驱替流体与原油之间的界面性质来提高原油采出程度的方法。化学驱通常包括碱水驱、表面活性剂驱（微乳液驱、活性水驱）、聚合物驱以及复合驱化学驱方法。（1）碱驱。碱驱是向油层注入浓度不同的NaOH、Na2CO3等碱性水溶液，在油层内碱性水溶液与油层内的有机酸反应生成表面活性剂从而降低油水界面张力、提高采收率的三次采油方法，适用于原油中有机酸含量高的油藏。（2）表面活性剂驱。离子表面活性剂溶液在形成胶束的浓度范围内及形成乳液的浓度范围内有两个性质发生突变的区域，表面活性剂溶液与普通的原油体系在这两个浓度范围内能够形成超低界面张力，并有较好的驱油效果，继而发展成了低界面张力驱油体系和微乳液驱油体系两种不同类型的技术。表面活性剂能够提高原油采收率机理可归纳为以下方面：降低油水界面张力，使残余油变为可流动油；改变岩石表面的润湿性。在亲油岩石中，部分残余油以薄膜状态吸附在岩石表面；表面活性剂在岩石上的吸附可使岩石的润湿性由亲油变为亲水，从而使岩石表面的油膜脱离而被驱替出来；形成胶束或微乳液。由于胶束或微乳液对油或水具有较强的增溶作用，因此一定程度上消除了驱替液与被驱替原油之间的界面，达到混相驱的目的。由于表面活性剂吸附在油滴表面而使油滴带负电荷。（3）聚合物驱。聚合物驱是把水溶性聚合物加到注入水中以增加水相粘度、改善流度比、稳定驱替前沿、提高波及系数的三次采油新方法。其驱油机理主要表现在：提高注入水粘度，降低油水流度比，扩大水相的波及系数。降低了水相渗透率。聚合物溶液流经多孔油层时，由于孔隙介质的吸附和捕集引起聚合物分子的滯留，被滞留的聚合物分子与水分子间的作用较强，对水的阻力变大，对油的阻力甚微，从而导致水相渗透率的降低，提高波及系数。调剖作用。由于注入水的粘度增加，降低了水相渗透率，使得油层吸水剖面得到调整、平面非均质性得到改善、水洗厚度增加，扩大了水相的波及体积。粘弹效应。由于聚合物的粘弹效应，对残余油参数的拖拉携拽作用，从而提高了微观驱油效率。（4）聚合物和表面活性剂二元复合驱。聚合物驱后二元复合驱可大幅度提高采收率，同时由于化学剂的协同作用，效果明显优于单一聚合物驱，而且其经济效益和可操作性优于三元复合驱，且具有较好的调驱能力。
2 化学驱常用化学剂性能
（1）常用表面活性剂种类及特性。国外早在20世纪50年代就已开始了表面活性剂驱油研究工作。根据岩石表面电性、与油藏条件的匹配性、不同种类活性剂自身的特性以及环保等方面的要求，一般采用阴离子表活剂用于复合驱。目前国外三次采油用表面活性剂工业产品主要有两大类：一是石油磺酸盐为主的表活剂，二是烷基苯磺酸盐为主的表活剂。美国三次采油用石油磺酸盐产量在10×104t/a以上，有代表性的商业产品有Witco公司的TRS系列、Stepan公司的Petrostep系列以及阿莫古公司的Sulfonate系列。“八五”以来，国内驱油表面活性剂的研制取得了较大进展。除以上两种国际上采用的主流活性剂外，还开发研制了石油羧酸盐、改性木质素磺酸盐、生物表面活性剂、烷基萘磺酸盐等多种驱油用表面活性剂。这些产品与主表面活性剂复配后，能够形成超低界面张力，从而替代30%～50%的主表面活性剂用量，价格便宜的还可用作驱油体系的牺牲剂，以减少活性剂的吸附损失。在低温（低于90℃）、低盐（低于4×104mg/L）油藏仍使用石油磺酸盐和石油羧酸盐。为适应高温、高盐油藏的表面活性剂驱，两类非离子阴离子型两性表面活性剂：磺酸盐类表面活性剂/内烯烃磺酸盐表面活性剂和孪连表面活性剂。（2）常用聚合物种类及特征。目前应用最广泛的驱油聚合物为聚丙烯酰胺，为了提高聚丙烯酰胺对驱油剂流度的控制能力，它的相对分子质量已超过2.5×107，水解度高达35%，为了适应高温（大于90℃）、高盐（大于4×104mg/L）油藏的聚合物驱，研究了带环、带强亲水基团、可缔合烃链等链节的聚丙烯酰胺共聚物。（3）碱驱用碱。由于碱溶蚀地层使地层变得更不均质，同时会使地层结垢并使乳化原油脱水困难，所以碱驱在油田应用很少或在碱驱过程中使用弱碱（如NH4OH）、潜在碱（如Na2CO3、NaHCO3、Na2O·mSiO2）、有机碱（如二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺）和缓冲碱（如由Na2CO3与NaHCO3、NH3与NH4Cl组成的碱）。目前，缓冲碱驱是值得注意的一个发展动向。
3 聚/表二元复合驱研究及应用
表面活性剂/聚合物二元复合驱就是充分发挥表面活性剂和聚合物的协同作用来提高采收率的方法。表面活性剂/聚合物二元复合驱是指先注入一段活性水段塞，降低油水间的界面张力，然后注入聚合物段塞，控制流度。但是由于活性水驱机理复杂，且表面活性剂在孔隙介质中大量吸附滞留，而且在高温高矿化度的油层容易产生沉淀等种种原因，再考虑到经济的因素，这样的二元复合驱成功的实例并不多。后来提出把高浓度的表面活性剂加入聚合物溶液中，形成混合溶液，注入油层来提高采收率。其中以表面活性剂胶束微乳液/聚合物混相驱的驱油效率最高，几乎可以波及到除了死孔隙以外的孔隙体积。
4 结束语
国内学者对表面活性剂/聚合物二元体系溶液的性质，界面的流变性，界面粘度等进行了研究，但是应用于矿场实验的报道仍然比较少。美国Oryx能源公司在德克萨斯州Eastland郡Ranger油田Mccleskey砂层中进行的低界面张力表面活性剂/聚合物先导实验，实验在油藏水淹区中进行，这一油层渗透率为200～500×10-3/μm2，渗透率变异系数0.70～0.83，孔隙度15%，采用单独聚合物所增加的石油产量不能抵消其费用，加入合适的表面活性剂可以获得低的界面张力，大大降低了残μm2余油饱和度，所增加油量为水驱后剩余油量的25%，经济效益比较可观。总之，三次采油的工程师们从尽量提高油层采收率的角度出发，同时考虑又要大幅度降低化学剂特别是表面活性剂及助剂的用量和成本，一直在积极寻找新的高效三次采油方法。
参考文献：
[1] 翟志华.论国际石油与石油战略.三西能源与节能，2002，24（1）：37-38
[2] 葛广章，王勇进等.聚合物驱及相关化学驱进展.油田化学，2001，9