三次采油技術(shù)在中原油田的應(yīng)用進(jìn)展*

王 斌，周 迅，王 敏，楊翠萍，董俊艷

（中國石化股份有限公司中原油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001）

中原油田地處東濮凹陷，位于渤海灣含油氣盆地的西南緣，目前探明地質(zhì)儲(chǔ)量5.63×108t，油藏埋藏深，具有“高溫高鹽、強(qiáng)非均質(zhì)”的地質(zhì)特點(diǎn)［1-2］。油藏埋深大于2500 m 的儲(chǔ)量占55.9%，90℃以上的油藏動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的63.9%，礦化度大于25×104mg/L的油藏儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量63.8%。油層滲透率以中、低滲透為主，其中空氣滲透率大于500×10-3μm2的高滲儲(chǔ)量占總動(dòng)用儲(chǔ)量的2.8%，滲透率在50×10-3數(shù)500×10-3μm2范圍的中滲儲(chǔ)量占61.3%，滲透率小于50×10-3μm2的低滲、特低滲儲(chǔ)量占總動(dòng)用儲(chǔ)量的35.9%。開發(fā)油藏整體采出程度為25.69%，已經(jīng)接近水驅(qū)標(biāo)定采收率28.72%，中高滲油藏已進(jìn)入高采出、特高含水階段，低滲油藏處于中采出、高含水階段。要實(shí)現(xiàn)中高滲油藏采收率達(dá)到40%、低滲油藏達(dá)到30%的目標(biāo)，常規(guī)水驅(qū)難以完成。近幾年隨著氣源的豐富及三次采油技術(shù)的進(jìn)步，中原油田在不同類油藏開展了CO2驅(qū)、天然氣驅(qū)、空氣泡沫驅(qū)和化學(xué)驅(qū)等技術(shù)的應(yīng)用，為老區(qū)油田的發(fā)展提供了良好的技術(shù)支撐。

1 氣驅(qū)技術(shù)在中原油田的發(fā)展

1.1 CO2驅(qū)技術(shù)

近幾年，注氣提高采收率技術(shù)發(fā)展迅速，其中又以注CO2技術(shù)的發(fā)展速度最快。注CO2不僅驅(qū)油效果非常明顯，而且可以減輕溫室效應(yīng)，因此注CO2技術(shù)在全球得到推廣運(yùn)用。CO2提高采收率的作用主要有促使原油膨脹、降低黏度、溶解氣驅(qū)等［3-5］。按作用機(jī)理可分為CO2混相驅(qū)和CO2非混相驅(qū)。中原油田地層壓力高、原油品質(zhì)較好，較易達(dá)到混相驅(qū)。中原油田適合CO2驅(qū)儲(chǔ)量有4.9×108t，其中能達(dá)到混相、近混相驅(qū)儲(chǔ)量占56.5%。中原油田CO2驅(qū)先后在高滲特高含水、深層低滲及稠油等3 類油藏33 井組開展了應(yīng)用，累計(jì)注入CO2量6.56×105t，累計(jì)增油1.114×105t。

1.1.1 特高含水油藏CO2微觀驅(qū)油機(jī)理

CO2具有可降低原油黏度、密度，膨脹地層原油，改善原油流動(dòng)性，增加地層能量，降低油水界面張力等特性，已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)公認(rèn)［6］。在特高含水油藏微觀剩余油零散分布的情況下，具有以下特征：（1）CO2能快速穿透水膜接觸剩余油。采用兩相多孔介質(zhì)CO2溶解、擴(kuò)散測量裝置，測得溶解擴(kuò)散關(guān)鍵參數(shù)。CO2在水中的擴(kuò)散速度是油中的10倍［7］。筆者采用CO2-離散原油微觀接觸模型，當(dāng)水膜厚度為100數(shù)500 μm 時(shí)，測得CO2穿透水膜的時(shí)間為17 min數(shù)7 h，對油藏CO2驅(qū)開發(fā)的影響很小。（2）特高含水油藏CO2驅(qū)油方式主要包括以下兩個(gè)方面：一是CO2能進(jìn)入的孔喉半徑比水小一個(gè)數(shù)量級，能驅(qū)替水驅(qū)不到的微小孔喉中的原油；二是CO2/水交替驅(qū)可以有效降低殘余油飽和度，驅(qū)后3 種不同狀態(tài)（油膜、盲端、孤島狀）剩余油的殘余油飽和度均有明顯降低，整體含油飽和度降低11.8%［8］。（3）CO2驅(qū)最小混相壓力會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。原油各組分對最小混相壓力（MMP）的影響不同，原油中C5數(shù)C15的液態(tài)烴組分降低MMP，而輕質(zhì)氣體和重?zé)N組分會(huì)提高M(jìn)MP。不同類型油藏的MMP 具有動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。黑油油藏水驅(qū)后，MMP提高，揮發(fā)油藏衰竭開采后，MMP大幅度下降［9］，如表1所示。

表1 不同油樣組分及最小混相壓力變化表

1.1.2 CO2驅(qū)配套工藝技術(shù)

（1）CO2驅(qū)分層注入工藝技術(shù)

注CO2過程中采用水氣交替會(huì)出現(xiàn)溫差大、壓差大、管柱蠕動(dòng)強(qiáng)、CO2易溶蝕封隔器膠筒等問題，導(dǎo)致CO2井筒氣密封性差。采用同級同段管柱，優(yōu)化錨、瓦組合配置，預(yù)留補(bǔ)償距，減少了管柱蠕動(dòng)對封隔器的傷害；采用氣密封膠筒，大幅提升干濕環(huán)境下封隔器壽命，耐溫-30數(shù)130℃，耐氣壓差35 MPa；采用偏心分層注入和同心分層注入可有效解決井下超臨界CO2狀態(tài)調(diào)控難度大、氣嘴易氣蝕等問題。

（2）CO2驅(qū)吸氣剖面測試技術(shù)

在吸氣剖面測試儀及井下CO2渦輪流量計(jì)的基礎(chǔ)上形成了井口密封與安全控制技術(shù)，井口動(dòng)態(tài)密封壓力達(dá)到30 MPa。采用質(zhì)量流量解釋方法，實(shí)現(xiàn)小層吸氣量的定量解釋，解決了井間吸氣量差異大、井筒內(nèi)CO2密度變化大，CO2在層間流量難以定量測試的問題。

（3）CO2驅(qū)防氣竄技術(shù)

CO2驅(qū)油實(shí)施過程中，CO2竄逸是不可避免的一個(gè)問題，不同非均質(zhì)程度油藏需要采用不同的封竄方法。對于水驅(qū)大孔道，可采用耐溫抗鹽交聯(lián)共聚物+延緩膨脹顆粒凝膠復(fù)合深部調(diào)驅(qū)體系；對于中高滲油藏，采用耐高溫高鹽CO2泡沫體系，耐溫110℃，耐鹽20×104mg/L，耐鈣鎂5000 mg/L，阻力因子大于18.1；對于高壓低滲裂縫發(fā)育油藏，研發(fā)了氣溶性泡沫劑，耐溫130℃，耐鹽31×104mg/L，在CO2中溶解度大于0.2%［10-11］。

（4）CO2驅(qū)腐蝕防護(hù)技術(shù)

中原油田開展的CO2驅(qū)均在老井上實(shí)施，采用普通碳鋼井筒，抗CO2腐蝕能力弱。由于生產(chǎn)井中存在氣水混合系統(tǒng)，CO2腐蝕嚴(yán)重。應(yīng)用中采用新研發(fā)的抗CO2液體緩蝕劑、抗CO2固體緩蝕劑、耐高溫高鹽五合金犧牲陽極，形成油井碳鋼管柱全井筒系統(tǒng)防腐技術(shù)，年腐蝕速率＜0.076 mm，作業(yè)周期延長50%以上。

1.1.3 中高滲特高含水油藏應(yīng)用實(shí)例

中原油田水驅(qū)廢棄油藏濮城沙一油藏，油層單一，有兩個(gè)含油小層，平均厚度5.7 m，孔隙結(jié)構(gòu)均勻，滲透率為0.690 μm2，埋深2280數(shù)2430 m。2008年實(shí)施氣水交替注入CO2措施，設(shè)計(jì)排狀井網(wǎng)注氣，13 注40 采，總注氣量3.5.4×105t，平均注采井距432 m，見效高峰期單井日產(chǎn)油5.9 t，換油率達(dá)到0.37 t。其中濮1-1 井組采出程度提高了10%，含水率從99%降至88%。該油藏混相壓力為18.4 MPa，氣驅(qū)后地層壓力20.2 MPa。CO2與原油充分混相，氣驅(qū)效果較好?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，油井在見效期間，產(chǎn)出氣烴類組分中C2數(shù)C6含量上升，產(chǎn)油量增加，呈現(xiàn)見氣見效現(xiàn)象。

1.2 天然氣驅(qū)技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性油藏和凝析氣藏天然氣驅(qū)效果較好。與水驅(qū)相比，天然氣驅(qū)滲流阻力低，可有效補(bǔ)充地層能量。地層壓力越高，注氣突破時(shí)間越晚，采收率提高幅度越大［12］。

中原油田注天然氣驅(qū)應(yīng)用52 MPa 超高壓壓縮機(jī)組，配件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；35 MPa 壓縮機(jī)組完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，與國外同類產(chǎn)品相比成本下降20%以上。通過在過濾器中增加捕霧網(wǎng)，降低對天然氣品質(zhì)的要求，來料成本下降。采用獨(dú)立的低壓排污裝置，避免了機(jī)組泄漏污染問題。運(yùn)用引壓、取壓、測量參數(shù)修正、數(shù)據(jù)建模等計(jì)量工藝方法，實(shí)現(xiàn)對高溫、高壓、脈動(dòng)天然氣精確計(jì)量，測量精度達(dá)±1.5%，重現(xiàn)性達(dá)1%。

2006 年在文88 塊沙三中8數(shù)10 層系開展先導(dǎo)試驗(yàn)，累計(jì)注入天然氣3.02 億方，增加油氣當(dāng)量6.31×104t，目前日產(chǎn)油14.8 t，沙三中10層系提高采出程度22%，整體提高采出程度12.2%，換油率0.33 t/千方。在文72 沙三上油藏實(shí)施2 個(gè)井組，覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量37.6×104t，累計(jì)注入天然氣586.9萬方，提高采出程度10%，換油率達(dá)0.3 t/千方以上。

2 空氣泡沫復(fù)合驅(qū)技術(shù)在中原油田的發(fā)展

空氣泡沫驅(qū)既可改善原油的波及系數(shù)，又能顯著提高驅(qū)油效率，增油效果明顯。注空氣泡沫驅(qū)是間接的注煙道氣驅(qū)加泡沫驅(qū)，針對高壓注空氣過程中氣體在水平方向的黏性指進(jìn)和縱向上的重力超覆問題，利用泡沫流體的流度控制作用，能有效延緩氣竄，擴(kuò)大波及體積。發(fā)泡劑作為一種活性物質(zhì)，具有降低油水界面張力和提高洗油效率的作用［13］。

2.1 注空氣低溫氧化機(jī)理

低溫氧化的反應(yīng)程度與原油特性、巖石與流體特性、溫度和壓力有關(guān)。通過輕質(zhì)原油的低溫氧化速率測定方法［14］，計(jì)算出脫氣原油與空氣發(fā)生的低溫氧化反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)為5.1×10-3h-1，活化能為81.9 kJ/mol，指前因子為2.85×109h-1。在原始地層溫度和壓力下，地層原油能溶解其自身體積9.07%的空氣量，這些溶解空氣對地層恢復(fù)能量的貢獻(xiàn)為注入空氣體積的40%。原油溶解空氣體積膨脹對采收率有貢獻(xiàn)。以水驅(qū)后采收率達(dá)到30%的油藏為例，溶解膨脹能提高采收率約2.58%。由此可見，空氣能維持油藏壓力及提高油藏能量，并產(chǎn)生熱效應(yīng)。

2.2 耐溫抗鹽起泡劑

發(fā)泡劑是空氣泡沫驅(qū)油的關(guān)鍵因素之一。高海濤等［15］在非離子表面活性劑中引入螯合性耐溫抗鹽單體，制備的耐溫抗鹽低界面張力起泡劑耐溫120℃、耐礦化度25×104mg/L，發(fā)泡體積大于500 mL，半衰期大于130 min，油水界面張力達(dá)到10-2mN/m數(shù)量級。

2.3 空氣泡沫驅(qū)安全控制系統(tǒng)

甲烷與空氣爆炸混合物中甲烷的爆炸范圍為4.76%數(shù)16.95%，臨界氧含量值12.35%。為確保注空氣的安全可靠，現(xiàn)場氧含量警戒值確定為3%。采用在線式、便攜式儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測，定期采用氣相色譜儀取樣分析確保安全注空氣。采用注空氣泡沫專用管柱，由頂封、封隔器下部的犧牲陽極、內(nèi)襯防腐油管、井下發(fā)泡器組成，同時(shí)定期在油套環(huán)空內(nèi)投加防腐保護(hù)液。

2.4 應(yīng)用效果

中原油田先后實(shí)踐了空氣泡沫調(diào)驅(qū)、空氣泡沫驅(qū)、空氣泡沫復(fù)合驅(qū)等階段。典型油藏為中原油田文明寨明15 塊。該油藏是一個(gè)典型的極復(fù)雜斷塊油藏，非均質(zhì)性強(qiáng)，單層突進(jìn)嚴(yán)重，2009年實(shí)施空氣泡沫驅(qū)4 井組，初期增油效果明顯，有效期1.5 年。隨著采出程度的不斷提高，產(chǎn)量增幅逐漸減小。隨后接替應(yīng)用了空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)，采用空氣泡沫及表面活性劑小段塞交替注入，在擴(kuò)大波及體積的同時(shí)依靠超低界面張力表面活性劑的洗油作用進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。空氣泡沫/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)應(yīng)用11 個(gè)井組，設(shè)計(jì)注入量492.24×104Nm3，累計(jì)增油2.4381×104t，增加動(dòng)用儲(chǔ)量22.1×104t，提高采收率8.84%。

3 化學(xué)驅(qū)技術(shù)在中原油田的發(fā)展

化學(xué)驅(qū)技術(shù)主要包括聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、復(fù)合驅(qū)。中原油田高溫高鹽、非均質(zhì)性嚴(yán)重，近幾年隨著耐溫耐鹽表面活性劑的研制成功，中原油田逐步探索化學(xué)驅(qū)技術(shù)。針對不同油藏特點(diǎn)探索了不同的復(fù)合驅(qū)技術(shù)，其中適應(yīng)于中滲、中溫、低礦化度油藏的聚合物/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)及適應(yīng)于中高溫、厚油層、非均質(zhì)性強(qiáng)的微球/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)收效良好。

3.1 超低張力耐溫抗鹽表面活性劑

驅(qū)油用表面活性劑通過降低油水界面張力大大增加毛管力，進(jìn)而剝離剩余油。在表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中引入磺酸基、羧酸基、苯環(huán)等耐溫耐鹽官能團(tuán)，結(jié)合非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的協(xié)同作用，研發(fā)了陰-非離子表面活性劑［16］。耐溫由90℃提高至110℃，耐鹽由3×104mg/L提高至29×104mg/L，耐鈣鎂離子由500 mg/L 提高至5000 mg/L，實(shí)現(xiàn)了由低溫低鹽油藏拓展到高溫高鹽油藏應(yīng)用的突破。

3.2 聚合物/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用

2015 年中原油田應(yīng)用聚合物/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)6 個(gè)井組，按照1∶1數(shù)2∶1 的段塞交替注入。設(shè)計(jì)注入量0.3 PV，約4.8×104m3，按照每年0.08 PV的速度注入。實(shí)施過程中采用分層注入工藝，首先注入高強(qiáng)度體系封堵大孔道，緩解層間矛盾；其次在深部注入聚合物緩解層內(nèi)矛盾，擴(kuò)大波及體積；最后注入表面活性劑剝離剩余油，提高驅(qū)油效率。注入后注入井壓力上升2.4 MPa。實(shí)施過程中采用分層注入工藝，首先注入高強(qiáng)度體系封堵大孔道，緩解層間矛盾；其次在深部注入聚合物緩解層內(nèi)矛盾，擴(kuò)大波及體積；最后注入表面活性劑剝離剩余油，提高驅(qū)油效率。注入后注入井壓力上升2.4 MPa，地層能量得到補(bǔ)充，含水下降2.1%，累計(jì)增油2052 t，提高采收率2.45%，自然遞減率（單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量變化或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量遞減百分?jǐn)?shù)）減緩14.5%。

3.3 微球/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用

該項(xiàng)技術(shù)在中高溫、厚油層、具有非均質(zhì)性的文25 東、濮城西區(qū)沙二上2+3 油藏進(jìn)行了應(yīng)用，油藏地層溫度85℃，礦化度15.6×104mg/L，綜合含水96.4%以上。油藏層間隔層薄，分層注水難，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，剩余油挖潛難度大。實(shí)施微球/表面活性劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)過程中，首先依靠微球膨脹后在地層中的封堵性作用，其次在表面活性劑的共同作用下實(shí)現(xiàn)對中高滲油藏的挖潛。兩個(gè)油藏共實(shí)施5 井組，設(shè)計(jì)注入量0.5 PV，約2.11×105m3，采用在線注入。措施后吸水剖面得到明顯改善，高滲層吸水由100%降至30.71%，低滲層得到動(dòng)用。單井組日增油3.8 t，累計(jì)增油5635.4 t，提高采收率1.59%。

4 高溫高鹽油藏開展三采技術(shù)小結(jié)及發(fā)展方向

4.1 小結(jié)

中原油田屬于高溫、高鹽、斷塊復(fù)雜油藏，油藏條件開展三次采油挑戰(zhàn)大，國內(nèi)油田在此類油藏的研究與應(yīng)用均處于攻關(guān)階段。經(jīng)過多年的探索與應(yīng)用，取得以下認(rèn)識：（1）隨著對綠色環(huán)保的逐漸重視，CO2驅(qū)是適用油藏廣、覆蓋儲(chǔ)量大、最具發(fā)展?jié)摿Φ娜杉夹g(shù)之一［17］。CO2與油組分交換達(dá)到混相或近混相時(shí)的驅(qū)替效果較好［18］。對于特高含水廢棄油藏，CO2與原油充分混相，驅(qū)油效果較好，采用水氣交替注入可有效減緩氣竄［19-20］，仍能大幅提高采收率；對于高壓低滲油藏，CO2驅(qū)可以大幅度恢復(fù)地層壓力，提高驅(qū)油效率，有助于注水難開發(fā)井得到動(dòng)用。（2）CO2驅(qū)中見氣見效是一明顯特征，采用水氣交替注入、合理的井距設(shè)計(jì)及合適的時(shí)機(jī)封竄將實(shí)現(xiàn)CO2均勻推進(jìn)，提高波及效率。（3）天然氣可以膨脹原油體積，降低原油黏度、密度，帶出輕質(zhì)油，有效補(bǔ)充地層能量，不存在設(shè)備腐蝕和回收問題。中原油田已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了配套設(shè)備的國產(chǎn)化，適用于揮發(fā)性油藏和凝析氣藏。（4）化學(xué)驅(qū)受高溫、高鹽、非均質(zhì)的制約，Ⅲ類油藏的應(yīng)用仍處于攻關(guān)階段。中原油田開展的微球/表面活性劑復(fù)合驅(qū)、聚合物/表面活性劑復(fù)合驅(qū)效果明顯，應(yīng)用中需加強(qiáng)調(diào)、驅(qū)結(jié)合，在封堵大孔道的基礎(chǔ)上，對地層深部進(jìn)行驅(qū)替，擴(kuò)大波及體積，有效動(dòng)用剩余油。

4.2 發(fā)展方向

（1）針對深層特低滲、裂縫性油藏，CO2驅(qū)需開展耐高溫、耐鹽、注入性好的封堵體系和全系統(tǒng)腐蝕防護(hù)等配套技術(shù)的深入研究，解決管柱腐蝕及氣竄的難題。

（2）開展新型化學(xué)劑的研發(fā)，以低成本、綠色為研究方向，提升體系在高溫、高鹽油藏的穩(wěn)定性，擴(kuò)大化學(xué)驅(qū)的應(yīng)用規(guī)模。