致密油藏提高采收率方法與理論研究進(jìn)展

魏 兵，劉 江，張 翔，蒲萬芬

油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)，四川 成都610500

引言

致密油作為一類重要的非常規(guī)資源，已成為當(dāng)今石油行業(yè)一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域，對(duì)中國提高能源自給能力、保障能源安全起到?jīng)Q定性作用。近年來，以長水平井分段壓裂為主的非常規(guī)油氣藏開發(fā)、改造配套技術(shù)的快速發(fā)展，提高了致密油經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化開采水平，極大地推動(dòng)了全球范圍內(nèi)的能源革命。

致密油的生產(chǎn)特征明顯有別于常規(guī)油藏，突出表現(xiàn)為單井產(chǎn)量遞減快、穩(wěn)產(chǎn)難，長期處于低產(chǎn)、低效狀態(tài)，預(yù)測(cè)采收率僅2%～8%[1]。目前，提高致密油產(chǎn)量還是依靠重復(fù)壓裂、井（網(wǎng)）加密及井間驅(qū)替，前期投入成本高且風(fēng)險(xiǎn)大。因此，要提高致密油資源的經(jīng)濟(jì)效益，必須依靠提高采收率方法與理論的發(fā)展和突破。換言之，致密油藏提產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)技術(shù)，是決定致密油資源前景及發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵因素[2]。筆者詳細(xì)梳理了近十年來世界范圍內(nèi)有關(guān)致密油藏提高采收率的相關(guān)文章（圖1、圖2，截至2019-05-31），分析、總結(jié)了致密油提高采收率方向相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了目前存在的挑戰(zhàn)及重點(diǎn)攻關(guān)方向。

圖1 世界范圍內(nèi)致密油藏提高采收率論文數(shù)量Fig.1 Worldwide papers on tight oil EOR

圖2 致密油藏提高采收率文章分布Fig.2 Regional distribution of EOR papers

1 致密油分布及主要產(chǎn)區(qū)提高采收率方法探索

致密油一般是指覆壓基質(zhì)滲透率不大于0.1 mD（空氣滲透率小于1.0 mD），孔隙度小于10%，以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中，或與生油巖互層、緊鄰的致密儲(chǔ)集巖中，未經(jīng)過大規(guī)模、長距離運(yùn)移的石油聚集，通常單井無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能較低[3]。據(jù)美國能源信息署（EIA，2013）評(píng)估資料顯示，全球致密油資源總儲(chǔ)量約為67 840×108bbl（1 bbl=159 L），技術(shù)可采儲(chǔ)量3 362×108bbl，平均采收率約為4.96%，其中，2/3 以上的致密油資源分布在俄羅斯、美國、中國、利比亞、阿根廷和澳大利亞6 個(gè)國家（圖3）[4-5]。美國是致密油的主要產(chǎn)區(qū)，從北部地區(qū)威利斯盆地的Bakken 儲(chǔ)層，到南部地區(qū)德克薩斯州的Eagle Ford儲(chǔ)層，連續(xù)獲得重大勘探開發(fā)突破，使得非常規(guī)油氣資源成為美國石油資源的一大亮點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)了美國油氣資源低迷的頹勢(shì)，原油自給能力大幅提高，并在一定程度上重構(gòu)世界石油市場格局。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年美國致密油產(chǎn)量已達(dá)650×104bbl/d，占全國總產(chǎn)量的61%，預(yù)計(jì)最終在21 世紀(jì)30 年代初達(dá)到每日1 000×104bbl 以上（EIA，2019），成為美國原油的主要供給形式，如圖4 所示。美國在致密油開發(fā)上接連取得成功，使得各國開始重視致密油資源，也推動(dòng)了全球致密油資源飛速發(fā)展。

Todd 等指出[6]，美國每天400×104bbl 的石油產(chǎn)量來自非常規(guī)油氣藏。這場油氣革命的發(fā)生，主要是由于近十年來水平井鉆井技術(shù)的進(jìn)步和多級(jí)水力壓裂工藝的迅速發(fā)展，非常規(guī)資源給北美低迷的石油市場帶來巨大轉(zhuǎn)機(jī)。位于美國北達(dá)科他州、蒙大拿州和加拿大薩斯喀徹溫省、阿爾伯塔及馬尼托巴省的Bakken 組是世界上最大的致密油資源區(qū)之一，總?cè)债a(chǎn)量已達(dá)到19×104t。長水平井多段壓裂雖然解決了Bakken 的初期產(chǎn)能問題，但維持高產(chǎn)時(shí)間比較短，產(chǎn)能達(dá)到高峰期后產(chǎn)量迅速遞減，年遞減率達(dá)到85%，預(yù)測(cè)采收率僅為5%～8%[7]，剩余資源潛力巨大，EOR 項(xiàng)目的實(shí)施具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)上述問題，研究人員嘗試了多種提高采收率方法，開展了一系列物理模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，包括注水、注氣（二氧化碳、天然氣和氮?dú)猓?、化學(xué)驅(qū)等（表1），均得到理想的實(shí)驗(yàn)效果[8-10]。目前認(rèn)為，在致密油藏中比較可行的提高采收率方法有混相氣、活性水、低礦化度水等[8，11-12]。在北達(dá)科他州、蒙大拿州和南薩斯喀徹溫省進(jìn)行的小規(guī)模試驗(yàn)中，部分試驗(yàn)取得了預(yù)期效果。

圖3 全球致密油資源分布[5]Fig.3 Global distribution of tight oil resources[5]

圖4 美國致密油產(chǎn)量及未來走勢(shì)（EIA，2019）Fig.4 US tight oil production and future trend(EIA,2019)

在過去的十年，中國在致密油勘探開發(fā)也取得突破性進(jìn)展，相繼在鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地、松遼盆地的陸相儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)了（5～10）×108t級(jí)儲(chǔ)量區(qū)。不同于北美海相致密油，中國致密油以陸相沉積環(huán)境為主，資源分布局限，儲(chǔ)層物性差且非均質(zhì)性強(qiáng)，原油密度和黏度大，天然能量低，決定了開采技術(shù)的可借鑒性十分有限，導(dǎo)致中國致密油藏開發(fā)面臨更大的挑戰(zhàn)。目前，中國已在新疆油田、長慶油田等典型致密儲(chǔ)層建成規(guī)?；a(chǎn)區(qū)，同時(shí)也積極開展了提高采收率技術(shù)（二氧化碳驅(qū)、水驅(qū)等）的攻關(guān)研究，在室內(nèi)取得一定效果[13-14]?？傮w來看，中國陸相致密油藏提高采收率研究尚處于起步階段，正面臨著重大的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇。

表1 Bakken 和Eagle Ford 油藏提高采收率代表性研究Tab.1 Representative studies on EOR in Bakken and Eagle Ford

2 致密油藏提高采收率方法與理論

常規(guī)油藏提高采收率方法包括化學(xué)驅(qū)、注氣、熱力采油和微生物采油等，主要利用氣-液-固三相間的相互作用機(jī)制，降低油水界面張力和原油黏度，改變巖石潤濕性和流體流度，提高波及效率和洗油效率，從而大幅度提高原油采收率[7]。同時(shí)，由于致密油藏普遍埋藏較深，油質(zhì)較輕、黏度低，熱力采油方法鮮有報(bào)道[6]。致密儲(chǔ)層具有低孔、低滲、孔隙-天然裂縫-人工裂縫關(guān)系復(fù)雜等突出特點(diǎn)，因此提高采收率項(xiàng)目的實(shí)施難度較大。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者借鑒常規(guī)油藏提高采收率方法和原理，結(jié)合非常規(guī)油藏的地質(zhì)特征，開展了大量的室內(nèi)研究，逐步構(gòu)建和完善了非常規(guī)油藏提高采收率技術(shù)和理論體系。筆者統(tǒng)計(jì)了近十年致密油藏提高采收率的相關(guān)研究成果，將文獻(xiàn)進(jìn)行分類整理，如圖5 所示，同時(shí)根據(jù)注入介質(zhì)的性質(zhì)，把現(xiàn)有提高采收率方法大致分為注氣、化學(xué)法、智能水及新介質(zhì)等4 種類型。

圖5 致密油藏提高采收率方法及文章比例Fig.5 Tight oil reservoir EOR methods and distribution

2.1 注氣

致密儲(chǔ)層經(jīng)生產(chǎn)改造后，人工裂縫和天然裂縫將井筒和基質(zhì)連接，為擴(kuò)大氣體的波及范圍創(chuàng)造了有利條件。致密儲(chǔ)層天然能量遞減速度快，通過注氣可以有效補(bǔ)充地層能量，增加排驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂谠偷淖钚』煜鄩毫r(shí)，注入氣體可以和原油完全互溶，界面張力消失，原油黏度降低，原油體積膨脹，促進(jìn)基質(zhì)原油向裂縫流動(dòng)[19]。據(jù)報(bào)道，目前用于致密油藏提高采收率的氣體有CO2、N2、天然氣、煙道氣、空氣等（表2）。其中，CO2是目前室內(nèi)研究最多，效果最為理想的氣體，因?yàn)镃O2原油體系的MMP 相比于其他氣體最低，在油藏條件下更容易達(dá)到混相條件。此外，CO2地下埋存還可以減少溫室氣體排放，具有良好的綜合效益[20-21]。

圖6 描述了CO2注入致密儲(chǔ)層后在基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)中主要作用機(jī)理，包括降低原油黏度、輕質(zhì)組分抽提、原油膨脹和增壓等。在致密儲(chǔ)層中基質(zhì)是原油的主要儲(chǔ)集空間，但是由于基質(zhì)滲透率低、孔隙直徑極小，儲(chǔ)層中無法建立有效的驅(qū)替系統(tǒng)，因此，許多學(xué)者認(rèn)為CO2的擴(kuò)散作用在致密油藏中起關(guān)鍵作用[22-23]。Sun 等[24]結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，模擬了基質(zhì)到裂縫的泄油過程，發(fā)現(xiàn)巖芯尺度上擴(kuò)散的確是主要的作用機(jī)理，但在油藏規(guī)模上擴(kuò)散作用似乎并不明顯，CO2主要是通過多級(jí)接觸混相、膨脹、抽提/蒸發(fā)等一系列復(fù)雜作用啟動(dòng)致密基質(zhì)賦存的原油。同時(shí)，研究還指出在泡點(diǎn)壓力以下CO2吞吐效果更顯著，此時(shí)氣體的膨脹作用更有利于基質(zhì)排油，這一點(diǎn)與常規(guī)儲(chǔ)層泡點(diǎn)壓力以上混相驅(qū)油效果更加的認(rèn)識(shí)存在偏差。

表2 注氣提高致密油藏采收率代表性研究Tab.2 Representative studies on gas injection EOR in tight reservoirs

Wan 等[30]首次評(píng)價(jià)了循環(huán)注CO2提高致密油藏采收率的過程和效果，肯定了致密油藏循環(huán)注氣的效果。Sheng 等[31]利用數(shù)值模擬詳細(xì)對(duì)比了循環(huán)注氣和連續(xù)注氣兩種模式。他們發(fā)現(xiàn)連續(xù)注CO2壓力大，大部分CO2會(huì)沿優(yōu)勢(shì)通道竄流，快速通過裂縫，CO2無法進(jìn)入基質(zhì)深部，因此基質(zhì)原油的動(dòng)用程度低。循環(huán)注氣（吞吐）在致密油藏中具有較大應(yīng)用潛力，同時(shí)還指出保持壓力是提高致密油藏采收率的關(guān)鍵。魏兵等[26，32]以中國3 個(gè)典型致密儲(chǔ)層（蘆草溝組、百口泉組和延長組）為對(duì)象，系統(tǒng)研究了注CO2提高采收率過程和機(jī)理，包括納米孔隙束縛下的混相機(jī)制和CO2擴(kuò)散行為、CO2地層水-巖石的物理化學(xué)作用、孔隙結(jié)構(gòu)演變規(guī)律、高效排驅(qū)模型等，并利用核磁共振實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了CO2在基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)的傳質(zhì)行為和基質(zhì)動(dòng)用范圍，認(rèn)為CO2的主要作用為增壓、輕質(zhì)組分抽提/蒸發(fā)及原油膨脹，并且這幾種作用對(duì)采收率的貢獻(xiàn)隨著吞吐輪次發(fā)生變化。注CO2過程中一次接觸混相更有利于提高原油采收率。通過建立的擴(kuò)散模型，他們預(yù)測(cè)了燜井時(shí)CO2在致密儲(chǔ)層中的擴(kuò)散速度及擴(kuò)散前緣位置。Hawthorne 等[33]利用Bakken 巖芯研究了CO2和基質(zhì)原油的相互作用。研究表明，CO2擴(kuò)散是提高致密油藏采收率的主要機(jī)制，CO2需要長時(shí)間接觸和擴(kuò)散才能置換出基質(zhì)原油。Hawthorne 等根據(jù)研究結(jié)果，推測(cè)CO2在基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)中經(jīng)歷的5 個(gè)階段：（1）CO2流入裂縫；（2）CO2充滿裂縫后接觸基質(zhì)；（3）在擴(kuò)散和對(duì)流作用下，CO2開始進(jìn)入基質(zhì)，基質(zhì)原油膨脹后被排至裂縫；（4）原油黏度下降，繼續(xù)流入裂縫；（5）壓力梯度減小，CO2擴(kuò)散至基質(zhì)內(nèi)部，擠出基質(zhì)原油。已報(bào)道的室內(nèi)研究較為深入地分析了CO2提高采收率的各個(gè)機(jī)理在致密油藏的可行性，對(duì)CO2提高致密油藏采收率機(jī)理建立了較為深刻的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為CO2是目前較為理想的氣體驅(qū)油介質(zhì)。盡管大量室內(nèi)研究都認(rèn)為CO2擴(kuò)散是致密油藏提高采收率的關(guān)鍵，但現(xiàn)場試驗(yàn)還沒有完成掌握擴(kuò)散的作用和效果，因此，在設(shè)計(jì)連續(xù)注氣和吞吐兩個(gè)方案選擇，除了考慮儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育程度外，技術(shù)上應(yīng)取決于儲(chǔ)層滲透率與注采井距的比值及擴(kuò)散作用[34]。

圖6 CO2 在致密基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)中的作用機(jī)理Fig.6 The main oil recovery mechanism of CO2 in tight matrix-fracture systems

盡管CO2在致密油藏中極具應(yīng)用潛力，但受操作成本、設(shè)備腐蝕、重組分沉積等問題的制約，部分油田并不輕易選擇CO2作為提高采收率介質(zhì)[29]。除CO2外，烴類氣體和N2也可用于致密油藏提高采收率。烴類氣體的主要作用機(jī)理包括降低原油黏度和界面張力、抽提、溶解膨脹、補(bǔ)充地層能量等[35]。烴類氣體又可分為干氣和富氣。研究發(fā)現(xiàn)，烴類氣體的注入壓力低、與地層的配伍性好、氣源充足（可利用油田伴生氣）且處理工藝簡單，已在Bakken 和Eagle Ford 開展先導(dǎo)試驗(yàn)。氮?dú)馐且环N無腐蝕、無污染的惰性氣體，來源廣、成本低，注氮?dú)饫碚撋鲜且环N最經(jīng)濟(jì)、最安全、最直接的提高采收率方法。Hoffman[36]以蒙大拿州東部某油田為對(duì)象，研究了不同氣體混相驅(qū)和非混相驅(qū)提高采收率效果，并從采收率的增幅和經(jīng)濟(jì)效益角度全面分析了注烴類氣體的可行性。結(jié)果表明，烴類氣體能顯著降低原油黏度，增加原油的流動(dòng)性，提高原油產(chǎn)量。研究肯定了回注伴生氣及注氮?dú)鈨煞N方案在提高致密油藏采收率上的潛力。

雖然氣體以其良好的注入性成為致密油藏提高采收率首選的驅(qū)油介質(zhì)，但值得注意的是，在致密儲(chǔ)層中，天然裂縫與人工裂縫發(fā)育交錯(cuò)，裂縫既是原油的導(dǎo)流通道，也是氣體的竄流通道，所以在注氣過程中經(jīng)常出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)通道竄流和氣體快速突破等問題，這在很大程度上限制了氣體的波及范圍及最終驅(qū)油效率。因此，很多學(xué)者開始探索水氣交替、泡沫、凝膠等手段調(diào)控裂縫，抑制氣竄，從而改善吸氣剖面[37]。

2.2 化學(xué)方法

化學(xué)驅(qū)是指通過向儲(chǔ)層中注入化學(xué)藥劑，改變驅(qū)替相與被驅(qū)替相及巖石之間的相互作用，從而提高原油采收率的方法。傳統(tǒng)化學(xué)驅(qū)包括聚合物驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、堿驅(qū)、泡沫驅(qū)及復(fù)合驅(qū)（如聚合物-堿、聚合物-膠束、聚合物-堿-表面活性劑等）等。聚合物驅(qū)主要是通過改善油水流度比，提高驅(qū)替相的波及范圍，而表面活性劑和堿則可以降低油水界面張力，提高洗油效率。因此，從理論上來說，化學(xué)驅(qū)可以大幅度降低水驅(qū)油藏殘余油飽和度，提高原油采收率。歷經(jīng)七十年的發(fā)展，化學(xué)驅(qū)已在全世界常規(guī)油藏中取得巨大成功，但是對(duì)于低孔、低滲的致密儲(chǔ)層，化學(xué)驅(qū)的技術(shù)內(nèi)涵亟需進(jìn)一步發(fā)展和完善[38]。

化學(xué)方法提高致密油藏采收率代表性研究如表3所示。

表3 化學(xué)方法提高致密油藏采收率代表性研究Tab.3 Representative studies on chemical EOR in tight reservoirs

一般認(rèn)為，堿液注入致密儲(chǔ)層后，會(huì)引起黏土膨脹，導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害；而聚合物由于水動(dòng)力尺度大，溶液黏度高，所以注入性比較差，可能導(dǎo)致儲(chǔ)層永久性傷害。因此，文獻(xiàn)中鮮有關(guān)于兩者在致密油藏中應(yīng)用的相關(guān)研究。表面活性劑能改變巖石潤濕性，降低油水界面張力，促進(jìn)注入介質(zhì)向基質(zhì)深部運(yùn)移，進(jìn)而提高基質(zhì)原油的動(dòng)用范圍[15，40]，成為目前致密油藏化學(xué)驅(qū)的主要研究對(duì)象。Alvarez 等[43]研究了非離子型和陰離子型表面活性劑對(duì)非常規(guī)油藏巖石表面潤濕性和提高采收率的影響規(guī)律。他們發(fā)現(xiàn)，雖然非離子型和陰離子型表面活性劑的性質(zhì)和性能不同，但都可以改善巖石潤濕性，提高原油采收率。Dawson 等[44]研究了表面活性劑溶液在Bakken 中的適應(yīng)性，并利用數(shù)值模擬將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果推廣到油藏規(guī)模。研究發(fā)現(xiàn)，在自發(fā)滲吸的作用下，原油采收率提高了30%～40%。Wang 等[45]利用數(shù)值模擬研究了表面活性劑溶液的滲吸速率及基質(zhì)滲吸深度，他們認(rèn)為表面活性劑在天然裂縫不發(fā)育的儲(chǔ)層中提高采收率的效果非常有限，而在高密度裂縫儲(chǔ)層中效果非常明顯。Nguyen 等[40]研究了不同類型表面活性劑（非離子、陽離子、陰離子、兩性等）在Bakken 和Eagle Ford 巖芯中自發(fā)滲吸作用。

研究表明，表面活性劑溶液的采收率略大于鹽水，巖石表面潤濕性改變是表面活性劑的主要作用機(jī)理，界面張力對(duì)原油采收率幾乎無影響。Lotfollahi 等[46]在此基礎(chǔ)上模擬了表面活性劑溶液提高采收率過程。研究證實(shí)，表面活性劑增加了巖石表面的親水性質(zhì)，促進(jìn)自發(fā)滲吸進(jìn)行，降低油水界面張力會(huì)減小毛管力，導(dǎo)致滲吸速率下降。另外，Xu等[47]發(fā)現(xiàn)，在壓裂液中加入表面活性劑，能夠降低油水界面張力，大幅提高壓裂液的浸入深度，提高儲(chǔ)層產(chǎn)能。根據(jù)已報(bào)道研究，表面活性劑能通過滲吸作用進(jìn)入致密儲(chǔ)層機(jī)制中，改善巖石的潤濕性，頂替出基質(zhì)原油，從而提高采收率。

泡沫是由氣體和液體組成的兩相分散體系，氣相以氣泡的形式形成分散相，液體作為分散介質(zhì)形成連續(xù)相。泡沫具有密度低、重量小、可連續(xù)流動(dòng)等特點(diǎn)，在油氣田開發(fā)中廣泛應(yīng)用。泡沫在地層中運(yùn)移時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的滲流阻力，降低裂縫的滲透率，擴(kuò)大流體的波及體積，同時(shí)可以選擇性進(jìn)入裂縫，抑制氣竄，迫使氣體向基質(zhì)內(nèi)部運(yùn)移[48]，增大了氣體的波及效率。泡沫的穩(wěn)定性和流變性直接決定了泡沫提高采收率的效果，泡沫性能除與發(fā)泡劑有關(guān)，還受儲(chǔ)層滲透率、孔隙度、溫度、含水率等影響。泡沫前緣與油水接觸后，泡沫濃度會(huì)減小，可能存在兩種滲流狀態(tài)，一是氣體和水驅(qū)替原油向前運(yùn)移，二是表面活性劑的乳化作用[49]。不同氣體介質(zhì)泡沫的性能差別較大，氮?dú)馀菽姆€(wěn)定性比二氧化碳泡沫要高。同時(shí)，氣體與原油的混合程度不同也會(huì)導(dǎo)致泡沫的適用性和驅(qū)替效果存在差別。目前，許多學(xué)者嘗試通過固相納米顆粒提高泡沫液膜穩(wěn)定性，在解決注入性的同時(shí)，改善泡沫性能和提高采收率效果。

2.3 智能水

常規(guī)油藏可以通過注水保持地層壓力，建立驅(qū)替壓差。但致密儲(chǔ)層主要為納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，注入系數(shù)低，波及范圍有限，水驅(qū)開發(fā)難度高。智能水的技術(shù)內(nèi)涵是指向儲(chǔ)層中注入低礦化度水（LSW），通過離子交換改變巖石表面潤濕性，誘導(dǎo)LSW 與油相中極性物質(zhì)或酸組分發(fā)生皂化反應(yīng)，生成表面活性劑，降低油水界面張力[50]。Morsy 和Sheng[17，51]研究了致密儲(chǔ)層中LSW-原油-巖石的相互作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)LSW 會(huì)誘導(dǎo)基質(zhì)巖石破裂，形成不同開度的裂縫，LSW 通過裂縫滲吸進(jìn)入基質(zhì)，約2%～15%的基質(zhì)原油是通過LSW 滲吸作用采出。他們肯定了LSW 在改變頁巖潤濕性和提高采收率方面的應(yīng)用前景。致密儲(chǔ)層改造后會(huì)形成主裂縫和次生裂縫相互交錯(cuò)的空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將儲(chǔ)集層基質(zhì)切割成小塊，大大增加了裂縫與基質(zhì)的接觸面積。LSW 在毛管力的驅(qū)動(dòng)下，通過滲吸作用從裂縫進(jìn)入基質(zhì)內(nèi)部，同時(shí)將基質(zhì)原油排至裂縫。滲吸作用是LSW 提高非常規(guī)油藏采收率的主控機(jī)理，其效果在水濕油藏中更加明顯。另外，注入LSW 可能誘導(dǎo)裂縫擴(kuò)展，進(jìn)一步提高LSW 的波及范圍及LSW 和基質(zhì)接觸面積，加快滲吸排油過程。

Xie 等[52]利用電化學(xué)方法研究了LSW 在致密孔隙介質(zhì)中的作用，目的是探究LSW 如何改變巖石潤濕性及其對(duì)提高采收率的影響規(guī)律。通過對(duì)巖石表面及油水界面的電化學(xué)分析，結(jié)合熱力學(xué)理論和物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬合得到了油水相滲曲線，從而證實(shí)了巖芯潤濕性的變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在LSW 的環(huán)境中，巖石/水表面、原油/水界面都呈強(qiáng)負(fù)電性，高強(qiáng)度負(fù)電荷在巖石和原油之間產(chǎn)生排斥力，使巖石表面油膜自動(dòng)脫離，這也是LSW 改變巖石潤濕性的主要原因。LSW 可以改變油水相對(duì)滲透率，降低儲(chǔ)層殘余油飽和度，提高原油采收率。智能水提高致密油藏采收率代表性研究如表4 所示。

筆者利用百口泉組地質(zhì)模型，基于巖芯尺度LSW 動(dòng)態(tài)滲吸結(jié)果，預(yù)測(cè)了LSW 吞吐在目標(biāo)儲(chǔ)層中的提高采收率效果。結(jié)果表明LSW 吞吐的作用非常有限，主要原因可能是吞吐的作用范圍較小，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的離子交換，尤其經(jīng)歷多輪次吞吐的儲(chǔ)層。

表4 智能水提高致密油藏采收率代表性研究Tab.4 Representative studies on smart water EOR in tight reservoirs

2.4 新介質(zhì)

致密儲(chǔ)層的孔隙尺度為微納米級(jí)別，因此，納米流體在致密油藏提高采收率中被寄予厚望，有可能從根本上改變地下滲流場和化學(xué)場[1]。納米粒子具有可調(diào)的比表面積和較高的表面能，布朗運(yùn)動(dòng)使納米粒子穩(wěn)定懸浮在溶液中，為擴(kuò)散提供了驅(qū)動(dòng)力。依靠尺度優(yōu)勢(shì)，納米流體可以進(jìn)入基質(zhì)孔隙，建立驅(qū)替系統(tǒng)[56]。

近年來，已有很多室內(nèi)研究評(píng)價(jià)了納米流體提高采收率的效果，研究發(fā)現(xiàn)納米顆?？梢詣冸x巖石表面油膜，提高巖石表面的親水性，降低油水界面張力[57]。另外，研究還發(fā)現(xiàn)納米顆粒與表面活性劑可以協(xié)同作用，降低表面活性劑在砂巖表面的界面張力，穩(wěn)定吸附層，提高表面活性劑溶液的滲吸速率和效率[58]。此外，通過表面設(shè)計(jì)和修飾，納米顆?？梢燥@著改變油藏流體性質(zhì)，例如降低原油黏度等[59]。國內(nèi)外不少學(xué)者正在攻關(guān)納米泡沫提高采收率技術(shù)，有望徹底突破傳統(tǒng)泡沫驅(qū)模式。納米流體作為一種新興的提高采收率方法，為現(xiàn)場解決致密油藏提高采收率問題提供了新思路、新方法和新理念。

目前，有學(xué)者嘗試溶劑法提高致密油藏的采收率，相比表面活性劑等傳統(tǒng)化學(xué)介質(zhì)，溶劑效果更好，成本更低。Wang 等[60-61]發(fā)現(xiàn)3-戊酮能在不影響油水界面張力的情況下，改變巖石潤濕性，提高滲吸采油速度和效率。此外，3-戊酮可以與原油任意比例混溶，使原油體積膨脹，這也是溶劑法提高采收率的另一重要機(jī)理。3-戊酮化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害，在致密油藏提高采收率中應(yīng)該具有良好的應(yīng)用前景。這項(xiàng)研究拓寬了提高采收率的技術(shù)思路，相信將來會(huì)有更多高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的溶劑應(yīng)用于致密油藏。

微生物驅(qū)是較早提出的一種提高采收率方法，但是由于反應(yīng)復(fù)雜、難控制、難預(yù)測(cè)等原因，一直未得到推廣應(yīng)用。理論上微生物驅(qū)是一種比較高效、經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)。隨著生物學(xué)的進(jìn)步，如果能弄清微生物在致密孔隙中的運(yùn)移、反應(yīng)、采油機(jī)理以及與儲(chǔ)層的相互作用，微生物有可能成為致密油藏提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3 技術(shù)難點(diǎn)和展望

表5 歸納了目前國內(nèi)外致密油藏提高采收率的主要方法與機(jī)理。

表5 致密油藏提高采收率方法與機(jī)理[62]Tab.5 EOR methods and mechanisms in in tight reservoirs[62]

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，業(yè)界對(duì)上述方法的作用機(jī)理和適應(yīng)性都有了更深入的認(rèn)識(shí)，但依然存在很多技術(shù)難點(diǎn)和問題，阻礙現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）“注不進(jìn)，采不出”

“注不進(jìn)、采不出”是致密油藏提高采收率面臨的首要問題。非常規(guī)儲(chǔ)層和常規(guī)儲(chǔ)層最主要的區(qū)別是油氣儲(chǔ)集空間致密，屬于典型的低孔、低滲，在當(dāng)前鉆完井和油藏改造技術(shù)下，聚合物、表面活性劑等化學(xué)介質(zhì)很難進(jìn)入巖石基質(zhì)，傳統(tǒng)方法存在明顯的注入性問題。大部分解決方案都是在現(xiàn)有方法基礎(chǔ)上改進(jìn)，試圖提高介質(zhì)的注入能力[4]。現(xiàn)場試驗(yàn)表明，在注入介質(zhì)過程中，尤其是水相介質(zhì)，會(huì)形成誘導(dǎo)裂縫，在一定程度上提高注入性[63]。致密儲(chǔ)層改造后，裂縫系統(tǒng)發(fā)育，加上注入形成的誘導(dǎo)裂縫，儲(chǔ)層縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，有利于提高注入介質(zhì)的波及范圍。但是，裂縫會(huì)導(dǎo)致注入介質(zhì)快速推進(jìn)，加劇竄流，注入介質(zhì)難以充分接觸基質(zhì)原油，動(dòng)用程度較低。因此，如何協(xié)調(diào)裂縫“利用和治理”的矛盾是致密油藏提高采收率亟需解決的技術(shù)難題。油藏方案設(shè)計(jì)，裂縫規(guī)模和走向控制，裂縫治理等是這個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)的新問題。

（2）室內(nèi)評(píng)價(jià)與現(xiàn)場效果的差異大

雖然致密油藏提高采收率方法與理論研究已相對(duì)成熟，但現(xiàn)場試驗(yàn)效果并不理想，兩者存在較大差異甚至相悖。例如，室內(nèi)研究認(rèn)為CO2主要依靠擴(kuò)散作用滲入基質(zhì)，但現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明CO2在儲(chǔ)層中的擴(kuò)散能力有限，僅能沿裂縫擴(kuò)散很短的距離；室內(nèi)評(píng)價(jià)注CO2提高采收率效果明顯優(yōu)于天然氣，但現(xiàn)場結(jié)果卻相反；表面活性劑可以提高巖芯尺度的滲吸速率和距離，但現(xiàn)場應(yīng)用效果較差。實(shí)際油藏中表面活性劑的滲吸作用僅發(fā)生在裂縫周圍，波及范圍遠(yuǎn)低于預(yù)期。因此，如何將室內(nèi)研究成果推廣到實(shí)際油藏中，指導(dǎo)提高采收率的方案設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，是當(dāng)前學(xué)者應(yīng)該重點(diǎn)考慮的問題。只有完全掌握了注入介質(zhì)在致密空隙介質(zhì)中的作用機(jī)理以及多場（壓力場、滲流場和化學(xué)場）耦合關(guān)系，才能從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)提高采收率方法與理論的突破。

（3）綠色、經(jīng)濟(jì)的提高采收率技術(shù)

非常規(guī)油氣資源是接替常規(guī)油氣資源，支撐世界能源革命的中堅(jiān)力量，已成為全球研究的熱點(diǎn)。致密油藏高速開發(fā)必然給生態(tài)環(huán)境帶來壓力。致密儲(chǔ)層相對(duì)脆弱，接受能力低，在開發(fā)時(shí)應(yīng)更加注重可持續(xù)發(fā)展，既要保證長期高產(chǎn)，也要保證持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，將開發(fā)效益最大化，這也對(duì)致密油藏提高采收率方法提出了更高的要求。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化生產(chǎn)必定走向綠色、低碳、環(huán)保的道路，降低或者避免提高采收率過程中對(duì)地下、地表環(huán)境的破壞，已成為石油工業(yè)必須面對(duì)的問題，綠色、高效、可靠的材料和方法是未來致密油藏提高采收率研究的重點(diǎn)。

3.2 展望

受制于復(fù)雜的油藏地質(zhì)條件和工藝水平，目前國內(nèi)外對(duì)致密油藏提高采收率的研究尚處于探索和發(fā)展階段。致密儲(chǔ)層改造后，裂縫系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，低孔、低滲巖石基質(zhì)是主要的儲(chǔ)集空間，裂縫是主要的流動(dòng)通道。介質(zhì)注入到儲(chǔ)層后會(huì)引起擴(kuò)散、對(duì)流、吸附、離子交換等復(fù)雜的物理化學(xué)作用，深化和提升這些關(guān)鍵機(jī)制的理論化認(rèn)識(shí)水平，從根本上掌握不同介質(zhì)在致密儲(chǔ)層中的作用規(guī)律，是提高采收率的關(guān)鍵。致密油藏提高采收率研究還是應(yīng)該瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)科學(xué)問題，例如：（1）注入介質(zhì)和地層流體在復(fù)雜基質(zhì)-裂縫系統(tǒng)中的多相、多尺度滲流規(guī)律問題。（2）致密基質(zhì)和裂縫間的“質(zhì)”換機(jī)制問題。從以上研究可以看出，基質(zhì)和裂縫間的物質(zhì)交換程度決定了提高采收率效果。因此，如何提高注入介質(zhì)在裂縫系統(tǒng)中的波及范圍，增加基質(zhì)的暴露面積，強(qiáng)化基質(zhì)排油，應(yīng)該是致密油藏提高采收率的關(guān)鍵問題。（3）注入介質(zhì)與地層流體、巖石礦物的相互作用模式。致密儲(chǔ)層孔隙度偏低，儲(chǔ)層脆弱，承受能力弱，外來介質(zhì)極易影響流體的滲流規(guī)律和動(dòng)用程度。只有認(rèn)清了油藏條件下氣-液-固作用機(jī)制，才能合理的設(shè)計(jì)提高采收率方案。上述問題需要在理論和實(shí)踐不斷的解決和完善。

4 結(jié)語

（1）“長水平井+體積壓裂”技術(shù)的發(fā)展，提高了致密油經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化開采水平，一定程度推動(dòng)了全球的能源革命。雖然致密油是最為現(xiàn)實(shí)、經(jīng)濟(jì)效益最大的接替資源，但其開發(fā)難度極大，一次采收率低于10%。致密油藏提高采收率技術(shù)與常規(guī)油藏提高采收率技術(shù)相比，難度大、效果差，礦場規(guī)模的EOR 項(xiàng)目鮮有報(bào)道，目前主要為室內(nèi)研究。

（2）根據(jù)已開展的注水、注氣、注化學(xué)劑等室內(nèi)研究結(jié)果，認(rèn)為CO2、天然氣和表面活性劑是目前效果最好的提高采收率介質(zhì)。另外，新型納米流體可能成為前景較好的驅(qū)油劑。

（3）致密油藏的諸多提高采收率機(jī)理尚不明確，除了尋找更經(jīng)濟(jì)、高效的驅(qū)油劑外，還應(yīng)該深化對(duì)致密油藏EOR 機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從本質(zhì)上發(fā)展致密油藏EOR 技術(shù)。