聚合物驅(qū)油技術(shù)提高油田采收率分析與研究

◇中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 張西子

目前，我國的能源消費(fèi)仍然是以煤、石油、天然氣等化石能源為主，其中石油的消費(fèi)量巨大，并且嚴(yán)重依賴進(jìn)口。但是，我國很多油田都進(jìn)入了三次采油階段，已經(jīng)步入了開發(fā)中后期，如何提高油田的采收率和產(chǎn)量，是目前工作人員迫切需要解決的難題。本文主要對聚合物驅(qū)油技術(shù)提高油田采收率進(jìn)行了分析與研究，首先對聚合物驅(qū)油技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，然后分析了聚合物驅(qū)油機(jī)理以及影響因素，最后重點(diǎn)闡述了聚合物驅(qū)油技術(shù)面臨的困難及解決辦法，以期對于生產(chǎn)實踐具有一定的指導(dǎo)作用。

我國是一個發(fā)展中國家，并且人口數(shù)量排名世界第一，對能源的需求逐年遞增。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，2020年，我國石油消費(fèi)量為7.02×108t，進(jìn)口量為5.4×108t，同比增加7.3%，對外依存度攀升到73%。通常而言，油田的開發(fā)會經(jīng)歷3個階段：①一次采油；②二次采油；③三次采油。在經(jīng)過前兩次的采油階段之后，油井的含水率會持續(xù)遞增，產(chǎn)量會日益降低，而開采成本會不斷增加，嚴(yán)重影響了油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過幾十年的開采，我國很多油田都已經(jīng)進(jìn)入了三次采油階段，因此，如何提高油田的采收率和產(chǎn)量，是目前工作人員迫切需要解決的難題。目前，在油田開發(fā)過程中，熱力采油是其中比較常用和有效技術(shù)之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大油田的生產(chǎn)項目中。但是，受到各種因素的影響，導(dǎo)致熱力采油技術(shù)的成本較高。因此，為了提高原油的采收率，降低開采成本，很多油田都采用化學(xué)驅(qū)油技術(shù)。聚合物驅(qū)油是一種發(fā)展十分迅速、高效、實用的化學(xué)驅(qū)油技術(shù)，能夠有效提高注水質(zhì)量和效率，從而提高原油的采收率[1-2]。

1 聚合物驅(qū)油技術(shù)簡介

早期的油田開發(fā)基本都是采用注水開發(fā)，但是長時間注水開發(fā)會造成比較嚴(yán)重的指進(jìn)現(xiàn)象，即由于多種因素的影響，儲層中注入的水具有比較大的滲流速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原油的滲流速度，在注水井以及采出井之間會形成一定的優(yōu)勢通道，進(jìn)而使得注水開發(fā)之后的油藏仍然存在大量的剩余油，采收率較低[3-4]。聚合物驅(qū)油技術(shù)（polymer flooding）是一種在注水過程中往儲層中加入一定量的水溶性高分子聚合物，以此提高原油采收率的增產(chǎn)方法[1-2]。由于聚合物驅(qū)油技術(shù)的機(jī)理容易理解、技術(shù)比較簡單、成本較低，早在上世紀(jì)60年代，西方發(fā)達(dá)國家就開展了相應(yīng)的室內(nèi)研究和礦場試驗，如英國、美國、加拿大等，并且在很多油田都得到了成功應(yīng)用，驅(qū)油效果較好，提高采收率的范圍值為5%～30%。

2 聚合物驅(qū)油機(jī)理

我國是最早使用聚合物驅(qū)油技術(shù)的國家之一，早在1972年，大慶油田就開始使用聚合物驅(qū)油技術(shù)，采收率和產(chǎn)量都得到了明顯的提高，該技術(shù)現(xiàn)已成為我國很多油田穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，如遼河油田、大慶油田、勝利油田等。在早期，研究人員對聚合物驅(qū)油的機(jī)理認(rèn)識不夠深入，以為該技術(shù)只是簡單地改變水油流度比，進(jìn)而提高原油采收率，從而改善注水開發(fā)的效果。經(jīng)過多年的礦場試驗和實際應(yīng)用之后，研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物驅(qū)油技術(shù)并不是如此簡單，還有其它機(jī)理，主要有以下4個方面：①減小油/水的粘堵比能夠有效改善驅(qū)油效果，特別是在開發(fā)中后期，效果更為明顯。目前減小原油的粘度所需的成本比較高，并不能開展大規(guī)模應(yīng)用，但是在注水過程中加入一定量的聚合物，可以提高驅(qū)替相的粘度，同樣可以改善驅(qū)油效果；②根據(jù)相關(guān)分析和研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減小油/水的流度比能夠有效的減少注水開發(fā)中的指進(jìn)現(xiàn)象，擴(kuò)大注水的作用范圍，從而提高原油采收率；③減小注水層的滲透率是一種十分通用的增產(chǎn)方法，聚合物可以提高驅(qū)替相的粘度，進(jìn)而減小注水層的滲透率；④在進(jìn)入地下地層之后，聚合物會產(chǎn)生流體轉(zhuǎn)向效應(yīng)，促進(jìn)注入水流向高滲透區(qū)域，改善注水效果，提高驅(qū)油的質(zhì)量和效率（圖1）[2-5]。

圖1 聚合物改向作用示意圖

3 聚合物驅(qū)油技術(shù)的影響因素

聚合物驅(qū)油技術(shù)可以提高采收率，但是其驅(qū)油效果的影響因素眾多，主要有以下5點(diǎn)：①地下儲層的地質(zhì)情況以及開發(fā)環(huán)境對聚合物驅(qū)油的質(zhì)量和效果影響較大，儲層的各種參數(shù)甚至?xí)苯記Q定最終的采收率；②注聚時機(jī)也會對聚合物的驅(qū)油效果產(chǎn)生重要影響，主要包含2個方面：a、含水量，在油井注水開發(fā)轉(zhuǎn)成聚合物驅(qū)油之后，儲層的含水量越高，采油率也就越低。b、剩余油飽和度，經(jīng)過大量的試驗和應(yīng)用效果可知，在相同的地質(zhì)情況以及聚合物的配置下，剩余油的飽和度越大，地層中形成富集帶的概率就會越大，驅(qū)油效率和質(zhì)量就會越好（圖2）；③聚合物驅(qū)油的效果與注入溶液的粘度也有一定的關(guān)系，與原油相比，聚合物的粘度越大，原油的采收率就會越高；④聚合物含量越大，含水率的下降速度就會越大，聚合物的驅(qū)油效果就會越明顯；⑤竄流也會對聚驅(qū)的效果產(chǎn)生影響，在竄流現(xiàn)象比較顯著的井區(qū)，原油的采收率一般比較低[4-6]。

圖2 初始含水率不同情況下的采收率提高值（引自陳宗先等，2016年）

4 聚合物驅(qū)油技術(shù)面臨的困難及解決方法

雖然聚合物驅(qū)油技術(shù)可以大幅提高油井的采收率，改善油田的開發(fā)現(xiàn)狀，增加油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，但是容易造成地層的堵塞，主要表現(xiàn)在以下4個方面：①地層中的多孔介質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用以及剪切作用，會破壞聚合物的長鏈結(jié)構(gòu)，并且與地層中的一些金屬離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成化合物，這些化合物很難降解，會占據(jù)地層的孔隙以及堵塞孔喉，最終減小地層的導(dǎo)流能力；②地層中存在一定量的硫化鐵礦物，不但會腐蝕金屬管件，而且還會與之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化物。注入的聚合物與一些硫化物、油泥等雜質(zhì)混合在一起，會形成絮凝狀的物質(zhì)，這些物質(zhì)在地層的孔隙中會慢慢沉積，最終導(dǎo)致地層堵塞；③聚合物溶液配置流程和工序比較復(fù)雜，會受到多種因素的影響，導(dǎo)致配制的溶液粘度不是十分穩(wěn)定，粘度較高的部分溶液會堵塞地層，造成后續(xù)的流體很難繼續(xù)注入；④地下地層的環(huán)境非常復(fù)雜，如果與地面的環(huán)境差不多，則聚合物溶液的性質(zhì)比較穩(wěn)定，如果存在高溫、高壓、高礦化度等情況，則聚合物溶液的性質(zhì)極不穩(wěn)定，會出現(xiàn)比較大的變化，最終會造成地層堵塞。地層堵塞會直接降低原油的采收率，尤其對于一些進(jìn)入開發(fā)中后期的老油田，必須盡快解決這一問題。目前，最有效的解堵措施就是將聚合物降解，主要有2種：①均裂降解；②異裂降解。

5 結(jié)束語

總而言之，聚合物驅(qū)油技術(shù)可以有效提高原油的采收率，改善油田開發(fā)的現(xiàn)狀，對于油田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了一定的保障作用，從而提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益。但是，聚合物驅(qū)油技術(shù)的影響因素眾多，在實際應(yīng)用過程中，研究人員應(yīng)該采取對應(yīng)的措施，盡可能地降低這些因素的影響，提高聚合物驅(qū)油技術(shù)的質(zhì)量和效率，尤其是需要解決地層堵塞的問題。