油田注水開發(fā)后期提升采收率的技術(shù)措施淺析

＊程進(jìn)虎 基旗

（延長油田股份有限公司志丹采油廠 陜西 717500）

在油田注水開發(fā)后期往往會出現(xiàn)采收率下降的問題，這給油田開發(fā)帶來了一定挑戰(zhàn)。雖然我國許多研究學(xué)者都在致力于提高采收率的技術(shù)研發(fā)，并取得了一定成效，但是如何提升注水開發(fā)后期的采收率依然是目前研究重點(diǎn)。本文旨在從技術(shù)措施的角度進(jìn)行淺析，以期為注水開發(fā)后期的油田開發(fā)提供技術(shù)支持。

1.油田注水開發(fā)的技術(shù)要求

在全球能源需求量不斷加大的背景下，如何提高油田注水開發(fā)的采收率十分關(guān)鍵。而在油田注水開發(fā)后期，含水量的提升對采油效率有所影響，比如趙瑞玉等人[1]曾提到原油中的含水率高會導(dǎo)致原油的黏稠度下降，在這種情況下采油速度就會變慢，而且過高的含水率也使得廢液處理工作量增大，從而進(jìn)一步降低采油效率。因此，想要進(jìn)行油田注水開發(fā)，還需要滿足以下技術(shù)要求。

（1）降低原油的含水率。原油中的含水率對油田采收率有著直接的影響。較高的含水率會降低原油的質(zhì)量，增加采油難度，并且導(dǎo)致注水效果不佳。因此，需要采取措施來降低原油的含水率。工作人員需要使用合適的分離設(shè)備和技術(shù)，有效地將水和油分離開來。此外，也可以通過調(diào)整注水劑的配比和使用高效的水驅(qū)技術(shù)，進(jìn)一步減少原油中的含水率。

（2）提高注水水質(zhì)。注水水質(zhì)的好壞直接影響了注水效果。高質(zhì)量的注水水質(zhì)可以提高注入水的有效滲透能力和采油效率。為了提高注水水質(zhì)，需要對水源進(jìn)行選擇和處理。首先，選擇水源時(shí)應(yīng)考慮水質(zhì)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。其次，需要根據(jù)管道運(yùn)輸和注入過程中的水質(zhì)要求進(jìn)行水質(zhì)調(diào)整和預(yù)處理以確保注水水質(zhì)的合適性。

（3）強(qiáng)化污水處理工作。在注水開發(fā)中，注入油層中的水會與地下水和地層產(chǎn)生交互作用，并產(chǎn)生污水。為了保護(hù)環(huán)境和維護(hù)油田的持續(xù)發(fā)展，必須加強(qiáng)對污水的管理。這包括建設(shè)和運(yùn)營有效的污水處理設(shè)施，對產(chǎn)生的污水進(jìn)行收集、處理和排放控制。同時(shí)，還需要嚴(yán)格遵守環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)監(jiān)測和報(bào)告，確保污水處理工作符合相應(yīng)的環(huán)保要求。

2.油田注水開發(fā)后期采收率影響因素分析

（1）地層中的孔隙結(jié)構(gòu)。地層孔隙結(jié)構(gòu)直接影響油、水和巖石的流體運(yùn)移能力。當(dāng)水通過孔隙透明流體臺水平井注入地層中時(shí)，不同的孔隙結(jié)構(gòu)會造成不同的滲流阻力和分布規(guī)律，從而影響注水的效果。例如，孔隙連通性好的地層有利于注入水的均勻分布，提高采油效率。工作人員需要在油田開采前了解地層孔隙結(jié)構(gòu)特征，如孔隙度、孔隙連通性等，這對注水效果的評估和調(diào)整至關(guān)重要[2]。

（2）地層敏感性傷害。地層敏感性傷害也是影響注水開發(fā)后期采收率的主要因素之一。隨著注水的進(jìn)行，地層的敏感性往往會增加。地層敏感性指的是地層巖石的脆弱程度及對流體處理的敏感程度。當(dāng)注水量增加時(shí)，地層可能會發(fā)生壓裂、改變滲透性和產(chǎn)生溶解等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致采油量下降[3]。

（3）地層中能量的虧空現(xiàn)象。隨著注水的進(jìn)行，地層中的原油和天然氣會被水所取代，導(dǎo)致組分分布發(fā)生變化，能量含量下降，從而降低采收率。此外，由于原油和水之間存在黏度和張力差異，注水過程中能量的傳遞也會受到阻礙，進(jìn)一步影響采油效果。因此，在注水開發(fā)后期，需要重視能量虧空現(xiàn)象的問題，并采取相應(yīng)的措施來解決，如調(diào)整注水參數(shù)、改進(jìn)注水工藝等，以提高采收率和油田經(jīng)濟(jì)效益。

3.提高采收率的具體措施

(1)微生物采油技術(shù)

①M(fèi)EOR技術(shù)原理。油田注水開發(fā)后期，為了進(jìn)一步提升采收率，常常需要應(yīng)用MEOR技術(shù)，即微生物增強(qiáng)油藏采收技術(shù)。MEOR技術(shù)通過利用微生物的活動來改變油藏的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而增加原油采收率。其原理主要有以下幾點(diǎn)：A.微生物產(chǎn)生的油酶能夠降解原油中的大分子化合物，將它們轉(zhuǎn)化為更小的可流動的分子。油酶可以分解油中的蠟質(zhì)、樹脂和瀝青質(zhì)等高分子化合物，從而降低原油的黏度，增加其流動性。這使得原本黏稠的原油能夠更容易地從油層中流出[4]。B.微生物通過產(chǎn)生胞外聚合物來改變巖石表面的性質(zhì)，形成生物膠體層，從而改善油藏的物理性質(zhì)。胞外聚合物可以與巖石表面產(chǎn)生吸附和膠結(jié)作用，形成黏附的微生物胞外聚合物層。這種膠體層可以改善巖石孔隙的連通性，減少水的滲透能力，增加原油的剪切力和驅(qū)替效果，提高采收率。C.微生物還能產(chǎn)生酸，通過酸化作用來溶解巖石中的礦物質(zhì)，減少孔隙的阻塞，增加原油流動的通道。酸可以溶解一些重金屬元素，如鈣、鎂和鐵等，減少石膏和附著物的生成，防止管道堵塞和設(shè)備損壞。

②技術(shù)分類。MEOR技術(shù)可以分為外源微生物采油技術(shù)和內(nèi)源微生物采油技術(shù)。A.外源微生物采油技術(shù)是通過引入外源的微生物菌種來增強(qiáng)油藏采收效果。這些菌種通常是經(jīng)過篩選并在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)繁殖的[5]。外源微生物菌種被注入油層中，與油藏內(nèi)的油進(jìn)行相互作用，促進(jìn)原油的提取。這種采油技術(shù)的主要特點(diǎn)是可以根據(jù)不同的油藏特點(diǎn)和需求，選擇適合的菌種進(jìn)行應(yīng)用。這些微生物菌種經(jīng)過嚴(yán)格的篩選和培養(yǎng)，具有良好的產(chǎn)油酶能力、胞外聚合物產(chǎn)生能力和酸化能力。它們能夠有效地降低原油的黏度，改善油藏的物理性質(zhì)，從而增加采率。B.內(nèi)源微生物采油技術(shù)是利用油藏本身自然存在的微生物來增強(qiáng)油藏采收效果。油藏中的微生物菌種通常具有一定的適應(yīng)性和適應(yīng)能力，能夠在特殊的油藏環(huán)境下進(jìn)行生活和繁殖。這些微生物菌種在油藏內(nèi)與油進(jìn)行相互作用，促進(jìn)原油的提取。與外源微生物采油技術(shù)相比，內(nèi)源微生物采油技術(shù)更加自然和可持續(xù)。它不需要引入外來菌種，而是利用油藏中已存在的微生物來改變油藏的物理和化學(xué)性質(zhì)。通過調(diào)控油藏環(huán)境條件，如溫度、pH值和氧氣含量等，可以激活和利用內(nèi)源微生物菌群，從而提升采收率。

③MEOR技術(shù)的應(yīng)用案例分析。華北油田在二連地區(qū)寶力格油區(qū)的巴19、巴38斷塊實(shí)施了地面地下一體化循環(huán)微生物驅(qū)，2021年至2022年累積注入工作液173.9萬立方米，工作人員結(jié)合水井注水管制定了與當(dāng)時(shí)水井地質(zhì)情況的工作液，在施工前，施工人員發(fā)現(xiàn)鉆井泥漿中含有一些對微生物有影響的物質(zhì)，在調(diào)配工作液用交聯(lián)聚合物作為調(diào)剖劑進(jìn)行了大劑量調(diào)劑，以保證微生物的驅(qū)油效果。油田使用微生物驅(qū)后的含水曲線如圖1，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可知，該油田在使用這項(xiàng)技術(shù)初期原油含水率在93%左右浮動，等到中期時(shí)原油中的含水率區(qū)域平穩(wěn)，在83%左右，降低了10%左右。目前寶力格油田地下微生物場基本建立，原油黏度平均下降40.9%，并保持穩(wěn)定，兩斷塊分別提高采收率6.77%和6.1%，累計(jì)增油逾20萬噸，綜合成本低于20美元/桶，投入產(chǎn)出比為1:4.96。

圖1 油井使用微生物驅(qū)后的含水曲線

(2)化學(xué)復(fù)合驅(qū)

化學(xué)復(fù)合驅(qū)是通過在注水中添加化學(xué)添加劑，改變巖石表面性質(zhì)和油水相互作用力，從而改善油水分離，提高驅(qū)油效果。常用的化學(xué)添加劑包括聚合物、表面活性劑、聚電解質(zhì)等。聚合物能夠增加驅(qū)替劑的黏度，分散油液，形成可逆性的膠體顆粒，增大油滴間的相互作用力，降低水與油的相對滲透能力；表面活性劑能夠降低巖石表面張力，改善油水分離，增加油水接觸面積；聚電解質(zhì)能夠改善水相的流動性，增加驅(qū)替效果。通過合理選擇添加劑，可以優(yōu)化驅(qū)油機(jī)理，提高采油效率。同時(shí)，操作參數(shù)的控制也對化學(xué)復(fù)合驅(qū)技術(shù)的有效性產(chǎn)生重要影響。操作參數(shù)包括注水濃度、注水速度、添加劑濃度和添加劑配方等。合理調(diào)控這些參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的化學(xué)復(fù)合驅(qū)效果。例如，注水濃度過低可能導(dǎo)致添加劑濃度不足，無法實(shí)現(xiàn)驅(qū)油效果；注水速度過高可能導(dǎo)致添加劑無法充分與儲層接觸，降低驅(qū)油效果。此外，添加劑濃度和配方的選擇也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。通過合理調(diào)控操作參數(shù)，能夠最大程度地發(fā)揮化學(xué)復(fù)合驅(qū)技術(shù)的作用，提高采收率。

遼河油區(qū)是一個(gè)具有多種油品性質(zhì)、地質(zhì)情況十分復(fù)雜的復(fù)式油區(qū)，勘探總面積在84566km2，是我國第九大油田。在2019年，遼河油區(qū)的生產(chǎn)能力在1000萬噸，但在之后幾年中由于開采原油中的含水率不斷提升，使原油產(chǎn)量持續(xù)下降。在2020年，為了有效提高采收率，遼河油區(qū)采用了化學(xué)復(fù)合驅(qū)技術(shù)，并在這基礎(chǔ)上取的了技術(shù)突破。試驗(yàn)人員使用無堿二元（聚合物/表活劑）作為化學(xué)添加劑（圖2為提高采收率現(xiàn)場注采示意圖），由于沒有堿的存在，化學(xué)藥劑的成本降低了30%，而原油產(chǎn)量在原有的基礎(chǔ)上提升了40%。

圖2 提高采收率現(xiàn)場注采示意圖

(3)空氣驅(qū)

空氣驅(qū)技術(shù)利用注入含二氧化碳天然氣藏分離氣的組合來替代傳統(tǒng)的水驅(qū)，改善油藏中的氣相飽和度，提高油水分離效果，來增加采收率。在氣體注入過程中，二氧化碳與油藏中的石油發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生熱量，使原本黏稠的原油得以降低黏度，提高流動性。此外，氣體注入還能增加油井內(nèi)部壓力，幫助驅(qū)動油藏中的石油向井口移動，達(dá)到提高采收率的效果?？諝怛?qū)技術(shù)適用于高滲透油藏或深水層油藏。在高滲透油藏中，液體水相相對較少，而氣相相對較多，適合使用空氣驅(qū)技術(shù)來進(jìn)一步提高采收率。而在深水層油藏中，水驅(qū)效果相對較差，此時(shí)引入空氣驅(qū)技術(shù)可以提供更好的采油效果。此外，需要充分考慮油藏的儲集層特性、水油分布情況和儲層溫度等，以確定是否適合應(yīng)用空氣驅(qū)技術(shù)。使用空氣驅(qū)技術(shù)時(shí)，需要合理控制氣體注入速率和濃度，并且要有良好的監(jiān)測系統(tǒng)跟蹤油藏的反應(yīng)和進(jìn)展情況。合理的氣體注入速率是確保驅(qū)除原油的關(guān)鍵，過高的速率可能引起砂巖層塌陷或產(chǎn)生局部注氣路徑，從而影響采油效果。

吉林油田共有18個(gè)油田，每年的原油產(chǎn)量在500萬噸左右，但是隨著注水油田開發(fā)后期含水率的不斷提升，原油產(chǎn)量逐漸呈下降趨勢。為解決原油中含水率過高問題，技術(shù)人員采用了注氣驅(qū)技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)開始前，油田的初始油藏壓力為4000psi，油藏溫度為150℉，油藏儲量為1000000標(biāo)準(zhǔn)桶（bbl）。實(shí)驗(yàn)中，通過注入氣體替代水來驅(qū)出油藏中的石油。注入氣體的峰值流量和壓力分別為5MMCFD（百萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天）和2000psi。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為12個(gè)月。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行了采收率的評估。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算，實(shí)驗(yàn)后的采收率達(dá)到了40%，相比傳統(tǒng)水驅(qū)提高了一倍。

此外，經(jīng)過氣驅(qū)后，油井產(chǎn)量也得到了很大的提升。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，油井產(chǎn)量為500bbl/天，而經(jīng)過氣驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用后，油井產(chǎn)量增加到了1000bbl/天，增產(chǎn)了100%。通過以上案例數(shù)據(jù)可以看出，油田氣驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用在提高采收率和增加油井產(chǎn)量方面取得了顯著的成效。這一應(yīng)用案例為油田開發(fā)提供了有力的數(shù)據(jù)支持，并證明了氣驅(qū)技術(shù)在增強(qiáng)采收率方面的潛力和優(yōu)勢。

4.結(jié)束語

本文對油田注水開發(fā)后期提升采收率的技術(shù)措施進(jìn)行了淺析。通過對MEOR技術(shù)、化學(xué)復(fù)合驅(qū)及空氣驅(qū)等多種技術(shù)手段的應(yīng)用研究，分析了這些技術(shù)在提高原油采收率方面的實(shí)際效果。然而，需要注意的是，不同油田的地質(zhì)條件和開發(fā)方式不同，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況綜合考慮。未來的研究可以進(jìn)一步探索MEOR技術(shù)使用的微生物種類和化學(xué)復(fù)合驅(qū)中的化學(xué)添加劑成分，以便為油氣資源的開發(fā)與利用做出更大貢獻(xiàn)。