李錦超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

稠油資源十分豐富，主要分布在加拿大、美國、委內(nèi)瑞拉和中國。隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，對石油的消耗逐年增加，成功開采稠油資源變得愈發(fā)重要。

對于普通稠油，一次采油后主要采用注水和蒸汽熱采開發(fā)，由于水驅(qū)水油流度比高，導(dǎo)致波及系數(shù)較低，一般只能采出5%～10%OIIP的原油［1］;熱采方法中最成功的是蒸汽吞吐和蒸汽輔助重力驅(qū)油技術(shù)。熱采開發(fā)的主要原理是降低稠油黏度提高其流度，此類技術(shù)對厚油層和沒有底水時非常有效。當(dāng)油層太薄(小于10 m)和埋藏太深(大于1 000 m)，或存在底水時，熱量損失嚴(yán)重，制約熱采技術(shù)的應(yīng)用;因此，需要非熱采方法提高普通稠油采收率。國內(nèi)外研究表明，化學(xué)驅(qū)是一種重要的接替手段。

化學(xué)驅(qū)技術(shù)包括堿驅(qū)、聚合物驅(qū)和表面活性劑驅(qū)，此技術(shù)已成功應(yīng)用于常規(guī)原油開采。堿驅(qū)和表面活性劑驅(qū)通過降低油水界面張力提高洗油效率，聚合物驅(qū)則通過降低水油流度比提高波及系數(shù)［2－3］。近年來，國內(nèi)外對普通稠油化學(xué)驅(qū)進(jìn)行了大量研究，本文詳細(xì)綜述了普通稠油化學(xué)驅(qū)及機(jī)理研究現(xiàn)狀。

1 稠油化學(xué)驅(qū)技術(shù)

1.1 堿驅(qū)技術(shù)

堿驅(qū)礦場試驗主要集中在20世紀(jì)，由于堿驅(qū)機(jī)理復(fù)雜，限制因素較多，制約其工業(yè)化推廣。堿驅(qū)是向油藏中注入能與原油中石油酸發(fā)生反應(yīng)的堿性物質(zhì)，生成表面活性劑，從而達(dá)到降低界面張力和形成乳狀液的目的。最常用的堿是NaOH，其他包括碳酸鈉、硅酸鈉、磷酸鈉、氫氧化銨和碳酸銨等。影響堿驅(qū)效果的因素很多，如堿的類型、濃度、注采參數(shù)、溫度等。因此，國內(nèi)外石油工作者對此進(jìn)行了大量研究。

Mayer等［4－6］通過研究表明，堿與油藏巖石和流體存在3種反應(yīng)，堿－油反應(yīng)、堿－水反應(yīng)和堿－巖石反應(yīng)。堿驅(qū)提高采收率有4個不同機(jī)理:乳化攜帶、乳化捕集、水濕反轉(zhuǎn)為油濕、油濕反轉(zhuǎn)為水濕。因為水驅(qū)稠油時波及系數(shù)一般很小，乳化捕集機(jī)理對稠油開采尤其有效。

Almalik 等［7］利用 Safaniya 原油研究了NaOH，KOH，Na3PO4·12H2O堿劑對采收率的影響。并分別測量了其pH、黏度和界面張力，通過填砂管驅(qū)替實驗研究發(fā)現(xiàn)，注入4 PV 1.0%NaOH時，累積采收率最高，這是由于NaOH的pH最高，降低界面張力的能力最強(qiáng)。Jennings等［8］通過實驗發(fā)現(xiàn)堿水界面張力降至小于0.01 mN/m才能提高采收率。通過可視化驅(qū)替研究發(fā)現(xiàn)注入堿可提高水驅(qū)的波及系數(shù)，段塞注入和連續(xù)注入最終采收率基本相同，其有別于Farouq Ali等［9］發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)連續(xù)注入時采收率可在水驅(qū)基礎(chǔ)上增加32%～62%，而段塞式注入時僅增加5%。

Campbell等［10－11］考察了用鹽水配制硅酸鈉和NaOH對Huntington Beach和W ilmington原油采收率的影響，對比研究發(fā)現(xiàn)，在相同濃度下，加入硅酸鈉的采收率在連續(xù)注入和段塞注入2種方式下均高于加入NaOH，且連續(xù)注入的采收率均大于段塞式注入。

Ding 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合堿 (NaBO2/Na2CO3)在一定鹽濃度范圍內(nèi)，隨著鹽濃度增加，提高采收率效果增加，在1.0%鹽濃度下驅(qū)替效果最好。

Chiwetelu等［13］利用一種稠油分別在 25，65℃進(jìn)行室內(nèi)填砂管堿驅(qū)實驗。溶液均使用蒸餾水配制，結(jié)果顯示，25℃的提高采收率高于65℃。認(rèn)為溫度升高時界面張力增大造成采收率降低。

宋建平等［14－15］提出稠油可在常溫下乳化開采，選擇Na2CO3為注入堿劑，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時，界面張力降至10－2數(shù)量級。原油在常溫下能發(fā)生乳化。通過加入適量NaCl可降低稠油乳化所需的堿濃度。

美國在上世紀(jì)中后期進(jìn)行了60余次的堿驅(qū)礦場試驗，提高采收率在2%OOIP，并存在堿對地層溶蝕使其變得更不均質(zhì)，地層和產(chǎn)出系統(tǒng)結(jié)垢和產(chǎn)出液乳化難處理等問題。因此，堿驅(qū)并沒有大規(guī)模推廣應(yīng)用。弱堿、潛在堿、有機(jī)堿和緩沖堿是未來堿驅(qū)用劑的發(fā)展趨勢［16－18］。

1.2 堿/表面活性劑驅(qū)技術(shù)

堿驅(qū)時，在其低濃度下能獲得較低的界面張力，但由于吸附或沉淀等堿耗因素，需注入高濃度堿。因此，加入合適濃度的表面活性劑既可降低堿劑濃度又可提高驅(qū)替效率［19－20］。

Bryan 等［21－24］對黏度(23 ℃)為 11 000，15 000 mPa·s的稠油進(jìn)行堿/表面活性劑驅(qū)實驗。研究結(jié)果表明，形成的乳狀液類型與水的鹽度有關(guān)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%陰離子表面活性劑烷基磺酸鈉和0.5%Na2CO3的混合物可形成超低界面張力和穩(wěn)定的乳狀液，大量相態(tài)實驗表明，當(dāng)用去離子水配制化學(xué)劑配方時，將會形成O/W乳狀液。而當(dāng)水相中含2%的NaCl時，將會形成黏度高的W/O乳狀液。通過巖心驅(qū)替實驗得到的三次采收率超過20%IOIP。認(rèn)為油滴的乳化捕集是提高原油采收率的主導(dǎo)機(jī)理。

Liu 等［25－27］通過研究黏度(22 ℃)為1 800 mPa·s稠油的乳化和界面性質(zhì)，篩選出0.15%Na2CO3+50 mg/L表面活性劑，兩者協(xié)同作用下使原油與鹽水間界面張力急劇下降，易形成O/W型乳狀液。利用此配方選取加拿大西北稠油進(jìn)行填砂管驅(qū)替試驗，結(jié)果表明，水驅(qū)后注入0.5 PV 0.3%Na2CO3，0.3%NaOH 和300 mg/L 表面活性劑體系可提高約24%OOIP。

國內(nèi)遼河油田研究院［28－29］針對遼河油田普通稠油，篩選出抗鹽性能較好的表面活性劑與Na2CO3復(fù)配，可使油水界面張力降至超低狀態(tài)且具有長期穩(wěn)定性，驅(qū)替實驗表明可提高采收率17.31%。

中國石油大學(xué)(華東)葛際江等［30－32］研究發(fā)現(xiàn)，單一Na2CO3或表面活性劑與勝利油田普通稠油均不能形成超低界面張力，而當(dāng)兩者復(fù)配時，協(xié)同效應(yīng)明顯，最低界面張力可達(dá)10－4mN/m以下。驅(qū)油劑－稠油乳化能力與界面張力沒有一致性，驅(qū)油劑－稠油界面張力與采收率沒有規(guī)律性，乳化能力與采收率具有很好的對應(yīng)關(guān)系，即乳化能力好的驅(qū)油體系驅(qū)油效率高。

1.3 聚合物驅(qū)技術(shù)

聚合物驅(qū)研究始于美國，在70年代應(yīng)用到現(xiàn)場，采收率可提高至9%。其提高采收率的主要機(jī)理是降低水油流度比，提高波及系數(shù)。國內(nèi)聚合物驅(qū)技術(shù)相繼在大慶、勝利、渤海油田等得到應(yīng)用，配套技術(shù)也得到了較快發(fā)展。

聚合物驅(qū)技術(shù)已較為成熟的應(yīng)用到開采普通原油。上世紀(jì)末美國學(xué)者研究聚合物驅(qū)現(xiàn)場應(yīng)用時聚合物驅(qū)適用于油藏原油黏度最大為126 mPa·s，對較高黏度油藏具有不確定性。隨著聚合物性能及調(diào)剖等技術(shù)的發(fā)展，勝利油田已成功將聚合物驅(qū)應(yīng)用于原油黏度為500～1 000 mPa·s油藏［33－34］。

Wang 等［35－36］研究黏度為 430～5 500 mPa·s的稠油聚合物驅(qū)時聚合物溶液的有效黏度與采收率的關(guān)系，并進(jìn)行了28個填砂管驅(qū)替實驗，結(jié)果表明，只有當(dāng)聚合物有效黏度在一定范圍內(nèi)采收率才能迅速增加。

張賢松等［37］利用數(shù)值模擬研究了影響我國稠油油藏聚合物驅(qū)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，主要包括儲層特性、原油黏度、注入時間等，結(jié)果表明，油藏滲透率應(yīng)大于500×10－3μm2，地層原油黏度低于100 mPa·s，含水小于70%聚合物驅(qū)效果較好。

聚合物驅(qū)對提高稠油采收率前景較樂觀，但其也存在不利因素。我國大部分油田由于強(qiáng)注強(qiáng)采導(dǎo)致大孔道、變異系數(shù)增大，致使聚合物驅(qū)易竄，開發(fā)效率較低。因此，聚合物驅(qū)前進(jìn)行合理的調(diào)剖堵水非常重要。另外，聚合物黏度較高，驅(qū)替時不能超過水驅(qū)時的初始壓力梯度，否則，會破壞巖石結(jié)構(gòu)［38－40］。

2 稠油化學(xué)驅(qū)機(jī)理研究進(jìn)展

2.1 水包油型(O/W型)乳狀液

水包油型乳狀液的形成可能是稠油化學(xué)驅(qū)的機(jī)理之一。原油進(jìn)入水相形成的乳狀液比原油流動性好，O/W型乳狀液提高采收率機(jī)理是:一是乳狀液被水相攜帶一起流動，即乳化攜帶機(jī)理;二是乳化液滴堵塞巖石孔隙提高波及系數(shù)，即乳化捕集。

Jennings等［8］利用二維巖心驅(qū)替實驗研究了乳化攜帶和乳化捕集的作用效果。研究發(fā)現(xiàn)注入點附近基本沒有剩余油，巖心很干凈。但在驅(qū)替區(qū)域內(nèi)水驅(qū)和堿驅(qū)的殘余油飽和度基本相同。因此，他認(rèn)為油滴的乳化捕集提高波及系數(shù)是化學(xué)驅(qū)提高稠油采收率的主要機(jī)理。

Liu等［26］研究發(fā)現(xiàn)稠油驅(qū)替的主要機(jī)理是乳化攜帶。合適的堿劑和表面活性劑復(fù)配后易乳化黏度為650～18 000 mPa·s的稠油，使稠油變成低黏度的O/W乳狀液。

2.2 油包水型(W/O型)乳狀液

有人提出W/O型乳狀液可能是提高采收率的主要機(jī)理之一。此類乳狀液黏度大于原油的，可改善流度比和改善波及系數(shù)。

Dranchuk 等［5］采用黏度為 940 mPa· s的Lloydminster稠油進(jìn)行堿驅(qū)研究發(fā)現(xiàn)，由于堿的加入在產(chǎn)出液中含W/O型乳狀液，促使驅(qū)替更加穩(wěn)定。加入堿可使巖石更加親油性，且?guī)r心兩端壓降隨著乳狀液形成而增加。

Dong等［41］進(jìn)行稠油堿驅(qū)微觀驅(qū)油研究，注入的堿水進(jìn)入殘余油相，在油流通道中出現(xiàn)許多不連續(xù)的水滴，從而形成了黏度比原油大許多的W/O型乳狀液。因此，提出降低水油流度比和抑制注入流體的指進(jìn)是提高采收率的主要機(jī)理。同時看到油與孔壁接觸改變潤濕性形成油濕。

Bryan 等［21－22］認(rèn)為提高稠油采收率主要是由于乳狀液形成，可通過控制鹽濃度，使得同一體系即可能形成W/O乳狀液也可能形成O/W乳狀液。任何一種乳狀液均能提高稠油采收率。且機(jī)理相同，即乳狀液堵塞巖心中預(yù)先形成的水流通道，使液流發(fā)生轉(zhuǎn)向。

提高稠油采收率的機(jī)理包括:由于堵塞孔隙提高波及系數(shù);通過增加或降低乳狀液的黏度改善流度比。截止目前，對于哪個機(jī)理對提高稠油采收率最重要，國內(nèi)外專家學(xué)者沒有統(tǒng)一認(rèn)識，有待進(jìn)一步深入研究。

3 稠油化學(xué)驅(qū)存在問題

3.1 產(chǎn)出液處理

化學(xué)驅(qū)對提高稠油采收率非常有效，但由于產(chǎn)出液乳化嚴(yán)重且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，嚴(yán)重制約著稠油的開發(fā)。因此，如何經(jīng)濟(jì)有效的分離是處理產(chǎn)出液的關(guān)鍵，尤其是高pH的乳狀液。

Dong［42］研究了在低 CO2壓力下高 pH乳狀液的處理，CO2是酸性氣體，通過降低液相pH，減少油滴表明靜電荷，降低液滴間排斥勢能。破壞瀝青質(zhì)和表面活性物質(zhì)構(gòu)成的界面膜，使油滴絮凝，聚并。

3.2 聚合物驅(qū)后接替技術(shù)

聚合物驅(qū)后仍有大量殘余油滯留在地層，針對聚合物驅(qū)后如何提高采收率，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究和探索。王其偉等［43］通過室內(nèi)驅(qū)替實驗表明，泡沫驅(qū)的良好調(diào)剖封堵能力，對于聚合物驅(qū)未能波及的低滲透層具有很好的驅(qū)油能力，是聚合物驅(qū)后一種很好的接替技術(shù)。劉明軼等［44］在勝利油田研究了聚合物驅(qū)后3種增產(chǎn)接替技術(shù)，分別是深部調(diào)剖技術(shù)、高效洗油技術(shù)、聚合物絮凝再利用技術(shù)。實驗結(jié)果表明，上述技術(shù)在聚合物驅(qū)后可有效提高采收率。

4 結(jié)語

普通稠油水驅(qū)采收率低，又不能利用熱采進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)，化學(xué)驅(qū)是一種很好的提高稠油采收率的非熱力采油技術(shù)，聚合物驅(qū)是稠油水驅(qū)后很有潛力的采油技術(shù)，同時，要考慮利用何種技術(shù)進(jìn)行接替聚合物驅(qū)，進(jìn)一步提高稠油采收率。稠油堿驅(qū)和堿/表面活性劑驅(qū)提高采收率機(jī)理較復(fù)雜，目前主要還是停留在室內(nèi)試驗研究階段，距離現(xiàn)場大規(guī)模應(yīng)用還有大量問題亟需解決。

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