關于化學驅提高原油采收率的進展研究

寧 凱

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300457）

1 影響原油采收率的關鍵因素

我國原油基本上都位于油藏巖石的微孔道里，經過了上千萬年的時間，使原油和巖石表面形成了極強的作用力以及化學鍵，由此導致原油吸附比較困難，根本無法運用當前的技術高效開采原油，只能開采一些位于地層孔隙的滲流液體以及半固態的原油，所以我國原油采收率非常低。影響原油采收率的因素非常多，其中最為主要的有：巖隙的孔隙結構、儲層孔隙表面潤濕性以及流體性質。

1.1 巖隙的孔隙結構

巖隙的孔隙結構指的就是吼道和巖石所形成的空間結果，通常巖隙的孔隙結構都不一樣，會受很多因素的影響，如孔隙尺寸、吼道連通度、孔隙形狀、微觀非均質性以及黏土礦物質成分等。因為油藏的巖石孔隙大部分都呈非均質多孔式，而且不同區塊的孔隙結構也都不一樣，現階段對巖隙的孔隙結構與原油采收率關系的變化還沒有具體的評價體系，不過能夠得出，當孔隙結構的非均質性較小時，驅替液對原油的驅動作用較強；當孔隙較大、滲透率較高時，原油較為容易開采。

1.2 儲層孔隙表面潤濕性

儲層孔隙表面潤濕性指的就是介質于固體表面的浸潤程度。通常油藏的儲層會含有大量的油、水、氣混合流體，當某個流體于巖石表面的浸潤程度強，就會將巖石表面叫作流體潤濕。對于油層巖隙表面潤濕性來說，其會受到很多因素的影響，主要有：礦物成分、原油成分、地層水、礦物表面結構、流體性質以及孔隙老化時間等，潤濕性不僅會嚴重影響到流體的運行情況，而且還會影響毛管力的大小和方向，如果是潤濕相的毛管力，則是前進動力；如果是非潤濕相的毛管力，則是前進阻力。按照濕潤性的不同，油層巖隙表面潤濕性還可分成三種形式，分別為：油濕、水濕與中性潤濕，其中油濕的巖石孔隙表面作用力較大，驅替介質無法良好作用，需要將其轉變成潤濕性才能有效提高原油采收率。由此可知，儲層孔隙表面潤濕性會嚴重影響原油的采收率，所以潤濕性轉換技術極為重要，能夠很大程度地影響原油采收率。

1.3 流體的性質

流體的性質會嚴重影響流體的滲流行為，常見的流體有：原油、地層水和注入液體等，不同區塊的原油成分也不同，所以黏性、電性也都不同。如果原油的黏性較大、流動性較差，就比較難驅動。不過原油里的表面活性物質能夠改變原油流體性質，將水濕油藏孔隙變成油濕，進而改變原油和巖隙表面的作用，最終提高原油采收率。

2 提高原油采收率的主要方法

從影響原油采收率的因素可知，能夠有效提高原油采收率的方法有：提高波及系數、調整儲層結構以及改善流體間界面作用，通過增強驅油效果來增大采收率。

2.1 提高波及系數

通常影響波及系數的因素有很多，常見的為：油層非均質性、重力、毛細管力以及注水速率等。因為不同油藏的原油性質具有很大的差異，所以現階段還沒有能夠有效提高全部油藏波及系數的辦法，只能通過水動力學、矢量井網以及三次采油等方法來提高波及系數。對于普通滲透率油藏來說，可利用注高黏度液體、提升注液速率以及加大生產壓差等方法提高波及系數。對于稠油油藏來說，可利用減少原油黏性來調整流度比，從而提高波及系數。對于高含水以及特高含水的油藏來說，其采收率較大，不過波及系數較低，可利用水動力法、矢量井網、調剖封堵以及注聚合物等三次采油技術來提高其波及系數。

2.2 調整儲層結構

我國大部分油藏儲層結構都是非均質多孔式，按照滲透程度的不同可將其分成三種形式，分別為：普通滲透油藏、低滲透油藏以及致密油藏。對于普通滲透油藏來說，其具有良好的滲透性，所以注采效果佳，能夠利用三次采油技術來提高采油率。對于低滲透以及致密油藏來說，其孔隙都較小、滲透率均較低，油水滲流較為復雜，所以可利用壓裂造縫的方法來增大儲層滲透率，從而調整水油流度比。

2.3 改善流體間界面作用

驅替介質和原油的性質具有極大的差別，特別是表面能，差別非常大，就會造成界面作用大，進而難以混溶，所以可通過減少驅替介質和原油的界面作用來提升原油采收率，具體可借助表面活性劑來減少油水的界面張力與流度比，從而調整巖石表面的潤濕性，最終改變流度比。另外，因為原油具有某些酸性物質，能夠移到油水界面和堿性物質產生反應，生成表面活性劑，從而改善油水界面的作用。

3 化學驅提高原油采收率的進展情況

通過化學方法來調整驅替液和原油的作用是目前三次采油的主要發展趨勢，現階段已研制出了很多種化學驅油技術，主要包括：堿驅（A）、表面活性劑驅（S）、聚合物驅（P）、三元（ASP）/二元（SP）復合驅等。其中，堿驅、表面活性劑驅、聚合物驅都在油田展開了大量的應用，均得到了良好的效果。

3.1 表面活性劑驅

表面活性劑屬于原油采收率提升、產量增大極其關鍵的一項技術。借助表面分子能夠有效減少油水的界面張力與潤濕性，進而良好改變油、水、巖隙之間的界面作用。通常采收率以及殘余油飽和度都和毛管力具有很大的關系，一般鹽水驅的毛管數為10-6～10-7，要是增加毛管數，如果將其增加為10-3～10-4，則殘余油飽和度會降到90%；如果將其增加為10-2，則殘余油飽和度會變成0，這時就要把油水的界面張力從20～30mN/m 減為10-2～10-3。根據成分的不同，可將表面活性劑分成很多種類型，主要包括：陰離子類、陽離子類、兩性類、黏彈性類以及含氟類等。因為油藏的礦物成分、滲透率、pH、鹽度以及溫度均差異很大，所以要求油藏的表面活性劑必須具有較好的耐溫性、耐鹽性以及低吸附性，并且還應和地層溫度、地層水、鹽度以及原油屬性具有較好的協調性。由此可見，調配油藏表面活性劑非常重要，屬于難度較大的工作。

3.2 聚合物驅

聚合物驅就是利用增大注入流體黏度來提高原油的波及系數，減少油水流度比，從而調整孔隙結構非均質性。在三次采油過程中，聚合物的流變學行為、熱穩定性以及吸附滯留是最為重要的內容。首先，流變學行為。其屬于設計聚合物和評價性能的基礎，經過把驅替黏度增大到一定程度來提升驅替相流度比。其次，聚合物的熱穩定性。因為聚合物在高溫中會受熱分解，從而損壞分子結構，使黏度下降，所以應當利用疏水性基團使分子之間形成疏水締合效果，進而改善熱穩定性。最后，聚合物的吸附滯留。因為儲層的圈閉與滯留作用會影響驅油效果，所以借助電性轉換能夠有效改善聚合物的吸附滯留作用。另外，聚合物還有很多屬性，如地層水配伍性、化學穩定性、生物穩定性、吸水性等，能夠良好用于提高原油采收率。

3.3 三元/二元復合驅

（1）三元復合驅。三元復合驅主要由堿、表面活性劑以及聚合物構成。其中，聚合物能夠減小油水流度比，所以三元復合驅的波及體積較大；表面活性劑能夠減少油水界面張力，使毛細管數顯著增大，所以三元復合驅的微觀波及效率較高；堿能夠和原油里的有機酸發生反應，形成表面活性物質，再和表面活性劑作用顯著減少油水界面張力。由此可知，三元復合驅具有很多的優點，不僅表面活性劑的界面張力小，而且聚合物的黏度大，又有堿的作用，能夠顯著減小表面活性劑于巖石表面的吸附損失，很大程度地提高原油采收率。雖然三元復合驅的優點很多，而且在我國被廣泛使用，不過三元復合驅的缺點也有很多，主要包括：注入管線的結垢現象較為嚴重、產液乳化程度較為嚴重等，其缺點嚴重阻礙了三元復合驅技術的發展和進步。

（2）二元復合驅。二元復合驅主要由聚合物以及表面活性劑構成，其屬于無堿驅油技術，這樣就顯著避免了堿對聚合物黏彈性的影響，同時還防止了結垢、黏土分散、乳化以及腐蝕等情況發生。因為聚合物和表面活性劑能夠有效減少表面活性劑的界面張力，增大聚合物的黏度，所以二元復合驅具有較大的波及體積與微觀波及效率，可以有效控制流度比。另外，二元復合驅的聚合物在無堿的情況下，其增黏效果更佳，能夠顯著降低聚合物的用量，同時配制成本以及操作成本均很低。不過二元復合驅對表面活性劑的要求更大，因為沒有堿作用，所以必須于無堿情況下形成超低界面張力。現階段二元復合驅的評級制度以及理論知識還不是特別完善，而且油田試驗也比較少，具有一些技術風險，需要進一步研究和探索。從國內外的三元/二元復合驅在油田中的使用情況調查可知，其原油采收率提高水平大概是20%。

3.4 納米微球類體系化學驅

納米微球材料，是從核心到外層（多層結構，每層結構不同，負責水化、膨脹、強度等），彈性強度依次降低的帶負電荷的高分子材料。對大孔道有效封堵，利用納米微球巨大的表面面積和表面特性，有堵的作用，非堵為主，互相之間不粘連，遇水膨脹，遇油粘連。與之配套使用的超分子微球是兩種以上高分子材料組成。一種材料為陽離子內核（A）、強度網、保護層、外網四層，并帶有相異電荷，另一種材料為納米微球，是從核心到外層，彈性強度依次降低的帶負電荷的高分子材料（B）。鍵接方式為非共價鍵相連接。控制陽離子上的基團，決定結合陰離子的數量，控制膨脹倍數。通過控制A、B 兩種材料內部的陰、陽離子度，調節封堵強度。納米微球與超分子體系組合驅油提高采收率：兩種材料，一種納米材料通過化學鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來形成的。陽離子內核、吸水的水化層強度可控。內核外翻，正負電荷不均，互相粘連，靠膨脹。保證注入性、封堵大孔道。所以納米微球類材料以及技術被廣泛用于各個領域，其中油田領域也應用了納米材料和技術，并取得了良好的經濟效益與社會效益。現階段為了提高原油采收率，人們已經研究出了很多種納米功能材料以及技術，主要有：納米黏彈性表面活性劑聚集體采油技術、微納米顆粒封堵技術、正電納米鉆井液技術、納米降壓增注技術和分子沉積薄膜技術等，這些技術均取得了良好的成效。

4 結束語

化學劑驅油是提高原油采收率常用的一個方法，主要就是利用調整注入液體和原油間的流度比、界面張力和巖石表面潤濕性來改善驅替液和原油間的作用力。不過化學驅提高原油采收率技術的影響因素比較多，而且主要問題就是化學劑和油藏巖石、流體間作用力的問題，需要進一步的探究，于是就對表面活性劑、聚合物以及三元/二元復合驅的三次采油技術進展展開了研究，并提出了納米化學驅，因為納米材料的尺寸較小、表面活性強、界面效果大，就使得化學驅能夠有效提高原油的采收率，其效果就是通過調整聚合物的黏彈性、耐溫耐鹽性，來減少表面活性劑的吸附作用，從而增強界面效應，改善巖石表面潤濕性、減少原油于巖石表面的黏附度。不過納米材料的表面活性較高，非常容易產生團聚，失去納米性能，所以現階段驅油納米材料只具有納米小尺寸效應。由此可見，在利用納米化學驅提高原油采收率時，其研究的方向主要有：首先，利用納米顆粒表面結構的功能性官能團，研制出不同結構以及屬性的新納米顆粒。其次，調整納米顆粒的表面結構以及電性，來避免團聚情況，使納米顆粒于高溫、高鹽度環境下，能夠穩定分散。最后，研發更多的功能性納米材料，并大量應用，既能達到油田領域的使用需求，又能提高原油采收率。