大庆油田化学驱提高采收率研究进展

王成旗，李一慧，张金山，刘 庆

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

石油是我国重要的能源和化工基础原料，在我国的经济发展中有着至关重要的地位。而近代以来，我国的一些大型油田，如大庆油田、胜利油田、大港油田等都已进入开采末期，油田产量都有不同程度的衰减，且开采成本及难度越来越大。因此，控制油田含水率，稳定国内原油产量，提高采收率，并对油田进行经济合理的开发和利用，对于国内经济以及石油工业的双向发展具有至关重要的作用。化学驱技术在处理这个难题中占有重要的位置，化学驱中又以聚合物驱技术最为成熟有效。目前，我国已经成为世界上使用聚合物驱油技术规模最大，油田增产效果最好的国家，聚合物驱技术是我国石油工业持续高产稳产的重要技术保障。

1 化学驱技术国内外研究现状

1.1 国外研究现状

石油开采分为3个阶段：衰竭开采，注水开采，还有就是注各种化学剂的化学驱开采阶段。在1964年时，Sandiford首次发表了关于化学驱技术实验研究，该研究表明，由于少量的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）的加入，水驱用水的流动性大大降低。在过去的40年里Chauveteau、Chu、Gao and Towler1[1]也发表了许多支持和推广这一思想的论文。国内外研究人员对聚合物驱的机理进行了广泛的研究，为聚合物驱的现场规模化应用奠定了坚实的基础。此外，许多油田规模的聚合物驱采油项目已投入生产。然而，除中国外，很少有关于这些项目的大规模成功的报告。在本世纪初，由于石油价格在国际市场下跌，导致许多公司停止了对化学驱研究的投资，一些试验试点被迫暂停。许多主要产油国放慢了对化学驱提高采收率的研究。

1.2 国内研究现状

大庆油田是我国最大的油田，是化学驱特别是聚合物驱的典型代表。大庆油田自1996年起开始工业规模应用聚合物驱技术来提高采收率。此后，大庆油田聚合物驱采收率迅速提高[2]，聚合物驱石油年产量已超过1000万t。化学驱技术已成为大庆油田成功稳产的关键技术。然而在国内因为经济的快速发展需要大量的能源来支撑，改变对进口石油能源的依赖是当务之急。因此，提高油田产量是十分必要的。我国大部分油田都是水驱开发，由于储层的非均质性和高粘度使得大庆油田水驱采收率相对较低[3]，多数油田的含水均在80%以上。对于在大庆油田开展提高采收率的研究已经进行了二十多年。目前，在化学驱方面取得了显著进展。聚合物驱油研究主要集中在聚合物PAM驱油效率、数值模拟、现场工程设计和预测技术等方面。根据大庆油田的实际情况，研制了一种适用于高温80℃、高盐浓度17万ppm条件下的生物高分子黄原胶驱油剂。目前，已成功应用于注水井调剖，正在进行驱油先导试验。在表面活性剂驱油的研究中，成功地实现了微乳液驱油的理论和技术，并将胶束驱油用于先导驱油。近年来，碱性聚合物（AP）和表面活性剂-碱性聚合物（SAP）驱油技术得到了发展。这些新化学品的试验已经成功进行，即在废弃的开发试验区中进行试验，取得了明显提高采收率和明显降低含水率的效果[5]。同时，开发了无前置液化学驱油技术，对粘土含量高的油藏进行化学注入管理。化学驱油剂的开发和生产，使以较低的成本驱替油藏成为可能。现在可生产不同类型的油田化学试剂，如聚丙烯酰胺、黄原胶、石油磺酸钠等。

2 油田化学驱技术应用研究进展

大庆油田是我国最大的油田，也是世界上为数不多的特大型陆相砂岩油田之一。大庆油田在20多年的聚合物驱实践中，开发出了一套涵盖储层、生产、设施工程、采出液处理等全套技术[7]。聚合物驱已逐渐成为大庆油田稳定产能的重要技术手段。自1989年以来，大庆油田已成功进行了13次现场试验。截至2019年底，全国共实施了127个化学驱项目，年产油1600万t，累积增油量1400万t。大庆油田聚合物驱产量已达1×109t·a-1。各聚驱区均取得了较好的效果，含水率明显下降，原油产量大幅度提高，采收率显著提高。几乎每个地区的含水率都下降了20%以上，一个地区甚至达到35%。与水驱相比，采收率提高10%以上，与高浓度聚合物驱相比，采收率更高。

通过研究评价，大庆油田适合聚合物驱。首先，大庆油田为陆相河流三角洲沉积[4]，以向上变细、多层段、多韵律为主，渗透率变化系数在0.635～0.71之间，处于聚合物驱提高采收率的最大范围（0.72）[5]。其次，大庆油田地层水矿化度较低，约为7000mg·L-1，有利于聚合物溶液保持较高的粘度，对于降低油水流动比非常好。第三，由于油藏埋藏浅、温度低，储层中聚合物不会发生热氧化降解；第四，聚合物驱油效果与原油粘度密切相关，原油粘度过高或过低都会影响驱油效果，在相同的地质条件下，有一个最佳的粘度范围。大庆原油粘度约为9mPa·s，处于聚合物驱的最佳范围[6]。

聚合物驱与水驱相比，在提高体积波及系数和波及效率基础上，可显著提高采收率。现场试验表明，随着浓度和注入量的增加，采收率提高。通过聚合物驱，大庆油田主力油层的采收率有所提高已达到50%以上。与其它油田相比提高了10%～15%。大庆油田是世界上最大的聚合物驱油田，目前已取得了很大的进展。

截至2019年底，大庆油田聚合物驱动用地质储量9.86亿t，注入井9983口，采出井11168口。本文介绍了该油田的储层条件、中试、溶液采注、生产工艺及采出液处理技术。

由于储层地质条件复杂，储层中小体积碎屑岩分布广泛，我国大部分油田的开发受到天然注水的限制。相反，注水驱油方法在这些领域得到了广泛的应用。

实验室研究始于20世纪60年代，研究大庆油田提高采收率（EOR）工艺的潜力。对于聚合物驱技术，从1972年开始采用单注小井距聚合物驱。上世纪80年代末，大庆中部的一个试点项目扩大到具有较大井距的多井网。

中试结果表明，聚合物驱是提高大庆油田平面波及系数和垂向波及系数的最有效方法之一，也是控制流动性最有效的方法之一。因此，从1996年开始，大庆实施了世界上最大的聚合物驱。聚合物驱可使油田最终采收率达到50%以上，提高采收率10%～12%。截至2019年，大庆油田聚合物驱油年产量超过1000万t（约7300万桶，持续13年）。近年来，工业应用已扩展到二级低渗透地层[8]。

3 化学驱技术应用研究所得成果

经过近20年的研究，大庆油田已经积累了丰富的经验，包括油藏工程、采油机理、溶液性质、物理和数值模拟以及聚合物驱技术的有效预测方法。在实验室研究的基础上，在多个不同油藏类型的油田进行了中试，在工程设计、地面施工、测试分析方法等方面积累了丰富的工业实践经验，钻井动态控制方法与示踪剂注入技术。由于半工业试验结果为聚合物驱方法提供了肯定的答案，自1993年至今，该方法在我国油田已工业化。

3.1 油田初步试验

表1总结了聚合物驱方法在不同类型油田的应用试验结果。

表1 聚合物驱初步试验基础数据Tab.1 Basic data of preliminary test of polymer flooding

表1结果表明，聚合物溶液能明显提高这些油田的试采原油含水率，从而降低这些非均质地质油藏的含水率。储层水矿化程度低，储层温度不高，保证了该聚合物能有效地提高储层油水溶液的粘度。通常，注入量为350×10-6～380×10-6。

在孔隙体积聚合物溶液中，每吨注入聚合物可获得150～200t的增产效益，OOIP在4%～14%范围内可提高采收率。

3.2 化学驱技术应用具体实例

在这些项目中，大庆油田把注采井的距离扩大到平均200m以上，每个项目涉及的面积都比上一个项目大，一个项目的面积甚至超过3km2，有60多口注采井。在每个项目中，注入井或生产井中使用的水通过适当的处理技术进行脱矿。注聚的效果是降低含水率，提高波及效率。中试的成功使我们能够利用这种聚合物驱方法实施半工业和工业提高采收率项目。

表2总结了大庆油田一些执行的项目。

表2 半工业和工业项目的基础数据Tab.2 Basic data of semi industrial and industrial projects

在这些项目的所有生产井都观察到了降低含水率和提高产量的效果。如大庆TP项目，1993年1月注入60×10-6孔容聚合物溶液后，产油量增加，一直维持到1994年8月，该油藏含水率由90.7%下降到80.1%，日产油1200t，其中，采用这种聚合物驱方法可回收原油408t。目前，在我国油田，聚合物驱油技术已经实现了全面产业化，取得了很好的效果。

为了有足够的聚合物供应，在不久的将来，一个每年30000t的聚丙烯酰胺化工厂将建成。预计本次聚合物驱油效果良好。

表面活性剂-聚合物驱油方法在我国油田过去和现在的中试中取得的积极成果证明了它的成功。然而，由于胶束增溶作用对表面活性剂的消耗率较高，这种表面活性剂-聚合物复合驱方法在实际应用中并不经济可行。为了克服这一高消耗的缺点，结合表面活性剂、聚合物和碱性溶液3种驱油方法的优点，开发了高粘度原油的碱-表面活性剂-聚合物AS-P复合驱油方法和碱-聚合物A-P复合驱油方法酸值，以及含天然有机酸原油的表面活性剂-碱-聚合物复合驱方法。这些采油剂具有粘度大、表面活性强等特点，能够提高流动比和驱油效率，有效地降低油水界面的界面张力[9]。这些复合驱方法的采油效率至少是聚合物驱方法的一倍。同时，这些采油剂还可以与原油表面的有机酸结合，形成局部的表面活性反应物，当这些反应物与注入剂中的表面活性剂分子再次相遇时，会产生配位作用，从而使原油表面的有机酸与表面活性剂分子发生反应，降低界面张力的效果明显。这些试剂中的碱性化合物也能抑制注入化学品的保留损失。因此，在与表面活性剂-聚合物复合驱方法驱油效率相同的情况下，这些A-SP、A-P和S-A-P复合驱方法可使表面活性剂用量减少10倍以上[10]，并降低表面活性剂的投资成本。

在中国，我们已经有了生产这些高表面活性剂的化工厂。这些表面活性剂的反应物资源价格低廉，在我国很容易得到。这些表面活性剂能同时活化酸性油和非酸性油的表面性质，并能在较宽的浓度范围内形成超低的界面张力。

表3给出了目前我国油田采用这些组合驱油方法的中试结果。

表3 复合驱试点基础数据Tab.3 Basic data of composite flooding pilot

在注入化学段塞之前，该油田的试验井属于经济受限的高开发井，这些井的含水率在98%以上，水驱法获得的采油效率约为OOIP的54.4%，但注入A-S-P组合段塞之后，这些井的含水率显著降低，原油产量增加。该项提高采收率技术提高原油采收率约为OOIP的13.4%。

为了解决大庆部分油藏粘土含量高的问题，我们开发了一种无前置液化学驱油技术，通过加入聚电解质来减少表面活性剂在储层岩石表面的吸附量。利用这项技术，在玉门油田[11]进行的中试结果具有重要意义。因此，针对大庆油田的特点，采用不同的化学药剂组合，成功地开发出了多种注水方法，为大庆油田提高采收率提供了很好的前景。

4 结论

（1）大庆油田由于地质条件的非均质性，采用传统的注水开发技术，采油效率较低。聚合物驱与水驱相比，在提高体积波及系数和波及效率基础上，可显著提高采收率。

（2）大庆油田化学注入的工业实践表明，聚合物驱方法可以成功地应用于可变储层。多种化学驱油技术的中试和工业注入取得了重大进展，这些组合方法在提高采收率方面都具有很大的潜力。