关于化学驱提高原油采收率的进展研究

宁 凯

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300457）

1 影响原油采收率的关键因素

我国原油基本上都位于油藏岩石的微孔道里，经过了上千万年的时间，使原油和岩石表面形成了极强的作用力以及化学键，由此导致原油吸附比较困难，根本无法运用当前的技术高效开采原油，只能开采一些位于地层孔隙的渗流液体以及半固态的原油，所以我国原油采收率非常低。影响原油采收率的因素非常多，其中最为主要的有：岩隙的孔隙结构、储层孔隙表面润湿性以及流体性质。

1.1 岩隙的孔隙结构

岩隙的孔隙结构指的就是吼道和岩石所形成的空间结果，通常岩隙的孔隙结构都不一样，会受很多因素的影响，如孔隙尺寸、吼道连通度、孔隙形状、微观非均质性以及黏土矿物质成分等。因为油藏的岩石孔隙大部分都呈非均质多孔式，而且不同区块的孔隙结构也都不一样，现阶段对岩隙的孔隙结构与原油采收率关系的变化还没有具体的评价体系，不过能够得出，当孔隙结构的非均质性较小时，驱替液对原油的驱动作用较强；当孔隙较大、渗透率较高时，原油较为容易开采。

1.2 储层孔隙表面润湿性

储层孔隙表面润湿性指的就是介质于固体表面的浸润程度。通常油藏的储层会含有大量的油、水、气混合流体，当某个流体于岩石表面的浸润程度强，就会将岩石表面叫作流体润湿。对于油层岩隙表面润湿性来说，其会受到很多因素的影响，主要有：矿物成分、原油成分、地层水、矿物表面结构、流体性质以及孔隙老化时间等，润湿性不仅会严重影响到流体的运行情况，而且还会影响毛管力的大小和方向，如果是润湿相的毛管力，则是前进动力；如果是非润湿相的毛管力，则是前进阻力。按照湿润性的不同，油层岩隙表面润湿性还可分成三种形式，分别为：油湿、水湿与中性润湿，其中油湿的岩石孔隙表面作用力较大，驱替介质无法良好作用，需要将其转变成润湿性才能有效提高原油采收率。由此可知，储层孔隙表面润湿性会严重影响原油的采收率，所以润湿性转换技术极为重要，能够很大程度地影响原油采收率。

1.3 流体的性质

流体的性质会严重影响流体的渗流行为，常见的流体有：原油、地层水和注入液体等，不同区块的原油成分也不同，所以黏性、电性也都不同。如果原油的黏性较大、流动性较差，就比较难驱动。不过原油里的表面活性物质能够改变原油流体性质，将水湿油藏孔隙变成油湿，进而改变原油和岩隙表面的作用，最终提高原油采收率。

2 提高原油采收率的主要方法

从影响原油采收率的因素可知，能够有效提高原油采收率的方法有：提高波及系数、调整储层结构以及改善流体间界面作用，通过增强驱油效果来增大采收率。

2.1 提高波及系数

通常影响波及系数的因素有很多，常见的为：油层非均质性、重力、毛细管力以及注水速率等。因为不同油藏的原油性质具有很大的差异，所以现阶段还没有能够有效提高全部油藏波及系数的办法，只能通过水动力学、矢量井网以及三次采油等方法来提高波及系数。对于普通渗透率油藏来说，可利用注高黏度液体、提升注液速率以及加大生产压差等方法提高波及系数。对于稠油油藏来说，可利用减少原油黏性来调整流度比，从而提高波及系数。对于高含水以及特高含水的油藏来说，其采收率较大，不过波及系数较低，可利用水动力法、矢量井网、调剖封堵以及注聚合物等三次采油技术来提高其波及系数。

2.2 调整储层结构

我国大部分油藏储层结构都是非均质多孔式，按照渗透程度的不同可将其分成三种形式，分别为：普通渗透油藏、低渗透油藏以及致密油藏。对于普通渗透油藏来说，其具有良好的渗透性，所以注采效果佳，能够利用三次采油技术来提高采油率。对于低渗透以及致密油藏来说，其孔隙都较小、渗透率均较低，油水渗流较为复杂，所以可利用压裂造缝的方法来增大储层渗透率，从而调整水油流度比。

2.3 改善流体间界面作用

驱替介质和原油的性质具有极大的差别，特别是表面能，差别非常大，就会造成界面作用大，进而难以混溶，所以可通过减少驱替介质和原油的界面作用来提升原油采收率，具体可借助表面活性剂来减少油水的界面张力与流度比，从而调整岩石表面的润湿性，最终改变流度比。另外，因为原油具有某些酸性物质，能够移到油水界面和碱性物质产生反应，生成表面活性剂，从而改善油水界面的作用。

3 化学驱提高原油采收率的进展情况

通过化学方法来调整驱替液和原油的作用是目前三次采油的主要发展趋势，现阶段已研制出了很多种化学驱油技术，主要包括：碱驱（A）、表面活性剂驱（S）、聚合物驱（P）、三元（ASP）/二元（SP）复合驱等。其中，碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱都在油田展开了大量的应用，均得到了良好的效果。

3.1 表面活性剂驱

表面活性剂属于原油采收率提升、产量增大极其关键的一项技术。借助表面分子能够有效减少油水的界面张力与润湿性，进而良好改变油、水、岩隙之间的界面作用。通常采收率以及残余油饱和度都和毛管力具有很大的关系，一般盐水驱的毛管数为10-6～10-7，要是增加毛管数，如果将其增加为10-3～10-4，则残余油饱和度会降到90%；如果将其增加为10-2，则残余油饱和度会变成0，这时就要把油水的界面张力从20～30mN/m 减为10-2～10-3。根据成分的不同，可将表面活性剂分成很多种类型，主要包括：阴离子类、阳离子类、两性类、黏弹性类以及含氟类等。因为油藏的矿物成分、渗透率、pH、盐度以及温度均差异很大，所以要求油藏的表面活性剂必须具有较好的耐温性、耐盐性以及低吸附性，并且还应和地层温度、地层水、盐度以及原油属性具有较好的协调性。由此可见，调配油藏表面活性剂非常重要，属于难度较大的工作。

3.2 聚合物驱

聚合物驱就是利用增大注入流体黏度来提高原油的波及系数，减少油水流度比，从而调整孔隙结构非均质性。在三次采油过程中，聚合物的流变学行为、热稳定性以及吸附滞留是最为重要的内容。首先，流变学行为。其属于设计聚合物和评价性能的基础，经过把驱替黏度增大到一定程度来提升驱替相流度比。其次，聚合物的热稳定性。因为聚合物在高温中会受热分解，从而损坏分子结构，使黏度下降，所以应当利用疏水性基团使分子之间形成疏水缔合效果，进而改善热稳定性。最后，聚合物的吸附滞留。因为储层的圈闭与滞留作用会影响驱油效果，所以借助电性转换能够有效改善聚合物的吸附滞留作用。另外，聚合物还有很多属性，如地层水配伍性、化学稳定性、生物稳定性、吸水性等，能够良好用于提高原油采收率。

3.3 三元/二元复合驱

（1）三元复合驱。三元复合驱主要由碱、表面活性剂以及聚合物构成。其中，聚合物能够减小油水流度比，所以三元复合驱的波及体积较大；表面活性剂能够减少油水界面张力，使毛细管数显著增大，所以三元复合驱的微观波及效率较高；碱能够和原油里的有机酸发生反应，形成表面活性物质，再和表面活性剂作用显著减少油水界面张力。由此可知，三元复合驱具有很多的优点，不仅表面活性剂的界面张力小，而且聚合物的黏度大，又有碱的作用，能够显著减小表面活性剂于岩石表面的吸附损失，很大程度地提高原油采收率。虽然三元复合驱的优点很多，而且在我国被广泛使用，不过三元复合驱的缺点也有很多，主要包括：注入管线的结垢现象较为严重、产液乳化程度较为严重等，其缺点严重阻碍了三元复合驱技术的发展和进步。

（2）二元复合驱。二元复合驱主要由聚合物以及表面活性剂构成，其属于无碱驱油技术，这样就显著避免了碱对聚合物黏弹性的影响，同时还防止了结垢、黏土分散、乳化以及腐蚀等情况发生。因为聚合物和表面活性剂能够有效减少表面活性剂的界面张力，增大聚合物的黏度，所以二元复合驱具有较大的波及体积与微观波及效率，可以有效控制流度比。另外，二元复合驱的聚合物在无碱的情况下，其增黏效果更佳，能够显著降低聚合物的用量，同时配制成本以及操作成本均很低。不过二元复合驱对表面活性剂的要求更大，因为没有碱作用，所以必须于无碱情况下形成超低界面张力。现阶段二元复合驱的评级制度以及理论知识还不是特别完善，而且油田试验也比较少，具有一些技术风险，需要进一步研究和探索。从国内外的三元/二元复合驱在油田中的使用情况调查可知，其原油采收率提高水平大概是20%。

3.4 纳米微球类体系化学驱

纳米微球材料，是从核心到外层（多层结构，每层结构不同，负责水化、膨胀、强度等），弹性强度依次降低的带负电荷的高分子材料。对大孔道有效封堵，利用纳米微球巨大的表面面积和表面特性，有堵的作用，非堵为主，互相之间不粘连，遇水膨胀，遇油粘连。与之配套使用的超分子微球是两种以上高分子材料组成。一种材料为阳离子内核（A）、强度网、保护层、外网四层，并带有相异电荷，另一种材料为纳米微球，是从核心到外层，弹性强度依次降低的带负电荷的高分子材料（B）。键接方式为非共价键相连接。控制阳离子上的基团，决定结合阴离子的数量，控制膨胀倍数。通过控制A、B 两种材料内部的阴、阳离子度，调节封堵强度。纳米微球与超分子体系组合驱油提高采收率：两种材料，一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的。阳离子内核、吸水的水化层强度可控。内核外翻，正负电荷不均，互相粘连，靠膨胀。保证注入性、封堵大孔道。所以纳米微球类材料以及技术被广泛用于各个领域，其中油田领域也应用了纳米材料和技术，并取得了良好的经济效益与社会效益。现阶段为了提高原油采收率，人们已经研究出了很多种纳米功能材料以及技术，主要有：纳米黏弹性表面活性剂聚集体采油技术、微纳米颗粒封堵技术、正电纳米钻井液技术、纳米降压增注技术和分子沉积薄膜技术等，这些技术均取得了良好的成效。

4 结束语

化学剂驱油是提高原油采收率常用的一个方法，主要就是利用调整注入液体和原油间的流度比、界面张力和岩石表面润湿性来改善驱替液和原油间的作用力。不过化学驱提高原油采收率技术的影响因素比较多，而且主要问题就是化学剂和油藏岩石、流体间作用力的问题，需要进一步的探究，于是就对表面活性剂、聚合物以及三元/二元复合驱的三次采油技术进展展开了研究，并提出了纳米化学驱，因为纳米材料的尺寸较小、表面活性强、界面效果大，就使得化学驱能够有效提高原油的采收率，其效果就是通过调整聚合物的黏弹性、耐温耐盐性，来减少表面活性剂的吸附作用，从而增强界面效应，改善岩石表面润湿性、减少原油于岩石表面的黏附度。不过纳米材料的表面活性较高，非常容易产生团聚，失去纳米性能，所以现阶段驱油纳米材料只具有纳米小尺寸效应。由此可见，在利用纳米化学驱提高原油采收率时，其研究的方向主要有：首先，利用纳米颗粒表面结构的功能性官能团，研制出不同结构以及属性的新纳米颗粒。其次，调整纳米颗粒的表面结构以及电性，来避免团聚情况，使纳米颗粒于高温、高盐度环境下，能够稳定分散。最后，研发更多的功能性纳米材料，并大量应用，既能达到油田领域的使用需求，又能提高原油采收率。