聚驅(qū)后油藏提高采收率技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢

趙方劍，王麗娟，夏晞冉

（中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營257015）

聚合物驅(qū)油已經(jīng)在我國油田大面積推廣，成為油田增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。然而，聚合物驅(qū)后仍然有約50%原油殘留在地下［1］，聚合物驅(qū)轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)含水上升很快等［2－3］問題亟待解決。對于聚合物驅(qū)后的區(qū)塊如何進(jìn)一步提高原油采收率，就顯得尤為重要。

1 聚合物驅(qū)后存在的問題

（1）聚合物溶液雖有調(diào)剖作用，但不能控制高滲透層，特別是特高滲透層。

（2）聚合物驅(qū)后儲層的非均質(zhì)性增強(qiáng)，轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)易發(fā)生指進(jìn)現(xiàn)象。

（3）聚合物在地層中存在不可入孔隙體積（約5%～30%），減小了聚合物驅(qū)的波及體積。

2 聚合物驅(qū)后剩余油的分布特點(diǎn)

聚合物的驅(qū)油機(jī)理是增加注入相的粘度、改善流度比、提高波及體積。同時，由于聚合物溶液與原油之間的剪切力大于水與原油間的剪切力，所以聚合物溶液的前端對其后邊及管道邊界處的剩余油還具有彈性的“拉、拽”作用［4］。

聚合物驅(qū)技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外大量應(yīng)用，有關(guān)聚合物驅(qū)后剩余油分布的研究多有報道［5］。聚合物驅(qū)后剩余油分布較水驅(qū)更為復(fù)雜、零散。剩余油在微觀分布上主要形態(tài)有以下幾種。

（1）簇狀剩余油。由于油層局部的低滲透等原因，這類剩余油數(shù)量還較大。

（2）盲狀剩余油。剩余油呈孤立的柱塞狀殘留在連通孔隙的喉道處，在足夠小的喉道，聚合物溶液難以通過，剩余油被“卡”在喉道處。另一種情況是孔隙中的剩余油兩端的液－油界面平行于聚合物驅(qū)替液流線方向，受毛管力的作用，剩余油無法流動。

（3）角隅剩余油。這種剩余油呈孤立的滴狀殘存在孔隙死角處。

（4）油膜狀剩余油。如果巖石表面親油，則孔壁上會有油膜狀剩余油［6］。經(jīng)過聚合物驅(qū)，巖石表面由親油變?yōu)橛H水，這種剩余油將大大減少，因此這種剩余油殘存量較少［7］。

剩余油在宏觀分布上，平面上主要分布于斷層遮擋區(qū)域、井網(wǎng)不完善區(qū)域以及注水非主流線區(qū)域。若沿高滲透條帶布井，由于高滲透條帶竄流，聚驅(qū)結(jié)束時油相飽和度是兩翼遠(yuǎn)高于主流線［8］。在縱向上，各滲透層間存在“竄流”現(xiàn)象，因此，聚合物驅(qū)油后，剩余油主要分布在高滲層的注入端，中滲層的前中段和低滲層的中后段。非均質(zhì)系數(shù)越高，中低滲透層的采出程度越低，其剩余油飽和度可達(dá)33%～52%［9］。可見，聚合物驅(qū)油之后的進(jìn)一步提高采收率措施也應(yīng)該兼顧高中低三種滲透層。

3 聚合物驅(qū)后油藏的聚合物滯留

聚合物在多孔介質(zhì)中的滯留是指聚合物分子從水相逃逸出來并粘附在多孔介質(zhì)的表面，或阻塞在孔喉處，使溶液中聚合物濃度降低的現(xiàn)象［10－11］。聚合物溶液通過多孔介質(zhì)時有三個主要滯留機(jī)理：吸附滯留、機(jī)械捕集和水動力滯留，其中最主要的是吸附滯留。

聚合物在孔隙介質(zhì)中的滯留，不僅會使聚合物損失增多，使聚合物增粘作用減弱，嚴(yán)重時會導(dǎo)致流度控制失敗，而且會改變孔隙結(jié)構(gòu)、降低滲透率，損害地層［12］，在計(jì)算聚合物溶液通過多孔介質(zhì)的視粘度時，就會增大聚合物溶液的視粘度，影響計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。

4 聚合物驅(qū)后主要化學(xué)驅(qū)技術(shù)

若在聚合物驅(qū)后立即恢復(fù)注水，因水的流度比聚合物溶液流度大，最終使聚合物驅(qū)后的油井很快水淹［13］。根據(jù)聚合物驅(qū)后剩余油分布特征，聚合物驅(qū)后任何一種提高采收率方法都需要考慮流度控制問題，提高縱向波及系數(shù)和平面波及系數(shù)，驅(qū)替主流線兩翼部分的剩余油，從工作原理上區(qū)分主要有以下六大類。

4．1 聚合物驅(qū)后調(diào)剖技術(shù)

（1）整體調(diào)剖技術(shù)。根據(jù)區(qū)塊的實(shí)際資料，利用注入動態(tài)、井口壓降曲線及對應(yīng)油井的聚合物產(chǎn)出濃度等參數(shù)優(yōu)選相應(yīng)的調(diào)剖井。考慮到后續(xù)水驅(qū)階段需要調(diào)剖的井已經(jīng)歷了多次的調(diào)剖封堵，結(jié)合各種堵劑本身的性能特點(diǎn)和多年來在現(xiàn)場的應(yīng)用實(shí)施效果，選擇強(qiáng)度較大的交聯(lián)聚合物凝膠類和顆粒類堵劑相結(jié)合的復(fù)合堵劑為宜。

（2）深部調(diào)剖技術(shù)。目前國內(nèi)外進(jìn)行深部調(diào)剖主要使用聚合物弱凝膠和膠態(tài)分散凝膠。這種凝膠強(qiáng)度低，主要適用于非均質(zhì)性不太強(qiáng)的油藏。而非均質(zhì)性較強(qiáng)、裂縫發(fā)育的油藏，要求所用的調(diào)堵劑具有一定強(qiáng)度，注入堵劑量大，注入時間長，調(diào)堵劑應(yīng)有合適的成膠時間和較高的封堵強(qiáng)度，因此，此類調(diào)堵劑多為復(fù)合堵劑，即體膨型無機(jī)顆粒堵劑加上交聯(lián)聚合物堵劑，輔以其它添加劑以達(dá)到深部調(diào)剖的目的。

4．2 聚合物驅(qū)后調(diào)驅(qū)技術(shù)

（1）聚合物微球調(diào)驅(qū)技術(shù)。新型交聯(lián)聚合物微球體系是具有納米級大小的交聯(lián)聚合物顆粒在水中的分散體［14－15］。交聯(lián)聚合物微球是由丙烯酰胺、丙烯酸、交聯(lián)單體通過反相微乳液共聚形成的預(yù)交聯(lián)聚合物顆粒［16－17］，微球最外層是水化層，使微球在水中穩(wěn)定存在，不會沉淀；中間為交聯(lián)聚合物層，保證微球具有彈性及變形性；內(nèi)部為凝膠核，使微球封堵時具有強(qiáng)度。它是在交聯(lián)聚合物溶液（LPS）［18－19］基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，用于油藏深部調(diào)剖［20］。在后續(xù)水驅(qū)時，交聯(lián)聚合物微球［21］顯示了較好的逐級深部封堵性能，能夠沿高滲透層向巖心內(nèi)部推進(jìn)，通過“封堵－變形－突破－深入－再封堵”的機(jī)理，對巖心內(nèi)部非均質(zhì)性進(jìn)行多次改善調(diào)整，使后續(xù)注入水發(fā)生液流改向，同時向低滲透層運(yùn)移，達(dá)到深度調(diào)剖、擴(kuò)大波及面積的作用。

（2）預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒。預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒是一種新型高分子材料，是將聚合物預(yù)先交聯(lián)形成具有一定交聯(lián)度的高吸水樹脂，經(jīng)干燥、粉碎、造粒后得到的產(chǎn)品［22－25］，預(yù)交聯(lián)體在水中吸水膨脹成具有一定粘彈性能的微米顆粒，配合其他封堵技術(shù)來封堵裂縫發(fā)育地層、高滲透、特高滲透地層［26－28］。

在預(yù)交聯(lián)體溶液中加入一定質(zhì)量濃度的聚合物，改善顆粒懸浮性能，大幅度提高了體系的粘度［29］、粘彈性及其與油相的界面粘彈性能，使得體系的調(diào)驅(qū)能力增強(qiáng)，驅(qū)油效率提高。與聚合物驅(qū)相比，預(yù)交聯(lián)體具有突出的液流轉(zhuǎn)向能力，能夠同時改善層內(nèi)和層間矛盾，在高溫高鹽和聚合物驅(qū)后條件下進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，取得了顯著的提高采收率效果。

4．3 聚合物驅(qū)后殘余聚合物再利用技術(shù)

殘余聚合物再利用技術(shù)分為聚合物絮凝技術(shù)和聚合物固定技術(shù)，由于聚合物在地層中分布是不均勻的，因此兩種技術(shù)可在不同濃度條件下使用。絮凝技術(shù)主要用于滯留聚合物濃度較低的高滲透層，固定技術(shù)主要用于滯留聚合物濃度較高的高滲透層。

（1）殘留聚合物絮凝技術(shù)。絮凝技術(shù)是向聚合物驅(qū)后地層注絮凝劑的技術(shù)，絮凝劑［30］為固體顆粒，它可與地層中的聚合物通過氫鍵產(chǎn)生橋接吸附，再通過聚合物分子的蜷曲形成絮凝體，形成封堵，起到調(diào)剖的作用。可用的絮凝劑包括鈉土、鈣土、粉煤灰、氫氧化鈣等固體顆粒。

（2）殘留聚合物固定技術(shù)。固定技術(shù)是向聚合物驅(qū)后地層注固定劑的技術(shù)，固定劑可用聚合物交聯(lián)劑，能優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，與高滲透層中的聚合物溶液發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生交聯(lián)體引起堵塞。

4．4 聚合物驅(qū)后高效洗油技術(shù)［31］

高效洗油技術(shù)是通過使用高效洗油劑達(dá)到提高采收率的目的。這項(xiàng)技術(shù)的使用既可通過提高洗油效率來彌補(bǔ)聚合物驅(qū)機(jī)理的不足，又可通過高效洗油劑進(jìn)入聚合物不可入的孔隙，彌補(bǔ)聚合物驅(qū)所損失的那部分波及系數(shù)，高效洗油劑通常由陰離子型表面活性劑和（或）非離子型表面活性劑配成。

4．5 聚合物驅(qū)后復(fù)合驅(qū)技術(shù)

（1）泡沫復(fù)合驅(qū)技術(shù)。泡沫復(fù)合驅(qū)技術(shù)具有較好的流度控制能力和較高的驅(qū)油效率，是一種高潛能的提高采收率方法。向井內(nèi)注入氣體和帶有表面活性劑驅(qū)替液或者用氣體驅(qū)替表面活性劑飽和的液體段塞來實(shí)現(xiàn)，注入的氣體可以是氮?dú)狻⒍趸迹部梢允菬N類氣體。在地層中油、氣、水三相形成似乳狀液的流體，利用泡沫的調(diào)剖作用、體系的洗油作用和泡沫破裂后形成的自由氣的上浮作用等進(jìn)行驅(qū)油，降低原油粘度，提高驅(qū)油效率。

泡沫復(fù)合驅(qū)技術(shù)顯著特點(diǎn)是泡沫的表觀粘度隨著滲透率的增大而增大［32－34］，可以有效調(diào)整高低滲透層的流度差異，使流體在高低滲透層同時推進(jìn)，提高波及體積。泡沫在非均質(zhì)儲層中具有流度調(diào)整特性，高滲透層中的剩余油越少，泡沫的封堵壓力越大，可進(jìn)一步驅(qū)出低滲透層中的剩余油［35］。

此外，在泡沫復(fù)合驅(qū)基礎(chǔ)上發(fā)展起來了復(fù)合熱載體泡沫驅(qū)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)是將柴油或原油在高溫高壓設(shè)備內(nèi)燃燒生成由水蒸氣、氮?dú)夂投趸冀M成的高溫復(fù)合熱載體與發(fā)泡劑組合配伍，通過泡沫發(fā)生器一并注入井下油層，注入體系將優(yōu)先進(jìn)入高滲透層，高滲透層含油飽和度低，泡沫穩(wěn)定性強(qiáng)，導(dǎo)致高滲透層的注入壓力升高，迫使注入流體進(jìn)入油層中物性較差、驅(qū)替程度較低的低滲透層，從而提高采收率［36］。

（2）二元復(fù)合驅(qū)技術(shù)。聚合物中加入表面活性劑的S＋P二元復(fù)合驅(qū)體系［37－39］，既可發(fā)揮表面活性劑降低界面張力、提高驅(qū)油效率的作用，又可發(fā)揮聚合物在流度控制、擴(kuò)大波及體積方面的作用，協(xié)同效果顯著［40－42］。①聚合物／兩性表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)油體系［43］：陰離子型和陽離子型表面活性劑與聚合物組成的二元體系達(dá)到超低界面張力（10～3 mN／m）的能力有限［44－46］，極大地影響二元體系的驅(qū)油效果，聚丙烯酰胺與兩性表面活性劑（羧基甜菜堿）二元復(fù)合體系，利用聚合物溶液粘彈性和表面活性劑體系的超低界面張力特性，使采收率大幅提高［47］，加入少量Na3PO4作為犧牲劑的聚合物與磺基甜菜堿二元體系在人造均質(zhì)和非均質(zhì)巖心上復(fù)合驅(qū)采收率增值均在25%以上［48］。②疏水締合聚合物／雙子表面活性劑驅(qū)油體系：疏水締合聚合物其實(shí)質(zhì)是在部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上引入少量疏水基團(tuán)，使聚合物分子在水溶液中可通過分子間特殊締合基團(tuán)在疏水條件下產(chǎn)生的靜電、氫鍵或范德華力而發(fā)生物理締合，在溶液中形成巨大的三維立體網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，使聚合物有很高的粘度［49］。

（3）三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)。三元復(fù)合驅(qū)是由堿／表面活性劑／聚合物復(fù)配而成的三元復(fù)合驅(qū)油體系，依靠高濃度聚合物提高驅(qū)油體系粘度，同時使界面張力達(dá)到超低值可以降低活性劑用量。但是，在驅(qū)油體系注入地層的過程中，堿性的化學(xué)劑注入地層后與地層巖石和地層水發(fā)生多種反應(yīng)，形成沉淀，制約了三元復(fù)合驅(qū)的推廣應(yīng)用。

針對三元復(fù)合驅(qū)存在的問題，發(fā)展出現(xiàn)了無機(jī)弱堿（如Na2CO3，NaHCO3）參與的三元復(fù)合驅(qū)，在注采能力、采油速度、乳化能力等方面均高于強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)，比水驅(qū)提高采收率20%以上［50］。

（4）非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)。PPG（Preformed Paticle Gel）是在生產(chǎn)過程中預(yù)先交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子材料，顆粒在水中可吸水膨脹，以分散的粘彈性顆粒形式存在，不僅能提高耐溫抗鹽能力，還能使體系粘度增加，粘彈性能增強(qiáng)，流動阻力降低，大幅度提高聚合物波及能力。結(jié)合表面活性劑超低界面張力的能力，配制了由PPG＋聚合物＋表面活性劑組成的非均相復(fù)合驅(qū)油體系，實(shí)現(xiàn)更大的波及體積能力和與更高的洗油能力［51－52］。

4．6 聚合物驅(qū)后微生物驅(qū)技術(shù)

微生物驅(qū)油是通過注入高效功能菌、激活劑和配氣等人工干預(yù)的方法，在油藏中建立微生物場，通過微生物的在位繁殖、界面趨向性、代謝產(chǎn)物的表面活性等進(jìn)行有效驅(qū)油。和其它提高采收率的方法相比，微生物驅(qū)耗資少，能源消耗少，吸附引起的化學(xué)損失小。微生物注入地下后將殘留在地層和射孔區(qū)，可降解黏附在孔壁表面的聚合物［53］，消除其封閉作用，將被封閉的剩余油釋放出來，使采收率進(jìn)一步提高。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，微生物對盲端剩余油具有啟動作用，提高驅(qū)油效率可達(dá)8．3%［54］。

5 結(jié)論與建議

（1）無論是聚合物驅(qū)，還是其他驅(qū)油方法，都受到儲層非均質(zhì)性影響，縱向上的流度差異較大，竄流現(xiàn)象嚴(yán)重，不可能完全波及剩余油富集部位，若要進(jìn)一步提高采收率，流度控制是關(guān)鍵。

（2）非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)能大大增加驅(qū)替相粘度和彈性模量，體系從偏粘性轉(zhuǎn)變?yōu)槠珡椥裕軌蜉^好地封堵大孔道，改善油藏的非均質(zhì)性，具有比聚合物驅(qū)更強(qiáng)的擴(kuò)大波及體積能力。

（3）泡沫復(fù)合驅(qū)體系中泡沫形成的時機(jī)及其穩(wěn)定性、注采工藝技術(shù)、長距離傳輸、注入壓力的控制和乳化結(jié)垢等問題成為目前泡沫復(fù)合驅(qū)技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵難題。

（4）合成工藝簡單且成本低廉的陰離子雙子表面活性劑以其特殊流變性及高表面活性，有利于三元復(fù)合驅(qū)弱堿化和無堿化的研究，有望降低聚合物用量，為三次采油開辟新途徑。

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