河南油田化學驅面臨挑戰及對策

張初陽，李長宏，盧軍，李紅

（1.中國石化河南油田分公司，河南南陽473132；2.中國石化河南油田分公司油氣開發管理部，河南南陽473132）

國外化學驅研究與應用始于20世紀60年代，技術的應用范圍涵蓋聚合物驅和三元復合驅，產量和規模在20 世紀80年代達到高峰，目前主攻CO2驅的研究與應用。國內化學驅研究始于20世紀60年代，在20世紀90年代得到迅速發展，形成了聚合物驅、二元、三元復合驅技術的配套和應用，技術層次和應用規模位居世界領先水平[1]。特別是大慶油田化學驅產油量在2002年突破千萬噸，因其規模大、技術含量高、經濟效益好，成為保持大慶油田持續高產及高含水后期提高油田開發水平的重要技術支撐，確立了中國陸相沉積油藏以化學驅為主的提高采收率發展方向[2]。

國內化學驅的規模化應用，也面臨著油藏資源條件越來越苛刻的挑戰。化學驅油藏條件變差，效益下降，大慶、勝利等油田化學驅的儲量投入，增產量有所下降，但化學驅技術研究的腳步未停，機理研究向著深層次邁進，驅油劑向著低成本、高性能、綠色環保方面研發攻關，驅替技術向著高溫高鹽、稠油、低滲透油藏領域進軍[3]，注入設備向著撬裝化、移動式方向發展，礦場實施突出油藏-驅劑-地面注入-動態調整的有機融合一體化，工業化應用重點推廣了非均相驅、無堿二元和低堿三元復合驅項目。

河南油田化學驅研究始于1986年，本著先易后難、先試驗后工業化應用原則，“七五”期間針對Ⅰ類油藏開展了聚合物驅可行性技術研究、驅油劑篩選評價及先導試驗方案編制；“八五”期間開展Ⅰ類油藏聚合物驅先導試驗[4]；“九五”期間實施Ⅰ類油藏聚合物驅工業化應用和開展Ⅱ類油藏高溫聚合物驅技術攻關研究；“十五”期間開展復合驅技術攻關和Ⅱ類油藏聚合物驅推廣應用；“十一五”實施復合驅技術工業化應用；“十二五”期間開展95 ℃的Ⅲ類高溫油藏聚合物驅技術攻關和先導試驗；“十三五”期間開展了聚合物驅后油藏泡沫驅替、非均相復合驅技術攻關及小規模斷塊油藏聚合物驅技術攻關研究。

1 河南油田化學驅現狀

1.1 化學驅儲量動用狀況

河南油田東部油區動用地質儲量2.7×108t，其中適合化學驅儲量有1.75×108t，占東部動用儲量的62.4%。按照中國石化化學驅資源分類，其中Ⅰ類儲量7 275×104t，Ⅱ類儲量4 563×104t，分別占化學驅資源量的41.5%、26.0%（表1），Ⅲ類儲量3 876×104t，占總儲量的22.1%，V類儲量1 806×104t，占總儲量的10.3%。

河南油田化學驅已實施26 個單元，動用儲量8 653×104t，占總化學驅儲量的49.4%。其中：Ⅰ類儲量動用5 328×104t，占已動用儲量的61.6%；Ⅱ類儲量動用2 998×104t，占動用儲量的34.6%；Ⅲ類儲量動用327×104t，占動用儲量的3.8%[5]；未動用儲量8 866×104t（表1）。

1.2 化學驅礦場應用現狀

2019年底已結束化學驅轉入后續水驅單元20個，控制地質儲量7 036×104t，占動用化學驅儲量的81.3 %；已階段累計增油278.4×104t，提高采收率5.26%，噸聚合物增油27 t。

目前化學驅正注6個單元，地質儲量1 617×104t，化學驅方式有普通稠油高分子量聚合物驅、聚合物驅后二次高分子量聚合物驅、三元復合驅、小規模斷塊油藏多級非均相段塞聚合物驅及聚合物驅后非均相復合驅等五種類型，共有注入井74口，月注聚合物180 t，黏彈顆粒驅油劑42 t，日產油225 t，已階段累計增油12.01×104t。

1.3 化學驅取得成效

1）增油效果顯著

河南油田化學驅技術發展三十余年來，研究并礦場實施已涵蓋普通聚合物驅、斷塊油藏聚合物驅、普通稠油聚合物驅、高溫聚合物驅、二次聚合物驅、二元復合驅、三元復合驅、低度交聯聚合物驅及非均相驅等技術應用。化學驅年產量占東部稀油年產量的35%以上，高峰期達到43%，化學驅技術成為河南油田東部油區產量穩定的主導技術；化學驅年增油峰值達到20.8×104t（圖1），目前低油價下增油量仍保持在8.5×104t，已累計化學驅增油290.4×104t，為河南油田東部稀油連續15年產量穩定在百萬噸以上做出重大貢獻。

表1 河南油田化學驅儲量動用狀況Table 1 Production status of chemical flooding reserves in Henan Oilfield

圖1 河南油田化學驅增油效果Fig.1 Oil increase effect of chemical flooding in Henan Oilfield

2）攻關三元復合驅技術，挑戰采收率極限

雙河油田Ⅳ5-11層系特高含水后期三元復合驅是中國石化重大先導試驗，針對該單元面臨的特高含水（96.8%）、高采出程度（53%）、高溫（85 ℃）的開發特點，采用三元復合驅技術，通過重構開發層系、研發高效表面活性劑、優化復配三元體系、優化段塞組合和驅替參數等技術方法[6]，三元復合體系黏度、界面張力協同效應明顯，礦場油井見效率高達93.7%，見效高峰期長達三年半之久，中心區峰值產油倍數4.6，含水下降7.7%（圖2），區塊已提高采收率9.23%，最終采收率可達到65.6%，實現采收率突破60%的目標。

圖2 雙河油田Ⅳ5-11層系三元復合驅中心區開采曲線Fig.2 Production curve of ASP flooding center area of Ⅳ5-11 series in Shuanghe Oilfield

3）助推技術發展，拓寬化學驅領域

針對化學驅Ⅰ類油藏中普通稠油，以提高增黏性、降低驅劑用量和成本為突破口，在古城油田B125區開展了高分子量聚合物驅技術攻關，礦場應用階段提高采收率1.94%，噸聚增油14 t，實現了地下原油黏度平均為625 mPa·s的普通稠油油藏開發，拓寬了化學驅技術應用領域；同時為實現化學驅儲量的有效接替，在雙河油田Ⅶ1-3 層系開展了93 ℃高溫油藏聚合物驅技術攻關，研發出耐溫性達95 ℃的耐溫抗鹽聚合物，自主研制了氮氣密封隔氧裝置，實現了全密閉無氧配聚，礦場應用階段提高采收率2.5%，有效動用了化學驅Ⅲ類油藏。

4）降低了開采成本，提升了經濟效益

經對河南油區已實施化學驅區塊進行經濟效益后評估，結果表明，雖然化學驅前期各項成本相對較高，一般前3年成本高于水驅，但從整體項目來看（評價期10年），化學驅項目階段平均操作成本、生產成本均低于水驅成本，下降約212 元/t，成本降幅約10%，化學驅區塊效益明顯。

5）形成了油藏-驅劑-地面工程-采油工藝等系列化學驅配套技術

化學驅規模化應用已形成了8 大配套技術，即：剩余油精細描述技術、驅油體系篩選及評價技術、化學驅井網調整技術、段塞優化設計技術、聚合物配制技術、全過程調剖技術、地面配套工藝技術、綜合動態調整技術，為河南油田化學驅發展提供了技術支撐。

2 河南油田化學驅面臨的挑戰

2.1 化學驅資源條件越來越苛刻的挑戰

河南油田化學驅已動用Ⅰ類、Ⅱ類油藏的80%，未動用總儲量8 866×104t（表1），以小斷塊、強邊水、高溫油藏為主。其中Ⅰ類、Ⅱ類油藏未動用儲量3 512×104t，約40%，以斷塊油藏、中低滲及小規模化學驅為主，難點是小規模斷塊油藏井組控制儲量低，一般僅3～5個注采井組，井網調整難度大，中低滲油藏水驅注入壓力高，實施化學驅后注入壓力再次上升，地面注入流程需改造升壓，增加建設投資，效益下降，需創新提高采收率技術，目前正在開展“王集油田斷塊油藏化學驅”重大先導試驗。Ⅲ類油藏主要為高溫油藏（溫度＞85 ℃），儲量3 545×104t，占未動用化學驅儲量的40%，其難點是高溫驅劑的熱穩定性和擴大波及體積能力[7]，已開展的“雙河油田Ⅶ1-3層系Ⅲ類高溫油藏聚合物驅”先導試驗階段僅提高采收率2.5%，驅油效果未達到方案設計要求（圖3），需要繼續攻關提高采收率技術。占20%未動用儲量的V 類油藏僅開展了室內研究，低成本高效驅劑研發、驅替方式都需深化研究。

2.2 低油價下化學驅項目效益下降的挑戰

依據已實施化學驅區塊經濟評價，油價在60 美元/桶、內部收益率8%時，化學驅投入產出比界限為1.14，提高采收率界限為4.1 %，噸聚增油界限為19.4 t/t，現場新近已投產的2個三元驅項目盈利平衡油價是59美元/桶，目前油價下無法滿足經濟效益要求；為實現化學驅儲量有序接替，預計實施的2 個小規模聚合物驅項目平衡油價達到42美元/桶，仍高于目前國際油價（40 美元/桶），需進一步優化方案；此外，從前期研究看，化學劑費用占總成本的45 %～60%（圖4），需要進一步優化注入段塞量，降低化學驅劑價格；依據已實施化學區后評估結果[8]，化學驅單位總成本呈現“先高后低”的規律，初期投入多，成本高，化學驅效益低于水驅[9]，新投化學驅區塊也制約河南油田當前扭虧脫困目標實現。

圖3 雙河油田Ⅶ1-3層系高溫聚合物驅對比曲線Fig.3 Comparison curve of high temperature polymer flooding in Ⅶ1-3 series of Shuanghe Oilfield

2.3 化學驅技術發展與創新的挑戰

河南油田在雙河油田Ⅶ1-3 層系開展的Ⅲ類高溫油藏聚合物驅雖然在耐溫聚合物研發、全密閉氮氣隔氧分散注入裝置研發等方面取得進展，但礦場采收率偏低，僅達到方案設計的30%；新近推廣應用的非均相驅在古城油田B125區高孔高滲高黏（滲透率1.68×10-3μm2，黏度600 mPa·s）普通稠油油藏應用效果差；在下二門油田核二Ⅳ油組高孔高滲稀油油藏注入有效，成本高，需進一步優化方案；在雙河油田Ⅳ1-3 層系中高滲油藏聚合物驅后非均相驅技術剛進入現場實施，效果尚有待評價。微乳液驅技術尚處于室內研究階段，泡沫驅技術注入壓力高，難以注入，技術無法應用現場，驅劑及注入工藝成本高，需進一步研究攻關。

目前河南油田已建成配注聚站5 座，配聚站2座，注入站3 座，配聚能力達到7 000 m3/d，均為固定式注聚站，設備難于搬遷，重復利用率低，不適應于斷塊小規模油藏注聚。因此，研制開發撬裝配注一體注聚站，實現小規模油藏聚合物驅地面配注工藝，降低地面投入，提高注聚設備利用率，提升化學驅經濟效益是下步的方向和重點；配注聚凈化產出水水質變差，含硫量增加，影響聚合物黏度和配套的調剖劑性能，需配套暴氣除硫裝置。

2.4 井下技術狀況變差、作業工作量增加的挑戰

河南油田化學驅區塊均已開發30 余年，井下技術狀況逐年變差，統計新近投產的3 個化學驅區塊，套損井達43口，其中需大修油水井42口（表2）,若進行更新、側鉆，則加大了投資，經濟效益降低；欠注井層增多，注入壓力高于18 MPa 的有21 口，需增注改造；新鉆注聚井因老區長期注水，為防井涌泥漿密度偏高，部分井污染嚴重，造成注不進水，需解堵改造；長期注水，地下孔隙結構發生變化，采油井轉注聚井后注入壓力普遍偏高，加大了措施及維護工作量，造成因井下作業導致投產周期延長。

圖4 化學驅成本構成Fig.4 Composition of chemical flooding cost

3 應對挑戰的對策

3.1 強基礎、調結構，有序化學驅儲量接替

兼顧當前與長遠，統一思想，低油價下做到堅持化學驅研究攻關不停、技術儲備不停、推進效益開發試驗工作力度不減，對適宜化學驅的單元或井組進行分析、篩選和方案設計優化評價[10]，按照“利舊、撬裝、少征地”的原則，開展“五個”優化，實現“五個”降低（即：優選有利化學驅區塊，通過井網及剩余油研究，改變流線，降低效益風險；優選驅劑評價，完善驅劑性能指標，降低驅劑成本；優選驅替方式，采用調剖+封堵+驅油方式，降低驅替費用；優化注入方式，合理段塞組合[11]，降低無效注入；優化資源配置，設備利舊，降低建設成本），按照先易后難、先試驗后推廣，擴大成熟技術和低成本聚合物驅應用規模，實現化學驅產量有序接替。

表2 3個化學驅區塊油水井工作量Table 2 Workload of oil and water wells in three chemical flooding blocks

3.2 強化技術攻關研究，提高化學驅儲量動用率

面對優質化學驅資源匱乏的挑戰，在無新化學驅儲量補充增加情況下，需要強化技術攻關研究，挖掘技術潛力來提高儲量動用率。

針對未動用儲量Ⅰ類、Ⅱ類油藏，做好《王集油田斷塊油藏化學驅提高采收率重大先導試驗》動態調配與分析，差異化注入，形成小規模、小斷塊油藏化學驅配套技術，為下步下二門油田B238塊小規模油藏、魏崗油田三區、四區Ⅳ等小斷塊油藏化學驅提供技術支撐。

針對未動用儲量Ⅲ、Ⅴ類，加強聚合物與礦場配制水適應性研究[12]，完善注入設備無氧密閉系統，深化耐高溫聚合物與油藏配伍性研究，提升耐高溫聚合物擴大波及體積能力。

針對聚驅后儲量，以《中高滲砂礫巖油藏聚合物驅后非均相復合驅技術》為依托，強化聚合物驅后非均相復合驅技術應用研究[13]，持續開展聚合物驅后非均相復合驅驅油機理[14]、注采參數優化設計、注入段塞結構優化、配套動態調整技術及注入工藝等方面研究[15]，形成適合河南油田油藏條件的聚合物驅后非均相復合驅技術，實現采收率突破60%的目標，進一步提高聚合物驅后油藏采收率，為已實施化學驅的區塊開辟提高采收率新路徑。

3.3 源頭降本，提升化學驅效益

面對低油價下化學驅項目效益下降的挑戰，一是加強不同類型油藏化學驅替方式、驅油劑篩選評價研究，優選研發高增黏、低界面張力化學驅油劑，提高適合不同類型油藏的驅劑性能[16]；二是優化配方體系、注入段塞結構、段塞量研究，從方案上提高化學驅效益[17]；三是加大驅油劑公開招標力度，降低化學驅油劑價格，提升驅劑性價比；四是地面注聚系統要以少征地、利舊為目標，降低投資；五是強化現場管理，降低化學驅成本，促進和提升化學驅項目實施效果，力爭把化學驅項目盈虧平衡點控制在40美元/桶，提高化學驅效益。

3.4 強化注采工藝研究，降低井下作業工作量

針對老區塊井網調整難度大，層系歸位井多、井下技術狀況差的狀況，一是要優化油藏井網調整，以充分利用老井降低投資為原則，采取側鉆井、更新井，最大限度改變液流方向；二是新鉆井要把控泥漿比重，減少對井層污染；三是強化大修井、注聚堵塞井解堵等疑難井治理，恢復化學驅儲量，保持井網的完整性；四是在投注入前緣段塞前，增加水驅空白注入時段，確保新鉆井、油轉注聚井的可注入性，提高注聚質量[18]；五是強化油藏、井筒治理和地面建設的協作，確保注聚項目按期投注。

3.5 研發配套撬裝化地面注聚系統，提高注入設備利用率

地面工程設計及建設地面配注聚合物系統以“綠色環保、低能耗、重復利用、少征地”為原則，技術性能上追求“快速溶解、高效增黏、減小進氧量和低機械剪切”為目標，按照“標準化、模塊化、數字化、撬裝化”的理念，研發建設適合小型化、復合驅的組合式配注聚一體化移動式注入站（圖5、圖6），降低地面工程投資，提高注入設備的利用率和化學驅效益。

圖5 聚合物分散溶解模塊Fig.5 Polymer dispersion compounding module

圖6 聚合物注入模塊Fig.6 Polymer injection module

3.6 創新低成本、高效化學驅技術，盡早開展先導試驗

開展低成本化學驅技術研究，深化氮氣泡沫驅、微乳液驅、稠油油藏冷采化學驅、CO2驅技術研究，強化非均相驅油體系與儲層孔喉配伍性研究[19]，評價篩選性價比高的驅油劑，優化驅油劑的配方體系，提高洗油效率[20]，追求水驅與化學驅井網銜接的最優化，最大限度改變流線，優化注入段塞量及結構，降低注入成本、生產運行成本，形成適合中低滲透、特高含水油藏、高溫油藏化學驅技術及聚合物驅后再提高采收率化學驅技術，安排1～2 個區塊開展礦場先導試驗，為“十四五”東部油田穩產做好技術儲備。

4 結論

1）河南油田已累計動用化學驅儲量8 653×104t，增油290.4×104t，形成了化學驅8大配套技術，為河南油田東部稀油連續15年產量穩定在百萬噸以上做出重大貢獻；實施的三元復合驅技術礦場階段提高采收率9.23%，最終采收率可達到65.6%，挑戰了采收率極限；普通稠油油藏高分子量聚合物驅應用，拓寬了稠油油藏化學驅領域；研發出耐溫抗鹽聚合物及氮氣密封隔氧裝置，實現了Ⅲ類高溫油藏的動用。

2）化學驅項目比水驅成本降低約10%，經濟效益明顯。

3）河南油田Ⅰ、Ⅱ類化學驅儲量已基本動用，面臨著優質化學驅資源匱乏的挑戰；國際油價持續走低，面臨著低油價下化學驅項目效益的挑戰；小斷塊、高溫油藏技術要求高，非均相驅技術正在開展試驗，面臨著化學驅技術發展與創新的挑戰；井下技術狀況變差，作業工作量增大，面臨著采油工藝技術進步，支撐化學驅的挑戰。

4）應對挑戰的對策是強基礎、調結構，開展“五個”優化，實現“五個”降低，有序化學驅儲量接替；優化驅油劑和方案，實現源頭降本，提升化學驅效益；強化技術攻關研究，形成小斷塊、高溫油藏和非均相驅提高采收率技術突破，提高化學驅儲量動用率；強化注采工藝技術支撐，降低井下作業工作量；研發配套撬裝化地面注聚系統，降低投資，提高注入設備利用率；加大低成本、高效化學驅技術研究，盡早開展先導試驗，為“十四五”東部油田穩產做好技術儲備。