大慶油田化學驅提高采收率研究進展

王成旗，李一慧，張金山，劉 慶

（東北石油大學，黑龍江 大慶 163318）

石油是我國重要的能源和化工基礎原料，在我國的經濟發展中有著至關重要的地位。而近代以來，我國的一些大型油田，如大慶油田、勝利油田、大港油田等都已進入開采末期，油田產量都有不同程度的衰減，且開采成本及難度越來越大。因此，控制油田含水率，穩定國內原油產量，提高采收率，并對油田進行經濟合理的開發和利用，對于國內經濟以及石油工業的雙向發展具有至關重要的作用?；瘜W驅技術在處理這個難題中占有重要的位置，化學驅中又以聚合物驅技術最為成熟有效。目前，我國已經成為世界上使用聚合物驅油技術規模最大，油田增產效果最好的國家，聚合物驅技術是我國石油工業持續高產穩產的重要技術保障。

1 化學驅技術國內外研究現狀

1.1 國外研究現狀

石油開采分為3個階段：衰竭開采，注水開采，還有就是注各種化學劑的化學驅開采階段。在1964年時，Sandiford首次發表了關于化學驅技術實驗研究，該研究表明，由于少量的部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）的加入，水驅用水的流動性大大降低。在過去的40年里Chauveteau、Chu、Gao and Towler1[1]也發表了許多支持和推廣這一思想的論文。國內外研究人員對聚合物驅的機理進行了廣泛的研究，為聚合物驅的現場規?；瘧玫於藞詫嵉幕A。此外，許多油田規模的聚合物驅采油項目已投入生產。然而，除中國外，很少有關于這些項目的大規模成功的報告。在本世紀初，由于石油價格在國際市場下跌，導致許多公司停止了對化學驅研究的投資，一些試驗試點被迫暫停。許多主要產油國放慢了對化學驅提高采收率的研究。

1.2 國內研究現狀

大慶油田是我國最大的油田，是化學驅特別是聚合物驅的典型代表。大慶油田自1996年起開始工業規模應用聚合物驅技術來提高采收率。此后，大慶油田聚合物驅采收率迅速提高[2]，聚合物驅石油年產量已超過1000萬t?；瘜W驅技術已成為大慶油田成功穩產的關鍵技術。然而在國內因為經濟的快速發展需要大量的能源來支撐，改變對進口石油能源的依賴是當務之急。因此，提高油田產量是十分必要的。我國大部分油田都是水驅開發，由于儲層的非均質性和高粘度使得大慶油田水驅采收率相對較低[3]，多數油田的含水均在80%以上。對于在大慶油田開展提高采收率的研究已經進行了二十多年。目前，在化學驅方面取得了顯著進展。聚合物驅油研究主要集中在聚合物PAM驅油效率、數值模擬、現場工程設計和預測技術等方面。根據大慶油田的實際情況，研制了一種適用于高溫80℃、高鹽濃度17萬ppm條件下的生物高分子黃原膠驅油劑。目前，已成功應用于注水井調剖，正在進行驅油先導試驗。在表面活性劑驅油的研究中，成功地實現了微乳液驅油的理論和技術，并將膠束驅油用于先導驅油。近年來，堿性聚合物（AP）和表面活性劑-堿性聚合物（SAP）驅油技術得到了發展。這些新化學品的試驗已經成功進行，即在廢棄的開發試驗區中進行試驗，取得了明顯提高采收率和明顯降低含水率的效果[5]。同時，開發了無前置液化學驅油技術，對粘土含量高的油藏進行化學注入管理?；瘜W驅油劑的開發和生產，使以較低的成本驅替油藏成為可能?，F在可生產不同類型的油田化學試劑，如聚丙烯酰胺、黃原膠、石油磺酸鈉等。

2 油田化學驅技術應用研究進展

大慶油田是我國最大的油田，也是世界上為數不多的特大型陸相砂巖油田之一。大慶油田在20多年的聚合物驅實踐中，開發出了一套涵蓋儲層、生產、設施工程、采出液處理等全套技術[7]。聚合物驅已逐漸成為大慶油田穩定產能的重要技術手段。自1989年以來，大慶油田已成功進行了13次現場試驗。截至2019年底，全國共實施了127個化學驅項目，年產油1600萬t，累積增油量1400萬t。大慶油田聚合物驅產量已達1×109t·a-1。各聚驅區均取得了較好的效果，含水率明顯下降，原油產量大幅度提高，采收率顯著提高。幾乎每個地區的含水率都下降了20%以上，一個地區甚至達到35%。與水驅相比，采收率提高10%以上，與高濃度聚合物驅相比，采收率更高。

通過研究評價，大慶油田適合聚合物驅。首先，大慶油田為陸相河流三角洲沉積[4]，以向上變細、多層段、多韻律為主，滲透率變化系數在0.635～0.71之間，處于聚合物驅提高采收率的最大范圍（0.72）[5]。其次，大慶油田地層水礦化度較低，約為7000mg·L-1，有利于聚合物溶液保持較高的粘度，對于降低油水流動比非常好。第三，由于油藏埋藏淺、溫度低，儲層中聚合物不會發生熱氧化降解；第四，聚合物驅油效果與原油粘度密切相關，原油粘度過高或過低都會影響驅油效果，在相同的地質條件下，有一個最佳的粘度范圍。大慶原油粘度約為9mPa·s，處于聚合物驅的最佳范圍[6]。

聚合物驅與水驅相比，在提高體積波及系數和波及效率基礎上，可顯著提高采收率?，F場試驗表明，隨著濃度和注入量的增加，采收率提高。通過聚合物驅，大慶油田主力油層的采收率有所提高已達到50%以上。與其它油田相比提高了10%～15%。大慶油田是世界上最大的聚合物驅油田，目前已取得了很大的進展。

截至2019年底，大慶油田聚合物驅動用地質儲量9.86億t，注入井9983口，采出井11168口。本文介紹了該油田的儲層條件、中試、溶液采注、生產工藝及采出液處理技術。

由于儲層地質條件復雜，儲層中小體積碎屑巖分布廣泛，我國大部分油田的開發受到天然注水的限制。相反，注水驅油方法在這些領域得到了廣泛的應用。

實驗室研究始于20世紀60年代，研究大慶油田提高采收率（EOR）工藝的潛力。對于聚合物驅技術，從1972年開始采用單注小井距聚合物驅。上世紀80年代末，大慶中部的一個試點項目擴大到具有較大井距的多井網。

中試結果表明，聚合物驅是提高大慶油田平面波及系數和垂向波及系數的最有效方法之一，也是控制流動性最有效的方法之一。因此，從1996年開始，大慶實施了世界上最大的聚合物驅。聚合物驅可使油田最終采收率達到50%以上，提高采收率10%～12%。截至2019年，大慶油田聚合物驅油年產量超過1000萬t（約7300萬桶，持續13年）。近年來，工業應用已擴展到二級低滲透地層[8]。

3 化學驅技術應用研究所得成果

經過近20年的研究，大慶油田已經積累了豐富的經驗，包括油藏工程、采油機理、溶液性質、物理和數值模擬以及聚合物驅技術的有效預測方法。在實驗室研究的基礎上，在多個不同油藏類型的油田進行了中試，在工程設計、地面施工、測試分析方法等方面積累了豐富的工業實踐經驗，鉆井動態控制方法與示蹤劑注入技術。由于半工業試驗結果為聚合物驅方法提供了肯定的答案，自1993年至今，該方法在我國油田已工業化。

3.1 油田初步試驗

表1總結了聚合物驅方法在不同類型油田的應用試驗結果。

表1 聚合物驅初步試驗基礎數據Tab.1 Basic data of preliminary test of polymer flooding

表1結果表明，聚合物溶液能明顯提高這些油田的試采原油含水率，從而降低這些非均質地質油藏的含水率。儲層水礦化程度低，儲層溫度不高，保證了該聚合物能有效地提高儲層油水溶液的粘度。通常，注入量為350×10-6～380×10-6。

在孔隙體積聚合物溶液中，每噸注入聚合物可獲得150～200t的增產效益，OOIP在4%～14%范圍內可提高采收率。

3.2 化學驅技術應用具體實例

在這些項目中，大慶油田把注采井的距離擴大到平均200m以上，每個項目涉及的面積都比上一個項目大，一個項目的面積甚至超過3km2，有60多口注采井。在每個項目中，注入井或生產井中使用的水通過適當的處理技術進行脫礦。注聚的效果是降低含水率，提高波及效率。中試的成功使我們能夠利用這種聚合物驅方法實施半工業和工業提高采收率項目。

表2總結了大慶油田一些執行的項目。

表2 半工業和工業項目的基礎數據Tab.2 Basic data of semi industrial and industrial projects

在這些項目的所有生產井都觀察到了降低含水率和提高產量的效果。如大慶TP項目，1993年1月注入60×10-6孔容聚合物溶液后，產油量增加，一直維持到1994年8月，該油藏含水率由90.7%下降到80.1%，日產油1200t，其中，采用這種聚合物驅方法可回收原油408t。目前，在我國油田，聚合物驅油技術已經實現了全面產業化，取得了很好的效果。

為了有足夠的聚合物供應，在不久的將來，一個每年30000t的聚丙烯酰胺化工廠將建成。預計本次聚合物驅油效果良好。

表面活性劑-聚合物驅油方法在我國油田過去和現在的中試中取得的積極成果證明了它的成功。然而，由于膠束增溶作用對表面活性劑的消耗率較高，這種表面活性劑-聚合物復合驅方法在實際應用中并不經濟可行。為了克服這一高消耗的缺點，結合表面活性劑、聚合物和堿性溶液3種驅油方法的優點，開發了高粘度原油的堿-表面活性劑-聚合物AS-P復合驅油方法和堿-聚合物A-P復合驅油方法酸值，以及含天然有機酸原油的表面活性劑-堿-聚合物復合驅方法。這些采油劑具有粘度大、表面活性強等特點，能夠提高流動比和驅油效率，有效地降低油水界面的界面張力[9]。這些復合驅方法的采油效率至少是聚合物驅方法的一倍。同時，這些采油劑還可以與原油表面的有機酸結合，形成局部的表面活性反應物，當這些反應物與注入劑中的表面活性劑分子再次相遇時，會產生配位作用，從而使原油表面的有機酸與表面活性劑分子發生反應，降低界面張力的效果明顯。這些試劑中的堿性化合物也能抑制注入化學品的保留損失。因此，在與表面活性劑-聚合物復合驅方法驅油效率相同的情況下，這些A-SP、A-P和S-A-P復合驅方法可使表面活性劑用量減少10倍以上[10]，并降低表面活性劑的投資成本。

在中國，我們已經有了生產這些高表面活性劑的化工廠。這些表面活性劑的反應物資源價格低廉，在我國很容易得到。這些表面活性劑能同時活化酸性油和非酸性油的表面性質，并能在較寬的濃度范圍內形成超低的界面張力。

表3給出了目前我國油田采用這些組合驅油方法的中試結果。

表3 復合驅試點基礎數據Tab.3 Basic data of composite flooding pilot

在注入化學段塞之前，該油田的試驗井屬于經濟受限的高開發井，這些井的含水率在98%以上，水驅法獲得的采油效率約為OOIP的54.4%，但注入A-S-P組合段塞之后，這些井的含水率顯著降低，原油產量增加。該項提高采收率技術提高原油采收率約為OOIP的13.4%。

為了解決大慶部分油藏粘土含量高的問題，我們開發了一種無前置液化學驅油技術，通過加入聚電解質來減少表面活性劑在儲層巖石表面的吸附量。利用這項技術，在玉門油田[11]進行的中試結果具有重要意義。因此，針對大慶油田的特點，采用不同的化學藥劑組合，成功地開發出了多種注水方法，為大慶油田提高采收率提供了很好的前景。

4 結論

（1）大慶油田由于地質條件的非均質性，采用傳統的注水開發技術，采油效率較低。聚合物驅與水驅相比，在提高體積波及系數和波及效率基礎上，可顯著提高采收率。

（2）大慶油田化學注入的工業實踐表明，聚合物驅方法可以成功地應用于可變儲層。多種化學驅油技術的中試和工業注入取得了重大進展，這些組合方法在提高采收率方面都具有很大的潛力。